具有重质芳回用功能由粉制备轻质芳烃的系统和方法

申请号 CN201710534872.X 申请日 2017-07-03 公开(公告)号 CN107216896A 公开(公告)日 2017-09-29
申请人 北京华福工程有限公司; 发明人 许梅梅; 闫琛洋; 于家琳; 史雪君; 吴道洪;
摘要 本 发明 公开了一种具有重质芳 烃 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、 净化 分离装置、混料罐、混合罐、 过滤器 、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,乙炔制芳烃装置耦合了热反应和催化反应,提高了轻质芳烃产率,同时副产的重质芳烃可作为快速热解煤焦油的稀释剂,除去其所含大量粉尘,利于煤焦油的深加工。
权利要求

1.一种具有重质芳回用功能的由粉制备芳烃的系统,其特征在于,包括:
快速热解装置,包括第一固体进口、第一气体出口、第二固体出口和第一液料出口;
电石炉,包括第二固体入口、第三固体出口、第二气体出口,所述第二固体入口用于送入第二固体和第四固体;
乙炔发生器,包括第三固体入口、第二液料入口,第三气体出口,所述第三固体入口与所述第三固体出口相连;
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、出料管线,以及加热炉,所述进料管线用于通入第三气体及其他气体物料,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,所述出料管线用于排出产物;以及产物分离处理系统,包括分离系统和混合罐,所述分离系统具有产物入口、第三液料出口和第四液料出口,所述产物入口与所述乙炔制芳烃反应器的出料管线相连;所述混合罐具有第一液料入口、第四液料入口和第五液料出口,所述第一液料入口和素数第四液料入口分别与所述第一液料出口和所述第四液料出口相连。
2.如权利要求1所述的由粉煤制备芳烃的系统,其特征在于,所述产物分离处理系统还包括过滤器;所述过滤器包括第五液料入口、第六液料出口,所述第五液料入口与所述第五液料出口相连。
3.如权利要求1所述的由粉煤制备芳烃的系统,其特征在于,所述电石炉的第二气体出口处设置分流,所述分流阀具有第一分流口和第二分流口,所述乙炔制芳烃反应器的进料管线与所述分流阀的第一分流口相连。
4.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述乙炔发生器还与乙炔净化装置相连,所述乙炔净化装置具有第三气体进口和乙炔气出口,所述第三气体进口与所述第三气体出口连接,所述乙炔气出口与所述乙炔制芳烃反应器的进料管线相连。
5.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括净化分离装置,所述净化分离装置与所述快速热解装置的第一气体出口相连,用于对第一气体净化分离。
6.一种采用权利要求1-3中任一所述系统由粉煤制备芳烃的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)粉煤热解和热解气的净化:粉煤进入所述快速热解装置进行提质,得到半焦、热解气和煤焦油;
(2)将步骤(1)得到的所述半焦与生石灰加入电石炉中反应,得到电石和一
(3)步骤(2)得到的所述电石在所述乙炔发生器中与反应,得到乙炔产物气;
(4)芳烃连续生产:将步骤(3)中得到的所述乙炔产物气、步骤(2)得到的一氧化碳气连同氢气、甲烷一起作为反应气,连续通入乙炔制芳烃反应器中进行热反应和催化反应,得到芳烃产物;
(5)芳烃产物分离:通过产物分离处理系统将步骤(4)中得到的芳烃产物分离,得到轻质芳烃、重质芳烃和乙烯;
(6)煤焦油稀释:通过产物分离处理系统使所述重质芳烃和步骤(1)中得到的所述煤焦油混合得到稀释煤焦油。
7.如权利要求6所述的由粉煤制备芳烃的方法,其特征在于,步骤(6)还包括,使所述稀释煤焦油经过滤器过滤,得到过滤混合焦油,所述过滤混合焦油可用于生产轻质芳烃。
8.如权利要求6所述的由粉煤制备芳烃的方法,其特征在于,所述方法还包括:将所述热解气经净化分离装置净化分离后得到氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、其它轻质烃类,所述氢气、甲烷、二氧化碳用作步骤(4)的反应气用于生产芳烃。
9.如权利要求6所述的由粉煤制备芳烃的方法,其特征在于,从所述电石炉得到的一氧化碳被分流阀分为两部分,一部分用作步骤(4)的反应气用于生产芳烃,另一部分与所述热解气经净化分离得到的一氧化碳、其它轻质烃类一起,用作所述方法的燃料气。
10.如权利要求6或7或8或9所述的由粉煤制备芳烃的方法,其特征在于,步骤(3)中得到的所述乙炔产物气在通入所述乙炔制芳烃反应器之前,通过乙炔净化装置净化,得到乙炔气,然后将所述乙炔气通入所述乙炔制芳烃反应器。

说明书全文

具有重质芳回用功能由粉制备轻质芳烃的系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种由中低阶粉煤制备轻质芳烃的组合工艺,更具体地,涉及一种中低阶粉煤经过快速热解装置后与生石灰混合生产电石,利用电石法生产乙炔,再由乙炔生产轻质芳烃的系统和方法。

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,本文提供了一种具有重质芳烃回用功能的由粉煤制备芳烃的系统,包括:
[0006] 快速热解装置,包括第一固体进口、第一气体出口、第二固体出口和第一液料出口;
