一種用煤和乙炔制取苯的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用煤和乙炔制取苯的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括旋轉床熱解反應器、乙炔存儲裝置、冷卻裝置和苯分離裝置；旋轉床熱解反應器包括進料區(qū)、預熱區(qū)、反應區(qū)和出料區(qū)，進料區(qū)設有進料口，反應區(qū)設有乙炔入口和熱解油氣出口，出料區(qū)設有出料口；乙炔存儲裝置設有乙炔出口，乙炔出口與乙炔入口相連；冷卻裝置設有熱解油氣入口和焦油出口，熱解油氣入口與熱解油氣出口相連；苯分離裝置設有焦油入口和苯出口，焦油入口與焦油出口相連。本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法具有投資小、工藝流程簡單、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點。
【專利說明】
一種用煤和乙炔制取苯的系統(tǒng)及方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于煤化工技術領域，具體涉及一種用煤和乙炔制取苯的系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 苯是一種重要的有機化工原料，具有十分廣泛的工業(yè)用途。苯主要來源于石油化 工和煤化工，其中石油化工可以通過催化重整、乙烯生產(chǎn)過程副產(chǎn)品裂解汽油加氫、甲烷直 接轉化等技術制苯。催化重整和裂解汽油制苯都為高溫反應過程，工藝相對比較復雜、流程 長、能耗大，并且重整催化劑價格十分昂貴；甲烷直接轉化利用沸石催化劑Mo/HZSM-5在無 氧條件下進行催化反應，反應溫度700°C，為強吸熱反應，在實際操作環(huán)境下，催化劑壽命較 短，該工藝至今還在深入研究中。煤化工主要來自于煤焦化過程中的副產(chǎn)物，在生成的煤焦 油和煤氣中提取苯。
[0003] 隨著我國有機化工工業(yè)的迅速發(fā)展，市場對苯的需求量增大，由于國內石油資源 的缺乏限制了石油化工行業(yè)苯產(chǎn)量的進一步提高，因此對煤化工行業(yè)制苯的研究具有廣泛 的空間。
[0004] 煤熱解時，其反應器內部是高溫環(huán)境，而且煤熱解后產(chǎn)生的熱解炭可以作為乙炔 反應生成苯的催化劑。因此，煤熱解時的環(huán)境非常適合乙炔發(fā)生反應生成苯。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明旨在提供一種用煤和乙炔制取苯的系統(tǒng)及方法。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用煤和乙炔制取苯的系統(tǒng)，其包括旋轉床熱解反應 器、乙炔存儲裝置、冷卻裝置和苯分離裝置；
[0007] 所述旋轉床熱解反應器包括進料區(qū)、預熱區(qū)、反應區(qū)和出料區(qū)，所述進料區(qū)設有進 料口，所述反應區(qū)設有乙炔入口和熱解油氣出口，所述出料區(qū)設有出料口；
[0008] 所述乙炔存儲裝置設有乙炔出口，所述乙炔出口與所述乙炔入口相連；
[0009] 所述冷卻裝置設有熱解油氣入口和焦油出口，所述熱解油氣入口與所述熱解油氣 出口相連；
[0010] 所述苯分離裝置設有焦油入口和苯出口，所述焦油入口與所述焦油出口相連。
[0011] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述乙炔入口設置在所述反應區(qū)底面上。
[0012] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述熱解油氣出口設置在所述反應區(qū)的側壁上，且 位于所述反應區(qū)的加熱裝置的下方。
[0013] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述預熱區(qū)和所述反應區(qū)的加熱裝置為蓄熱式輻射 管燃燒器，所述蓄熱式輻射管燃燒器設置在所述旋轉床熱解反應器的外側壁上，其高度在 料層高度以上，且輻射管燃燒器表面噴涂陶瓷涂層。
[0014] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述系統(tǒng)還包括出料裝置，所述出料裝置的入口與 所述旋轉床熱解反應器的出料口相連。
