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)：

我國的能源格局一直是富煤、貧油、少氣，煤炭儲量可達(dá)世界煤炭儲量的17％。其中褐煤、長焰煤等低階煤資源儲量豐富，占我國煤炭儲量及煤炭產(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)無法充分利用其資源價值，導(dǎo)致了煤炭資源的巨大浪費(fèi)。2015年4月國家能源局發(fā)布了《煤炭清潔高效利用行動計劃(2015-2020)》，將煤炭分質(zhì)分級利用地位顯著提高，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，芳烴主要來源于石油化工中的催化重整和烴類熱解，僅有約10％來源于煤炭化工。但是目前石油資源越來越匱乏，因此，開發(fā)新的由低階煤生產(chǎn)苯等輕質(zhì)芳烴的技術(shù)勢在必行。

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的問題，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，本文提供了一種由粉煤制備輕質(zhì)芳烴的系統(tǒng)，包括：

快速熱解裝置、油氣分離裝置、凈化裝置、電石爐、乙炔發(fā)生器、乙炔制芳烴反應(yīng)器；

其中，

所述快速熱解裝置包括粉煤進(jìn)口、熱解油氣出口和半焦出口；

所述油氣分離裝置包括熱解油氣進(jìn)口、進(jìn)水口、煤焦油出口、熱解氣出口和污水出口，所述熱解油氣進(jìn)口與所述快速熱解裝置的所述熱解油氣出口相連；

所述凈化裝置包括熱解氣進(jìn)口、以及多個氣體出口，所述熱解氣進(jìn)口與所述熱解氣出口相連，所述多個氣體出口用于排出分離的氣體；

所述電石爐包括物料入口、電石出口、一氧化碳出口，所述物料入口用于送入生石灰和來自所述快速熱解裝置的半焦；

所述乙炔發(fā)生器包括電石入口、乙炔出口，所述電石入口與所述電石爐的電石出口相連；

所述乙炔制芳烴反應(yīng)器包括自上而下依次密封連接的進(jìn)料管線、氣體分布器、反應(yīng)套管和出料管線，以及加熱爐，所述進(jìn)料管線與所述乙炔出口、所述一氧化碳出口、所述凈化裝置的所述多個氣體出口可斷開式連接，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所述反應(yīng)套管的中部。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括脫硫脫氮裝置，所述脫硫脫氮裝置包括污水進(jìn)口和凈化水出口，所述污水進(jìn)口與所述油氣分離裝置的污水出口相連。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括換熱器，所述凈化水出口連接所述換熱器；所述換熱器具有水蒸氣出口；所述水蒸氣出口與所述乙炔制芳烴反應(yīng)器的進(jìn)料管線可斷開式連接。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括氮?dú)夤?，所述氮?dú)夤抻糜谙蛩鲆胰仓品紵N反應(yīng)器的進(jìn)料管線輸送氮?dú)狻?/p>

本發(fā)明中，“可斷開式連接”是指非固定連接，這樣的連接方式在需要連接時可以連接，在需要斷開時也可以斷開。

另一方面，本發(fā)明提供一種采用上述系統(tǒng)由粉煤制備芳烴的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)使粉煤進(jìn)入快速熱解裝置進(jìn)行提質(zhì)，得到半焦和熱解油氣，所述熱解油氣經(jīng)油氣分離裝置分離后得到熱解氣、煤焦油和污水，所述熱解氣經(jīng)凈化裝置凈化后得到氫氣、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、輕質(zhì)烴類；

(2)使生石灰與步驟(1)得到的所述半焦一起送入電石爐中反應(yīng)，得到電石和一氧化碳；

(3)使步驟(2)得到的電石在乙炔發(fā)生器中與水反應(yīng)，得到乙炔；

(4)將步驟(1)中得到的二氧化碳、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)，得到的液相產(chǎn)物即芳烴。

進(jìn)一步地，所述方法還包括污水凈化：通過脫硫脫氮裝置對步驟(1)中的污水凈化得到凈化水。

任選，當(dāng)步驟(4)所述的反應(yīng)過程進(jìn)行一段時間且所述乙炔制芳烴反應(yīng)器中存在積炭時，所述方法還包括：步驟5)反應(yīng)器在線再生步驟：所述凈化水經(jīng)換熱器換熱得到水蒸氣，向所述乙炔制芳烴反應(yīng)器中通入所述水蒸氣與積炭反應(yīng)，去除積炭，使反應(yīng)器在線再生，所述在線再生結(jié)束后繼續(xù)步驟(4)。