[0007] 电石炉,包括第二固体入口、第三固体出口、第二气体出口,所述第二固体入口用于送入第二固体和第四固体;
[0008] 乙炔发生器,包括第三固体入口、第二液料入口,第三气体出口,所述第三固体入口与所述第三固体出口相连;
[0009] 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、出料管线,以及加热炉,所述进料管线用于通入第三气体及其他气体物料,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,所述出料管线用于排出产物;以及[0010] 产物分离处理系统,包括分离系统和混合罐,所述分离系统具有产物入口、第三液料出口和第四液料出口,所述产物入口与所述乙炔制芳烃反应器的出料管线相连;所述混合罐具有第一液料入口、第四液料入口和第五液料出口,所述第一液料入口和素数第四液料入口分别与所述第一液料出口和所述第四液料出口相连。
[0011] 更具体地,所述产物分离处理系统还包括过滤器;所述过滤器包括第五液料入口、第六液料出口,所述第五液料入口与所述第五液料出口相连。
[0012] 更具体地,所述电石炉的第二气体出口处设置分流,所述分流阀具有第一分流口和第二分流口,所述乙炔制芳烃反应器的进料管线与所述分流阀的第一分流口相连。
[0013] 更具体地,所述乙炔发生器还与乙炔净化装置相连,所述乙炔净化装置具有第三气体进口和乙炔气出口,所述第三气体进口与所述第三气体出口连接,所述乙炔气出口与所述乙炔制芳烃反应器的进料管线相连。
[0014] 更具体地,所述系统还包括净化分离装置,所述净化分离装置与所述快速热解装置的第一气体出口相连,用于对第一气体净化分离。
[0015] 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:
[0016] (1)粉煤热解和热解气的净化:粉煤进入所述快速热解装置进行提质,得到半焦、热解气和煤焦油;
[0017] (2)将步骤(1)得到的所述半焦与生石灰加入电石炉中反应,得到电石和一
[0018] (3)步骤(2)得到的所述电石在所述乙炔发生器中与水反应,得到乙炔产物气;
[0019] (4)芳烃连续生产:将步骤(3)中得到的所述乙炔产物气、步骤(2)得到的一氧化碳气连同氢气、甲烷一起作为反应气,连续通入乙炔制芳烃反应器中进行热反应和催化反应,得到芳烃产物;
[0020] (5)芳烃产物分离:通过产物分离处理系统将步骤(4)中得到的芳烃产物分离,得到轻质芳烃、重质芳烃和乙烯;
[0021] (6)煤焦油稀释:通过产物分离处理系统使所述重质芳烃和步骤(1)中得到的所述煤焦油混合得到稀释煤焦油。
[0022] 进一步地,步骤(6)还包括,使所述稀释煤焦油经过滤器过滤,得到过滤混合焦油,所述过滤混合焦油可用于生产轻质芳烃。
[0023] 进一步地,所述方法还包括:将所述热解气经净化分离装置净化分离后得到氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、其它轻质烃类,所述氢气、甲烷、二氧化碳用作步骤(4)的反应气用于生产芳烃。
[0024] 进一步地,来自所述电石炉的一氧化碳被分流阀分为两部分,一部分用作步骤(4)的反应气用于生产芳烃,另一部分与所述热解气经净化分离得到的一氧化碳、其它轻质烃类一起,用作所述方法的燃料气。
[0025] 进一步地,步骤(3)中得到的所述乙炔产物气在通入所述乙炔制芳烃反应器之前,通过乙炔净化装置净化,得到乙炔气,然后将所述乙炔气通入所述乙炔制芳烃反应器。
[0026] 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:
[0027] 快速热解装置、净化分离装置、混料罐、混合罐、过滤器、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;
[0028] 其中,
[0029] 快速热解装置包括粉煤进口、热解气出口、半焦出口和煤焦油出口;
[0030] 净化分离装置包括热解气进口、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气体,包括二氧化碳、氢气和甲烷;
[0031] 混料罐包括半焦入口、生石灰入口和混合粉料出口,半焦入口与半焦出口相连;
[0032] 压球装置包括混合粉料入口和球团出口,混合粉料入口与混合粉料出口相连;
[0033] 电石炉包括球团入口、电石出口、一氧化碳出口,球团入口与球团出口相连;
[0034] 乙炔发生器包括电石入口、乙炔产物气出口,电石入口与电石出口相连;
[0035] 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,进料管线与乙炔产物气出口、一氧化碳出口、净化分离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;
[0036] 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;
[0037] 混合罐包括煤焦油入口、重质芳烃入口和混合焦油出口,煤焦油入口与煤焦油出口相连,重质芳烃入口与分离系统的用于排出重质芳烃的出口相连;
[0038] 过滤器包括混合焦油入口、过滤混合焦油出口,混合焦油入口与混合焦油出口相连。
[0039] 更进一步地,电石炉的一氧化碳出口处设置分流阀,分流阀具有第一分流口和第二分流口,乙炔制芳烃反应器的进料管线与分流阀的第一分流口相连,分流阀的第二分流口排出的一氧化碳用作所述系统的燃料气。