[0015] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述反應區(qū)的料板采用氣體分布板。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提供了一種利用上述系統(tǒng)制取苯的方法，所 述方法包括如下步驟：
[0017] 將煤送入所述旋轉床熱解反應器進行熱解，制得熱解油氣和熱解炭，所述熱解油 氣包括不凝氣體和焦油；
[0018] 將所述乙炔存儲裝置中的乙炔送入所述旋轉床熱解反應器中，所述乙炔在所述不 凝氣體氣氛中以及在所述熱解炭的催化作用下反應生成苯；
[0019] 將包含苯的熱解油氣送入所述冷卻裝置進行冷卻，制得焦油；
[0020] 將所述焦油送入所述苯分離裝置中進行分離，制得苯。
[0021 ]在本發(fā)明的一個實施方案中，所述反應區(qū)的反應溫度為600-850 °C。
[0022]在本發(fā)明的一個實施方案中，所述煤的粒徑為10_30mm。
[0023] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述乙炔的用量為所述不凝氣體體積的8-15%。
[0024] 本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法，將乙炔通入旋轉床熱解反應器中，在煤熱解產(chǎn)生的 甲烷、氫氣和二氧化碳氣氛中，以及在煤熱解產(chǎn)生的熱解炭的催化作用下，乙炔反應生成 苯。本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法將煤熱解和乙炔制苯的反應結合在一起，煤熱解為乙炔制 苯的反應提供了所需的條件，節(jié)約了能耗也節(jié)省了投資和運行成本，而且工藝流程也非常 簡單。
[0025] 此外，本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法也提高了煤焦油中芳烴的含量，使所得的煤焦 油的品質得到提升，明顯的提高了煤焦油的經(jīng)濟價值。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明實施例的一種用煤和乙炔制取苯的系統(tǒng)的結構示意圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明實施例的一種旋轉床熱解反應器的結構示意圖。
[0028]圖3為本發(fā)明實施例的一種用煤和乙炔制取苯的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行更加詳細的說明，以便能 夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的【具體實施方式】和實施 例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。
[0030] 本發(fā)明首先提供了一種用煤和乙炔制取苯的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括旋轉床熱解反應 器、乙炔存儲裝置、出料裝置、冷卻裝置和苯分離裝置。
[0031] 旋轉床熱解反應器是本系統(tǒng)的核心裝置，是煤熱解、乙炔反應的反應器。如圖2所 示，旋轉床熱解反應器的外形為圓形，其包括進料區(qū)、預熱區(qū)、反應區(qū)和出料區(qū)。其中，進料 區(qū)設有進料口，反應區(qū)設有乙炔(C 2H2)入口和熱解油氣出口，出料區(qū)設有出料口。
[0032] 乙炔入口可以設置在反應區(qū)的任何位置，其最優(yōu)的位置為反應區(qū)的底面上。在相 同的壓力下，乙炔的密度小于空氣的密度，乙炔從下往上進入反應區(qū)，能與煤熱解產(chǎn)生熱解 炭(C)充分的接觸，并在煤熱解產(chǎn)生的不凝氣體（甲烷(CH4)、氫氣(H 2)、二氧化碳(CO2)等）的 氛圍中反應生成苯。
[0033] 熱解油氣的出口可以設置在反應區(qū)的任意位置，其最優(yōu)的位置為反應區(qū)的側壁 上，且位于反應區(qū)的加熱裝置的下方。這樣熱解油氣不經(jīng)過加熱裝置所在的高溫區(qū)，避免油 氣發(fā)生二次裂解，有利于提高熱解油收率。