進(jìn)一步地，步驟5)中，向所述乙炔制芳烴反應(yīng)器中通入所述水蒸氣之前，先通過所述乙炔制芳烴反應(yīng)器的進(jìn)料管線向所述乙炔制芳烴反應(yīng)器中吹掃氮?dú)狻?/p>

進(jìn)一步地，步驟(2)混合粉料中所述半焦與所述生石灰的質(zhì)量比為1:1～1:2。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，所述熱反應(yīng)的溫度為850～1100℃，所述催化反應(yīng)的溫度為350～600℃。

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、油氣分離裝置、凈化裝置、脫硫脫氮裝置、混料罐、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、熱解油氣出口和半焦出口；

油氣分離裝置包括熱解油氣進(jìn)口、進(jìn)水口、煤焦油出口、熱解氣出口和污水出口，熱解油氣進(jìn)口與快速熱解裝置的熱解油氣出口相連；

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

脫硫脫氮裝置包括污水進(jìn)口和凈化水出口，污水進(jìn)口與油氣分離裝置的污水出口相連；

混料罐包括半焦入口、生石灰入口和混合粉料出口，半焦入口與快速熱解裝置的半焦出口相連；

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

電石爐包括球團(tuán)入口、電石出口、一氧化碳出口，球團(tuán)入口與壓球裝置的球團(tuán)出口相連；

乙炔發(fā)生器包括電石入口、乙炔出口，電石入口與電石爐的電石出口相連；

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)料管線與乙炔出口、一氧化碳出口、凈化裝置的多個出口相連，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)部且加熱爐正對反應(yīng)套管的中部；

分離系統(tǒng)包括入口、以及多個出口，多個出口用于排出分離的氫氣、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。

更進(jìn)一步地，凈化水出口連接換熱器；換熱器具有水蒸氣出口；水蒸氣出口與乙炔制芳烴反應(yīng)器的進(jìn)料管線可斷開式連接。

更進(jìn)一步地，還包括氮?dú)夤?，氮?dú)夤薜牡獨(dú)獬隹谂c乙炔制芳烴反應(yīng)器的進(jìn)料管線可斷開式連接。

更進(jìn)一步地，乙炔制芳烴反應(yīng)器的進(jìn)料管線設(shè)置有入口和出口；氣體分布器設(shè)置在反應(yīng)套管的內(nèi)部且位于反應(yīng)套管的上端并且與進(jìn)料管線的出口連通；出料管線與反應(yīng)套管的下端連通。

更進(jìn)一步地，乙炔制芳烴反應(yīng)器還包括進(jìn)料密封元件和出料密封元件，進(jìn)料密封元件設(shè)置在進(jìn)料管線與反應(yīng)套管的連接處，出料密封元件設(shè)置在出料管線與反應(yīng)套管的連接處。

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。

更進(jìn)一步地，所述反應(yīng)套管的內(nèi)徑、長度和加熱爐長度的比例為(2～10)：70：40，優(yōu)選為1：14：8。

本發(fā)明還公開了一種采用上述系統(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)入快速熱解裝置進(jìn)行提質(zhì)，得到半焦和熱解油氣，所述熱解油氣經(jīng)油氣分離裝置分離后得到熱解氣、煤焦油和污水，所述熱解氣經(jīng)凈化裝置凈化后得到氫氣、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、輕質(zhì)烴類，所述污水經(jīng)所述脫硫脫氮裝置處理后得到凈化水；

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

(3)步驟(2)得到的電石冷卻破碎后在乙炔發(fā)生器中與水反應(yīng)，得到乙炔；

(4)將步驟(1)中得到的二氧化碳、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。

更進(jìn)一步地，上述方法還包括步驟(5)：

當(dāng)步驟(4)所述的反應(yīng)過程進(jìn)行一段時間且所述乙炔制芳烴反應(yīng)器中存在積炭時，對(1)中的凈化水回收并經(jīng)換熱器換熱得到水蒸氣后，向所述乙炔制芳烴反應(yīng)器中通入所述水蒸氣進(jìn)行在線再生，所述在線再生結(jié)束后繼續(xù)步驟(4)。

