CN106748611A - 由低阶煤制备苯的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

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)将低阶煤进行干燥和破碎处理；(2)将石灰石在石灰窑内进行烧制处理；(3)将生石灰进行破碎处理；(4)将低阶煤粉末和生石灰粉末进行混合和压球处理得到物料球团；(5)将物料球团供给至焦炉内进行提质处理得到煤焦油、荒煤气和提质后的预热球团；(6)将预热球团进行电石反应得到电石和一氧化碳；(7)将电石经在乙炔发生器内与水反应得到乙炔；(8)将乙炔、荒煤气中的氢气和甲烷、二氧化碳、一氧化碳通入乙炔制苯反应器中发生反应，获得苯并副产乙烯。该方法能够实现利用煤最大化制备苯，从而实现从低价值的煤到高附加值的苯的转化。

Description

由低阶煤制备苯的方法和系统
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体而言，本发明涉及一种由低阶煤制备苯的方法和系统。
背景技术
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。
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
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。
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：
(1)将低阶煤进行干燥和破碎处理，以便得到低阶煤粉末；
(2)将石灰石在石灰窑内进行烧制处理，以便得到生石灰和二氧化碳；
(3)将所述生石灰进行破碎处理，以便得到生石灰粉末；
(4)将所述低阶煤粉末和所述生石灰粉末进行混合和压球处理，以便得到物料球团；
(5)将所述物料球团供给至焦炉内进行提质处理，以便得到煤焦油、荒煤气和提质后的预热球团；
(6)将所述预热球团供给至电石炉内进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳；
(7)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
(8)将所述乙炔、步骤(5)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(6)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。
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：
在本发明的一些实施例中，所述低阶煤为挥发分大于35wt％的低品质煤。
在本发明的一些实施例中，所述低阶煤粉末和所述生石灰粉末的平均粒径均小于20微米。
在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述低阶煤粉末与所述生石灰粉末的质量比为1：(1.1-1.4)。
在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述物料球团的平均粒径为10-40mm。
在本发明的一些实施例中，步骤(5)中，所述提质处理是在600-1000摄氏度的温度下进行12小时完成的。
在本发明的一些实施例中，步骤(7)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。
在本发明的一些实施例中，步骤(8)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。
在本发明的一些实施例中，步骤(8)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)。
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：
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末出口；
石灰窑，所述石灰窑内具有预热区和烧制区，所述预热区具有石灰石入口，所述烧制区具有生石灰出口和二氧化碳出口；
生石灰破碎装置，所述生石灰破碎装置具有生石灰入口和生石灰粉末出口，所述生石灰入口与所述生石灰出口相连；
压球装置，所述压球装置具有低阶煤粉末入口、生石灰粉末入口和物料球团出口，所述低阶煤粉末入口与所述低阶煤粉末出口相连，所述生石灰粉末入口与所述生石灰粉末出口相连；
焦炉，所述焦炉具有物料球团入口、煤焦油出口、荒煤气出口和预热球团出口，所述物料球团入口与所述物料球团出口相连；
电石炉，所述电石炉具有预热球团入口、电石出口和一氧化碳出口，所述预热球团入口与所述预热球团出口相连；
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；
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；
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石灰窑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焦炉的荒煤气出口相连；
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。
在本发明的一些实施例中，上述系统进一步包括：净化分离装置，所述净化分离装置设置在所述焦炉的荒煤气出口与所述乙炔制苯反应器的氢气入口和甲烷入口之间，所述净化分离装置适于分离出所述荒煤气中的氢气和甲烷。
附图说明
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；
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。
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
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。
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)将低阶煤进行干燥和破碎处理，以便得到低阶煤粉末；
(2)将所述石灰石在石灰窑内进行烧制处理，以便得到生石灰和二氧化碳；
(3)将生石灰进行破碎处理，以便得到生石灰粉末；
(4)将所述低阶煤粉末和所述生石灰粉末进行混合和压球处理，以便得到物料球团；
(5)将所述物料球团供给至焦炉内进行提质处理，以便得到煤焦油、荒煤气和提质后的预热球团；
