一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括快速熱解反應(yīng)器、乙炔存儲裝置、除塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置；快速熱解反應(yīng)器設(shè)有乙炔入口和熱解油氣出口；乙炔存儲裝置設(shè)有乙炔出口，乙炔出口與乙炔入口相連；除塵裝置設(shè)有熱解油氣入口和除塵油氣出口，熱解油氣入口和熱解油氣出口相連；冷卻裝置設(shè)有除塵油氣入口和焦油出口，除塵油氣入口和除塵油氣出口相連；苯分離裝置設(shè)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】
-種熱解煤制備苯的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于煤資源化處理技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[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W通過催化重整、乙締生產(chǎn)過程副產(chǎn)品裂解汽油加氨、甲燒直 接轉(zhuǎn)化等技術(shù)制苯。催化重整和裂解汽油制苯都為高溫反應(yīng)過程，工藝相對比較復(fù)雜、流程 長、能耗大，并且重整催化劑價格十分昂貴；甲燒直接轉(zhuǎn)化利用沸石催化劑Mo/監(jiān)SM-5在無 氧條件下進行催化反應(yīng)，反應(yīng)溫度700°C，為強吸熱反應(yīng)，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(nèi)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(yīng)器內(nèi)部是高溫環(huán)境，而且煤熱解后產(chǎn)生的熱解炭可W作為乙烘 反應(yīng)生成苯的催化劑。因此，煤熱解時的環(huán)境非常適合乙烘發(fā)生反應(yīng)生成苯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在提供一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)及方法。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)，其包括快速熱解反應(yīng)器、乙烘 存儲裝置、除塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置；
[0007] 所述快速熱解反應(yīng)器設(shè)有乙烘入口和熱解油氣出口；
[000引所述乙烘存儲裝置設(shè)有乙烘出口，所述乙烘出口與所述乙烘入口相連；
[0009] 所述除塵裝置設(shè)有熱解油氣入口和除塵油氣出口，所述熱解油氣入口和所述熱解 油氣出口相連；
[0010] 所述冷卻裝置設(shè)有除塵油氣入口和焦油出口，所述除塵油氣入口和所述除塵油氣 出口相連；
[0011] 所述苯分離裝置設(shè)有焦油入口和苯出口，所述焦油入口與所述焦油出口相連。
[0012] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述乙烘入口設(shè)置在所述快速熱解反應(yīng)器的中下 部。
[0013] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述快速熱解反應(yīng)器的加熱裝置為蓄熱式福射管燃 燒器，所述蓄熱式福射管燃燒器沿著所述快速熱解反應(yīng)器的高度方向多層設(shè)置在所述快速 熱解反應(yīng)器的側(cè)壁上，且福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，所述快速熱解反應(yīng)器還設(shè)有出料口，所述系統(tǒng)還包 括出料裝置，所述出料裝置的入口與所述出料口相連。
[0015] 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)熱解煤制備苯的方 法，所述方法包括如下步驟：
[0016] 將煤送入所述快速熱解反應(yīng)器進行熱解，制得熱解油氣和熱解炭，所述熱解油氣 包括不凝氣體和熱解油；
[0017] 將所述乙烘存儲裝置中的乙烘送入所述快速熱解反應(yīng)器中，所述乙烘在所述不凝 氣體氣氛中W及在所述熱解炭的催化作用下反應(yīng)生成苯；
[0018] 將包含苯的熱解油氣依次送入所述除塵裝置和所述冷卻裝置進行除塵和冷卻，審U 得焦油；
[0019] 將所述焦油送入所述苯分離裝置中進行分離，制得苯。
[0020] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述煤熱解的溫度為600-850°C。
[0021 ]在本發(fā)明的一個實施方案中，所述煤的粒徑為l-3mm。
[0022] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述煤的水分含量為5-15wt %。