更進(jìn)一步地，向所述乙炔制芳烴反應(yīng)器中通入水蒸氣之前，先通過所述乙炔制芳烴反應(yīng)器的進(jìn)料管線向所述乙炔制芳烴反應(yīng)器中吹掃氮?dú)狻?/p>

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

更進(jìn)一步地，步驟(1)中一氧化碳、其他輕質(zhì)烴類作為熱源使用。

更進(jìn)一步地，步驟(2)的半焦經(jīng)粉碎處理，在一些實(shí)施方案中，粉碎后的粒徑≤20μm，優(yōu)選粒徑≤10μm。

在一些實(shí)施方案中，在步驟(2)中，半焦與生石灰的質(zhì)量比為1:1～1:2。據(jù)信，這樣的質(zhì)量比可有效增加反應(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。

在一些實(shí)施方案中，在步驟(2)中，半焦與生石灰經(jīng)壓球處理形成球團(tuán)，在一些實(shí)施方案中，球團(tuán)粒徑為10～40mm。據(jù)信，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。

在一些實(shí)施方案中，在步驟(3)中，電石經(jīng)粉碎處理，粉碎至粒徑≤80mm，優(yōu)選粒徑為50～80mm。

在一些實(shí)施方案中，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:(2.5-2.7):(4-7):(4-7)。在一些實(shí)施方案中，二氧化碳：氫氣：甲烷：一氧化碳：乙炔質(zhì)量配比為0.5:1:(2.6-3):(4.6-6.5):(4-6.4)。

更進(jìn)一步地，加熱爐對反應(yīng)套管加熱時，反應(yīng)套管內(nèi)根據(jù)溫度場自上而下依次劃分為預(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)。步驟(4)中，熱反應(yīng)區(qū)發(fā)生熱反應(yīng)，熱反應(yīng)溫度為850～1100℃，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，反應(yīng)套管內(nèi)催化反應(yīng)區(qū)的陶瓷蜂窩體負(fù)載有金屬催化劑。

更進(jìn)一步地，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，金屬催化劑為釕。

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

更進(jìn)一步地，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)的長度比例為(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。

更進(jìn)一步地，釕催化劑既能在步驟(4)的反應(yīng)過程中催化乙炔三聚生成苯等輕質(zhì)芳烴，又在步驟(5)的再生過程中催化熱反應(yīng)區(qū)所得的一氧化碳和水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫。該反應(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，利用了熱反應(yīng)余熱，有效提高熱利用率，同時可實(shí)現(xiàn)在線再生，并副產(chǎn)氫氣供反應(yīng)使用。

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)過反應(yīng)套管的冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻降溫，然后通過出料管線進(jìn)入下游裝置中。

更進(jìn)一步地，為保證芳烴的連續(xù)生產(chǎn)，乙炔制芳烴反應(yīng)器可以設(shè)置為并列排布的兩個，且兩個乙炔制芳烴反應(yīng)器的進(jìn)料管線與乙炔出口、一氧化碳出口、凈化裝置的多個出口相連，這樣可以在兩個乙炔制芳烴反應(yīng)器中分別進(jìn)行反應(yīng)過程和再生過程，互相切換，連續(xù)生產(chǎn)芳烴。

更進(jìn)一步地，催化劑再生過程包括：

停止通入反應(yīng)氣，向反應(yīng)套管中通入氮?dú)膺M(jìn)行氮?dú)獯祾?，再通入水蒸氣與積炭反應(yīng)，最后通入氫氣還原催化劑；

輕質(zhì)芳烴的生產(chǎn)工藝連續(xù)進(jìn)行一段時間后進(jìn)行催化劑再生過程，催化劑再生過程結(jié)束后重復(fù)輕質(zhì)芳烴的連續(xù)生產(chǎn)過程。

在步驟(5)的催化劑再生工藝中，通入水蒸氣時，熱反應(yīng)區(qū)溫度為850-1100℃。

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的芳烴產(chǎn)量限制的問題，實(shí)現(xiàn)了從低價值的低階煤到高附加值的芳烴的轉(zhuǎn)變過程。