[0040] 更进一步地,反应套管为内衬陶瓷的不锈反应管,反应套管的内径、长度和加热炉长度的比例为(2~10):70:40。这里,反应套管的内径、长度和加热炉长度的比例优选为1:14:8。
[0041] 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:
[0042] (1)将粉煤干燥后破碎,进入所述快速热解装置进行提质,得到半焦、热解气和煤焦油,所述热解气经所述净化分离装置净化后得到氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、其它轻质烃类;
[0043] (2)步骤(1)得到的所述半焦破碎后与生石灰在所述混料罐中混合得到混合粉料,将所述混合粉料加入所述压球装置中进行压球处理,得到的球团进入所述电石炉中反应,得到电石和一氧化碳;
[0044] (3)步骤(2)得到的所述电石冷却破碎后在所述乙炔发生器中与水反应,生成的气体经净化后得到乙炔;
[0045] (4)将步骤(1)中得到的所述二氧化碳、氢气、甲烷,步骤(2)得到的一氧化碳和步骤(3)中得到的所述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;
[0046] (5)将步骤(4)中得到的所述重质芳烃和步骤(1)中得到的所述煤焦油混合得到稀释煤焦油,并使所述稀释煤焦油经所述过滤器过滤得到过滤混合焦油,所述过滤混合焦油可用于生产轻质芳烃。
[0047] 更进一步地,步骤(2)得到的一氧化碳被分流阀分为两部分,一部分通入乙炔制芳烃反应器中用于生产轻质芳烃,另一部分用作燃料气回收利用
[0048] 更进一步地,二氧化碳:氢气:甲烷:一氧化碳:乙炔质量配比为:(0.4-0.5):1:(2-3):(1.5-6.5):(3.5-7);优选为:0.48:1:(2.65-2.69):(1.83-6.38):(4.08-6.36)。
[0049] 更进一步地,步骤(1)中所述一氧化碳、其它轻质烃类和步骤(2)中所述另一部分一氧化碳用作燃料气。
[0050] 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。
[0051] 更进一步地,步骤(2)中半焦应粉碎至粒径≤20μm,优选至粒径≤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。
[0052] 更进一步地,步骤(3)中电石粉碎至粒径≤80mm,优选粒径为50~80mm。
[0053] 更进一步地,步骤(4)中,所述加热炉对所述反应套管加热时,所述反应套管内根据温度场自上而下划分为预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区,所述热反应区发生所述热反应,热反应温度为850~1100℃,优选的热反应温度为880~920℃,所述催化反应区发生所述催化反应,催化反应温度为350~600℃。
[0054] 更进一步地,所述催化反应区的催化剂为金属催化剂,所述金属催化剂负载在所述陶瓷蜂窝体上。
[0055] 更进一步地,所述金属催化剂为镍、钼、钯、钌或铑中的一种或几种。
[0056] 更进一步地,金属催化剂含量为0.1%-5%,优选地金属催化剂含量为0.2%-4%。
[0057] 更进一步地,所述预热区、所述热反应区、所述蓄热区、所述催化反应区和所述冷却区的长度比例为(20-40):(8-12):(8-12):(1-3):(18-20)。
[0058] 更进一步地,乙炔制芳烃反应器的工作方法包括:
[0059] 1)将反应气乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳进行混合;
[0060] 2)将步骤1)中混合的气体通入进料管线至气体分布器;
[0061] 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;
[0062] 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;
[0063] 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;
[0064] 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;
[0065] 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。
[0066] 本发明中的乙炔制芳烃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,同时利用了热反应余热,有效提高了热利用率。
[0067] 本发明的有益效果在于:
[0068] (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。
[0069] (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。
[0070] (3)乙炔制芳烃装置耦合了热反应和催化反应,提高了轻质芳烃产率。同时副产的重质芳烃可作为快速热解煤焦油的稀释剂,除去其所含大量粉尘,利于煤焦油的深加工。附图说明
[0071] 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:
