本發(fā)明涉及一種由中低階粉煤制備輕質(zhì)芳烴的組合工藝，更具體地，涉及一種中低階粉煤經(jīng)過(guò)快速熱解裝置后與生石灰混合生產(chǎn)電石，利用電石法生產(chǎn)乙炔，再由乙炔生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)的能源格局一直是富煤、貧油、少氣，煤炭?jī)?chǔ)量可達(dá)世界煤炭?jī)?chǔ)量的17％。其中褐煤、長(zhǎng)焰煤等低階煤資源儲(chǔ)量豐富，占我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量及煤炭產(chǎn)量50％以上，但由于低階煤水含量高，直接燃燒或氣化效率低且現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法充分利用其資源價(jià)值，導(dǎo)致了煤炭資源的巨大浪費(fèi)。2015年4月國(guó)家能源局發(fā)布了《煤炭清潔高效利用行動(dòng)計(jì)劃(2015-2020)》，將煤炭分質(zhì)分級(jí)利用地位顯著提高，大力倡導(dǎo)低階煤提質(zhì)技術(shù)的研發(fā)和示范。因此，開(kāi)發(fā)低階煤的清潔高效利用新途徑具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。

苯、甲苯和二甲苯等輕質(zhì)芳烴為最重要的化工基礎(chǔ)原料之一，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)橡膠、纖維、塑料和染料等化工產(chǎn)品。目前，芳烴主要來(lái)源于石油化工中的催化重整和烴類熱解，僅有約10％來(lái)源于煤炭化工。但是目前石油資源越來(lái)越匱乏，因此，開(kāi)發(fā)新的由低階煤生產(chǎn)苯等輕質(zhì)芳烴的技術(shù)勢(shì)在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的主要是解決中低階粉煤清潔高效利用和芳烴需求增長(zhǎng)的問(wèn)題，提供一種低階煤與生石灰生產(chǎn)乙炔、氫氣等，再由乙炔生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)和方法，

具體地，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本文提供了一種具有重質(zhì)芳烴回用功能的由粉煤制備芳烴的系統(tǒng)，包括：

快速熱解裝置，包括第一固體進(jìn)口、第一氣體出口、第二固體出口和第一液料出口；

電石爐，包括第二固體入口、第三固體出口、第二氣體出口，所述第二固體入口用于送入第二固體和第四固體；

乙炔發(fā)生器，包括第三固體入口、第二液料入口，第三氣體出口，所述第三固體入口與所述第三固體出口相連；

乙炔制芳烴反應(yīng)器，包括自上而下依次密封連接的進(jìn)料管線、進(jìn)料密封元件、氣體分布器、反應(yīng)套管、出料密封元件、出料管線，以及加熱爐，所述進(jìn)料管線用于通入第三氣體及其他氣體物料，所述反應(yīng)套管中填裝有陶瓷蜂窩體，所述反應(yīng)套管貫穿設(shè)置在所述加熱爐內(nèi)部且所述加熱爐正對(duì)所述反應(yīng)套管的中部，所述出料管線用于排出產(chǎn)物；以及

產(chǎn)物分離處理系統(tǒng)，包括分離系統(tǒng)和混合罐，所述分離系統(tǒng)具有產(chǎn)物入口、第三液料出口和第四液料出口，所述產(chǎn)物入口與所述乙炔制芳烴反應(yīng)器的出料管線相連；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?cái)?shù)第四液料入口分別與所述第一液料出口和所述第四液料出口相連。

更具體地，所述產(chǎn)物分離處理系統(tǒng)還包括過(guò)濾器；所述過(guò)濾器包括第五液料入口、第六液料出口，所述第五液料入口與所述第五液料出口相連。

更具體地，所述電石爐的第二氣體出口處設(shè)置分流閥，所述分流閥具有第一分流口和第二分流口，所述乙炔制芳烴反應(yīng)器的進(jìn)料管線與所述分流閥的第一分流口相連。

更具體地，所述乙炔發(fā)生器還與乙炔凈化裝置相連，所述乙炔凈化裝置具有第三氣體進(jìn)口和乙炔氣出口，所述第三氣體進(jìn)口與所述第三氣體出口連接，所述乙炔氣出口與所述乙炔制芳烴反應(yīng)器的進(jìn)料管線相連。

更具體地，所述系統(tǒng)還包括凈化分離裝置，所述凈化分離裝置與所述快速熱解裝置的第一氣體出口相連，用于對(duì)第一氣體凈化分離。

一種采用上述系統(tǒng)由粉煤制備芳烴的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)粉煤熱解和熱解氣的凈化：粉煤進(jìn)入所述快速熱解裝置進(jìn)行提質(zhì)，得到半焦、熱解氣和煤焦油；

