由低阶煤制备苯的方法和系统 |
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| 申请号 | CN201611139806.4 | 申请日 | 2016-12-12 | 公开(公告)号 | CN106699494A | 公开(公告)日 | 2017-05-24 |
| 申请人 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司; | 发明人 | 许梅梅; 闫琛洋; 朱元宝; 史雪君; 杜少春; 吴道洪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了由低阶 煤 制备苯的方法和系统，其中，方法包括：(1)将石灰石和低阶煤分别进行 破碎 处理，以便得到石灰石碎料和低阶 煤粉 ；(2)将石灰石碎料供给至 焦炉 内进行烧制处理，以便得到生石灰和二 氧 化 碳 ；(3)将低阶煤粉供给至焦炉内进行提质处理，以便得到提质煤和荒煤气；(4)将提质煤和生石灰混合后热送至电石炉内进行电石反应，以便得到电石和 一氧化碳 ；(5)将电石经破碎后在乙炔发生器内与 水 反应，以便得到乙炔；以及(6)将乙炔、步骤(3)产生的荒煤气中的氢气和甲烷、步骤(2)产生的二氧化碳以及步骤(4)产生的一氧化碳通入乙炔制苯反应器中并发生反应，以便获得苯并副产乙烯。该方法能够实现从低价值的煤到高附加值的苯的转化。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种由低阶煤制备苯的方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 由低阶煤制备苯的方法和系统技术领域背景技术[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显示意义。 [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，开发新的由低阶煤生产苯等轻质芳烃的技术势在必行。 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一种由低阶煤制备苯的方法和系统，利用该方法和系统能够实现利用低阶煤最大化制备苯，极大地提高了苯的产量，从而实现从低价值的低阶煤到高附加值的苯的转化，且具有流程简单、加工难度低、工艺成本低且经济性高的优点。 [0005] 在本发明的第一方面，本发明提出了由低阶煤制备苯的方法，包括： [0008] (3)将所述低阶煤粉供给至焦炉内进行提质处理，以便得到提质煤和荒煤气； [0009] (4)将所述提质煤和所述生石灰混合后热送至电石炉内进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳； [0010] (5)将所述电石经破碎后在乙炔发生器内与水反应，以便得到乙炔；以及[0011] (6)将所述乙炔、步骤(3)产生的荒煤气中的氢气和甲烷、步骤(2)产生的二氧化碳以及步骤(4)产生的一氧化碳通入乙炔制苯反应器中并发生反应，以便获得苯并副产乙烯。 [0012] 由此采用本发明实施例的由低阶煤制备苯的方法，首先由煤制芳烃，解决了由于石油资源有限带来的芳烃产量限制的问题，实现了从低价值的低阶煤到高附加值的芳烃的转变过程。其次，将低阶煤提质，气体产物作为燃料气和乙炔制苯反应原料气；提质煤与生石灰生产电石，制备乙炔，作为乙炔制苯反应器的原料气，实现了低阶煤的清洁高效利用。因此，采用本发明实施例的由低阶煤制备苯的系统能够实现利用低阶煤最大化制备苯，极大地提高了苯的产量，从而实现从低价值的煤到高附加值的苯的转化，且具有流程简单、加工难度低、工艺成本低且经济性高的优点。 [0013] 另外，根据本发明上述实施例的由低阶煤制备苯的方法还可以具有如下附加的技术特征： [0014] 在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述低阶煤为挥发分大于35wt％的低品质煤。 [0015] 在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述石灰石碎料的平均粒径不高于45mm，优选5-45mm。 [0016] 在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述低阶煤粉的平均粒径为不高于25mm，优选5-25mm。 [0017] 在本发明的一些实施例中，步骤(2)中采用的焦炉与步骤(3)中采用的焦炉共用燃烧室。 [0018] 在本发明的一些实施例中，步骤(2)中的所述烧制处理和步骤(3)的所述提质处理均是在1000摄氏度下进行12小时而共同完成的。 [0019] 在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述提质煤与所述生石灰的质量比1：(1-2)。 [0020] 在本发明的一些实施例中，步骤(5)中，将所述电石破碎至粒径不高于80mm，优选将所述电石破碎至粒径为50～80mm。 [0021] 在本发明的一些实施例中，步骤(6)中，所述反应是在600～1000摄氏度下进行的，优选地，所述反应是在850～950摄氏度下进行的。 [0022] 在本发明的一些实施例中，步骤(6)中，所述乙炔、所述氢气、所述甲烷、所述二氧化碳和所述一氧化碳的体积比为(1～2)：(1～4)：(1～2)：(1～3)：(0.5～1)。 [0023] 根据本发明的第二方面，本发明还提出了实施前面所述的由低阶煤制备苯的方法的系统，包括： [0024] 石灰石破碎装置，所述石灰石破碎装置具有石灰石入口和石灰石碎料出口； [0025] 低阶煤破碎装置，所述低阶煤破碎装置具有低阶煤入口和低阶煤粉出口； [0026] 第一焦炉，所述第一焦炉具有石灰石碎料入口、生石灰出口和二氧化碳出口，所述石灰石碎料入口与所述石灰石碎料出口相连； [0027] 第二焦炉，所述第二焦炉具有低阶煤粉入口、提质煤出口和荒煤气出口，所述低阶煤粉入口与所述低阶煤粉出口相连； [0028] 混料罐，所述混料罐具有生石灰入口、提质煤入口和混合物料出口，所述生石灰入口与所述生石灰出口相连，所述提质煤入口与所述提质煤出口相连； [0029] 电石炉，所述电石炉具有混合物料入口、电石出口和一氧化碳出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连； [0030] 电石破碎装置，所述电石破碎装置具有电石入口和电石碎料出口，所述电石入口与所述电石出口相连； [0031] 乙炔发生器，所述乙炔发生器具有电石碎料入口、水入口和乙炔出口，所述电石碎料入口与所述电石碎料出口相连； [0032] 乙炔制苯反应器，所述制苯反应器具有乙炔入口，二氧化碳入口、一氧化碳入口、氢气入口、甲烷入口和苯产物出口，所述乙炔入口与所述乙炔发生器的乙炔出口相连，所述二氧化碳入口与所述第一焦炉的二氧化碳出口相连，所述一氧化碳入口与所述电石炉的一氧化碳出口相连，所述氢气入口和甲烷入口分别与所述第二焦炉的荒煤气出口相连； [0033] 分离装置，所述分离装置具有苯产物入口、乙烯出口和苯出口，所述苯产物入口与所述苯产物出口相连。 [0034] 在本发明的一些实施例中，所述第一焦炉与所述第二焦炉共用燃烧室。 [0036] 图1是根据本发明一个实施例的由低阶煤制备苯的方法流程示意图； [0037] 图2是根据本发明一个实施例的由低阶煤制备苯的系统结构示意图。 [0038] 图3是根据本发明一个实施例的由低阶煤制备苯的系统结构示意图。 具体实施方式[0039] 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。 [0040] 根据本发明的一个方面，本发明提出了由低阶煤制备苯的方法，包括：(1)将石灰石和低阶煤分别进行破碎处理，以便得到石灰石碎料和低阶煤粉；(2)将石灰石碎料供给至焦炉内进行烧制处理，以便得到生石灰和二氧化碳；(3)将低阶煤粉供给至焦炉内进行提质处理，以便得到提质煤和荒煤气；(4)将提质煤和生石灰混合后热送至电石炉内进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳；(5)将电石经破碎后在乙炔发生器内与水反应，以便得到乙炔；以及(6)将乙炔、步骤(3)产生的荒煤气中的氢气和甲烷、步骤(2)产生的二氧化碳以及步骤(4)产生的一氧化碳通入乙炔制苯反应器中并发生反应，以便获得苯并副产乙烯。 [0041] 由此采用本发明实施例的由低阶煤制备苯的方法，首先由煤制芳烃，解决了由于石油资源有限带来的芳烃产量限制的问题，实现了从低价值的低阶煤到高附加值的芳烃的转变过程。其次，将低阶煤提质，气体产物作为燃料气和乙炔制苯反应原料气；提质煤与生石灰生产电石，制备乙炔，作为乙炔制苯反应器的原料气，实现了低阶煤的清洁高效利用。因此，采用本发明实施例的由低阶煤制备苯的系统能够实现利用低阶煤最大化制备苯，极大地提高了苯的产量，从而实现从低价值的煤到高附加值的苯的转化，且具有流程简单、加工难度低、工艺成本低且经济性高的优点。 [0042] 下面参考图1详细描述本发明具体实施例的由低阶煤制备苯的方法。 [0043] S100：石灰石和低阶煤的破碎处理 [0044] 根据本发明的实施例，将石灰石和低阶煤分别进行破碎处理，以便得到石灰石碎料和低阶煤粉。 [0045] 根据本发明的实施例，石灰石是碳酸钙含量较高(一般在97％以上)，杂质较少的石灰石。发明人发现，通过将石灰石和低阶煤分别进行粉碎处理，可以增大石灰石的表面积，且可以使低阶煤与后续步骤中的其他物料充分混合，从而提高反应效率和产率。 [0046] 根据本发明的实施例，石灰石碎料的平均粒径可以不高于45mm，优选5-45mm。发明人发现，在后续烧制处理，如果石灰石碎料的粒径过大，则无法充分转化为生石灰，且会使所需能耗较高；而如果将石灰石粉碎至更小粒径，则会显著提高粉碎处理的成本。发明人通过大量实验发现，将石灰石粉碎成平均粒径为5-45mm的石灰石碎料，可以在保证粉碎处理成本较低的同时，使石灰石碎料制备生石灰的反应效率、能耗和产率最佳。 [0047] 根据本发明的实施例，低阶煤为挥发分大于35wt％的低品质煤。挥发分热解所得的荒煤气净化可得到氢气、甲烷、一氧化碳、轻质烃类等可燃组分，其中甲烷和氢气可作为步骤S600中乙炔制苯反应器的原料，其余可燃气体和步骤S400中电石炉得到的一部分一氧化碳可为步骤S200和步骤S300中焦炉的燃烧室的热源，实现资源的有效利用。 [0048] 根据本发明的实施例，低阶煤粉的平均粒径可以不高于25mm，优选5-25mm。发明人通过大量实验意外地发现，如果低阶煤粉的平均粒径过大，则无法与石灰石充分混合，从而降低后续电石反应的效率，且会使所需能耗升高；而如果将低阶煤粉碎至更小粒径，则会显著提高粉碎处理的成本。发明人通过大量实验发现，将低阶煤粉碎成平均粒径为5-25mm的低阶煤粉，可以在保证粉碎处理成本较低的同时，使后续电石反应的效率、能耗和产率最佳。 [0049] S200：焦炉内烧制石灰石碎料 [0050] 根据本发明的实施例，将石灰石碎料供给至焦炉内进行烧制处理，以便得到生石灰和二氧化碳。由此通过焦炉可以有效地对石灰石碎料进行烧制处理，并得到生石灰和二氧化碳。 [0051] S300：焦炉内提质低阶煤粉 [0052] 根据本发明的实施例，将低阶煤粉供给至焦炉内进行提质处理，以便得到提质煤和荒煤气。 [0053] 根据本发明的实施例，步骤S200中采用的焦炉与步骤S300中采用的焦炉共用燃烧室。由此可以有效降低能耗。根据本发明的实施例，步骤S200中的烧制处理和步骤S300的提质处理均是在1000摄氏度下进行12小时而共同完成的。由此可以有效地并且同时完成石灰石碎料烧制和低阶煤粉的提质，进而得到生石灰和提质煤，并产生二氧化碳和大量的荒煤气。二氧化碳和大量的荒煤气均可以在后续制备苯的步骤进行再利用，进而提高资源利用率和降低制备苯的成本。 [0054] S400：制备电石 [0055] 根据本发明的实施例，将提质煤和生石灰混合后热送至电石炉内进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳。 [0056] 根据本发明的实施例，该步骤中，提质煤与生石灰的质量比1：(1-2)。煤粉配比过高时，电石炉出料中残炭较高，过低时生石灰过剩，影响所产电石质量。 [0057] S500：电石制备乙炔 [0058] 根据本发明的实施例，将电石经破碎后在乙炔发生器内与水反应，以便得到乙炔。 [0059] 根据本发明的实施例，该步骤中，可以将电石破碎至粒径不高于80mm，优选将电石破碎至粒径为50～80mm。发明人发现，如果电石的粒径过大，则无法与水充分反应制备得到乙炔，且会使所需能耗升高；而如果将电石破碎至更小粒径，则会显著提高破碎处理的成本。发明人通过大量实验发现，将电石破碎至粒径为50～80mm，可以在保证破碎处理成本较低的同时，使制备乙炔的反应效率、能耗和产率最佳。 [0060] S600：乙炔制备苯 [0061] 根据本发明的实施例，将乙炔、步骤S300产生的荒煤气中的氢气和甲烷、步骤S200产生的二氧化碳以及步骤S400产生的一氧化碳通入乙炔制苯反应器中并发生反应，以便获得苯并副产乙烯。 [0062] 本领域技术人员能够理解的是，乙炔制苯反应器由加热炉和至少一个石英管组成，且加热炉内具有恒温区，上述混合气体由石英管入口进入加热炉恒温区，通过反应得到苯并副产乙烯，得到的苯和乙烯从石英管出口流出。 [0063] 根据本发明的实施例，石英管内径与恒温区长度比例为1：(50～100)。发明人发现，石英管内径与恒温区长度的比例会影响反应管内部的热场，从而改变反应的转化率和选择性。 [0064] 根据本发明的实施例，石英管入口和出口的温度可以不高于200摄氏度。发明人发现，当金属管路中的温度超过200摄氏度时，管路中的金属会催化反应气生成大量氢气和一氧化碳，苯和乙烯等其他产物的产率几乎降为0。 [0065] 根据本发明的实施例，上述反应可以在600～1000摄氏度下进行。发明人发现，反应温度过低时，乙炔转化率大大降低；当反应温度过高时，乙烯热聚反应加剧，降低了苯等轻质产物的收率并增加了焦炭产率。 [0066] 根据本发明的优选实施例，上述反应可以在850～950摄氏度下进行。发明人发现，在该温度下进行反应，可以使反应的效率、能耗和产率最佳。 [0067] 根据本发明的一个实施例，反应中乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的混合比例并不受特别限制，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，反应中乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的体积比可以为(1～2)：(1～4)：(1～2)：(1～3)：(0.5～1)。发明人通过大量实验意外地发现，乙炔比例的改变会影响乙炔的转化率和焦炭的产率；氢气比例改变会影响焦炭和乙烯、乙烷等加氢产物的产率；甲烷和一氧化碳比例改变会影响焦炭产率；二氧化碳比例改变会影响反应气的分压，从而影响反应深度。由此通过采用上述配比可以进一步提高乙炔产率。 [0068] 根据本发明上述实施例的由低阶煤制备苯的方法至少具有下列优点： [0069] (1)由煤制芳烃，解决了由于石油资源有限带来的芳烃产量限制的问题，实现了从低价值的低阶煤到高附加值的芳烃的转变过程。 [0070] (2)将低阶煤提质，气体产物作为燃料气和乙炔制苯反应原料气；提质煤与生石灰生产电石，制备乙炔，作为乙炔制苯反应器的原料气，实现了低阶煤的清洁高效利用。 [0071] (3)煤提质与石灰石烧制共用燃烧室，燃烧室燃料由煤提质富产的可燃气提供，焦炉生产的热料混合热装进入电石炉，均有效降低了工艺的能耗。 [0072] 在本发明的第二方面，本发明提出了一种实施前面实施例的由低阶煤制备苯的方法的系统。根据本发明的实施例，参考图2-3，该系统包括：石灰石破碎装置100、低阶煤破碎装置200、第一焦炉300、第二焦炉400、混料罐500、电石炉600、电石破碎装置700、乙炔发生器800、乙炔制苯反应器900和分离装置1000。 [0073] 其中，灰石破碎装置100具有石灰石入口110和石灰石碎料出口120； [0074] 低阶煤破碎装置200具有低阶煤入口210和低阶煤粉出口220； [0075] 第一焦炉300灰石碎料入口310生灰出口320和二氧化碳出口330，石灰石碎料入口310与石灰石碎料出口120相连； [0076] 第二焦炉400具有低阶煤粉入口410、提质煤出口420和荒煤气出口430，低阶煤粉入口410与低阶煤粉出口220相连； [0077] 混料罐500具有生石灰入口510、提质煤入口520和混合物料出口530，生石灰入口510与生石灰出口320相连，提质煤入口520与提质煤出口420相连； [0078] 电石炉600具有混合物料入口610、电石出口620和一氧化碳出口630，混合物料入口610与混合物料出口530相连； [0079] 电石破碎装置700具有电石入口710和电石碎料出口720，电石入口710与电石出口620相连； [0080] 乙炔发生器800具有电石碎料入口810、水入口820和乙炔出口830，电石碎料入口810与电石碎料出口相720连； [0081] 制苯反应器900具有乙炔入口910，二氧化碳入口920、一氧化碳入口930、氢气入口940、甲烷入口950和苯产物出口960，乙炔入口910与乙炔发生器800的乙炔出口830相连，二氧化碳入口920与第一焦炉300的二氧化碳出口330相连，一氧化碳入口930与电石炉600的一氧化碳出口630相连，氢气入口940和甲烷入口950分别与第二焦炉400的荒煤气出口430相连； [0082] 分离装置1000具有苯产物入口1010、乙烯出口1020和苯出口1030，苯产物入口1010与苯产物出口960相连。 [0083] 由此，采用本发明实施例的由低阶煤制备苯的系统，首先由煤制芳烃，解决了由于石油资源有限带来的芳烃产量限制的问题，实现了从低价值的低阶煤到高附加值的芳烃的转变过程；其次，将低阶煤提质，气体产物作为燃料气和乙炔制苯反应原料气；提质煤与生石灰生产电石，制备乙炔，作为乙炔制苯反应器的原料气，实现了低阶煤的清洁高效利用；另外，煤提质与石灰石烧制共用燃烧室，燃烧室燃料由煤提质富产的可燃气提供，焦炉生产的热料混合热装进入电石炉，均有效降低了工艺的能耗。因此，采用本发明实施例的由低阶煤制备苯的系统能够实现利用粉煤最大化制备苯，极大地提高了苯的产量，从而实现从低价值的煤到高附加值的苯的转化，且具有流程简单、加工难度低、工艺成本低且经济性高的优点。 [0084] 下面参考图2-3详细描述本发明具体实施例的由粉煤制备苯的系统。 [0085] 石灰石破碎装置100 [0086] 根据本发明的实施例，灰石破碎装置100具有石灰石入口110和石灰石碎料出口120。由此，将石灰石进行破碎处理，以便得到石灰石碎料。 [0087] 根据本发明的实施例，石灰石是碳酸钙含量较高(一般在97％以上)，杂质较少的石灰石。发明人发现，通过将石灰石和低阶煤分别进行粉碎处理，可以增大石灰石的表面积，且可以使低阶煤与后续步骤中的其他物料充分混合，从而提高反应效率和产率。 [0088] 根据本发明的实施例，石灰石碎料的平均粒径可以不高于45mm，优选5-45mm。发明人发现，在后续烧制处理，如果石灰石碎料的粒径过大，则无法充分转化为生石灰，且会使所需能耗较高；而如果将石灰石粉碎至更小粒径，则会显著提高粉碎处理的成本。发明人通过大量实验发现，将石灰石粉碎成平均粒径为5-45mm的石灰石碎料，可以在保证粉碎处理成本较低的同时，使石灰石碎料制备生石灰的反应效率、能耗和产率最佳。 [0089] 低阶煤破碎装置200 [0090] 根据本发明的实施例，低阶煤破碎装置200具有低阶煤入口210和低阶煤粉出口220。由此，将低阶煤进行破碎处理，以便得到低阶煤粉。 [0091] 根据本发明的实施例，低阶煤为挥发分大于35wt％的低品质煤。挥发分热解所得的荒煤气净化可得到氢气、甲烷、一氧化碳、轻质烃类等可燃组分，其中甲烷和氢气可作为步骤S600中乙炔制苯反应器的原料，其余可燃气体和步骤S400中电石炉得到的一部分一氧化碳可为步骤S200和步骤S300中焦炉的燃烧室的热源，实现资源的有效利用。 [0092] 根据本发明的实施例，低阶煤粉的平均粒径可以不高于25mm，优选5-25mm。发明人通过大量实验意外地发现，如果低阶煤粉的平均粒径过大，则无法与石灰石充分混合，从而降低后续电石反应的效率，且会使所需能耗升高；而如果将低阶煤粉碎至更小粒径，则会显著提高粉碎处理的成本。发明人通过大量实验发现，将低阶煤粉碎成平均粒径为5-25mm的低阶煤粉，可以在保证粉碎处理成本较低的同时，使后续电石反应的效率、能耗和产率最佳。 [0093] 第一焦炉300 [0094] 根据本发明的实施例，第一焦炉300灰石碎料入口310生灰出口320和二氧化碳出口330，石灰石碎料入口310与石灰石碎料出口120相连。