[0023] 在本發(fā)明的一個實施方案中，所述乙烘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，將乙烘通入快速熱解反應(yīng)器中，在煤熱解產(chǎn)生的甲 燒、氨氣和二氧化碳氣氛中，W及在煤熱解產(chǎn)生的熱解炭的催化作用下，乙烘反應(yīng)生成苯。 本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法將煤熱解和乙烘制苯的反應(yīng)結(jié)合在一起，煤熱解為乙烘制苯的 反應(yīng)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)及方法也提高了煤熱解油中芳控的含量，使所得的煤 熱解油的品質(zhì)得到提升，明顯的提高了煤熱解油的經(jīng)濟價值。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明實施例的一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明實施例的一種熱解煤制備苯的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0028] W下結(jié)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，W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，W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。
[0029] 本發(fā)明首先提供了一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括快速熱解反應(yīng)器、乙烘 存儲裝置、出料裝置、除塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置。
[0030] 其中，快速熱解反應(yīng)器是本系統(tǒng)的核屯、裝置，是煤熱解、乙烘反應(yīng)的反應(yīng)器?？焖?熱解反應(yīng)器設(shè)有進料口、乙烘(C2出)入口、熱解油氣出口和出料口。
[0031] 乙烘入口可W設(shè)置在快速熱解反應(yīng)器的任何位置，其最優(yōu)的位置為快速熱解反應(yīng) 器的中下部，最優(yōu)位置為快速熱解反應(yīng)器高度的30-50%處。在相同的壓力下，乙烘的密度 小于空氣的密度，乙烘從下往上進入快速熱解反應(yīng)器中，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（甲燒(CH4)、氨氣化2)、二氧化碳(0)2)等）的氛圍中反應(yīng) 生成苯。
[0032] 熱解油氣出口的個數(shù)并不需要限定。
[0033] 快速熱解反應(yīng)器的加熱裝置不需要特別限定，其最優(yōu)的選擇為蓄熱式福射管燃燒 器。蓄熱式福射管燃燒器能夠產(chǎn)生均勻分布的溫度場，使熱解物料均勻受熱，與傳統(tǒng)的使用 熱載體作為熱解熱源的方法比較，不需設(shè)置熱解氣和載體分離單元，簡化了后續(xù)工藝流程。 蓄熱式福射管燃燒器沿著所述快速熱解反應(yīng)器的高度方向多層設(shè)置在快速熱解反應(yīng)器的 側(cè)壁上，且福射管燃燒器表面噴涂陶瓷涂層。蓄熱式福射管燃燒器的數(shù)量不限。
[0034] 乙烘存儲裝置設(shè)有乙烘出口，乙烘出口與快速熱解反應(yīng)器的乙烘入口相連。乙烘 存儲裝置用于為快速熱解反應(yīng)器提供乙烘。
[0035] 出料裝置設(shè)有入口和出口，出料裝置的入口與快速熱解反應(yīng)器的出料口相連。出 料裝置用于將煤熱解后產(chǎn)生的熱解炭送出快速熱解反應(yīng)器。
[0036] 除塵裝置設(shè)有熱解油氣入口和除塵油氣出口，熱解油氣入口和快速熱解反應(yīng)器的 熱解油氣出口相連。除塵裝置用于除去熱解油氣中的粉塵。
[0037] 冷卻裝置設(shè)有除塵油氣入口和焦油出口，除塵油氣入口與除塵裝置的除塵油氣出 口相連。冷卻裝置用于分離焦油和熱解氣。
[0038] 苯分離裝置設(shè)有焦油入口和苯出口，焦油入口與冷卻裝置的焦油出口相連。苯分 離裝置用于從焦油中將苯提取出來。
[0039] 本發(fā)明還提供了一種利用上述系統(tǒng)熱解煤制備苯的方法。如圖2所示，本方法包括 如下步驟：
[0040] 熱解:首先，將煤送入快速熱解反應(yīng)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(如甲燒、氨氣、二氧化碳等)和熱解油。然后，將乙烘存儲裝置中的乙烘送 入快速熱解反應(yīng)器中，乙烘在不凝氣體氣氛中W及在熱解炭的催化作用下反應(yīng)生成苯。
[0041] 煤經(jīng)進料口進入快速熱解反應(yīng)器，然后經(jīng)布料器均勻分散之后進入福射管加熱區(qū) 域進行熱解反應(yīng)。
[0042] 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)明中是乙烘反應(yīng)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(fù)雜。發(fā)明人經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，煤的粒徑為l-3mm時為最優(yōu) 條件。
[0043] 從乙烘入口通入的乙烘進入快速熱解反應(yīng)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，乙烘發(fā)生反應(yīng)，生成苯。
[0044] 乙烘生成苯的反應(yīng)需要在高溫和催化劑存在的條件下才能進行，快速熱解反應(yīng)器 在熱解煤時，其內(nèi)部正好是高溫環(huán)境，而且煤熱解后產(chǎn)生的熱解炭可W作為乙烘反應(yīng)生成 苯的催化劑。
[0045] 乙烘在生成苯的同時，自身也會發(fā)生分解反應(yīng)：
[0046]
[0047]