(2)將步驟(1)得到的所述半焦與生石灰加入電石爐中反應(yīng)，得到電石和一氧化碳；

(3)步驟(2)得到的所述電石在所述乙炔發(fā)生器中與水反應(yīng)，得到乙炔產(chǎn)物氣；

(4)芳烴連續(xù)生產(chǎn)：將步驟(3)中得到的所述乙炔產(chǎn)物氣、步驟(2)得到的一氧化碳?xì)膺B同氫氣、甲烷一起作為反應(yīng)氣，連續(xù)通入乙炔制芳烴反應(yīng)器中進(jìn)行熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，得到芳烴產(chǎn)物；

(5)芳烴產(chǎn)物分離：通過(guò)產(chǎn)物分離處理系統(tǒng)將步驟(4)中得到的芳烴產(chǎn)物分離，得到輕質(zhì)芳烴、重質(zhì)芳烴和乙烯；

(6)煤焦油稀釋：通過(guò)產(chǎn)物分離處理系統(tǒng)使所述重質(zhì)芳烴和步驟(1)中得到的所述煤焦油混合得到稀釋煤焦油。

進(jìn)一步地，步驟(6)還包括，使所述稀釋煤焦油經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾，得到過(guò)濾混合焦油，所述過(guò)濾混合焦油可用于生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：將所述熱解氣經(jīng)凈化分離裝置凈化分離后得到氫氣、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、其它輕質(zhì)烴類，所述氫氣、甲烷、二氧化碳用作步驟(4)的反應(yīng)氣用于生產(chǎn)芳烴。

進(jìn)一步地，來(lái)自所述電石爐的一氧化碳被分流閥分為兩部分，一部分用作步驟(4)的反應(yīng)氣用于生產(chǎn)芳烴，另一部分與所述熱解氣經(jīng)凈化分離得到的一氧化碳、其它輕質(zhì)烴類一起，用作所述方法的燃料氣。

進(jìn)一步地，步驟(3)中得到的所述乙炔產(chǎn)物氣在通入所述乙炔制芳烴反應(yīng)器之前，通過(guò)乙炔凈化裝置凈化，得到乙炔氣，然后將所述乙炔氣通入所述乙炔制芳烴反應(yīng)器。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，提供了一種由粉煤制備輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)，包括：

快速熱解裝置、凈化分離裝置、混料罐、混合罐、過(guò)濾器、壓球裝置、電石爐、乙炔發(fā)生器、乙炔制芳烴反應(yīng)器和分離系統(tǒng)；

其中，

快速熱解裝置包括粉煤進(jìn)口、熱解氣出口、半焦出口和煤焦油出口；

凈化分離裝置包括熱解氣進(jìn)口、以及多個(gè)出口，熱解氣進(jìn)口與熱解氣出口相連，多個(gè)出口用于排出分離的氣體，包括二氧化碳、氫氣和甲烷；

混料罐包括半焦入口、生石灰入口和混合粉料出口，半焦入口與半焦出口相連；

壓球裝置包括混合粉料入口和球團(tuán)出口，混合粉料入口與混合粉料出口相連；

電石爐包括球團(tuán)入口、電石出口、一氧化碳出口，球團(tuán)入口與球團(tuán)出口相連；

乙炔發(fā)生器包括電石入口、乙炔產(chǎn)物氣出口，電石入口與電石出口相連；

乙炔制芳烴反應(yīng)器包括自上而下依次密封連接的進(jìn)料管線、進(jìn)料密封元件、氣體分布器、反應(yīng)套管、出料密封元件和出料管線，以及加熱爐，進(jìn)料管線與乙炔產(chǎn)物氣出口、一氧化碳出口、凈化分離裝置的多個(gè)出口相連，反應(yīng)套管中填裝有陶瓷蜂窩體，反應(yīng)套管貫穿設(shè)置在加熱爐內(nèi)部且加熱爐正對(duì)反應(yīng)套管的中部；

分離系統(tǒng)包括入口以及多個(gè)出口，多個(gè)出口用于排出分離的乙烯、輕質(zhì)芳烴和重質(zhì)芳烴，入口與乙炔制芳烴反應(yīng)器的出料管線相連；

混合罐包括煤焦油入口、重質(zhì)芳烴入口和混合焦油出口，煤焦油入口與煤焦油出口相連，重質(zhì)芳烴入口與分離系統(tǒng)的用于排出重質(zhì)芳烴的出口相連；

過(guò)濾器包括混合焦油入口、過(guò)濾混合焦油出口，混合焦油入口與混合焦油出口相連。

更進(jìn)一步地，電石爐的一氧化碳出口處設(shè)置分流閥，分流閥具有第一分流口和第二分流口，乙炔制芳烴反應(yīng)器的進(jìn)料管線與分流閥的第一分流口相連，分流閥的第二分流口排出的一氧化碳用作所述系統(tǒng)的燃料氣。