[0034] 預熱區(qū)和反應區(qū)的加熱裝置不需要特別限定，其最優(yōu)的選擇為蓄熱式輻射管燃燒 器。蓄熱式輻射管燃燒器能夠產(chǎn)生均勻分布的溫度場，使熱解物料均勻受熱，并能實現(xiàn)熱解 氣與加熱裝置產(chǎn)生煙氣的隔絕，簡化了后續(xù)工藝流程。蓄熱式輻射管燃燒器設置在旋轉床 熱解反應器的外側壁上，其高度在料層高度以上，且蓄熱式輻射管燃燒器的表面噴涂有陶 瓷涂層。蓄熱式輻射管燃燒器的數(shù)量不限，需要根據(jù)不同區(qū)域所需要的溫度進行設置。
[0035] 反應區(qū)的料板不需要特別限定，其最優(yōu)的選擇為氣體分布板。選用氣體分布板可 以讓乙炔在反應區(qū)內分布更加均勻，有利于提高其反應效果。
[0036] 反應區(qū)的數(shù)量可以設置多個，以控制不同的反應溫度。圖2所示的旋轉床熱解反應 器設有兩個反應區(qū)。
[0037] 旋轉床熱解反應器的底部設有轉動機械，轉動機械帶動環(huán)形底面轉動，位于底面 上的物料隨之轉動，經(jīng)過各個區(qū)域受熱發(fā)生熱解。
[0038]乙炔存儲裝置設有乙炔出口，乙炔出口與乙炔入口相連。乙炔存儲裝置用于為旋 轉床熱解反應器提供乙炔。
[0039] 出料裝置設有入口和出口，出料裝置的入口與旋轉床熱解反應器的出料口相連。 出料裝置用于將煤熱解后產(chǎn)生的熱解炭送出旋轉床熱解反應器。
[0040] 冷卻裝置設有熱解油氣入口和焦油出口，熱解油氣入口與熱解油氣出口相連。冷 卻裝置用于分離焦油和熱解氣。
[0041] 苯分離裝置設有焦油入口和苯出口，焦油入口與焦油出口相連。苯分離裝置用于 從焦油中將苯提取出來。
[0042] 本發(fā)明還提供了一種利用上述系統(tǒng)制取苯的方法。如圖3所示，本方法包括如下步 驟：
[0043] 熱解:首先，將煤送入旋轉床熱解反應器進行熱解，制得熱解油氣和熱解炭，熱解 油氣包括不凝氣體(如甲烷、氫氣、二氧化碳等)和焦油。然后，將乙炔存儲裝置中的乙炔送 入旋轉床熱解反應器中，乙炔在不凝氣體氣氛中以及在熱解炭的催化作用下反應生成苯。
[0044] 所用煤的粒徑不需要特別限定。煤熱解后的產(chǎn)生熱解炭在本發(fā)明中是乙炔反應的 催化劑，煤的粒徑越小，熱解所得的熱解炭粒徑也越小，其比表面積越大，催化效果越好。但 將煤加工得越小，所需工藝越復雜。發(fā)明人經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，煤的粒徑為10_30mm時為最 優(yōu)條件。
[0045]從乙炔入口通入的乙炔經(jīng)氣體分布板進入旋轉床熱解反應器后向上流動，與生成 的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，乙炔發(fā)生反應，生成苯。
[0046]乙炔生成苯的反應需要在高溫和催化劑存在的條件下才能進行，旋轉床熱解反應 器在熱解煤時，其內部正好是高溫環(huán)境，而且煤熱解后產(chǎn)生的熱解炭可以作為乙炔反應生 成苯的催化劑。
[0047]乙炔在生成苯的同時，自身也會發(fā)生分解反應：
[0048] 2C2H?.^3C+CH4
[0049] C2H2±^H2"*'2C
[0050] 上述反應為可逆反應。煤熱解后產(chǎn)生的不凝氣體中含有甲烷、氫氣，因此能在一定 程度上抑制乙炔發(fā)生分解反應。此外，煤熱解后產(chǎn)生的不凝氣體中還含有二氧化碳，二氧化 碳不僅能調節(jié)甲烷的分壓，二氧化碳還具有與分解生成的炭反應消除積碳的功能。
[0051]反應溫度并不需要特別限定。溫度越高，煤熱解的速度越快，乙炔自身發(fā)生加成反 應生成的苯更多，但能耗越大;溫度越低，熱解速度越慢，乙炔的反應效果較差。發(fā)明人經(jīng)過 大量實驗發(fā)現(xiàn)，600-850 °C為反應區(qū)的最佳反應溫度。
[0052]乙炔的用量并不需要特別限定。通入旋轉床熱解反應器的乙炔太多，其反應不完 全，而若太少，制得的焦油中苯的含量也相應很少，不滿足本發(fā)明的目的。發(fā)明人經(jīng)過大量 實驗發(fā)現(xiàn)，乙炔的用量為煤熱解后產(chǎn)生的不凝氣體體積的8-15%是最佳的。
[0053]冷卻:將包含苯的熱解油氣送入冷卻裝置進行冷卻，制得焦油。
[0054]分離:將焦油送入苯分離裝置中進行分離，制得苯。
[0055] 下面參考具體實施例，對本發(fā)明進行說明。下述實施例中所取工藝條件數(shù)值均為 示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述