[004引上述反應(yīng)為可逆反應(yīng)。煤熱解后產(chǎn)生的不凝氣體中含有甲燒、氨氣，因此能在一定 程度上抑制乙烘發(fā)生分解反應(yīng)。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(diào)節(jié)甲燒的分壓，二氧化碳還具有與分解生成的炭反應(yīng)消除積碳的功能。
[0049] 反應(yīng)溫度并不需要特別限定。溫度越高，煤熱解的速度越快，乙烘自身發(fā)生加成反 應(yīng)生成的苯更多，但能耗越大;溫度越低，熱解速度越慢，乙烘的反應(yīng)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(yīng)區(qū)的最佳反應(yīng)溫度。
[0050] 乙烘的用量并不需要特別限定。通入快速熱解反應(yīng)器的乙烘太多，其反應(yīng)不完全， 而若太少，制得的熱解油中苯的含量也相應(yīng)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)，乙烘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。
[0051] 除塵:將包含苯的熱解油氣送入除塵裝置中，除去熱解油氣中的粉塵。
[0052] 冷卻:將除塵后的熱解油氣再送入冷卻裝置進行冷卻，制得焦油。
[0053] 分離:將焦油送入苯分離裝置進行分離，制得苯。
[0054] 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(nèi)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。
[0化5] 實施例1
[0056] 本實施例提供一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)。
[0057] 如圖1所示，本系統(tǒng)包括進料裝置、快速熱解反應(yīng)器、出料裝置、乙烘存儲裝置、除 塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置。
[005引快速熱解反應(yīng)器設(shè)有進料口、乙烘入口、熱解油氣出口和出料口。
[0059] 乙烘入口設(shè)置在與蓄熱式福射管燃燒器相鄰的側(cè)壁上，且位于快速熱解反應(yīng)器高 度的30 %處。熱解油氣出口與乙烘入口在相同的側(cè)壁上，且位于乙烘入口上方。熱解油氣出 口的個數(shù)并不需要限定，本實施例設(shè)有兩個熱解油氣出口，一個位于快速熱解反應(yīng)器高度 的80 %處，一個位于快速熱解反應(yīng)器高度的40 %處。蓄熱式福射管燃燒器沿著快速熱解反 應(yīng)器的高度方向多層設(shè)置在快速熱解反應(yīng)器的側(cè)壁上，且福射管燃燒器表面噴涂有陶瓷涂 層。快速熱解反應(yīng)器設(shè)有布料器。
[0060] 進料裝置與進料口相連，用于將煤送入快速熱解反應(yīng)器中。
[0061] 出料裝置與出料口相連，用于將煤熱解后產(chǎn)生的熱解炭送出快速熱解反應(yīng)器。
[0062] 乙烘存儲裝置設(shè)有乙烘出口，乙烘出口與乙烘入口相連。乙烘存儲裝置用于存儲 乙烘，并將乙烘送入快速熱解反應(yīng)器中。
[0063] 除塵裝置設(shè)有熱解油氣入口和除塵油氣出口，熱解油氣入口和快速熱解反應(yīng)器的 熱解油氣出口相連。除塵裝置用于除去熱解油氣中的粉塵。
[0064] 冷卻裝置設(shè)有除塵油氣入口和焦油出口，除塵油氣入口與除塵裝置的除塵油氣出 口相連。冷卻裝置用于分離焦油和熱解氣。
[0065] 苯分離裝置設(shè)有焦油入口和苯出口，焦油入口與冷卻裝置的焦油出口相連。苯分 離裝置用于從焦油中將苯提取出來。
[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)熱解煤制備苯的方法。所用的煤為 褐煤，該方法如圖2所示，具體如下：
[0068] 煤首先進行破碎、干燥。選取1噸粒徑為l-3mm的煤，控制快速熱解反應(yīng)器的溫度為 60(TC。煤經(jīng)進料裝置進入快速熱解反應(yīng)器，然后經(jīng)布料器均勻分散之后進入福射管加熱區(qū) 域進行熱解反應(yīng)，生成熱解油氣(包括不凝氣體和熱解油)和熱解炭。在不通入乙烘氣的情 況下，煤熱解得到的熱解氣(不凝氣體)中各組分的含量如表1所示。生成的不凝氣體的體積 為500.42m3。
[0069] 然后，往快速熱解反應(yīng)器通入乙烘，通入的乙烘的量為40.034m3。乙烘在向上流動 過程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進一步促進乙烘反應(yīng)生成苯。含有苯 的熱解油氣自熱解油氣出口排出，之后經(jīng)歷除塵裝置和冷卻裝置得到焦油、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] 通入乙烘后，增加的苯量為煤自身熱解產(chǎn)生的苯的1.2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)熱解煤制備苯的方法。所用的煤 與實施例2所用的煤一樣，該方法如圖2所示，具體如下：
[0073] 煤首先進行破碎、干燥。選取1噸粒徑為l-3mm的煤，控制快速熱解反應(yīng)器的溫度為 70(TC。煤經(jīng)進料裝置進入快速熱解反應(yīng)器，然后經(jīng)布料器均勻分散之后進入福射管加熱區(qū) 域進行熱解反應(yīng)，生成熱解油氣(包括不凝氣體和熱解油)和熱解炭。在不通入乙烘氣的情 況下，煤熱解得到的熱解氣(不凝氣體)中各組分的含量如表1所示。生成的不凝氣體的體積 為1104.5m3。