更進(jìn)一步地，反應(yīng)套管為內(nèi)襯陶瓷的不銹鋼反應(yīng)管，反應(yīng)套管的內(nèi)徑、長(zhǎng)度和加熱爐長(zhǎng)度的比例為(2～10)：70：40。這里，反應(yīng)套管的內(nèi)徑、長(zhǎng)度和加熱爐長(zhǎng)度的比例優(yōu)選為1:14:8。

一種采用上述系統(tǒng)由粉煤制備芳烴的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將粉煤干燥后破碎，進(jìn)入所述快速熱解裝置進(jìn)行提質(zhì)，得到半焦、熱解氣和煤焦油，所述熱解氣經(jīng)所述凈化分離裝置凈化后得到氫氣、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、其它輕質(zhì)烴類；

(2)步驟(1)得到的所述半焦破碎后與生石灰在所述混料罐中混合得到混合粉料，將所述混合粉料加入所述壓球裝置中進(jìn)行壓球處理，得到的球團(tuán)進(jìn)入所述電石爐中反應(yīng)，得到電石和一氧化碳；

(3)步驟(2)得到的所述電石冷卻破碎后在所述乙炔發(fā)生器中與水反應(yīng)，生成的氣體經(jīng)凈化后得到乙炔；

(4)將步驟(1)中得到的所述二氧化碳、氫氣、甲烷，步驟(2)得到的一氧化碳和步驟(3)中得到的所述乙炔加入乙炔制芳烴反應(yīng)器中進(jìn)行熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，后經(jīng)所述分離系統(tǒng)得到輕質(zhì)芳烴、重質(zhì)芳烴和乙烯；

(5)將步驟(4)中得到的所述重質(zhì)芳烴和步驟(1)中得到的所述煤焦油混合得到稀釋煤焦油，并使所述稀釋煤焦油經(jīng)所述過(guò)濾器過(guò)濾得到過(guò)濾混合焦油，所述過(guò)濾混合焦油可用于生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴。

更進(jìn)一步地，步驟(2)得到的一氧化碳被分流閥分為兩部分，一部分通入乙炔制芳烴反應(yīng)器中用于生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴，另一部分用作燃料氣回收利用。

更進(jìn)一步地，二氧化碳：氫氣：甲烷：一氧化碳：乙炔質(zhì)量配比為：(0.4-0.5)：1：(2-3)：(1.5-6.5)：(3.5-7)；優(yōu)選為：0.48：1：(2.65-2.69)：(1.83-6.38)：(4.08-6.36)。

更進(jìn)一步地，步驟(1)中所述一氧化碳、其它輕質(zhì)烴類和步驟(2)中所述另一部分一氧化碳用作燃料氣。

更進(jìn)一步地，在步驟(1)快速熱解裝置中，熱解溫度為500～800℃，熱解時(shí)間為2～30s。

更進(jìn)一步地，步驟(2)中半焦應(yīng)粉碎至粒徑≤20μm，優(yōu)選至粒徑≤10μm?；旌戏哿现邪虢古c生石灰的質(zhì)量比為1:1～1:2，可有效增加反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)效率，從而降低反應(yīng)能耗，增加裝置處理量。球團(tuán)粒徑為10～40mm，將球團(tuán)的粒徑控制在合適范圍內(nèi)有利于傳熱，提高熱效率。

更進(jìn)一步地，步驟(3)中電石粉碎至粒徑≤80mm，優(yōu)選粒徑為50～80mm。

更進(jìn)一步地，步驟(4)中，所述加熱爐對(duì)所述反應(yīng)套管加熱時(shí)，所述反應(yīng)套管內(nèi)根據(jù)溫度場(chǎng)自上而下劃分為預(yù)熱區(qū)、熱反應(yīng)區(qū)、蓄熱區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)和冷卻區(qū)，所述熱反應(yīng)區(qū)發(fā)生所述熱反應(yīng)，熱反應(yīng)溫度為850～1100℃，優(yōu)選的熱反應(yīng)溫度為880～920℃，所述催化反應(yīng)區(qū)發(fā)生所述催化反應(yīng)，催化反應(yīng)溫度為350～600℃。

更進(jìn)一步地，所述催化反應(yīng)區(qū)的催化劑為金屬催化劑，所述金屬催化劑負(fù)載在所述陶瓷蜂窩體上。

更進(jìn)一步地，所述金屬催化劑為鎳、鉬、鈀、釕或銠中的一種或幾種。

更進(jìn)一步地，金屬催化劑含量為0.1％-5％，優(yōu)選地金屬催化劑含量為0.2％-4％。

更進(jìn)一步地，所述預(yù)熱區(qū)、所述熱反應(yīng)區(qū)、所述蓄熱區(qū)、所述催化反應(yīng)區(qū)和所述冷卻區(qū)的長(zhǎng)度比例為(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。