(6)将所述预热球团供给至电石炉内进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳；
(7)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
(8)将所述乙炔、步骤(5)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(6)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。
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，将低阶煤粉末与生石灰粉末混合后压球，再进行后续反应，显著提高了煤与生石灰的接触面积，提高反应效率，可利用低阶煤本身具有的粘结性，减少压球的难度；另外，低阶煤和生石灰球团进入焦炉提质，气体产物可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方法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。
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。
S100：低阶煤破碎处理
根据本发明的实施例，将低阶煤进行干燥和破碎处理，以便得到低阶煤粉末。
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。
根据本发明的实施例，低阶煤粉末的平均粒径小于20微米，优选10微米以下。由此将低阶煤粉碎至微米级别以下可以显著提高低阶煤与生石灰的接触面积，同时能够显著降低二者的反应能耗，使电石反应更容易进行。
S200：石灰石烧制处理
根据本发明的实施例，将石灰石在石灰窑内进行烧制处理，以便得到生石灰和二氧化碳。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。
S300：生石灰破碎处理
根据本发明的实施例，将生石灰进行破碎处理，以便得到生石灰粉末。
根据本发明的实施例，将生石灰破碎至平均粒径小于20微米，优选10微米以下。由此将生石灰粉碎至微米级别以下可以显著提高低阶煤与生石灰的接触面积，同时能够显著降低二者的反应能耗，使电石反应更容易进行。
S400：混合和压球处理
根据本发明的实施例，将低阶煤粉末和生石灰粉末进行混合和压球处理，以便得到物料球团。发明人发现，将低阶煤粉末与生石灰粉末混合后压球，再进行后续反应，显著提高了煤与生石灰的接触面积，提高反应效率，同时可利用低阶煤本身具有的粘结性，减少压球的难度。
根据本发明的实施例，低阶煤粉末与生石灰粉末的质量比为1：(1.1-1.4)。低阶煤粉配比过高时，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。
根据本发明的实施例，物料球团的平均粒径为10-40mm。由此将物料球团的粒径控制在上述范围内，更加有利于传热，提高热效率。
S500：焦炉内提质处理
根据本发明的实施例，将物料球团供给至焦炉内进行提质处理，以便得到煤焦油、荒煤气和提质后的预热球团。
根据本发明的实施例，物料球团送入焦炉进行提质处理。根据本发明的具体实施例，提质处理是在600-1000摄氏度的温度下进行12小时完成的。具体地，可以将焦炉燃烧室内温度控制600～1100摄氏度。经过提质后得到煤焦油、荒煤气和提质后的预热球团，所得的荒煤气可以经过净化分离得到氢气、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S800中乙炔制苯反应的原料，其余的一氧化碳、轻质烃类等可燃气体可为各步骤燃烧室或加热炉提供热源，实现资源的有效利用。
S600：制备电石
根据本发明的实施例，将预热球团供给至电石炉内进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳。
S700：电石制备乙炔
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。
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。
S800：乙炔制备苯
根据本发明的实施例，将乙炔、步骤S500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S600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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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：
(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。
(2)将低阶煤粉末与生石灰粉末混合后压球，再进行后续反应，显著提高了煤与生石灰的接触面积，提高反应效率，可利用中低阶煤本身具有的粘结性，减少压球的难度。
(3)低阶煤和生石灰球团进入焦炉提质，气体产物可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，作为制苯反应器的原料气，实现了低阶煤的清洁高效利用。
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：低阶煤破碎装置100、石灰窑200、生石灰破碎装置300、压球装置400、焦炉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。
其中，低阶煤破碎装置100具有低阶煤入口110和低阶煤粉末出口120；
石灰窑200内具有预热区210和烧制区220，预热区210具有石灰石入口201，烧制区220具有生石灰出口202和二氧化碳出口203；
生石灰破碎装置300具有生石灰入口310和生石灰粉末出口320，生石灰入口310与生石灰出口202相连；
压球装置400具有低阶煤粉末入口410、生石灰粉末入口420和物料球团出口430，低阶煤粉末入口410与低阶煤粉末出口120相连，生石灰粉末入口420与生石灰粉末出口320相连；
焦炉500具有物料球团入口510、煤焦油出口520、荒煤气出口530和预热球团出口540，物料球团入口510与物料球团出口430相连；
电石炉600具有预热球团入口610、电石出口620和一氧化碳出口630，预热球团入口610与预热球团出口540相连；
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；