由此，将石灰石碎料供给至第一焦炉300内进行烧制处理，以便得到生石灰和二氧化碳。由此通过第一焦炉300可以有效地对石灰石碎料进行烧制处理，并得到生石灰和二氧化碳。 [0095] 第二焦炉400 [0096] 根据本发明的实施例，第二焦炉400具有低阶煤粉入口410、提质煤出口420和荒煤气出口430，低阶煤粉入口410与低阶煤粉出口220相连。由此，将低阶煤粉供给至第二焦炉400内进行提质处理，以便得到提质煤和荒煤气。 [0097] 根据本发明的实施例，第一焦炉与第二焦炉共用燃烧室。由此可以有效降低能耗。根据本发明的具体实施例，第一焦炉300可以包括多个，第二焦炉400也可以包括多个，多个第一焦炉300与多个第二焦炉400交替布置且每相邻的第一焦炉300和第二焦炉400之间共用燃烧腔室。由此可以最大限度地共用热量，将能耗降到最低。 [0098] 根据本发明的实施例，第一焦炉300内进行的烧制处理和第二焦炉400内进行的提质处理均是在1000摄氏度下进行12小时而共同完成的。由此可以有效地并且同时完成石灰石碎料烧制和低阶煤粉的提质，进而得到生石灰和提质煤，并产生二氧化碳和大量的荒煤气。二氧化碳和大量的荒煤气均可以在后续制备苯的步骤进行再利用，进而提高资源利用率和降低制备苯的成本。 [0099] 混料罐500 [0100] 根据本发明的实施例，混料罐500具有生石灰入口510、提质煤入口520和混合物料出口530，生石灰入口510与生石灰出口320相连，提质煤入口520与提质煤出口420相连。 [0101] 根据本发明的实施例，提质煤与生石灰的质量比1：(1-2)。煤粉配比过高时，电石炉出料中残炭较高，过低时生石灰过剩，影响所产电石质量。 [0102] 电石炉600 [0103] 根据本发明的实施例，电石炉600具有混合物料入口610、电石出口620和一氧化碳出口630，混合物料入口610与混合物料出口530相连。将提质煤和生石灰混合物料热送至电石炉内进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳。一氧化碳可以作为后续制苯反应原料，进而提高资源利用率。 [0104] 电石破碎装置700 [0105] 根据本发明的实施例，电石破碎装置700具有电石入口710和电石碎料出口720，电石入口710与电石出口620相连。由此可以将电石破碎至合适粒径。 [0106] 根据本发明的实施例，可以将电石破碎至粒径不高于80mm，优选将电石破碎至粒径为50～80mm。发明人发现，如果电石的粒径过大，则无法与水充分反应制备得到乙炔，且会使所需能耗升高；而如果将电石破碎至更小粒径，则会显著提高破碎处理的成本。发明人通过大量实验发现，将电石破碎至粒径为50～80mm，可以在保证破碎处理成本较低的同时，使制备乙炔的反应效率、能耗和产率最佳。 [0107] 乙炔发生器800 [0108] 根据本发明的实施例，乙炔发生器800具有电石碎料入口810、水入口820和乙炔出口830，电石碎料入口810与电石碎料出口相720连。由此，将电石经破碎后在乙炔发生器800内与水反应，以便得到乙炔。 [0109] 乙炔制苯反应器900 [0110] 根据本发明的实施例，制苯反应器900具有乙炔入口910，二氧化碳入口920、一氧化碳入口930、氢气入口940、甲烷入口950和苯产物出口960，乙炔入口910与乙炔发生器800的乙炔出口830相连，二氧化碳入口920与第一焦炉300的二氧化碳出口330相连，一氧化碳入口930与电石炉600的一氧化碳出口630相连，氢气入口940和甲烷入口950分别与第二焦炉400的荒煤气出口430相连。 [0111] 由此，将乙炔、第二焦炉400内产生的荒煤气中的氢气和甲烷、第一焦炉300内产生的二氧化碳以及电石炉600内产生的一氧化碳通入乙炔制苯反应器中并发生反应，以便获得苯并副产乙烯。 [0112] 本领域技术人员能够理解的是，乙炔制苯反应器由加热炉和至少一个石英管组成，且加热炉内具有恒温区，上述混合气体由石英管入口进入加热炉恒温区，通过反应得到苯并副产乙烯，得到的苯和乙烯从石英管出口流出。 [0113] 根据本发明的实施例，石英管内径与恒温区长度比例为1：(50～100)。