更進(jìn)一步地，乙炔制芳烴反應(yīng)器的工作方法包括：

1)將反應(yīng)氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳進(jìn)行混合；

2)將步驟1)中混合的氣體通入進(jìn)料管線至氣體分布器；

3)將步驟2)中通過(guò)氣體分布器的混合氣體在反應(yīng)套管的預(yù)熱區(qū)升溫并送至熱反應(yīng)溫度；

4)將步驟3)中升溫后的混合氣體在反應(yīng)套管的熱反應(yīng)區(qū)恒溫發(fā)生熱反應(yīng)；

5)將步驟4)中發(fā)生熱反應(yīng)后的產(chǎn)物通過(guò)反應(yīng)套管的蓄熱區(qū)并降溫至催化反應(yīng)溫度；

6)將步驟5)中降溫后的產(chǎn)物通過(guò)反應(yīng)套管的催化反應(yīng)區(qū)，在催化劑的作用下發(fā)生催化反應(yīng)，制備得到輕質(zhì)芳烴；

7)將步驟6)中得到的輕質(zhì)芳烴經(jīng)過(guò)反應(yīng)套管的冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻降溫，然后通過(guò)出料管線進(jìn)入下游裝置中。

本發(fā)明中的乙炔制芳烴反應(yīng)器耦合了熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，提高了乙炔轉(zhuǎn)化率和輕質(zhì)芳烴收率，同時(shí)利用了熱反應(yīng)余熱，有效提高了熱利用率。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)由煤制芳烴，解決了由于石油資源有限帶來(lái)的芳烴產(chǎn)量限制的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了從低價(jià)值的低階煤到高附加值的芳烴的轉(zhuǎn)變過(guò)程。

(2)將粉煤經(jīng)過(guò)快速熱解裝置提質(zhì)，解決了粉煤難以應(yīng)用于工業(yè)的問(wèn)題?？焖贌峤膺^(guò)程中得到的氣體產(chǎn)物可作為燃料氣和乙炔制芳烴反應(yīng)原料氣；提質(zhì)煤與生石灰生產(chǎn)電石，制備乙炔，作為制芳烴反應(yīng)器的原料氣，實(shí)現(xiàn)了低階煤的清潔高效利用。

(3)乙炔制芳烴裝置耦合了熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，提高了輕質(zhì)芳烴產(chǎn)率。同時(shí)副產(chǎn)的重質(zhì)芳烴可作為快速熱解煤焦油的稀釋劑，除去其所含大量粉塵，利于煤焦油的深加工。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得顯而易見(jiàn)和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明由粉煤制備輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明由粉煤制備輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)中乙炔制芳烴反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1、快速熱解裝置，2、凈化分離裝置，3、混料罐，4、混合罐，5、過(guò)濾器，6、電石爐，7、乙炔發(fā)生器，8、乙炔制芳烴反應(yīng)器，9、分離系統(tǒng)，10、進(jìn)料管線，11、進(jìn)料密封元件，12、氣體分布器，13、反應(yīng)套管，14、出料密封元件，15、出料管線，16、加熱爐，17、預(yù)熱區(qū)，18、熱反應(yīng)區(qū)，19、蓄熱區(qū)，20、催化反應(yīng)區(qū)，21、冷卻區(qū)。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例和附圖1，示出了一種由粉煤制備輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)，包括：

快速熱解裝置1、凈化分離裝置2、混料罐3、混合罐4、過(guò)濾器5、壓球裝置(未示出)、電石爐6、乙炔發(fā)生器7、乙炔制芳烴反應(yīng)器8和分離系統(tǒng)9；

其中，

快速熱解裝置1包括粉煤進(jìn)口、熱解氣出口、半焦出口和煤焦油出口；

凈化分離裝置2包括熱解氣進(jìn)口、以及多個(gè)出口，熱解氣進(jìn)口與熱解氣出口相連，多個(gè)出口用于排出分離的二氧化碳、氫氣和甲烷；

混料罐3包括半焦入口、生石灰入口和混合粉料出口，半焦入口與半焦出口相連；

壓球裝置包括混合粉料入口和球團(tuán)出口，混合粉料入口與混合粉料出口相連；

電石爐6包括球團(tuán)入口、電石出口、一氧化碳出口，球團(tuán)入口與球團(tuán)出口相連；

乙炔發(fā)生器7包括電石入口、乙炔出口，電石入口與電石出口相連；

乙炔制芳烴反應(yīng)器8包括自上而下依次密封連接的進(jìn)料管線10、進(jìn)料密封元件11、氣體分布器12、反應(yīng)套管13、出料密封元件14和出料管線15，以及加熱爐16，進(jìn)料管線11與乙炔出口、一氧化碳出口、凈化分離裝置2的多個(gè)出口相連，反應(yīng)套管13中填裝有陶瓷蜂窩體，反應(yīng)套管13貫穿設(shè)置在加熱爐16內(nèi)部且加熱爐16正對(duì)反應(yīng)套管13的中部；