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720相连；
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与石灰窑200的二氧化碳出口203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分别与焦炉500的荒煤气出口530相连；
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。
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，将低阶煤粉末与生石灰粉末混合后压球，再进行后续反应，显著提高了煤与生石灰的接触面积，提高反应效率，可利用低阶煤本身具有的粘结性，减少压球的难度；另外，低阶煤和生石灰球团进入焦炉提质，气体产物可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。
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。
低阶煤破碎装置100
根据本发明的实施例，低阶煤破碎装置100具有低阶煤入口110和低阶煤粉末出口120。由此，将低阶煤经干燥后进行破碎处理，以便得到低阶煤粉末。
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。
根据本发明的实施例，低阶煤粉末的平均粒径小于20微米，优选10微米以下。由此将低阶煤粉碎至微米级别以下可以显著提高低阶煤与生石灰的接触面积，同时能够显著降低二者的反应能耗，使电石反应更容易进行。
石灰窑200
根据本发明的实施例，石灰窑200内具有预热区210和烧制区220，预热区210具有石灰石入口201，烧制区220具有生石灰出口202和二氧化碳出口203。由此，将石灰石在石灰窑内进行烧制处理，以便得到生石灰和二氧化碳。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。
生石灰破碎装置300
根据本发明的实施例，生石灰破碎装置300具有生石灰入口310和生石灰粉末出口320，生石灰入口310与生石灰出口202相连。由此，将生石灰进行破碎处理，以便得到生石灰粉末。
根据本发明的实施例，将生石灰破碎至平均粒径小于20微米，优选10微米以下。由此将生石灰粉碎至微米级别以下可以显著提高低阶煤与生石灰的接触面积，同时能够显著降低二者的反应能耗，使电石反应更容易进行。
压球装置400
根据本发明的实施例，压球装置400具有低阶煤粉末入口410、生石灰粉末入口420和物料球团出口430，低阶煤粉末入口410与低阶煤粉末出口120相连，生石灰粉末入口420与生石灰粉末出口320相连。由此，将低阶煤粉末和生石灰粉末进行混合和压球处理，以便得到物料球团。发明人发现，将低阶煤粉末与生石灰粉末混合后压球，再进行后续反应，显著提高了煤与生石灰的接触面积，提高反应效率，同时可利用低阶煤本身具有的粘结性，减少压球的难度。
根据本发明的实施例，低阶煤粉末与生石灰粉末的质量比为1：(1.1-1.4)。低阶煤粉配比过高时，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。
根据本发明的实施例，物料球团的平均粒径为10-40mm。由此将物料球团的粒径控制在上述范围内，更加有利于传热，提高热效率。
焦炉500
根据本发明的实施例，焦炉500具有物料球团入口510、煤焦油出口520、荒煤气出口530和预热球团出口540，物料球团入口510与物料球团出口430相连。由此，将物料球团供给至焦炉内进行提质处理，以便得到煤焦油、荒煤气和提质后的预热球团。
根据本发明的实施例，物料球团送入焦炉进行提质处理。根据本发明的具体实施例，提质处理是在600-1000摄氏度的温度下进行12小时完成的。具体地，可以将焦炉燃烧室内温度控制600～1100摄氏度。经过提质后得到煤焦油、荒煤气和提质后的预热球团，所得的荒煤气可以经过净化分离得到氢气、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S800中乙炔制苯反应的原料，其余的一氧化碳、轻质烃类等可燃气体可为各步骤燃烧室或加热炉提供热源，实现资源的有效利用。
电石炉600
根据本发明的实施例，电石炉600具有预热球团入口610、电石出口620和一氧化碳出口630，预热球团入口610与预热球团出口540相连。由此，将预热球团供给至电石炉内进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳。
电石破碎装置700
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。
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。
乙炔发生器800
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720相连。由此，将电石经破碎后在乙炔发生器内与水反应，以便得到乙炔。
制苯反应器900
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与石灰窑200的二氧化碳出口203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分别与焦炉500的荒煤气出口530相连。
由此，将乙炔、焦炉500内产生的荒煤气中的氢气和甲烷、石灰窑200产生的二氧化碳以及电石炉600内产生的一氧化碳通入制苯反应器900中并发生反应，以便获得苯并副产乙烯。
本领域技术人员能够理解的是，制苯反应器900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。
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。
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。
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。
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。
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。
分离装置1000
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适于将制苯反应器900中获得的苯和副产的乙烯分离。