发明人发现，石英管内径与恒温区长度的比例会影响反应管内部的热场，从而改变反应的转化率和选择性。 [0114] 根据本发明的实施例，石英管入口和出口的温度可以不高于200摄氏度。发明人发现，当金属管路中的温度超过200摄氏度时，管路中的金属会催化反应气生成大量氢气和一氧化碳，苯和乙烯等其他产物的产率几乎降为0。 [0115] 根据本发明的实施例，上述反应可以在600～1000摄氏度下进行。发明人发现，反应温度过低时，乙炔转化率大大降低；当反应温度过高时，乙烯热聚反应加剧，降低了苯等轻质产物的收率并增加了焦炭产率。 [0116] 根据本发明的优选实施例，上述反应可以在850～950摄氏度下进行。发明人发现，在该温度下进行反应，可以使反应的效率、能耗和产率最佳。 [0117] 根据本发明的一个实施例，反应中乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的混合比例并不受特别限制，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，反应中乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的体积比可以为(1～2)：(1～4)：(1～2)：(1～3)：(0.5～1)。发明人通过大量实验意外地发现，乙炔比例的改变会影响乙炔的转化率和焦炭的产率；氢气比例改变会影响焦炭和乙烯、乙烷等加氢产物的产率；甲烷和一氧化碳比例改变会影响焦炭产率；二氧化碳比例改变会影响反应气的分压，从而影响反应深度。由此通过采用上述配比可以进一步提高乙炔产率。 [0118] 分离装置1000 [0119] 根据本发明的实施例，分离装置1000具有苯产物入口1010、乙烯出口1020和苯出口1030，苯产物入口1010与苯产物出口960相连。分离装置1000适于将乙炔制苯反应器900中获得的苯和副产的乙烯分离。 [0120] 由此，根据本发明实施例的由低阶煤制备苯的系统通过分别将石灰石和低阶煤进行粉碎处理得到石灰石碎料和低阶煤粉，并将石灰石碎料和低阶煤粉在共用燃烧室的焦炉内进行烧制和提质，降低能耗。得到提质煤和生石灰的混合物料经电石反应得到电石和一氧化碳，进一步将电石与水反应，得到乙炔，最后将乙炔与氢气、甲烷、前面反应产生的二氧化碳和一氧化碳混合通入乙炔制苯反应器进行反应，以便获得目标产物苯并副产乙烯，进而通过分离装置将二者分离。采用本发明的由低阶煤制备苯的系统能够实现利用低阶煤最大化制备苯，极大地提高了苯的产量，从而实现从低价值的低阶煤到高附加值的苯的转化，且具有流程简单、加工难度低、工艺成本低且经济性高的优点。 [0121] 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。 [0122] 实施例 [0123] 将石灰石粉碎至45mm以下，选用5～45mm粒径，经皮带运输至焦炉烧制。将中低阶煤粉碎至25mm以下，选用5～25mm粒径，经皮带运输至焦炉热解。中低阶煤与石灰石质量比为1:2，焦炉燃烧室加热温度为1000℃。经过12h烧制和热解后，提质煤与生石灰进入混料罐进行混合，混合后的物料装入电石生产系统的高位料槽中，再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。经过本系统，1000kg中低阶煤与2000kg石灰石可得到348kg左右的乙炔、88kg左右的氢气、234kg左右的甲烷、800kg二氧化碳和395kg一氧化碳。所得的乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和 187kg一氧化碳均通入乙炔制苯反应器中进行反应，混合气的反应停留时间为10s，反应温度为900℃，反应器使用由内径为4mm的石英管组成的管束，反应器恒温区为300mm。生产得到163kg苯和90kg乙烯。 [0124] 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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