分離系統(tǒng)9包括入口、以及多個(gè)出口，多個(gè)出口用于排出分離的乙烯、輕質(zhì)芳烴和重質(zhì)芳烴，入口與乙炔制芳烴反應(yīng)器8的出料管線15相連；

混合罐4包括煤焦油入口、重質(zhì)芳烴入口和混合焦油出口，煤焦油入口與煤焦油出口相連，重質(zhì)芳烴入口與分離系統(tǒng)9的用于排出重質(zhì)芳烴的出口相連；

過(guò)濾器5包括混合焦油入口、過(guò)濾混合焦油出口，混合焦油入口與混合焦油出口相連。

更具體地，加熱爐16對(duì)反應(yīng)套管13加熱時(shí)，反應(yīng)套管13內(nèi)根據(jù)溫度場(chǎng)自上而下劃分為預(yù)熱區(qū)17、熱反應(yīng)區(qū)18、蓄熱區(qū)19、催化反應(yīng)區(qū)20和冷卻區(qū)21。

更具體地，電石爐6的一氧化碳出口處設(shè)置分流閥(未示出)，分流閥具有第一分流口和第二分流口，乙炔制芳烴反應(yīng)器8的進(jìn)料管線10與分流閥的第一分流口相連，分流閥的第二分流口排出的一氧化碳用作所述系統(tǒng)的燃料氣。

更具體地，反應(yīng)套管13為內(nèi)襯陶瓷的不銹鋼反應(yīng)管，反應(yīng)套管13的內(nèi)徑、長(zhǎng)度和加熱爐長(zhǎng)度的比例為(2～10)：70：40。

更具體地，反應(yīng)套管13內(nèi)催化反應(yīng)區(qū)20的陶瓷蜂窩體負(fù)載有金屬催化劑。

更具體地，金屬催化劑為鎳、鉬、鈀、釕或銠中的一種或幾種。

更具體地，金屬催化劑含量為0.1％-5％，優(yōu)選地金屬催化劑含量為0.2％-4％。

更具體地，所述預(yù)熱區(qū)17、所述熱反應(yīng)區(qū)18、所述蓄熱區(qū)19、所述催化反應(yīng)區(qū)20和所述冷卻區(qū)21的長(zhǎng)度比例為(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。

由于反應(yīng)氣在高溫條件下接觸不銹鋼將發(fā)生大量副反應(yīng)，因此，不銹鋼反應(yīng)套管13為內(nèi)襯陶瓷的不銹鋼反應(yīng)管，進(jìn)料管線10和產(chǎn)物的出料管線15溫度宜控制在200℃以下。

預(yù)熱區(qū)17、熱反應(yīng)區(qū)18、蓄熱區(qū)19、催化反應(yīng)區(qū)20和冷卻區(qū)21均由陶瓷蜂窩體裝填而成，陶瓷蜂窩體具有較高的蓄熱能力，可以提高能量利用效率，保證氣體在熱反應(yīng)區(qū)18有均勻的熱場(chǎng)。催化反應(yīng)區(qū)20由陶瓷蜂窩體負(fù)載金屬后的整體式催化劑裝填而成，負(fù)載的金屬為鎳、鉬、鈀、釕或銠等金屬，負(fù)載量為0.1％～5％，催化反應(yīng)區(qū)20不設(shè)單獨(dú)的控溫點(diǎn)，乙炔制芳烴反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可以利用熱反應(yīng)區(qū)18的氣體所帶出的余熱，將催化劑裝填至溫度為350～600℃的區(qū)域。催化反應(yīng)區(qū)20既能充分利用熱反應(yīng)區(qū)18的余熱，又能通過(guò)催化反應(yīng)提高乙炔轉(zhuǎn)化率，增加輕質(zhì)芳烴的收率，改善熱反應(yīng)所得液相產(chǎn)物的質(zhì)量，進(jìn)一步提高輕質(zhì)芳烴收率。同時(shí)采用整裝的陶瓷蜂窩體作為載體，有利于減少流動(dòng)阻力，避免催化劑裝填密度過(guò)大或積炭較多造成的催化劑床層堵塞。

