由煤制备芳香烃的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201710797348.1 | 申请日 | 2017-09-06 | 公开(公告)号 | CN107513002A | 公开(公告)日 | 2017-12-26 |
| 申请人 | 神雾科技集团股份有限公司; | 发明人 | 许梅梅; 闫琛洋; 史学君; 吴道洪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了由 煤 制备芳香 烃 的系统和方法。系统包括：混料装置；成型装置；旋转床，其干燥区和 热解 区内均设置有多个蓄热式 辐射 管；油气分离装置，其具有热解油气入口、煤焦油出口和热解气出口； 净化 装置，其具有净化热解气出口；电石炉，其具有尾气出口；乙炔发生器，其具有乙炔出口；多个乙炔反应管，多个乙炔反应管设置在旋转床的热解区内且位于多个蓄热式辐射管下方，乙炔反应管具有反应气体入口和混合气体产物出口，反应气体入口与净化热解气出口、乙炔出口和尾气出口相连；气体分离装置。该系统采用低阶煤制备芳烃，实现了低价值的低阶煤到高附加值的芳烃的转化，解决了由于石油资源有限导致的芳香烃产量限制的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种由煤制备芳香烃的系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 由煤制备芳香烃的系统和方法技术领域背景技术[0002] 我国的能源格局一直是富煤、贫油、少气，煤炭储量可达世界煤炭储量的17％。其中褐煤、长焰煤等低阶煤资源储量丰富，占我国煤炭储量及煤炭产量50％以上，但由于低阶煤水含量高，直接燃烧或气化效率低且现有技术无法充分利用其资源价值，导致了煤炭资源的巨大浪费。2015年4月国家能源局发布了《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)》，将煤炭分质分级利用地位显著提高，大力倡导低阶煤提质技术的研发和示范。因此，开发低阶煤的清洁高效利用新途径具有十分重大的现实意义。 [0003] 苯、甲苯和二甲苯等轻质芳烃为最重要的化工基础原料之一，广泛应用于生产橡胶、纤维、塑料和染料等化工产品。目前，芳烃主要来源于石油化工中的催化重整和烃类热解，仅有约10％来源于煤炭化工。但是目前石油资源越来越匮乏，因此，现有的由煤制备芳香烃的手段仍有待研究。 发明内容[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出由煤制备芳香烃的系统和方法。该系统采用低阶煤作为原料制备芳香烃，实现了从低价值的低阶煤到高附加值的芳香烃的转化，解决了由于石油资源有限导致的芳香烃产量限制的问题。 [0005] 在本发明的第一方面，本发明提出了一种由煤制备芳香烃的系统。根据本发明的实施例，该系统包括： [0007] 成型装置，所述成型装置具有混合物料入口和混合球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连； [0008] 旋转床，所述旋转床内具有进料区、干燥区、热解区和出料区，其中，所述干燥区和所述热解区内均设置有多个蓄热式辐射管，所述进料区具有混合球团入口，所述混合球团入口与所述混合球团出口相连，所述干燥区具有水蒸气出口，所述热解区具有热解油气出口，所述出料区具有提质球团出口； [0009] 油气分离装置，所述油气分离装置具有热解油气入口、煤焦油出口和热解气出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连； [0011] 电石炉，所述电石炉具有提质球团入口、电石出口和尾气出口，所述提质球团入口与所述提质球团出口相连； [0012] 乙炔发生器，所述乙炔发生器具有电石入口、水入口和乙炔出口，所述电石入口与所述电石出口相连； [0013] 多个乙炔反应管，所述多个乙炔反应管设置在所述旋转床的所述热解区内且位于所述多个蓄热式辐射管下方，所述乙炔反应管具有反应气体入口和混合气体产物出口，所述反应气体入口分别与所述乙炔出口、所述净化热解气出口和所述尾气出口相连； [0014] 气体分离装置，所述气体分离装置具有混合气体产物入口、轻质芳烃出口、乙烯出口和重质芳烃出口，所述混合气体产物入口与所述混合气体产物出口相连。 [0015] 根据本发明实施例的由煤制备芳香烃的系统通过将生石灰粉末和低阶煤粉末供给至混料装置中进行混合处理，并将得到混合物料供给至成型装置中进行成型处理，得到混合球团，再将混合球团供给至旋转床中，使混合球团随着旋转床底盘的转动，依次经过旋转床的干燥区和热解区，混合球团在干燥区进行干燥处理，干燥产生的水蒸气由水蒸气出口排出，经过干燥处理的混合球团进入热解区进行热解处理，得到热解油气和提质球团；进而将热解油气供给至油气分离装置中进行油气分离处理，以便将热解油气分离为煤焦油和以二氧化碳、氢气、甲烷等气体为主要成分的热解气，并将热解气供给至净化装置中进行净化处理，得到净化热解气；同时，将提质球团供给至电石炉中进行电石反应，以便得到电石和以一氧化碳为主要成分的尾气，将电石和水供给至乙炔发生器中进行水解反应，得到乙炔；进一步地，将炉顶气、乙炔和净化炉顶气供给至设置在旋转床热解区内的多个乙炔反应管中，并进行聚合反应，以便得到轻质芳烃、乙烯和重质芳烃的混合气体产物，再将该混合气体产物供给至气体分离装置中进行分离处理，即可分离得到轻质芳烃产品，并副产乙烯和重质芳烃。由此，该系统采用低阶煤作为原料制备芳香烃，实现了从低价值的低阶煤到高附加值的芳香烃的转化，解决了由于石油资源有限导致的芳香烃产量限制的问题；同时，该系统通过将旋转床与乙炔反应管耦合，减少了乙炔制芳烃反应器的投资，并充分利用了旋转床的温度场，从而显著降低了能耗。 [0016] 另外，根据本发明上述实施例的由煤制备芳香烃的系统还可以具有如下附加的技术特征： [0017] 在本发明的一些实施例中，所述乙炔反应管为直线型空心管，在所述热解区内的每个蓄热式辐射管的正下方设置有1～2个所述乙炔反应管。 [0018] 在本发明的一些实施例中，所述乙炔反应管与上方所述蓄热式辐射管之间的距离为H1，所述乙炔反应管与下方物料层之间的距离为H2，H1:H2＝1:(1～3)。 [0019] 在本发明的一些实施例中，所述乙炔反应管的材质为陶瓷。 [0021] 在本发明的一些实施例中，所述催化剂涂层的厚度为20～100μm。 [0022] 在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用上述实施例的由煤制备芳香烃的系统制备芳香烃的方法。根据本发明的实施例，该方法包括： [0023] 将生石灰粉末和低阶煤粉末供给至混料装置中进行混合处理，以便得到混合物料； [0024] 将所述混合物料供给至成型装置中进行成型处理，以便得到混合球团； [0025] 将所述混合球团供给至旋转床中进行干燥处理和热解处理，以便得到水蒸气、提质球团和热解油气； [0026] 将所述热解油气供给至油气分离装置中进行油气分离处理，以便得到煤焦油和热解气； [0027] 将所述热解气供给至净化装置中进行净化处理，以便得到净化热解气； [0028] 将所述提质球团供给至电石炉中进行电石反应，以便得到电石和炉顶气； [0029] 将所述电石和水供给至电石炉中进行水解反应，以便得到乙炔； [0030] 将所述炉顶气、所述乙炔和所述净化热解气供给至乙炔反应管中进行聚合反应，以便得到混合气体产物； [0031] 将所述混合气体产物供给至气体分离装置中进行分离处理，以便得到轻质芳烃、乙烯和重质芳烃。 [0032] 由此，根据本发明实施例的制备芳香烃的方法通过将生石灰粉末和低阶煤粉末供给至混料装置中进行混合处理，并将得到混合物料供给至成型装置中进行成型处理，得到混合球团，再将混合球团供给至旋转床中，使混合球团随着旋转床底盘的转动，依次经过旋转床的干燥区和热解区，混合球团在干燥区进行干燥处理，干燥产生的水蒸气由水蒸气出口排出，经过干燥处理的混合球团进入热解区进行热解处理，得到热解油气和提质球团；进而将热解油气供给至油气分离装置中进行油气分离处理，以便将热解油气分离为煤焦油和以二氧化碳、氢气、甲烷等气体为主要成分的热解气，并将热解气供给至净化装置中进行净化处理，得到净化热解气；同时，将提质球团供给至电石炉中进行电石反应，以便得到电石和以一氧化碳为主要成分的炉顶气，将电石和水供给至乙炔发生器中进行水解反应，得到乙炔；进一步地，将炉顶气、乙炔和净化炉顶气供给至设置在旋转床热解区内的多个乙炔反应管中，并进行聚合反应，以便得到轻质芳烃、乙烯和重质芳烃的混合气体产物，再将该混合气体产物供给至气体分离装置中进行分离处理，即可分离得到轻质芳烃产品，并副产乙烯和重质芳烃。由此，该方法采用低阶煤作为原料制备芳香烃，实现了从低价值的低阶煤到高附加值的芳香烃的转化，解决了由于石油资源有限导致的芳香烃产量限制的问题；同时，该方法通过将旋转床与乙炔反应管耦合，减少了乙炔制芳烃反应器的投资，并充分利用了旋转床的温度场，从而显著降低了能耗。 [0033] 另外，根据本发明上述实施例的制备芳香烃的方法还可以具有如下附加的技术特征： [0034] 在本发明的一些实施例中，所述生石灰粉末和所述低阶煤粉末的平均粒径分别独立地不高于20μm。 [0035] 在本发明的一些实施例中，所述混合物料中所述低阶煤粉末和所述生石灰粉末的质量比为1:(1.1～1.4)。 [0036] 在本发明的一些实施例中，所述热解处理是在700～800摄氏度下进行1～2小时完成的。 [0037] 在本发明的一些实施例中，在所述乙炔反应管内进行的所述聚合反应的温度为800～920摄氏度。 [0039] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： [0040] 图1是根据本发明一个实施例的由煤制备芳香烃的系统结构示意图； [0041] 图2是根据本发明一个实施例的制备芳香烃的方法流程示意图； [0042] 图3是根据本发明一个实施例的由煤制备芳香烃的工艺流程示意图。 具体实施方式[0043] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0044] 此外，术语“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。 [0045] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0046] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0047] 在本发明的第一方面，本发明提出了一种由煤制备芳香烃的系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：混料装置100、成型装置200、旋转床300、油气分离装置400、净化装置500、电石炉600、乙炔发生器700和多个乙炔反应管800。其中，混料装置100具有生石灰粉末入口101、低阶煤粉末入口102和混合物料出口103；成型装置200具有混合物料入口201和混合球团出口202，混合物料入口201与混合物料出口103相连；旋转床300内具有进料区310、干燥区320、热解区330和出料区340，其中，干燥区320和热解区330内均设置有多个蓄热式辐射管350，进料区310具有混合球团入口301，混合球团入口301与混合球团出口202相连，干燥区320具有水蒸气出口302，热解区330具有热解油气出口303，出料区340具有提质球团出口304；油气分离装置400具有热解油气入口401、煤焦油出口402和热解气出口 