【發(fā)明內容】
中所示。下述實施例所用的測試方法均為本行 業(yè)中常用的測試方法。
[0056] 實施例1
[0057]本實施例提供一種用煤和乙炔制取苯的系統(tǒng)。
[0058]如圖1所示，本系統(tǒng)包括進料裝置、旋轉床熱解反應器、出料裝置、乙炔存儲裝置、 冷卻裝置和苯分離裝置。
[0059] 如圖2所示，旋轉床熱解反應器的外形為圓形，其包括進料區(qū)、預熱區(qū)、反應區(qū)和出 料區(qū)。其中，進料區(qū)設有進料口，反應區(qū)設有乙炔入口和熱解油氣出口，出料區(qū)設有出料口。
[0060] 乙炔入口設置在反應區(qū)底面上。熱解油氣出口設置在反應區(qū)的側壁上，且位于反 應區(qū)的加熱裝置的下方。預熱區(qū)和反應區(qū)的加熱裝置為蓄熱式輻射管燃燒器，蓄熱式輻射 管燃燒器設置在旋轉床熱解反應器的外側壁上，其高度在料層高度以上，且輻射管燃燒器 表面噴涂陶瓷涂層。反應區(qū)的料板采用氣體分布板。旋轉床熱解反應器的底部設有轉動機 械。
[0061 ]進料裝置與進料口相連，用于將煤送入旋轉床熱解反應器中。
[0062]出料裝置與出料口相連，用于將煤熱解后產(chǎn)生的熱解炭送出旋轉床熱解反應器。 [0063]乙炔存儲裝置設有乙炔出口，乙炔出口與乙炔入口相連。乙炔存儲裝置用于存儲 乙炔，并將乙炔送入旋轉床熱解反應器中。
[0064] 冷卻裝置設有熱解油氣入口和焦油出口，熱解油氣入口與熱解油氣出口相連。冷 卻裝置用于分離焦油和熱解氣。
[0065] 苯分離裝置設有焦油入口和苯出口，焦油入口與焦油出口相連。苯分離裝置用于 提取苯。
[0066] 實施例2
[0067]本實施例提供一種利用實施例1所提供的系統(tǒng)制取苯的方法。所用的煤為褐煤，該 方法如圖3所示，具體如下：
[0068]煤首先進行破碎、干燥。選取1噸粒徑為10-30_煤，控制反應二區(qū)溫度為600°C。煤 經(jīng)進料裝置進入旋轉床熱解反應器，均勻布于旋轉床反應器底面上，隨底面的轉動，經(jīng)預熱 區(qū)、反應一區(qū)和反應二區(qū)加熱至600°C進行熱解反應，生成熱解油氣(包括不凝氣體和焦油） 和熱解炭。在不通入乙炔氣的情況下，煤熱解得到的熱解氣(不凝氣體)各組分的含量如表1 所示。生成的不凝氣體的體積為424. Sm3。
[0069] 然后，往旋轉床熱解反應器通入乙炔，通入的乙炔的量為34m3。乙炔在向上流動過 程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進一步促進乙炔反應生成苯。含有苯的 熱解油氣自位于反應二區(qū)側壁的熱解油氣出口排出，之后經(jīng)歷冷卻裝置得到焦油、熱解氣。 熱解得到的熱解炭經(jīng)出料裝置排出，熱解氣進一步處理后收集備用，將焦油中進一步送入 苯分離裝置中，分離后得到苯。剩下的不含苯的焦油收集后備用。
[0070] 通入乙炔后，增加的苯量為煤自身熱解產(chǎn)生的苯的1.3倍。
[0071] 實施例3
[0072] 本實施例提供另一種利用實施例1所提供的系統(tǒng)制取苯的方法。所用的煤與實施 例2所用的煤一樣，該方法如圖3所示，具體如下：
[0073]煤首先進行破碎、干燥。選取1噸粒徑為10-30mm煤，控制反應二區(qū)溫度為700°C。壓 制成型的煤經(jīng)進料裝置進入旋轉床熱解反應器，均勻布于旋轉床反應器底面上，隨底面的 轉動，經(jīng)預熱區(qū)、反應一區(qū)和反應二區(qū)加熱至700°C進行熱解反應，生成熱解油氣(包括不凝 氣體和焦油)和熱解炭。在不通入乙炔氣的情況下，煤熱解得到的熱解氣(不凝氣體)各組分 的含量如表1所不。生成的不凝氣體的體積為743.6m 3。
[0074]然后，往旋轉床熱解反應器通入乙炔，通入的乙炔的量為74.36m3。乙炔在向上流 動過程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進一步促進乙炔反應生成苯。含有 苯的熱解油氣自位于反應二區(qū)側壁的熱解油氣出口排出，之后經(jīng)歷冷卻裝置得到焦油、熱 解氣。熱解得到的熱解炭經(jīng)出料裝置排出，熱解氣進一步處理后收集備用，將焦油中進一步 送入苯分離裝置中，分離后得到苯。剩下的不含苯的焦油收集后備用。
[0075]通入乙炔后，增加的苯量為煤自身熱解產(chǎn)生的苯的2倍。
[0076]表1熱解氣中各組分的含量