[0074] 然后，往快速熱解反應(yīng)器通入乙烘，通入的乙烘的量為110.45m3。乙烘在向上流動 過程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進一步促進乙烘反應(yīng)生成苯。含有苯 的熱解油氣自熱解油氣出口排出，之后經(jīng)歷除塵裝置和冷卻裝置得到焦油、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，將焦油進一步送入苯分離裝 置中，分離后得到苯。剩下的不含苯的熱解油收集后備用。
[0075] 通入乙烘后，增加的苯量為煤自身熱解產(chǎn)生的苯的2.1倍。
[0076] 表1熱解氣中各組分的含量
[0077]
[0078] 綜上，可W得知，本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法，將乙烘通入快速熱解反應(yīng)器中，在 煤熱解產(chǎn)生的甲燒、氨氣和二氧化碳氣氛中，W及在煤熱解產(chǎn)生的熱解炭的催化作用下，乙 烘反應(yīng)生成苯。本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法將煤熱解和乙烘制苯的反應(yīng)結(jié)合在一起，煤熱 解為乙烘制苯的反應(yīng)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] 此外，因此，本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法也提高了焦油中芳控的含量，使所得的焦 油的品質(zhì)得到提升，從而提高了焦油的經(jīng)濟價值。
[0080] 需要說明的是，W上參照附圖所描述的各個實施例僅用W說明本發(fā)明而非限制本 發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)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(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除非特別說明，那 么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。
【主權(quán)項】
1. 一種熱解煤制備苯的系統(tǒng)，其特征在于，其包括快速熱解反應(yīng)器、乙炔存儲裝置、除 塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置； 所述快速熱解反應(yīng)器設(shè)有乙炔入口和熱解油氣出口； 所述乙炔存儲裝置設(shè)有乙炔出口，所述乙炔出口與所述乙炔入口相連； 所述除塵裝置設(shè)有熱解油氣入口和除塵油氣出口，所述熱解油氣入口和所述熱解油氣 出口相連； 所述冷卻裝置設(shè)有除塵油氣入口和焦油出口，所述除塵油氣入口和所述除塵油氣出口 相連； 所述苯分離裝置設(shè)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(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述乙炔入口設(shè)置在所述快速熱解反應(yīng)器 的中下部。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述快速熱解反應(yīng)器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沿著所述快速熱解反應(yīng)器的高度方向多層設(shè)置在 所述快速熱解反應(yīng)器的側(cè)壁上，且輻射管燃燒器表面噴涂有陶瓷涂層。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述快速熱解反應(yīng)器還設(shè)有出料口，所述 系統(tǒng)還包括出料裝置，所述出料裝置的入口與所述出料口相連。5. -種利用權(quán)利要求1-4中任一所述系統(tǒng)熱解煤制備苯的方法，其特征在于，所述方法 包括如下步驟： 將煤送入所述快速熱解反應(yīng)器進行熱解，制得熱解油氣和熱解炭，所述熱解油氣包括 不凝氣體和熱解油； 將所述乙炔存儲裝置中的乙炔送入所述快速熱解反應(yīng)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(yīng)生成苯； 將包含苯的熱解油氣依次送入所述除塵裝置和所述冷卻裝置進行除塵和冷卻，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。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述煤熱解的溫度為600-850 °C。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述煤的粒徑為l-3mm。8. 根據(jù)權(quán)利要求5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】C07C15/04GK106083519SQ201610596843
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月26日 公開號201610596843.1, CN 106083519 A, CN 106083519A, CN 201610596843, CN-A-106083519, CN106083519 A, CN106083519A, CN201610596843, CN201610596843.1
【發(fā)明人】竇從從, 鄭倩倩, 孟嘉樂, 張照, 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