(2)將粉煤經(jīng)過快速熱解裝置提質(zhì)，解決了粉煤難以應(yīng)用于工業(yè)的問題。快速熱解過程中得到的氣體產(chǎn)物可作為燃料氣和乙炔制芳烴反應(yīng)原料氣；提質(zhì)煤與生石灰混合生產(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。同時可利用快速熱解裝置的污水實(shí)現(xiàn)在線再生。

附圖說明

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

1、快速熱解裝置，2、油氣分離裝置，3、凈化裝置，4、脫硫脫氮裝置，5、混料罐，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，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(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、油氣分離裝置2、凈化裝置3、脫硫脫氮裝置4、混料罐5、壓球裝置、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、熱解油氣出口和半焦出口；

油氣分離裝置2包括熱解油氣進(jìn)口、進(jìn)水口、煤焦油出口、熱解氣出口和污水出口，熱解油氣進(jìn)口與快速熱解裝置1的熱解油氣出口相連；

凈化裝置3包括熱解氣進(jìn)口、以及多個出口，熱解氣進(jìn)口與熱解氣出口相連，多個出口用于排出分離的二氧化碳、氫氣和甲烷；

脫硫脫氮裝置4包括污水進(jìn)口和凈化水出口，污水進(jìn)口與油氣分離裝置2的污水出口相連。

混料罐5包括半焦入口、生石灰入口和混合粉料出口，半焦入口與快速熱解裝置1的半焦出口相連；

壓球裝置包括混合粉料入口和球團(tuán)出口，混合粉料入口與混料罐5的混合粉料出口相連；

電石爐6包括球團(tuán)入口、電石出口、一氧化碳出口，球團(tuán)入口與壓球裝置的球團(tuán)出口相連；

乙炔發(fā)生器7包括電石入口、乙炔出口，電石入口與電石爐的電石出口相連；

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10與乙炔出口、一氧化碳出口、凈化裝置3的多個出口相連，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正對反應(yīng)套管13的中部；

分離系統(tǒng)9包括入口、以及多個出口，多個出口用于排出分離的氫氣、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。

反應(yīng)套管13內(nèi)填充陶瓷蜂窩體有利于保持反應(yīng)套管13內(nèi)的溫度，因?yàn)樘沾煞涓C體的熱容較大，蓄熱效果好。

凈化水出口連接換熱器(未示出)；換熱器具有水蒸氣出口；水蒸氣出口與乙炔制芳烴反應(yīng)器8的進(jìn)料管線10可斷開式連接。污水經(jīng)脫硫脫氮裝置4凈化之后經(jīng)換熱器加熱為水蒸氣，水蒸氣用于通入乙炔制芳烴反應(yīng)器8中進(jìn)行反應(yīng)。

更具體地，系統(tǒng)還包括氮?dú)夤?未示出)，氮?dú)夤薜牡獨(dú)獬隹谂c乙炔制芳烴反應(yīng)器8的進(jìn)料管線10可斷開式連接。

更具體地，乙炔制芳烴反應(yīng)器8的進(jìn)料管線10設(shè)置有入口和出口；氣體分布器12設(shè)置在反應(yīng)套管13的內(nèi)部且位于反應(yīng)套管13的上端并且與進(jìn)料管線10的出口連通；出料管線15與反應(yīng)套管13的下端連通。

更具體地，乙炔制芳烴反應(yīng)器8進(jìn)料密封元件11設(shè)置在進(jìn)料管線10與反應(yīng)套管13的連接處，出料密封元件14設(shè)置在出料管線15與反應(yīng)套管13的連接處。

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、長度和加熱爐長度的比例為(2～10)：70：40。

更具體地，加熱爐16對反應(yīng)套管13加熱時，反應(yīng)套管13內(nèi)根據(jù)溫度場自上而下依次劃分為預(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。其中，加熱爐16正對反應(yīng)套管13的中部指的是加熱爐16對應(yīng)反應(yīng)套管13的中部，與反應(yīng)套管13上端之間的距離和下端之間的距離相同。這樣的設(shè)置有利于保持反應(yīng)溫度的恒定，且加熱爐16在熱反應(yīng)區(qū)18中心位置設(shè)置控溫點(diǎn)。