在本發(fā)明的裝置中，反應(yīng)套管13的內(nèi)徑、反應(yīng)套管13的長(zhǎng)度和加熱爐16的長(zhǎng)度的比例確定并且反應(yīng)溫度確定了之后，加熱爐16對(duì)反應(yīng)套管13加熱時(shí)反應(yīng)套管13中的溫度場(chǎng)就確定了。加熱爐16正對(duì)的反應(yīng)套管13的中部溫度最高，中部以上或以下溫度都較低。

一種采用上述系統(tǒng)由粉煤制備芳烴的方法，包括以下步驟：

(1)將粉煤干燥后破碎，進(jìn)入所述快速熱解裝置1進(jìn)行提質(zhì)，得到半焦、熱解氣和煤焦油，所述熱解氣經(jīng)所述凈化分離裝置2凈化后得到氫氣、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、其它輕質(zhì)烴類；

(2)步驟(1)得到的所述半焦破碎后與生石灰在所述混料罐3中混合得到混合粉料，將所述混合粉料加入所述壓球裝置中進(jìn)行壓球處理，得到的球團(tuán)進(jìn)入所述電石爐6中反應(yīng)，得到電石和一氧化碳；

(3)步驟(2)得到的所述電石冷卻破碎后在所述乙炔發(fā)生器7中與水反應(yīng)，生成的氣體經(jīng)凈化后得到乙炔；

(4)將步驟(1)中得到的所述二氧化碳、氫氣、甲烷，步驟(2)得到的一氧化碳和步驟(3)中得到的所述乙炔加入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中進(jìn)行熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，后經(jīng)所述分離系統(tǒng)9得到輕質(zhì)芳烴、重質(zhì)芳烴和乙烯；

(5)將步驟(4)中得到的所述重質(zhì)芳烴和步驟(1)中得到的所述煤焦油混合得到稀釋煤焦油，并使所述稀釋煤焦油經(jīng)所述過(guò)濾器5過(guò)濾得到過(guò)濾混合焦油，所述過(guò)濾混合焦油可用于生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴。

更進(jìn)一步地，步驟(2)得到的一氧化碳被分流閥(未示出)分為兩部分，一部分通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中用于生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴，另一部分用作燃料氣回收利用。

更進(jìn)一步地，步驟(1)中所述一氧化碳、其它輕質(zhì)烴類和步驟(2)中所述另一部分一氧化碳用作燃料氣。

更進(jìn)一步地，在步驟(1)快速熱解裝置1中，熱解溫度為500～800℃，熱解時(shí)間為2～30s。

更進(jìn)一步地，步驟(2)中半焦應(yīng)粉碎至粒徑≤20μm，優(yōu)選至粒徑≤10μm，混合粉料中半焦與生石灰的質(zhì)量比為1:1～1:2，可有效增加反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)效率，從而降低反應(yīng)能耗，增加裝置處理量，球團(tuán)粒徑為10～40mm，將球團(tuán)的粒徑控制在合適范圍內(nèi)有利于傳熱，提高熱效率。

更進(jìn)一步地，步驟(3)中電石粉碎至粒徑≤80mm，優(yōu)選粒徑為50～80mm。

更進(jìn)一步地，步驟(4)中，熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為850～1100℃，優(yōu)選的熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為880～920℃，催化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為350～600℃。

更進(jìn)一步地，乙炔制芳烴反應(yīng)器8的工作方法包括：

1)將反應(yīng)氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳進(jìn)行混合；

2)將步驟1)中混合的氣體通入進(jìn)料管線10至氣體分布器12；

3)將步驟2)中通過(guò)氣體分布器12的混合氣體在反應(yīng)套管13的預(yù)熱區(qū)17升溫并送至熱反應(yīng)溫度；

4)將步驟3)中升溫后的混合氣體在反應(yīng)套管13的熱反應(yīng)區(qū)18恒溫發(fā)生熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為850℃-1000℃，優(yōu)選的反應(yīng)溫度為880℃-920℃；

5)將步驟4)中發(fā)生熱反應(yīng)后的產(chǎn)物通過(guò)反應(yīng)套管13的蓄熱區(qū)19并降溫至催化反應(yīng)溫度，催化反應(yīng)溫度為350℃-600℃條件下發(fā)生催化反應(yīng)制備得到產(chǎn)物輕質(zhì)芳烴；

6)將步驟5)中降溫后的產(chǎn)物通過(guò)反應(yīng)套管13的催化反應(yīng)區(qū)20，在催化劑的作用下發(fā)生催化反應(yīng)，制備得到輕質(zhì)芳烴；

7)將步驟6)中得到的輕質(zhì)芳烴經(jīng)過(guò)反應(yīng)套管13的冷卻區(qū)21進(jìn)行冷卻降溫，在冷卻區(qū)21溫度降低至200℃以下后通過(guò)出料管線15進(jìn)入下游裝置中。