LUU/B」 綠上，口」以侍知，不反明所怩1興的系猶及力法，符乙厭通八腚摶冰熱舺反勝益干， 在煤熱解產(chǎn)生的甲烷、氫氣和二氧化碳氣氛中，以及在煤熱解產(chǎn)生的熱解炭的催化作用下， 乙炔反應生成苯。本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法將煤熱解和乙炔制苯的反應結合在一起，煤 熱解為乙炔制苯的反應提供了所需的條件，節(jié)約了能耗也節(jié)省了投資和運行成本，而且工 藝流程也非常簡單。
[0079]本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法也提高了煤焦油中芳烴的含量，使所得的煤焦油的品 質得到提升，從而提高了煤焦油的經(jīng)濟價值。
[0080]需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本 發(fā)明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對 本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內。此外，除非特別說明，那 么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。
【主權項】
1. 一種用煤和乙炔制取苯的系統(tǒng)，其特征在于，其包括旋轉床熱解反應器、乙炔存儲裝 置、冷卻裝置和苯分離裝置； 所述旋轉床熱解反應器包括進料區(qū)、預熱區(qū)、反應區(qū)和出料區(qū)，所述進料區(qū)設有進料 口，所述反應區(qū)設有乙炔入口和熱解油氣出口，所述出料區(qū)設有出料口； 所述乙炔存儲裝置設有乙炔出口，所述乙炔出口與所述乙炔入口相連； 所述冷卻裝置設有熱解油氣入口和焦油出口，所述熱解油氣入口與所述熱解油氣出口 相連； 所述苯分離裝置設有焦油入口和苯出口，所述焦油入口與所述焦油出口相連。2. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述乙炔入口設置在所述反應區(qū)底面上。3. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱解油氣出口設置在所述反應區(qū)的側 壁上，且位于所述反應區(qū)的加熱裝置的下方。4. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預熱區(qū)和所述反應區(qū)的加熱裝置為蓄 熱式輻射管燃燒器，所述蓄熱式輻射管燃燒器設置在所述旋轉床熱解反應器的外側壁上， 其高度在料層高度以上，且輻射管燃燒器表面噴涂有陶瓷涂層。5. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括出料裝置，所述出料裝置 的入口與所述旋轉床熱解反應器的出料口相連。6. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應區(qū)的料板采用氣體分布板。7. -種利用權利要求1-6中任一所述系統(tǒng)制取苯的方法，其特征在于，所述方法包括如 下步驟： 將煤送入所述旋轉床熱解反應器進行熱解，制得熱解油氣和熱解炭，所述熱解油氣包 括不凝氣體和焦油； 將所述乙炔存儲裝置中的乙炔送入所述旋轉床熱解反應器中，所述乙炔在所述不凝氣 體氣氛中以及在所述熱解炭的催化作用下反應生成苯； 將包含苯的熱解油氣送入所述冷卻裝置進行冷卻，制得焦油； 將所述焦油送入所述苯分離裝置中進行分離，制得苯。8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述反應區(qū)的反應溫度為600-850°C。9. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述煤的粒徑為10-30mm。10. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述乙炔的用量為所述不凝氣體體積的 8-15% 〇
【文檔編號】C07C11/24GK106008130SQ201610596841
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月26日
【發(fā)明人】竇從從, 張照, 鄭倩倩, 孟嘉樂, 王培倫, 吳道洪
【申請人】北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司