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，金屬催化劑為釕。

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

更具體地，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的長度比例為(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。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)載的金屬為釕，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。同時采用整裝的陶瓷蜂窩體作為載體，有利于減少流動阻力，避免催化劑裝填密度過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的長度和加熱爐16的長度的比例確定并且反應(yīng)溫度確定了之后，加熱爐16對反應(yīng)套管13加熱時反應(yīng)套管13中的溫度場就確定了。加熱爐16正對的反應(yīng)套管13的中部溫度最高，中部以上或以下溫度都較低。

這個比例之下，熱反應(yīng)區(qū)18溫度最高，預(yù)熱區(qū)17和蓄熱區(qū)19其次，催化反應(yīng)區(qū)20溫度更低，冷卻區(qū)21溫度最低。

本發(fā)明還公開了一種采用上述系統(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)入快速熱解裝置1進(jìn)行提質(zhì)，得到半焦和熱解油氣，熱解油氣經(jīng)油氣分離裝置2水冷分離后得到熱解氣、煤焦油和污水，熱解氣經(jīng)凈化裝置3凈化后得到氫氣、甲烷、二氧化碳、一氧化碳其他輕質(zhì)烴類，污水經(jīng)脫硫脫氮裝置4處理后得到凈化水；

(2)步驟(1)得到的半焦破碎后與生石灰在混料罐5中混合得到混合粉料，將混合粉料加入壓球裝置中進(jìn)行壓球處理，得到的球團(tuán)進(jìn)入電石爐6中反應(yīng)，得到電石和一氧化碳；

(3)步驟(2)得到的電石冷卻破碎后在乙炔發(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)分離系統(tǒng)9得到輕質(zhì)芳烴、重質(zhì)芳烴和乙烯。

更具體地，上述方法還包括步驟(5)：

步驟(4)所述的反應(yīng)過程進(jìn)行一段時間且所述乙炔制芳烴反應(yīng)器8中存在積炭后，對(1)中的凈化水回收并經(jīng)換熱器換熱得到水蒸氣后，向所述乙炔制芳烴反應(yīng)器8中通入所述水蒸氣進(jìn)行在線再生，所述在線再生結(jié)束后繼續(xù)步驟(4)。

更進(jìn)一步地，向所述乙炔制芳烴反應(yīng)器8中通入水蒸氣之前，先通過所述乙炔制芳烴反應(yīng)器8的進(jìn)料管線10向所述乙炔制芳烴反應(yīng)器8中吹掃氮?dú)狻?/p>

更具體地，步驟(1)中一氧化碳、其他輕質(zhì)烴類作為熱源使用。

更具體地，步驟(2)的半焦應(yīng)粉碎粒徑≤20μm，優(yōu)選粒徑≤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。

更具體地，步驟(3)中電石粉碎至粒徑≤80mm，優(yōu)選粒徑為50～80mm。

更具體地，步驟(4)中，熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為850～1100℃，催化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為350～600℃。

更具體地，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℃以下后通過出料管線15進(jìn)入下游裝置中。

更具體地，反應(yīng)混合氣中乙炔為主要反應(yīng)氣；氫氣作為部分反應(yīng)氣，同時抑制乙炔及芳烴的過分縮合，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。

更具體地，釕催化劑既能在步驟(4)的反應(yīng)過程中催化乙炔三聚生成苯等輕質(zhì)芳烴，又在步驟(5)的再生過程中催化熱反應(yīng)區(qū)18所得的一氧化碳和水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫。該乙炔制芳烴反應(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，利用了熱反應(yīng)余熱，有效提高熱利用率，同時可實(shí)現(xiàn)在線再生，并副產(chǎn)氫氣供反應(yīng)使用。

更具體地，為保證芳烴的連續(xù)生產(chǎn)，乙炔制芳烴反應(yīng)器8可以為并列排布的兩個，且兩個乙炔制芳烴反應(yīng)器8的進(jìn)料管線10與乙炔出口、一氧化碳出口、凈化裝置3的多個出口相連，這樣可以在兩個乙炔制芳烴反應(yīng)器8中分別進(jìn)行反應(yīng)過程和再生過程，互相切換，連續(xù)生產(chǎn)芳烴。

更具體地，催化劑的再生過程包括：

停止通入反應(yīng)氣，向反應(yīng)套管13中通入氮?dú)膺M(jìn)行氮?dú)獯祾?，再通入水蒸氣與積炭反應(yīng)，最后通入氫氣還原催化劑；