净化分离装置1100
根据本发明的具体实施例，上述系统还包括：净化分离装置1100，净化分离装置1100设置在焦炉500的荒煤气出口530与制苯反应器900的氢气入口940和甲烷入口950之间，净化分离装置1100适于分离出荒煤气中的氢气和甲烷。
由此，根据本发明实施例的由低阶煤制备苯的系统至少具有下列优点之一：
(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。
(2)将低阶煤粉末与生石灰粉末混合后压球，再进行后续反应，显著提高了煤与生石灰的接触面积，提高反应效率，可利用中低阶煤本身具有的粘结性，减少压球的难度。
(3)低阶煤和生石灰球团进入焦炉提质，气体产物可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，作为制苯反应器的原料气，实现了低阶煤的清洁高效利用。
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。
实施例1
将石灰窑得到的石灰和中低阶煤粉碎至20μm以下，将石灰和中低阶煤按质量比1.1:1混合，加入适量粘结剂，进行压球，控制球团直径为10～40mm。将球团送入焦炉，焦炉燃烧室温度为800℃。得到的提质球团热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2050kg石灰石可得到362kg左右的乙炔、85kg左右的氢气、226kg左右的甲烷、800kg二氧化碳和411kg一氧化碳。所得的乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和195kg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170kg苯和83kg乙烯。
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。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种由低阶煤制备苯的方法，其特征在于，包括：
(1)将低阶煤进行干燥和破碎处理，以便得到低阶煤粉末；
(2)将石灰石在石灰窑内进行烧制处理，以便得到生石灰和二氧化碳；
(3)将所述生石灰进行破碎处理，以便得到生石灰粉末；
(4)将所述低阶煤粉末和所述生石灰粉末进行混合和压球处理，以便得到物料球团；
(5)将所述物料球团供给至焦炉内进行提质处理，以便得到煤焦油、荒煤气和提质后的预热球团；
(6)将所述预热球团供给至电石炉内进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳；
(7)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
(8)将所述乙炔、步骤(5)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(6)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。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低阶煤为挥发分大于35wt％的低品质煤，
任选地，所述低阶煤粉末和所述生石灰粉末的平均粒径均小于20微米，优选小于10微米。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述低阶煤粉末与所述生石灰粉末的质量比为1：(1.1-1.4)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述物料球团的平均粒径为10-40mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述提质处理是在600-1000摄氏度的温度下进行12小时完成的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(7)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。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(8)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。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(8)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)。
9.一种实施权利要求1～8中任一项所述的由低阶煤制备苯的方法的系统，其特征在于，包括：
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末出口；
石灰窑，所述石灰窑内具有预热区和烧制区，所述预热区具有石灰石入口，所述烧制区具有生石灰出口和二氧化碳出口；
生石灰破碎装置，所述生石灰破碎装置具有生石灰入口和生石灰粉末出口，所述生石灰入口与所述生石灰出口相连；
压球装置，所述压球装置具有低阶煤粉末入口、生石灰粉末入口和物料球团出口，所述低阶煤粉末入口与所述低阶煤粉末出口相连，所述生石灰粉末入口与所述生石灰粉末出口相连；
焦炉，所述焦炉具有物料球团入口、煤焦油出口、荒煤气出口和预热球团出口，所述物料球团入口与所述物料球团出口相连；
电石炉，所述电石炉具有预热球团入口、电石出口和一氧化碳出口，所述预热球团入口与所述预热球团出口相连；
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；
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；
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石灰窑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焦炉的荒煤气出口相连；
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。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包括：净化分离装置，所述净化分离装置设置在所述焦炉的荒煤气出口与所述乙炔制苯反应器的氢气入口和甲烷入口之间，所述净化分离装置适于分离出所述荒煤气中的氢气和甲烷。
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