更具體地，反應(yīng)氣中乙炔為主要反應(yīng)氣；氫氣作為部分反應(yīng)氣，同時(shí)抑制乙炔及芳烴的過(guò)分縮合，降低積炭；甲烷和一氧化碳可降低積炭的形成；二氧化碳作為稀釋氣，降低乙炔的分壓。

本發(fā)明中的乙炔制芳烴反應(yīng)器8耦合了熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，提高了乙炔轉(zhuǎn)化率和輕質(zhì)芳烴收率，同時(shí)利用了熱反應(yīng)余熱，有效提高了熱利用率。

下面是采用上述系統(tǒng)和方法由粉煤制備芳烴的具體實(shí)施例：

實(shí)施例1：

篩選粒徑小于3mm的粉煤，通過(guò)傳送帶將粉煤送至快速熱解裝置1頂部，進(jìn)入快速熱解裝置1進(jìn)行熱解，熱解溫度800℃，熱解時(shí)間2s，生成半焦、熱解氣和煤焦油。將生石灰和半焦按質(zhì)量比3:2混合，加入適量粘結(jié)劑，進(jìn)行壓球，控制球團(tuán)直徑為10～40mm。將球團(tuán)送入電石爐6生產(chǎn)電石。所生產(chǎn)的電石冷卻粉碎，將電石的粒徑控制在50～80mm之間，進(jìn)入乙炔發(fā)生器7中反應(yīng)得到乙炔。

經(jīng)過(guò)本系統(tǒng)，1000kg中低階粉煤與900kg生石灰可得到393kg的乙炔、67kg的氫氣、179kg的甲烷、32kg二氧化碳和450kg一氧化碳。所得的乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和312kg一氧化碳均通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中進(jìn)行反應(yīng)。乙炔制芳烴反應(yīng)器8內(nèi)徑：長(zhǎng)度：加熱爐長(zhǎng)度＝1:14:8?；旌蠚庠跓岱磻?yīng)區(qū)的停留時(shí)間為0.6s，熱反應(yīng)區(qū)18反應(yīng)溫度為900℃，在催化反應(yīng)區(qū)20的停留時(shí)間為0.1s，催化反應(yīng)區(qū)反應(yīng)溫度為600℃。生產(chǎn)得到294kg輕質(zhì)芳烴和44kg重質(zhì)芳烴。重質(zhì)芳烴與煤焦油混合過(guò)濾后，得到除塵后的混合油品124kg。

實(shí)施例2：

篩選粒徑小于3mm的粉煤，通過(guò)傳送帶將粉煤送至快速熱解裝置1頂部，進(jìn)入快速熱解裝置1進(jìn)行熱解，熱解溫度500℃，熱解時(shí)間30s，生成半焦、熱解氣和煤焦油。將生石灰和半焦按質(zhì)量比2:1混合，加入適量粘結(jié)劑，進(jìn)行壓球，控制球團(tuán)直徑為10～40mm。將球團(tuán)送入電石爐6生產(chǎn)電石。所生產(chǎn)的電石冷卻粉碎，將電石的粒徑控制在50～80mm之間，進(jìn)入乙炔發(fā)生器7中反應(yīng)得到乙炔。

經(jīng)過(guò)本系統(tǒng)，1000kg中低階粉煤與1220kg生石灰可得到401kg的乙炔、63kg的氫氣、167kg的甲烷、30kg二氧化碳和457kg一氧化碳。所得的乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和402kg一氧化碳均通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中進(jìn)行反應(yīng)。乙炔制芳烴反應(yīng)器8內(nèi)徑：長(zhǎng)度：加熱爐長(zhǎng)度＝1:14:8，混合氣在熱反應(yīng)區(qū)的停留時(shí)間為0.6s，熱反應(yīng)區(qū)18反應(yīng)溫度為850℃，在催化反應(yīng)區(qū)20的停留時(shí)間為0.1s，催化反應(yīng)區(qū)反應(yīng)溫度為350℃。生產(chǎn)得到270kg輕質(zhì)芳烴和30kg重質(zhì)芳烴。重質(zhì)芳烴與煤焦油混合過(guò)濾后，得到除塵后的混合油品116kg。

實(shí)施例3：

篩選粒徑小于3mm的粉煤，通過(guò)傳送帶將粉煤送至快速熱解裝置1頂部，進(jìn)入快速熱解裝置1進(jìn)行熱解，熱解溫度700℃，熱解時(shí)間15s，生成半焦、熱解氣和煤焦油。將生石灰和半焦按質(zhì)量比1:1混合，加入適量粘結(jié)劑，進(jìn)行壓球，控制球團(tuán)直徑為10～40mm。將球團(tuán)送入電石爐6生產(chǎn)電石。所生產(chǎn)的電石冷卻粉碎，將電石的粒徑控制在50～80mm之間，進(jìn)入乙炔發(fā)生器7中反應(yīng)得到乙炔。