輕質(zhì)芳烴的生產(chǎn)工藝連續(xù)進(jìn)行一段時間后進(jìn)行催化劑再生過程，催化劑再生過程結(jié)束后重復(fù)輕質(zhì)芳烴的連續(xù)生產(chǎn)過程。

在催化劑再生工藝中，通入水蒸氣時，熱反應(yīng)區(qū)18溫度為1000℃以上；通入氫氣時，熱反應(yīng)區(qū)18溫度為900℃。

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。

本實(shí)施例的乙炔制芳烴反應(yīng)器中，采用的不銹鋼反應(yīng)套管為內(nèi)襯陶瓷的反應(yīng)套管，反應(yīng)套管內(nèi)徑：反應(yīng)套管長度：加熱爐長度＝1:14:8。

經(jīng)過本系統(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)?；旌蠚庠跓岱磻?yīng)區(qū)的停留時間為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。通入水蒸氣對乙炔制芳烴反應(yīng)器8進(jìn)行再生，再生過程中熱反應(yīng)區(qū)18溫度為1100℃，再生后共生成氫氣2.3kg、二氧化碳25.3kg，分離后供反應(yīng)過程使用。

實(shí)施例2：

篩選粒徑小于3mm的粉煤，通過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。

本實(shí)施例的乙炔制芳烴反應(yīng)器中，采用的不銹鋼反應(yīng)套管為內(nèi)襯陶瓷的反應(yīng)套管，反應(yīng)套管內(nèi)徑：反應(yīng)套管長度：加熱爐長度＝5:70:40。

經(jīng)過本系統(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)。混合氣在熱反應(yīng)區(qū)的停留時間為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。通入水蒸氣對乙炔制芳烴反應(yīng)器8進(jìn)行再生，再生過程中熱反應(yīng)區(qū)18溫度為850℃，再生后共生成氫氣2kg、二氧化碳22kg，分離后供反應(yīng)過程使用。

實(shí)施例3：

篩選粒徑小于3mm的粉煤，通過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。

本實(shí)施例的乙炔制芳烴反應(yīng)器中，采用的不銹鋼反應(yīng)套管為內(nèi)襯陶瓷的反應(yīng)套管，反應(yīng)套管內(nèi)徑：反應(yīng)套管長度：加熱爐長度＝10:70:40。

經(jīng)過本系統(tǒng)，1000kg中低階粉煤與605kg生石灰可得到256kg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)。混合氣在熱反應(yīng)區(qū)的停留時間為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。通入水蒸氣對乙炔制芳烴反應(yīng)器8進(jìn)行再生，再生過程中熱反應(yīng)區(qū)18溫度為900℃，再生后共生成氫氣2.1kg、二氧化碳23.1kg，分離后供反應(yīng)過程使用。

實(shí)施例4：

篩選粒徑小于3mm的粉煤，通過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。

本實(shí)施例的乙炔制芳烴反應(yīng)器中，采用的不銹鋼反應(yīng)套管為內(nèi)襯陶瓷的反應(yīng)套管，反應(yīng)套管內(nèi)徑：反應(yīng)套管長度：加熱爐長度＝2:70:40。

經(jīng)過本系統(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)?；旌蠚庠跓岱磻?yīng)區(qū)的停留時間為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。通入水蒸氣對乙炔制芳烴反應(yīng)器8進(jìn)行再生，再生過程中熱反應(yīng)區(qū)18溫度為1000℃，再生后共生成氫氣2.6kg、二氧化碳28.3kg，分離后供反應(yīng)過程使用。

實(shí)施例5：

篩選粒徑小于3mm的粉煤，通過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℃，熱解時間10s，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。

本實(shí)施例的乙炔制芳烴反應(yīng)器中，采用的不銹鋼反應(yīng)套管為內(nèi)襯陶瓷的反應(yīng)套管，反應(yīng)套管內(nèi)徑：反應(yīng)套管長度：加熱爐長度＝10:70:40。

經(jīng)過本系統(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)?；旌蠚庠跓岱磻?yīng)區(qū)的停留時間為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。通入水蒸氣對乙炔制芳烴反應(yīng)器8進(jìn)行再生，再生過程中熱反應(yīng)區(qū)18溫度為1000℃，再生后共生成氫氣3.3kg、二氧化碳36.3kg，分離后供反應(yīng)過程使用。

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。