[0072] 图1是本发明由粉煤制备轻质芳烃的系统的结构示意图;
[0073] 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。
[0074] 附图标记说明:
[0075] 1、快速热解装置,2、净化分离装置,3、混料罐,4、混合罐,5、过滤器,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

[0076] 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。
[0077] 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:
[0078] 快速热解装置1、净化分离装置2、混料罐3、混合罐4、过滤器5、压球装置(未示出)、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;
[0079] 其中,
[0080] 快速热解装置1包括粉煤进口、热解气出口、半焦出口和煤焦油出口;
[0081] 净化分离装置2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;
[0082] 混料罐3包括半焦入口、生石灰入口和混合粉料出口,半焦入口与半焦出口相连;
[0083] 压球装置包括混合粉料入口和球团出口,混合粉料入口与混合粉料出口相连;
[0084] 电石炉6包括球团入口、电石出口、一氧化碳出口,球团入口与球团出口相连;
[0085] 乙炔发生器7包括电石入口、乙炔出口,电石入口与电石出口相连;
[0086] 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11与乙炔出口、一氧化碳出口、净化分离装置2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;
[0087] 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;
[0088] 混合罐4包括煤焦油入口、重质芳烃入口和混合焦油出口,煤焦油入口与煤焦油出口相连,重质芳烃入口与分离系统9的用于排出重质芳烃的出口相连;
[0089] 过滤器5包括混合焦油入口、过滤混合焦油出口,混合焦油入口与混合焦油出口相连。
[0090] 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。
[0091] 更具体地,电石炉6的一氧化碳出口处设置分流阀(未示出),分流阀具有第一分流口和第二分流口,乙炔制芳烃反应器8的进料管线10与分流阀的第一分流口相连,分流阀的第二分流口排出的一氧化碳用作所述系统的燃料气。
[0092] 更具体地,反应套管13为内衬陶瓷的不锈钢反应管,反应套管13的内径、长度和加热炉长度的比例为(2~10):70:40。
[0093] 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。
[0094] 更具体地,金属催化剂为镍、钼、钯、钌或铑中的一种或几种。
[0095] 更具体地,金属催化剂含量为0.1%-5%,优选地金属催化剂含量为0.2%-4%。
[0096] 更具体地,所述预热区17、所述热反应区18、所述蓄热区19、所述催化反应区20和所述冷却区21的长度比例为(20-40):(8-12):(8-12):(1-3):(18-20)。
[0097] 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。
[0098] 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,负载的金属为镍、钼、钯、钌或铑等金属,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。
[0099] 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。
[0100] 一种采用上述系统由粉煤制备芳烃的方法,包括以下步骤:
[0101] (1)将粉煤干燥后破碎,进入所述快速热解装置1进行提质,得到半焦、热解气和煤焦油,所述热解气经所述净化分离装置2净化后得到氢气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、其它轻质烃类;
[0102] (2)步骤(1)得到的所述半焦破碎后与生石灰在所述混料罐3中混合得到混合粉料,将所述混合粉料加入所述压球装置中进行压球处理,得到的球团进入所述电石炉6中反应,得到电石和一氧化碳;
[0103] (3)步骤(2)得到的所述电石冷却破碎后在所述乙炔发生器7中与水反应,生成的气体经净化后得到乙炔;
[0104] (4)将步骤(1)中得到的所述二氧化碳、氢气、甲烷,步骤(2)得到的一氧化碳和步骤(3)中得到的所述乙炔加入乙炔制芳烃反应器8中进行热反应和催化反应,后经所述分离系统9得到轻质芳烃、重质芳烃和乙烯;
[0105] (5)将步骤(4)中得到的所述重质芳烃和步骤(1)中得到的所述煤焦油混合得到稀释煤焦油,并使所述稀释煤焦油经所述过滤器5过滤得到过滤混合焦油,所述过滤混合焦油可用于生产轻质芳烃。
[0106] 更进一步地,步骤(2)得到的一氧化碳被分流阀(未示出)分为两部分,一部分通入乙炔制芳烃反应器8中用于生产轻质芳烃,另一部分用作燃料气回收利用。
[0107] 更进一步地,步骤(1)中所述一氧化碳、其它轻质烃类和步骤(2)中所述另一部分一氧化碳用作燃料气。