403，热解油气入口401与热解油气出口303相连；净化装置500具有热解气入口501和净化热解气出502口，热解气入口501与热解气出口403相连；电石炉600具有提质球团入口601、电石出口602和尾气出口603，提质球团入口601与提质球团出口304相连；乙炔发生器700具有电石入口701、水入口702和乙炔出口703，电石入口701与电石出口602相连；多个乙炔反应管800设置在旋转床300的热解区330内且位于多个蓄热式辐射管350下方，乙炔反应管800具有反应气体入口801和混合气体产物出口(附图中未示出)，反应气体入口801分别与乙炔出口703、净化热解气出口502和尾气出口603相连；气体分离装置900具有混合气体产物入口901、轻质芳烃出口902、乙烯出口903和重质芳烃出口904，混合气体产物入口901与混合气体产物出口相连。 [0048] 下面参考图1对根据本发明实施例的由煤制备芳香烃的系统进行详细描述： [0049] 根据本发明的实施例，混料装置100具有生石灰粉末入口101、低阶煤粉末入口102和混合物料出口103，混料装置100适于将生石灰粉末和低阶煤粉末进行混合处理，以便得到混合物料。具体的，通过将生石灰粉末与低阶煤粉末进行混合，后续可以先利用低阶煤制备得到电石，再由电石生产乙炔，从而实现由低价值的低阶煤到高附加值的芳香烃的转化。 [0050] 根据本发明的实施例，生石灰粉末和低阶煤粉末的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，生石灰粉末和低阶煤粉末的平均粒径为分别独立地不高于20μm，优选不高于10μm。由此，可以有效地增加物料的接触面积，提高反应效率。 [0051] 根据本发明的具体实施例，生石灰粉末与低阶煤粉末混合得到的混合物料中低阶煤粉末和生石灰粉末的质量比可以为1:(1.1～1.4)，由此，可以进一步提高后续制备得到的电石的产率。 [0052] 根据本发明的实施例，成型装置200具有混合物料入口201和混合球团出口202，混合物料入口201与混合物料出口103相连，成型装置200适于将混合物料进行成型处理，以便得到混合球团。发明人发现，通过利用低阶煤本身具有的粘结性进行成型处理，可以降低要求的难度。 [0053] 根据本发明的实施例，混合球团的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，混合球团的平均粒径可以为10～40mm，发明人发现，通过将混合球团的平均粒径控制在上述范围内，可以进一步提高后续热解处理中物料的传热效率，提高反应热效率。 [0054] 根据本发明的实施例，旋转床300内具有进料区310、干燥区320、热解区330和出料区340，其中，干燥区320和热解区330内均设置有多个蓄热式辐射管350，进料区310具有混合球团入口301，混合球团入口301与混合球团出口202相连，干燥区320具有水蒸气出口302，热解区330具有热解油气出口303，出料区340具有提质球团出口304，旋转床300适于将混合球团进行干燥处理和热解处理，以便得到水蒸气、热解油气和提质球团。具体的，本发明中所采用的低阶煤是指挥发分大于35wt％的低品质煤，通过将混合球团进行热解处理，可以有效除去低阶煤中的挥发分，从而提高后续电石反应中制备得到的电石的品质和收率。混合球团进入旋转床后随着旋转床物料地盘的转动，首先经过干燥区，并在120～200摄氏度下进行干燥处理以便除去物料中的水分，干燥处理得到的水蒸气由干燥区顶部的水蒸气出口排出装置；进而，经过烘干的混合球团进入热解区进行热解处理，得到热解油气和提质球团。 [0055] 根据本发明的具体实施例，热解区设置的蓄热式辐射管数量为8～16个，物料通过蓄热式辐射管提供热量进行热解处理。根据本发明的具体实施例，热解处理是在700～800摄氏度下进行1～2小时完成的，由此，可以进一步除去混合球团中低阶煤所含的挥发分。 [0056] 根据本发明的实施例，油气分离装置400具有热解油气入口401、煤焦油出口402和热解气出口403，热解油气入口401与热解油气出口303相连，油气分离装置400适于将混合球团热解得到的热解油气进行油气分离处理，以便得到煤焦油和热解气。具体地，热解油气在进行油气分离处理之前，可以先经过冷却。 [0057] 根据本发明的实施例，净化装置500具有热解气入口501和净化热解气出502口，热解气入口501与热解气出口403相连，净化装置500适于将热解气进行净化处理，以便得到净化热解气。具体的，净化热解气的主要成分包括氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳和轻质烃类。其中，甲烷、氢气和二氧化碳后续可以通入乙炔反应管中用于制备芳香烃，其余的一氧化碳、轻质烃类等可燃气可以返回旋转床中用作蓄热式辐射管的燃料气。 [0058] 根据本发明的实施例，电石炉600具有提质球团入口601、电石出口602和尾气出口603，提质球团入口601与提质球团出口304相连，电石炉600适于将提质球团进行电石反应，以便得到电石和炉顶气。通过将混合球团进行热解处理，利用热解所得的提质球团制备电石，可以有效降低电石炉的能耗，提高工艺的热利用率。同时电石炉所产生的炉顶气中含有大量的一氧化碳，一部分一氧化碳可以用作乙炔制备芳香烃的反应气，另一部分可用作蓄热式辐射管的燃料气。 [0059] 根据本发明的实施例，乙炔发生器700具有电石入口701、水入口702和乙炔出口703，电石入口701与电石出口602相连，乙炔发生器700适于将电石和水进行水解反应，以便得到乙炔。 [0060] 根据本发明的实施例，多个乙炔反应管800设置在旋转床300的热解区330内且位于多个蓄热式辐射管350下方，乙炔反应管800具有反应气体入口801和混合气体产物出口(附图中未示出)，反应气体入口801分别与乙炔出口703、净化热解气出口502和尾气出口603相连，乙炔反应管800适于将炉顶气、乙炔和净化热解气进行聚合反应，以便得到混合气体产物。具体的，通过将乙炔与炉顶气和净化热解气中的甲烷、氢气、二氧化碳、一氧化碳混合并在高温下进行聚合反应，其中甲烷可以减少反应中积炭的形成，氢气可以与乙炔反应生成乙烯等气体，同时减少积炭，二氧化碳和一氧化碳可以作为稀释气体以降低乙炔的分压，从而进一步减少积炭的形成。另一方面，通过将多个乙炔反应管设置在旋转床的热解区内，可以充分利用旋转床炉膛内的温度场，且乙炔聚合反应为放热反应，从而可以维持炉膛内的高温。 [0061] 根据本发明的具体实施例，乙炔反应管内进行的聚合反应的温度为800～920摄氏度。 [0062] 根据本发明的具体实施例，乙炔反应管为直线型空心管，并且热解区的每个蓄热式辐射管的正下方设置有1～2个乙炔反应管。 [0063] 根据本发明的具体实施例，乙炔反应管与上方蓄热式辐射管之间的距离为H1，乙炔反应管与下方物料层之间的距离为H2，H1:H2＝1:(1～3)。由此，可以使得乙炔反应管相对靠近蓄热式辐射管，从而保证乙炔反应管内具有较高的温度，以便乙炔发生聚合反应。 [0064] 根据本发明的具体实施例，乙炔反应管的材质为陶瓷，由此，可以进一步提高乙炔反应管的耐热性能。 [0065] 根据本发明的具体实施例，乙炔反应管的外壁具有催化剂涂层，催化剂涂层由碱金属和γ-Al2O3形成，碱金属与γ-Al2O3的质量比为1:(10～40)。具体的，混合球团热解得到的热解油气与该催化剂涂层接触后可以使热解油气中的重质油进一步发生高温裂解，从而可以提高后续分离处理得到的热解气的收率。 [0066] 根据本发明的具体实施例，催化剂涂层的厚度可以为20～100μm。由此，可以进一步提高热解油气中重质油的高温裂解效率。 [0067] 根据本发明的实施例，气体分离装置900具有混合气体产物入口901、轻质芳烃出口902、乙烯出口903和重质芳烃出口904，混合气体产物入口901与混合气体产物出口相连，气体分离装置900适于将混合气体产物进行分离处理，以便分别得到轻质芳烃、乙烯和重质芳烃。 [0068] 由此，根据本发明实施例的由煤制备芳香烃的系统通过将生石灰粉末和低阶煤粉末供给至混料装置中进行混合处理，并将得到混合物料供给至成型装置中进行成型处理，得到混合球团，再将混合球团供给至旋转床中，使混合球团随着旋转床底盘的转动，依次经过旋转床的干燥区和热解区，混合球团在干燥区进行干燥处理，干燥产生的水蒸气由水蒸气出口排出，经过干燥处理的混合球团进入热解区进行热解处理，得到热解油气和提质球团；进而将热解油气供给至油气分离装置中进行油气分离处理，以便将热解油气分离为煤焦油和以二氧化碳、氢气、甲烷等气体为主要成分的热解气，并将热解气供给至净化装置中进行净化处理，得到净化热解气；同时，将提质球团供给至电石炉中进行电石反应，以便得到电石和以一氧化碳为主要成分的炉顶气，将电石和水供给至乙炔发生器中进行水解反应，得到乙炔；进一步地，将炉顶气、乙炔和净化炉顶气供给至设置在旋转床热解区内的多个乙炔反应管中，并进行聚合反应，以便得到轻质芳烃、乙烯和重质芳烃的混合气体产物，再将该混合气体产物供给至气体分离装置中进行分离处理，即可分离得到轻质芳烃产品，并副产乙烯和重质芳烃。由此，该系统采用低阶煤作为原料制备芳香烃，实现了从低价值的低阶煤到高附加值的芳香烃的转化，解决了由于石油资源有限导致的芳香烃产量限制的问题；同时，该系统通过将旋转床与乙炔反应管耦合，减少了乙炔制芳烃反应器的投资，并充分利用了旋转床的温度场，从而显著降低了能耗。 [0069] 在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用上述实施例的由煤制备芳香烃的系统制备芳香烃的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将生石灰粉末和低阶煤粉末供给至混料装置中进行混合处理，以便得到混合物料；将混合物料供给至成型装置中进行成型处理，以便得到混合球团；将混合球团供给至旋转床中进行干燥处理和热解处理，以便得到水蒸气、提质球团和热解油气；将热解油气供给至油气分离装置中进行油气分离处理，以便得到煤焦油和热解气；将热解气供给至净化装置中进行净化处理，以便得到净化热解气；将提质球团供给至电石炉中进行电石反应，以便得到电石和炉顶气；将电石和水供给至电石炉中进行水解反应，以便得到乙炔；将炉顶气、乙炔和净化热解气供给至乙炔反应管中进行聚合反应，以便得到混合气体产物；将混合气体产物供给至气体分离装置中进行分离处理，以便得到轻质芳烃、乙烯和重质芳烃。 [0070] 下面参考图2对根据本发明实施例的制备芳香烃的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括： [0071] S100：混合处理 [0072] 该步骤中，将生石灰粉末和低阶煤粉末供给至混料装置中进行混合处理，以便得到混合物料。具体的，通过将生石灰粉末与低阶煤粉末进行混合，后续可以先利用低阶煤制备得到电石，再由电石生产乙炔，从而实现由低价值的低阶煤到高附加值的芳香烃的转化。 [0073] 根据本发明的实施例，生石灰粉末和低阶煤粉末的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，生石灰粉末和低阶煤粉末的平均粒径为分别独立地不高于20μm，优选不高于10μm。由此，可以有效地增加物料的接触面积，提高反应效率。 [0074] 根据本发明的具体实施例，生石灰粉末与低阶煤粉末混合得到的混合物料中低阶煤粉末和生石灰粉末的质量比可以为1:(1.1～1.4)，由此，可以进一步提高后续制备得到的电石的产率。 [0075] S200：成型处理 [0076] 该步骤中，将混合物料供给至成型装置中进行成型处理，以便得到混合球团。发明人发现，通过利用低阶煤本身具有的粘结性进行成型处理，可以降低要求的难度。 [0077] 根据本发明的实施例，混合球团的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，混合球团的平均粒径可以为10～40mm，发明人发现，通过将混合球团的平均粒径控制在上述范围内，可以进一步提高后续热解处理中物料的传热效率，提高反应热效率。 [0078] S300：干燥处理和热解处理 [0079] 该步骤中，将混合球团供给至旋转床中进行干燥处理和热解处理，以便得到水蒸气、提质球团和热解油气。具体的，旋转床内具有进料区、干燥区、热解区和出料区，其中，干燥区和热解区内均设置有多个蓄热式辐射管，进料区具有混合球团入口，混合球团入口与混合球团出口相连，干燥区具有水蒸气出口，热解区具有热解油气出口，出料区具有提质球团出口；本发明中所采用的低阶煤是指挥发分大于35wt％的低品质煤，通过将混合球团进行热解处理，可以有效除去低阶煤中的挥发分，从而提高后续电石反应中制备得到的电石的品质和收率。混合球团进入旋转床后随着旋转床物料地盘的转动，首先经过干燥区，并在120～200摄氏度下进行干燥处理以便除去物料中的水分，干燥处理得到的水蒸气由干燥区顶部的水蒸气出口排出装置；进而，经过烘干的混合球团进入热解区进行热解处理，得到热解油气和提质球团。 [0080] 根据本发明的具体实施例，热解区设置的蓄热式辐射管数量为8～16个，物料通过蓄热式辐射管提供热量进行热解处理。根据本发明的具体实施例，热解处理是在700～800摄氏度下进行1～2小时完成的，由此，可以进一步除去混合球团中低阶煤所含的挥发分。 [0081] S400：油气分离处理 [0082] 该步骤中，将热解油气供给至油气分离装置中进行油气分离处理，以便得到煤焦油和热解气。具体地，热解油气在进行油气分离处理之前，可以先经过冷却。 [0083] S500：净化处理 [0084] 该步骤中，将热解气供给至净化装置中进行净化处理，以便得到净化热解气。具体的，净化热解气的主要成分包括氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳和轻质烃类。其中，甲烷、氢气和二氧化碳后续可以通入乙炔反应管中用于制备芳香烃，其余的一氧化碳、轻质烃类等可燃气可以返回旋转床中用作蓄热式辐射管的燃料气。 [0085] S600：电石反应 [0086] 该步骤中，将提质球团供给至电石炉中进行电石反应，以便得到电石和炉顶气。将电石和水供给至电石炉中进行水解反应，以便得到乙炔。通过将混合球团进行热解处理，利用热解所得的提质球团制备电石，可以有效降低电石炉的能耗，提高工艺的热利用率。同时电石炉所产生的炉顶气中含有大量的一氧化碳，一部分一氧化碳可以用作乙炔制备芳香烃的反应气，另一部分可用作蓄热式辐射管的燃料气。 [0087] S700：水解反应 [0088] 该步骤中，将电石和水供给至电石炉中进行水解反应，以便得到乙炔。 [0089] S800：聚合反应 [0090] 该步骤中，将炉顶气、乙炔和净化热解气供给至乙炔反应管中进行聚合反应，以便得到混合气体产物。具体的，多个乙炔反应管设置在旋转床的热解区内且位于多个蓄热式辐射管下方，乙炔反应管具有反应气体入口和混合气体产物出口，反应气体入口分别与乙炔出口、净化热解气出口和尾气出口相连，乙炔反应管适于将炉顶气、乙炔和净化热解气进行聚合反应，以便得到混合气体产物。具体的，通过将乙炔与炉顶气和净化热解气中的甲烷、氢气、二氧化碳、一氧化碳混合并在高温下进行聚合反应，其中甲烷可以减少反应中积炭的形成，氢气可以与乙炔反应生成乙烯等气体，同时减少积炭，二氧化碳和一氧化碳可以作为稀释气体以降低乙炔的分压，从而进一步减少积炭的形成。另一方面，通过将多个乙炔反应管设置在旋转床的热解区内，可以充分利用旋转床炉膛内的温度场，且乙炔聚合反应为放热反应，从而可以维持炉膛内的高温。 [0091] 根据本发明的具体实施例，乙炔反应管内进行的聚合反应的温度为800～920摄氏度。 [0092] 根据本发明的具体实施例，乙炔反应管为直线型空心管，并且热解区的每个蓄热式辐射管的正下方设置有1～2个乙炔反应管。 [0093] 根据本发明的具体实施例，乙炔反应管与上方蓄热式辐射管之间的距离为H1，乙炔反应管与下方物料层之间的距离为H2，H1:H2＝1:(1～3)。由此，可以使得乙炔反应管相对靠近蓄热式辐射管，从而保证乙炔反应管内具有较高的温度，以便乙炔发生聚合反应。 [0094] 根据本发明的具体实施例，乙炔反应管的材质为陶瓷，由此，可以进一步提高乙炔反应管的耐热性能。 [0095] 根据本发明的具体实施例，乙炔反应管的外壁具有催化剂涂层，催化剂涂层由碱金属和γ-Al2O3形成，碱金属与γ-Al2O3的质量比为1:(10～40)。具体的，混合球团热解得到的热解油气与该催化剂涂层接触后可以使热解油气中的重质油进一步发生高温裂解，从而可以提高后续分离处理得到的热解气的收率。 [0096] 根据本发明的具体实施例，催化剂涂层的厚度可以为20～100μm。由此，可以进一步提高热解油气中重质油的高温裂解效率。 [0097] S900：分离处理 [0098] 该步骤中，将混合气体产物供给至气体分离装置中进行分离处理，以便分别得到轻质芳烃、乙烯和重质芳烃。 [0099] 由此，根据本发明实施例的制备芳香烃的方法通过将生石灰粉末和低阶煤粉末供给至混料装置中进行混合处理，并将得到混合物料供给至成型装置中进行成型处理，得到混合球团，再将混合球团供给至旋转床中，使混合球团随着旋转床底盘的转动，依次经过旋转床的干燥区和热解区，混合球团在干燥区进行干燥处理，干燥产生的水蒸气由水蒸气出口排出，经过干燥处理的混合球团进入热解区进行热解处理，得到热解油气和提质球团；进而将热解油气供给至油气分离装置中进行油气分离处理，以便将热解油气分离为煤焦油和以二氧化碳、氢气、甲烷等气体为主要成分的热解气，并将热解气供给至净化装置中进行净化处理，得到净化热解气；同时，将提质球团供给至电石炉中进行电石反应，以便得到电石和以一氧化碳为主要成分的炉顶气，将电石和水供给至乙炔发生器中进行水解反应，得到乙炔；进一步地，将炉顶气、乙炔和净化炉顶气供给至设置在旋转床热解区内的多个乙炔反应管中，并进行聚合反应，以便得到轻质芳烃、乙烯和重质芳烃的混合气体产物，再将该混合气体产物供给至气体分离装置中进行分离处理，即可分离得到轻质芳烃产品，并副产乙烯和重质芳烃。由此，该方法采用低阶煤作为原料制备芳香烃，实现了从低价值的低阶煤到高附加值的芳香烃的转化，解决了由于石油资源有限导致的芳香烃产量限制的问题；同时，该方法通过将旋转床与乙炔反应管耦合，减少了乙炔制芳烃反应器的投资，并充分利用了旋转床的温度场，从而显著降低了能耗。 [0100] 下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。 [0101] 实施例 [0102] 参考图3，将粒径在20μm以下的生石灰粉末和中低阶粉末煤按质量比1.1:1混合，加入适量粘结剂进行压球，控制球团直径为10～40mm。将球团送入旋转床，辐射管的温度1000℃，热解处理温度为800℃，热解时间1h，得到的提质球团热装入电石炉生产电石。所生产的电石冷却粉碎，将电石的粒径控制在50～80mm之间，进入乙炔发生器中反应得到乙炔。 [0103] 经过本系统，1000kg中低阶煤粉末与1100kg生石灰粉末可得到370kg的乙炔、86kg的氢气、242kg的甲烷、31kg二氧化碳和420kg一氧化碳。所得的乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和200kg一氧化碳通入旋转床中的乙炔反应管中进行聚合反应。乙炔反应管内部温度为900℃，混合反应气在反应管中的停留时间为1.2s，生产得到281kg轻质芳烃、38kg重质芳烃和36kg乙烯。 [0104] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。 |
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