一种具有污水回用功能由粉煤制备轻质芳烃的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201710534285.0 | 申请日 | 2017-07-03 | 公开(公告)号 | CN107176900A | 公开(公告)日 | 2017-09-19 |
| 申请人 | 北京华福工程有限公司; | 发明人 | 吴道洪; 许梅梅; 闫琛洋; 于家琳; 史雪君; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种具有污 水 回用功能的由粉 煤 制备芳 烃 的系统，其特征在于，包括快速 热解 装置、油气分离装置、 净化 装置、 脱硫 脱氮装置、混料罐、压球装置、电石炉、乙炔发生器、乙炔制芳烃反应器和分离系统。本发明还公开了一种由粉煤制备轻质芳烃的方法，采用上述系统和方法，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，实现了低阶煤的清洁高效利用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有污水回用功能的由粉煤制备芳烃的系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种具有污水回用功能由粉煤制备轻质芳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，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] 本发明的目的主要是解决中低阶粉煤清洁高效利用和芳烃需求增长的问题，提供一种低阶煤与生石灰生产乙炔、氢气等，再由乙炔生产轻质芳烃的系统和方法， [0005] 具体地，为了实现上述目的，本文提供了一种由粉煤制备轻质芳烃的系统，包括： [0007] 其中， [0008] 所述快速热解装置包括粉煤进口、热解油气出口和半焦出口； [0009] 所述油气分离装置包括热解油气进口、进水口、煤焦油出口、热解气出口和污水出口，所述热解油气进口与所述快速热解装置的所述热解油气出口相连； [0010] 所述净化装置包括热解气进口、以及多个气体出口，所述热解气进口与所述热解气出口相连，所述多个气体出口用于排出分离的气体； [0012] 所述乙炔发生器包括电石入口、乙炔出口，所述电石入口与所述电石炉的电石出口相连； [0013] 所述乙炔制芳烃反应器包括自上而下依次密封连接的进料管线、气体分布器、反应套管和出料管线，以及加热炉，所述进料管线与所述乙炔出口、所述一氧化碳出口、所述净化装置的所述多个气体出口可断开式连接，所述反应套管中填装有陶瓷蜂窝体，所述反应套管贯穿设置在所述加热炉内部且所述加热炉正对所述反应套管的中部。 [0014] 进一步地，所述系统还包括脱硫脱氮装置，所述脱硫脱氮装置包括污水进口和净化水出口，所述污水进口与所述油气分离装置的污水出口相连。 [0015] 进一步地，所述系统还包括换热器，所述净化水出口连接所述换热器；所述换热器具有水蒸气出口；所述水蒸气出口与所述乙炔制芳烃反应器的进料管线可断开式连接。 [0016] 进一步地，所述系统还包括氮气罐，所述氮气罐用于向所述乙炔制芳烃反应器的进料管线输送氮气。 [0017] 本发明中，“可断开式连接”是指非固定连接，这样的连接方式在需要连接时可以连接，在需要断开时也可以断开。 [0018] 另一方面，本发明提供一种采用上述系统由粉煤制备芳烃的方法，其特征在于，包括以下步骤： [0019] (1)使粉煤进入快速热解装置进行提质，得到半焦和热解油气，所述热解油气经油气分离装置分离后得到热解气、煤焦油和污水，所述热解气经净化装置净化后得到氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、轻质烃类； [0020] (2)使生石灰与步骤(1)得到的所述半焦一起送入电石炉中反应，得到电石和一氧化碳； [0021] (3)使步骤(2)得到的电石在乙炔发生器中与水反应，得到乙炔； [0022] (4)将步骤(1)中得到的二氧化碳、氢气、甲烷，步骤(2)得到的一氧化碳和步骤(3)中得到的乙炔加入乙炔制芳烃反应器中进行热反应和催化反应，得到的液相产物即芳烃。 [0023] 进一步地，所述方法还包括污水净化：通过脱硫脱氮装置对步骤(1)中的污水净化得到净化水。 [0024] 任选，当步骤(4)所述的反应过程进行一段时间且所述乙炔制芳烃反应器中存在积炭时，所述方法还包括：步骤5)反应器在线再生步骤：所述净化水经换热器换热得到水蒸气，向所述乙炔制芳烃反应器中通入所述水蒸气与积炭反应，去除积炭，使反应器在线再生，所述在线再生结束后继续步骤(4)。 [0025] 进一步地，步骤5)中，向所述乙炔制芳烃反应器中通入所述水蒸气之前，先通过所述乙炔制芳烃反应器的进料管线向所述乙炔制芳烃反应器中吹扫氮气。 [0026] 进一步地，步骤(2)混合粉料中所述半焦与所述生石灰的质量比为1:1～1:2。 [0028] 根据本发明的具体实施方式，提供了一种由粉煤制备轻质芳烃的系统，包括：快速热解装置、油气分离装置、净化装置、脱硫脱氮装置、混料罐、压球装置、电石炉、乙炔发生器、乙炔制芳烃反应器和分离系统； [0029] 其中， [0030] 快速热解装置包括粉煤进口、热解油气出口和半焦出口； [0031] 油气分离装置包括热解油气进口、进水口、煤焦油出口、热解气出口和污水出口，热解油气进口与快速热解装置的热解油气出口相连； [0032] 净化装置包括热解气进口、以及多个气体出口，热解气进口与热解气出口相连，多个气体出口用于排出分离的气体，包括二氧化碳、氢气和甲烷； [0033] 脱硫脱氮装置包括污水进口和净化水出口，污水进口与油气分离装置的污水出口相连； [0034] 混料罐包括半焦入口、生石灰入口和混合粉料出口，半焦入口与快速热解装置的半焦出口相连； [0035] 压球装置包括混合粉料入口和球团出口，混合粉料入口与混料罐的混合粉料出口相连； [0036] 电石炉包括球团入口、电石出口、一氧化碳出口，球团入口与压球装置的球团出口相连； [0037] 乙炔发生器包括电石入口、乙炔出口，电石入口与电石炉的电石出口相连； [0038] 乙炔制芳烃反应器包括自上而下依次密封连接的进料管线、进料密封元件、气体分布器、反应套管、出料密封元件和出料管线，以及加热炉，进料管线与乙炔出口、一氧化碳出口、净化装置的多个出口相连，反应套管中填装有陶瓷蜂窝体，反应套管贯穿设置在加热炉内部且加热炉正对反应套管的中部； [0039] 分离系统包括入口、以及多个出口，多个出口用于排出分离的氢气、乙烯、轻质芳烃和重质芳烃，入口与乙炔制芳烃反应器的出料管线相连。 [0040] 更进一步地，净化水出口连接换热器；换热器具有水蒸气出口；水蒸气出口与乙炔制芳烃反应器的进料管线可断开式连接。 [0041] 更进一步地，还包括氮气罐，氮气罐的氮气出口与乙炔制芳烃反应器的进料管线可断开式连接。 [0042] 更进一步地，乙炔制芳烃反应器的进料管线设置有入口和出口；气体分布器设置在反应套管的内部且位于反应套管的上端并且与进料管线的出口连通；出料管线与反应套管的下端连通。 [0043] 更进一步地，乙炔制芳烃反应器还包括进料密封元件和出料密封元件，进料密封元件设置在进料管线与反应套管的连接处，出料密封元件设置在出料管线与反应套管的连接处。 [0045] 更进一步地，所述反应套管的内径、长度和加热炉长度的比例为(2～10)：70：40，优选为1：14：8。 [0046] 本发明还公开了一种采用上述系统由粉煤制备芳烃的方法，包括以下步骤： [0047] (1)将粉煤干燥后破碎，进入快速热解装置进行提质，得到半焦和热解油气，所述热解油气经油气分离装置分离后得到热解气、煤焦油和污水，所述热解气经净化装置净化后得到氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、轻质烃类，所述污水经所述脱硫脱氮装置处理后得到净化水； [0048] (2)步骤(1)得到的所述半焦破碎后与生石灰在混料罐中混合得到混合粉料，将所述混合粉料加入压球装置中进行压球处理，得到的球团进入电石炉中反应，得到电石和一氧化碳； [0049] (3)步骤(2)得到的电石冷却破碎后在乙炔发生器中与水反应，得到乙炔； [0050] (4)将步骤(1)中得到的二氧化碳、氢气、甲烷，步骤(2)得到的一氧化碳和步骤(3)中得到的乙炔加入乙炔制芳烃反应器中进行热反应和催化反应，后经所述分离系统得到轻质芳烃、重质芳烃和乙烯。 [0051] 更进一步地，上述方法还包括步骤(5)： [0052] 当步骤(4)所述的反应过程进行一段时间且所述乙炔制芳烃反应器中存在积炭时，对(1)中的净化水回收并经换热器换热得到水蒸气后，向所述乙炔制芳烃反应器中通入所述水蒸气进行在线再生，所述在线再生结束后继续步骤(4)。 [0053] 更进一步地，向所述乙炔制芳烃反应器中通入水蒸气之前，先通过所述乙炔制芳烃反应器的进料管线向所述乙炔制芳烃反应器中吹扫氮气。 [0054] 更进一步地，在步骤(1)快速热解装置中，热解温度为500～800℃，热解时间为2～30s。 [0055] 更进一步地，步骤(1)中一氧化碳、其他轻质烃类作为热源使用。 [0056] 更进一步地，步骤(2)的半焦经粉碎处理，在一些实施方案中，粉碎后的粒径≤20μm，优选粒径≤10μm。 [0057] 在一些实施方案中，在步骤(2)中，半焦与生石灰的质量比为1:1～1:2。据信，这样的质量比可有效增加反应物的接触面积，提高反应效率，从而降低反应能耗，增加装置处理量。 [0058] 在一些实施方案中，在步骤(2)中，半焦与生石灰经压球处理形成球团，在一些实施方案中，球团粒径为10～40mm。据信，将球团的粒径控制在合适范围内有利于传热，提高热效率。 [0059] 在一些实施方案中，在步骤(3)中，电石经粉碎处理，粉碎至粒径≤80mm，优选粒径为50～80mm。 [0060] 在一些实施方案中，二氧化碳：氢气：甲烷：一氧化碳：乙炔质量配比为(0.4-0.5):1:(2.5-2.7):(4-7):(4-7)。在一些实施方案中，二氧化碳：氢气：甲烷：一氧化碳：乙炔质量配比为0.5:1:(2.6-3):(4.6-6.5):(4-6.4)。 [0061] 更进一步地，加热炉对反应套管加热时，反应套管内根据温度场自上而下依次划分为预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区。步骤(4)中，热反应区发生热反应，热反应温度为850～1100℃，催化反应区发生所述催化反应，催化反应温度为350～600℃。 [0062] 更进一步地，反应套管内催化反应区的陶瓷蜂窝体负载有金属催化剂。 [0063] 更进一步地，金属催化剂为镍、钼、钯、钌或铑中的一种或几种。 [0064] 更进一步地，金属催化剂为钌。 [0065] 更进一步地，金属催化剂含量为0.1％-5％，优选金属催化剂含量为0.2％-4％。 [0066] 更进一步地，预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区的长度比例为(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。 [0067] 更进一步地，钌催化剂既能在步骤(4)的反应过程中催化乙炔三聚生成苯等轻质芳烃，又在步骤(5)的再生过程中催化热反应区所得的一氧化碳和水蒸气转化制氢。该反应器耦合了热反应和催化反应，提高了乙炔转化率和轻质芳烃收率，利用了热反应余热，有效提高热利用率，同时可实现在线再生，并副产氢气供反应使用。 [0068] 更进一步地，乙炔制芳烃反应器的工作方法包括： [0069] 1)将反应气乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳进行混合； [0070] 2)将步骤1)中混合的气体通入进料管线至气体分布器； [0071] 3)将步骤2)中通过气体分布器的混合气体在反应套管的预热区升温并送至热反应温度； [0072] 4)将步骤3)中升温后的混合气体在反应套管的热反应区恒温发生热反应； [0073] 5)将步骤4)中发生热反应后的产物通过反应套管的蓄热区并降温至催化反应温度； [0074] 6)将步骤5)中降温后的产物通过反应套管的催化反应区，在催化剂的作用下发生催化反应，制备得到轻质芳烃； [0075] 7)将步骤6)中得到的轻质芳烃经过反应套管的冷却区进行冷却降温，然后通过出料管线进入下游装置中。 [0076] 更进一步地，为保证芳烃的连续生产，乙炔制芳烃反应器可以设置为并列排布的两个，且两个乙炔制芳烃反应器的进料管线与乙炔出口、一氧化碳出口、净化装置的多个出口相连，这样可以在两个乙炔制芳烃反应器中分别进行反应过程和再生过程，互相切换，连续生产芳烃。 [0077] 更进一步地，催化剂再生过程包括： [0078] 停止通入反应气，向反应套管中通入氮气进行氮气吹扫，再通入水蒸气与积炭反应，最后通入氢气还原催化剂； [0079] 轻质芳烃的生产工艺连续进行一段时间后进行催化剂再生过程，催化剂再生过程结束后重复轻质芳烃的连续生产过程。 [0080] 在步骤(5)的催化剂再生工艺中，通入水蒸气时，热反应区温度为850-1100℃。 [0081] 本发明的有益效果在于： [0082] (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。 [0083] (2)将粉煤经过快速热解装置提质，解决了粉煤难以应用于工业的问题。快速热解过程中得到的气体产物可作为燃料气和乙炔制芳烃反应原料气；提质煤与生石灰混合生产电石，制备乙炔，作为制芳烃反应器的原料气，实现了低阶煤的清洁高效利用。 [0085] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得显而易见和容易理解，其中： [0086] 图1是本发明由粉煤制备轻质芳烃的系统的结构示意图； [0087] 图2是本发明由粉煤制备轻质芳烃的系统中乙炔制芳烃反应器的结构示意图。 [0088] 附图标记说明： [0089] 1、快速热解装置，2、油气分离装置，3、净化装置，4、脱硫脱氮装置，5、混料罐，6、电石炉，7、乙炔发生器，8、乙炔制芳烃反应器，9、分离系统，10、进料管线，11、进料密封元件，12、气体分布器，13、反应套管，14、出料密封元件，15、出料管线，16、加热炉，17、预热区，18、热反应区，19、蓄热区，20、催化反应区，21、冷却区。 具体实施方式[0090] 下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0091] 根据本发明的一个实施例和附图1，示出了一种由粉煤制备轻质芳烃的系统，包括： [0092] 快速热解装置1、油气分离装置2、净化装置3、脱硫脱氮装置4、混料罐5、压球装置、电石炉6、乙炔发生器7、乙炔制芳烃反应器8和分离系统9； [0093] 其中， [0094] 快速热解装置1包括粉煤进口、热解油气出口和半焦出口； [0095] 油气分离装置2包括热解油气进口、进水口、煤焦油出口、热解气出口和污水出口，热解油气进口与快速热解装置1的热解油气出口相连； [0096] 净化装置3包括热解气进口、以及多个出口，热解气进口与热解气出口相连，多个出口用于排出分离的二氧化碳、氢气和甲烷； [0097] 脱硫脱氮装置4包括污水进口和净化水出口，污水进口与油气分离装置2的污水出口相连。 [0098] 混料罐5包括半焦入口、生石灰入口和混合粉料出口，半焦入口与快速热解装置1的半焦出口相连； [0099] 压球装置包括混合粉料入口和球团出口，混合粉料入口与混料罐5的混合粉料出口相连； [0100] 电石炉6包括球团入口、电石出口、一氧化碳出口，球团入口与压球装置的球团出口相连； [0101] 乙炔发生器7包括电石入口、乙炔出口，电石入口与电石炉的电石出口相连； [0102] 乙炔制芳烃反应器8包括自上而下依次密封连接的进料管线10、进料密封元件11、气体分布器12、反应套管13、出料密封元件14和出料管线15，以及加热炉16，进料管线10与乙炔出口、一氧化碳出口、净化装置3的多个出口相连，反应套管13中填装有陶瓷蜂窝体，反应套管13贯穿设置在加热炉16内部且加热炉16正对反应套管13的中部； [0103] 分离系统9包括入口、以及多个出口，多个出口用于排出分离的氢气、乙烯、轻质芳烃和重质芳烃，入口与乙炔制芳烃反应器8的出料管线15相连。 [0104] 反应套管13内填充陶瓷蜂窝体有利于保持反应套管13内的温度，因为陶瓷蜂窝体的热容较大，蓄热效果好。 [0105] 净化水出口连接换热器(未示出)；换热器具有水蒸气出口；水蒸气出口与乙炔制芳烃反应器8的进料管线10可断开式连接。污水经脱硫脱氮装置4净化之后经换热器加热为水蒸气，水蒸气用于通入乙炔制芳烃反应器8中进行反应。 [0106] 更具体地，系统还包括氮气罐(未示出)，氮气罐的氮气出口与乙炔制芳烃反应器8的进料管线10可断开式连接。 [0107] 更具体地，乙炔制芳烃反应器8的进料管线10设置有入口和出口；气体分布器12设置在反应套管13的内部且位于反应套管13的上端并且与进料管线10的出口连通；出料管线15与反应套管13的下端连通。 [0108] 更具体地，乙炔制芳烃反应器8进料密封元件11设置在进料管线10与反应套管13的连接处，出料密封元件14设置在出料管线15与反应套管13的连接处。 [0110] 更具体地，加热炉16对反应套管13加热时，反应套管13内根据温度场自上而下依次划分为预热区17、热反应区18、蓄热区19、催化反应区20和冷却区21。其中，加热炉16正对反应套管13的中部指的是加热炉16对应反应套管13的中部，与反应套管13上端之间的距离和下端之间的距离相同。这样的设置有利于保持反应温度的恒定，且加热炉16在热反应区18中心位置设置控温点。 [0111] 更具体地，反应套管13内催化反应区20的陶瓷蜂窝体负载有金属催化剂。 [0112] 更具体地，金属催化剂为镍、钼、钯、钌或铑中的一种或几种。 [0113] 更具体地，金属催化剂为钌。 [0114] 更具体地，金属催化剂含量为0.1％-5％，优选金属催化剂含量为0.2％-4％。 [0115] 更具体地，预热区17、热反应区18、蓄热区19、催化反应区20和冷却区21的长度比例为(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。 [0116] 由于反应气在高温条件下接触不锈钢将发生大量副反应，因此，不锈钢反应套管13为内衬陶瓷的不锈钢反应管，进料管线10和产物的出料管线15温度宜控制在200℃以下。 [0117] 预热区17、热反应区18、蓄热区19、催化反应区20和冷却区21均由陶瓷蜂窝体装填而成，陶瓷蜂窝体具有较高的蓄热能力，可以提高能量利用效率，保证气体在热反应区18有均匀的热场。催化反应区20由陶瓷蜂窝体负载金属后的整体式催化剂装填而成，负载的金属为钌，负载量为0.1％～5％，催化反应区20不设单独的控温点，乙炔制芳烃反应为放热反应，可以利用热反应区18的气体所带出的余热，将催化剂装填至温度为350～600℃的区域。催化反应区20既能充分利用热反应区18的余热，又能通过催化反应提高乙炔转化率，增加轻质芳烃的收率，改善热反应所得液相产物的质量，进一步提高轻质芳烃收率。同时采用整装的陶瓷蜂窝体作为载体，有利于减少流动阻力，避免催化剂装填密度过大或积炭较多造成的催化剂床层堵塞。 [0118] 在本发明的装置中，反应套管13的内径、反应套管13的长度和加热炉16的长度的比例确定并且反应温度确定了之后，加热炉16对反应套管13加热时反应套管13中的温度场就确定了。加热炉16正对的反应套管13的中部温度最高，中部以上或以下温度都较低。 [0119] 这个比例之下，热反应区18温度最高，预热区17和蓄热区19其次，催化反应区20温度更低，冷却区21温度最低。 [0120] 本发明还公开了一种采用上述系统由粉煤制备芳烃的方法，包括以下步骤： [0121] (1)将粉煤干燥后破碎，进入快速热解装置1进行提质，得到半焦和热解油气，热解油气经油气分离装置2水冷分离后得到热解气、煤焦油和污水，热解气经净化装置3净化后得到氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳其他轻质烃类，污水经脱硫脱氮装置4处理后得到净化水； [0122] (2)步骤(1)得到的半焦破碎后与生石灰在混料罐5中混合得到混合粉料，将混合粉料加入压球装置中进行压球处理，得到的球团进入电石炉6中反应，得到电石和一氧化碳； [0123] (3)步骤(2)得到的电石冷却破碎后在乙炔发生器7中与水反应，生成的气体经净化后得到乙炔； [0124] (4)将步骤(1)中得到的二氧化碳、氢气、甲烷，步骤(2)得到的一氧化碳和步骤(3)中得到的乙炔加入乙炔制芳烃反应器8中进行热反应和催化反应，后经分离系统9得到轻质芳烃、重质芳烃和乙烯。 [0125] 更具体地，上述方法还包括步骤(5)： [0126] 步骤(4)所述的反应过程进行一段时间且所述乙炔制芳烃反应器8中存在积炭后，对(1)中的净化水回收并经换热器换热得到水蒸气后，向所述乙炔制芳烃反应器8中通入所述水蒸气进行在线再生，所述在线再生结束后继续步骤(4)。 [0127] 更进一步地，向所述乙炔制芳烃反应器8中通入水蒸气之前，先通过所述乙炔制芳烃反应器8的进料管线10向所述乙炔制芳烃反应器8中吹扫氮气。 [0128] 更具体地，步骤(1)中一氧化碳、其他轻质烃类作为热源使用。 [0129] 更具体地，步骤(2)的半焦应粉碎粒径≤20μm，优选粒径≤10μm。混合粉料中半焦与生石灰的质量比为1:1～1:2，可有效增加反应物的接触面积，提高反应效率，从而降低反应能耗，增加装置处理量。球团粒径为10～40mm，将球团的粒径控制在合适范围内有利于传热，提高热效率。 [0130] 更具体地，步骤(3)中电石粉碎至粒径≤80mm，优选粒径为50～80mm。 [0131] 更具体地，步骤(4)中，热反应的反应温度为850～1100℃，催化反应的反应温度为350～600℃。 [0132] 更具体地，乙炔制芳烃反应器8的工作方法包括： [0133] 1)将反应气乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳进行混合； [0134] 2)将步骤1)中混合的气体通入进料管线10至气体分布器12； [0135] 3)将步骤2)中通过气体分布器12的混合气体在反应套管13的预热区17升温并送至热反应温度； [0136] 4)将步骤3)中升温后的混合气体在反应套管13的热反应区18恒温发生热反应，反应温度为850℃-1000℃，优选的反应温度为880℃-920℃； [0137] 5)将步骤4)中发生热反应后的产物通过反应套管13的蓄热区19并降温至催化反应温度，催化反应温度为350℃-600℃条件下发生催化反应制备得到产物轻质芳烃； [0138] 6)将步骤5)中降温后的产物通过反应套管13的催化反应区20，在催化剂的作用下发生催化反应，制备得到轻质芳烃； [0139] 7)将步骤6)中得到的轻质芳烃经过反应套管13的冷却区21进行冷却降温，在冷却区21温度降低至200℃以下后通过出料管线15进入下游装置中。 [0140] 更具体地，反应混合气中乙炔为主要反应气；氢气作为部分反应气，同时抑制乙炔及芳烃的过分缩合，降低积炭；甲烷和一氧化碳可降低积炭的形成；二氧化碳作为稀释气，降低乙炔的分压。 [0141] 更具体地，钌催化剂既能在步骤(4)的反应过程中催化乙炔三聚生成苯等轻质芳烃，又在步骤(5)的再生过程中催化热反应区18所得的一氧化碳和水蒸气转化制氢。该乙炔制芳烃反应器8耦合了热反应和催化反应，提高了乙炔转化率和轻质芳烃收率，利用了热反应余热，有效提高热利用率，同时可实现在线再生，并副产氢气供反应使用。 [0142] 更具体地，为保证芳烃的连续生产，乙炔制芳烃反应器8可以为并列排布的两个，且两个乙炔制芳烃反应器8的进料管线10与乙炔出口、一氧化碳出口、净化装置3的多个出口相连，这样可以在两个乙炔制芳烃反应器8中分别进行反应过程和再生过程，互相切换，连续生产芳烃。 [0143] 更具体地，催化剂的再生过程包括： [0144] 停止通入反应气，向反应套管13中通入氮气进行氮气吹扫，再通入水蒸气与积炭反应，最后通入氢气还原催化剂； [0145] 轻质芳烃的生产工艺连续进行一段时间后进行催化剂再生过程，催化剂再生过程结束后重复轻质芳烃的连续生产过程。 [0146] 在催化剂再生工艺中，通入水蒸气时，热反应区18温度为1000℃以上；通入氢气时，热反应区18温度为900℃。 [0147] 下面是采用上述系统和方法由粉煤制备芳烃的具体实施例： [0148] 实施例1： [0149] 筛选粒径小于3mm的粉煤，通过传送带将粉煤送至快速热解装置1顶部，进入快速热解装置1进行热解，热解温度800℃，热解时间2s，生成半焦、热解气和煤焦油。将生石灰和半焦按质量比3:2混合，加入适量粘结剂，进行压球，控制球团直径为10～40mm。将球团送入电石炉6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7中反应得到乙炔。 [0150] 本实施例的乙炔制芳烃反应器中，采用的不锈钢反应套管为内衬陶瓷的反应套管，反应套管内径：反应套管长度：加热炉长度＝1:14:8。 [0151] 经过本系统，1000kg中低阶粉煤与900kg生石灰可得到393kg的乙炔、67kg的氢气、179kg的甲烷、32kg二氧化碳和450kg一氧化碳。所得的乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和312kg一氧化碳均通入乙炔制芳烃反应器8中进行反应。混合气在热反应区的停留时间为0.6s，热反应区18反应温度为900℃，在催化反应区20的停留时间为0.1s，催化反应区反应温度为 600℃。生产得到294kg轻质芳烃和44kg重质芳烃。通入水蒸气对乙炔制芳烃反应器8进行再生，再生过程中热反应区18温度为1100℃，再生后共生成氢气2.3kg、二氧化碳25.3kg，分离后供反应过程使用。 [0152] 实施例2： [0153] 筛选粒径小于3mm的粉煤，通过传送带将粉煤送至快速热解装置1顶部，进入快速热解装置1进行热解，热解温度500℃，热解时间30s，生成半焦、热解气和煤焦油。将生石灰和半焦按质量比2:1混合，加入适量粘结剂，进行压球，控制球团直径为10～40mm。将球团送入电石炉6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7中反应得到乙炔。 [0154] 本实施例的乙炔制芳烃反应器中，采用的不锈钢反应套管为内衬陶瓷的反应套管，反应套管内径：反应套管长度：加热炉长度＝5:70:40。 [0155] 经过本系统，1000kg中低阶粉煤与1220kg生石灰可得到401kg的乙炔、63kg的氢气、167kg的甲烷、30kg二氧化碳和457kg一氧化碳。所得的乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和402kg一氧化碳均通入乙炔制芳烃反应器8中进行反应。混合气在热反应区的停留时间为 0.6s，热反应区18反应温度为850℃，在催化反应区20的停留时间为0.1s，催化反应区反应温度为350℃。生产得到270kg轻质芳烃和30kg重质芳烃。通入水蒸气对乙炔制芳烃反应器8进行再生，再生过程中热反应区18温度为850℃，再生后共生成氢气2kg、二氧化碳22kg，分离后供反应过程使用。 [0156] 实施例3： [0157] 筛选粒径小于3mm的粉煤，通过传送带将粉煤送至快速热解装置1顶部，进入快速热解装置1进行热解，热解温度700℃，热解时间15s，生成半焦、热解气和煤焦油。将生石灰和半焦按质量比1:1混合，加入适量粘结剂，进行压球，控制球团直径为10～40mm。将球团送入电石炉6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7中反应得到乙炔。 [0158] 本实施例的乙炔制芳烃反应器中，采用的不锈钢反应套管为内衬陶瓷的反应套管，反应套管内径：反应套管长度：加热炉长度＝10:70:40。 [0159] 经过本系统，1000kg中低阶粉煤与605kg生石灰可得到256kg的乙炔、64kg的氢气、172kg的甲烷、31kg二氧化碳和302kg一氧化碳。所得的乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和117kg一氧化碳均通入乙炔制芳烃反应器8中进行反应。混合气在热反应区的停留时间为0.6s，热反应区18反应温度为880℃，在催化反应区20的停留时间为0.1s，催化反应区反应温度为 450℃。生产得到180kg轻质芳烃和25kg重质芳烃。通入水蒸气对乙炔制芳烃反应器8进行再生，再生过程中热反应区18温度为900℃，再生后共生成氢气2.1kg、二氧化碳23.1kg，分离后供反应过程使用。 [0160] 实施例4： [0161] 筛选粒径小于3mm的粉煤，通过传送带将粉煤送至快速热解装置1顶部，进入快速热解装置1进行热解，热解温度600℃，热解时间25s，生成半焦、热解气和煤焦油。将生石灰和半焦按质量比1:1混合，加入适量粘结剂，进行压球，控制球团直径为10～40mm。将球团送入电石炉6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7中反应得到乙炔。 [0162] 本实施例的乙炔制芳烃反应器中，采用的不锈钢反应套管为内衬陶瓷的反应套管，反应套管内径：反应套管长度：加热炉长度＝2:70:40。 [0163] 经过本系统，1000kg中低阶粉煤与608kg生石灰可得到257kg的乙炔、63kg的氢气、169kg的甲烷、30kg二氧化碳和302kg一氧化碳。所得的乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和124kg一氧化碳均通入乙炔制芳烃反应器8中进行反应。混合气在热反应区的停留时间为0.6s，热反应区18反应温度为920℃，在催化反应区20的停留时间为0.1s，催化反应区反应温度为 500℃。生产得到193kg轻质芳烃和35kg重质芳烃。通入水蒸气对乙炔制芳烃反应器8进行再生，再生过程中热反应区18温度为1000℃，再生后共生成氢气2.6kg、二氧化碳28.3kg，分离后供反应过程使用。 [0164] 实施例5： [0165] 筛选粒径小于3mm的粉煤，通过传送带将粉煤送至快速热解装置1顶部，进入快速热解装置1进行热解，热解温度800℃，热解时间10s，生成半焦、热解气和煤焦油。将生石灰和半焦按质量比3:2混合，加入适量粘结剂，进行压球，控制球团直径为10～40mm。将球团送入电石炉6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7中反应得到乙炔。 [0166] 本实施例的乙炔制芳烃反应器中，采用的不锈钢反应套管为内衬陶瓷的反应套管，反应套管内径：反应套管长度：加热炉长度＝10:70:40。 [0167] 经过本系统，1000kg中低阶粉煤与885kg生石灰可得到390kg的乙炔、69kg的氢气、185kg的甲烷、33kg二氧化碳和448kg一氧化碳。所得的乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和150kg一氧化碳均通入乙炔制芳烃反应器8中进行反应。混合气在热反应区的停留时间为0.6s，热反应区18反应温度为1100℃，在催化反应区20的停留时间为0.1s，催化反应区反应温度为 500℃。生产得到278kg轻质芳烃和92kg重质芳烃。通入水蒸气对乙炔制芳烃反应器8进行再生，再生过程中热反应区18温度为1000℃，再生后共生成氢气3.3kg、二氧化碳36.3kg，分离后供反应过程使用。 |
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