[0108] 更进一步地,在步骤(1)快速热解装置1中,热解温度为500~800℃,热解时间为2~30s。
[0109] 更进一步地,步骤(2)中半焦应粉碎至粒径≤20μm,优选至粒径≤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。
[0110] 更进一步地,步骤(3)中电石粉碎至粒径≤80mm,优选粒径为50~80mm。
[0111] 更进一步地,步骤(4)中,热反应的反应温度为850~1100℃,优选的热反应的反应温度为880~920℃,催化反应的反应温度为350~600℃。
[0112] 更进一步地,乙炔制芳烃反应器8的工作方法包括:
[0113] 1)将反应气乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳进行混合;
[0114] 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;
[0115] 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;
[0116] 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℃;
[0117] 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;
[0118] 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;
[0119] 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。
[0120] 更具体地,反应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。
[0121] 本发明中的乙炔制芳烃反应器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,同时利用了热反应余热,有效提高了热利用率。
[0122] 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:
[0123] 实施例1:
[0124] 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。
[0125] 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。乙炔制芳烃反应器8内径:长度:加热炉长度=1:14:8。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。重质芳烃与煤焦油混合过滤后,得到除尘后的混合油品124kg。
[0126] 实施例2:
[0127] 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。
[0128] 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。乙炔制芳烃反应器8内径:长度:加热炉长度=1:14:8,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。重质芳烃与煤焦油混合过滤后,得到除尘后的混合油品116kg。
[0129] 实施例3:
[0130] 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。
[0131] 经过本系统,1000kg中低阶粉煤与605kg生石灰可得到356kg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。乙炔制芳烃反应器8内径:长度:加热炉长度=1:14:8,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。重质芳烃与煤焦油混合过滤后,得到除尘后的混合油品109kg。
[0132] 实施例4:
[0133] 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。
[0134] 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。乙炔制芳烃反应器8内径:长度:加热炉长度=1:14:8,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。重质芳烃与煤焦油混合过滤后,得到除尘后的混合油品120kg。
[0135] 实施例5:
[0136] 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。
[0137] 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。乙炔制芳烃反应器8内径:长度:加热炉长度=1:14:8,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。重质芳烃与煤焦油混合过滤后,得到除尘后的混合油品158kg。
[0138] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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