經(jīng)過(guò)本系統(tǒng)，1000kg中低階粉煤與605kg生石灰可得到356kg的乙炔、64kg的氫氣、172kg的甲烷、31kg二氧化碳和302kg一氧化碳。所得的乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和117kg一氧化碳均通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中進(jìn)行反應(yīng)。乙炔制芳烴反應(yīng)器8內(nèi)徑：長(zhǎng)度：加熱爐長(zhǎng)度＝1:14:8，混合氣在熱反應(yīng)區(qū)的停留時(shí)間為0.6s，熱反應(yīng)區(qū)18反應(yīng)溫度為880℃，在催化反應(yīng)區(qū)20的停留時(shí)間為0.1s，催化反應(yīng)區(qū)反應(yīng)溫度為450℃。生產(chǎn)得到180kg輕質(zhì)芳烴和25kg重質(zhì)芳烴。重質(zhì)芳烴與煤焦油混合過(guò)濾后，得到除塵后的混合油品109kg。

實(shí)施例4：

篩選粒徑小于3mm的粉煤，通過(guò)傳送帶將粉煤送至快速熱解裝置1頂部，進(jìn)入快速熱解裝置1進(jìn)行熱解，熱解溫度600℃，熱解時(shí)間25s，生成半焦、熱解氣和煤焦油。將生石灰和半焦按質(zhì)量比1:1混合，加入適量粘結(jié)劑，進(jìn)行壓球，控制球團(tuán)直徑為10～40mm。將球團(tuán)送入電石爐6生產(chǎn)電石。所生產(chǎn)的電石冷卻粉碎，將電石的粒徑控制在50～80mm之間，進(jìn)入乙炔發(fā)生器7中反應(yīng)得到乙炔。

經(jīng)過(guò)本系統(tǒng)，1000kg中低階粉煤與608kg生石灰可得到257kg的乙炔、63kg的氫氣、169kg的甲烷、30kg二氧化碳和302kg一氧化碳。所得的乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和124kg一氧化碳均通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中進(jìn)行反應(yīng)。乙炔制芳烴反應(yīng)器8內(nèi)徑：長(zhǎng)度：加熱爐長(zhǎng)度＝1:14:8，混合氣在熱反應(yīng)區(qū)的停留時(shí)間為0.6s，熱反應(yīng)區(qū)18反應(yīng)溫度為920℃，在催化反應(yīng)區(qū)20的停留時(shí)間為0.1s，催化反應(yīng)區(qū)反應(yīng)溫度為500℃。生產(chǎn)得到193kg輕質(zhì)芳烴和35kg重質(zhì)芳烴。重質(zhì)芳烴與煤焦油混合過(guò)濾后，得到除塵后的混合油品120kg。

實(shí)施例5：

篩選粒徑小于3mm的粉煤，通過(guò)傳送帶將粉煤送至快速熱解裝置1頂部，進(jìn)入快速熱解裝置1進(jìn)行熱解，熱解溫度600℃，熱解時(shí)間25s，生成半焦、熱解氣和煤焦油。將生石灰和半焦按質(zhì)量比1:1混合，加入適量粘結(jié)劑，進(jìn)行壓球，控制球團(tuán)直徑為10～40mm。將球團(tuán)送入電石爐6生產(chǎn)電石。所生產(chǎn)的電石冷卻粉碎，將電石的粒徑控制在50～80mm之間，進(jìn)入乙炔發(fā)生器7中反應(yīng)得到乙炔。

經(jīng)過(guò)本系統(tǒng)，1000kg中低階粉煤與885kg生石灰可得到390kg的乙炔、69kg的氫氣、185kg的甲烷、33kg二氧化碳和448kg一氧化碳。所得的乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和150kg一氧化碳均通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中進(jìn)行反應(yīng)。乙炔制芳烴反應(yīng)器8內(nèi)徑：長(zhǎng)度：加熱爐長(zhǎng)度＝1:14:8，混合氣在熱反應(yīng)區(qū)的停留時(shí)間為0.6s，熱反應(yīng)區(qū)18反應(yīng)溫度為1100℃，在催化反應(yīng)區(qū)20的停留時(shí)間為0.1s，催化反應(yīng)區(qū)反應(yīng)溫度為500℃。生產(chǎn)得到278kg輕質(zhì)芳烴和92kg重質(zhì)芳烴。重質(zhì)芳烴與煤焦油混合過(guò)濾后，得到除塵后的混合油品158kg。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。