由粉煤制备苯的方法和系统与流程

本发明涉及冶金技术领域，具体而言，本发明涉及一种由粉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现实意义。

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。

技术实现要素：

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了由粉煤制备苯的方法和系统，利用该方法和系统能够实现利用煤最大化制备苯，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。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种由粉煤制备苯的方法，包括：

(1)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；

(2)将生石灰进行破碎处理，以便得到生石灰粉末；

(3)将粉煤经过干燥破碎后在快速热解装置内进行快速热解处理，以便得到半焦、煤焦油和含有氢气、甲烷、一氧化碳和轻质烃类的热解气；

(4)将所述半焦进行破碎，以便得到半焦粉末；

(5)将所述半焦粉末与所述生石灰粉末进行混合和压球处理，以便得到物料球团；

(6)将所述物料球团供给至电石炉进行电石反应，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(1)产生的二氧化碳、步骤(3)产生的热解气中的氢气和甲烷以及步骤(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粉煤制备苯的方法，首先由粉煤制芳烃，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苯反应原料气；提质后半焦与生石灰生产电石，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粉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。

另外，根据本发明上述实施例的由粉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，步骤(3)中，所述粉煤为挥发分大于35wt％的低品质煤。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述生石灰粉末的平均粒径不高于20微米，优选不高于10微米。

在本发明的一些实施例中步骤(4)中，所述半焦粉末的平均粒径为不高于20微米，优选不高于10微米。

在本发明的一些实施例中，步骤(5)中，所述半焦粉末与所述生石灰粉末的质量比为1：(1-2)。

在本发明的一些实施例中，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，所述快速热解处理的温度为500-800摄氏度，时间为2-30秒。

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，本发明还提出了一种实施前面所述由粉煤制备苯的方法的系统，该系统包括：

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；

粉煤破碎装置，所述粉煤破碎装置具有粉煤入口和粉煤粉末出口；

快速热解装置，所述快速热解装置具有粉煤粉末入口、半焦出口、煤焦油出口和热解气出口，所述粉煤粉末入口与粉煤粉末出口相连；

半焦破碎装置，所述半焦破碎装置具有半焦入口和半焦粉末出口；

混料装置，所述混料装置具有生石灰粉末入口、半焦粉末入口和混合物料出口，所述生石灰粉末入口与所述生石灰粉末出口相连，所述半焦粉末入口与所述半焦粉末出口相连；

压球装置，所述压球装置具有混合物料入口和物料球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；

电石炉，所述电石炉具有物料球团入口、电石出口和一氧化碳出口，所述物料球团入口与所述物料球团出口相连；

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、甲烷入口分别与所述快速热解装置的热解气出口相连；

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，该系统进一步包括：净化分离装置，所述净化分离装置设置在所述快速热解装置的热解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热解气中的氢气和甲烷。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的由粉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粉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粉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，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，本发明提出了由粉煤制备苯的方法，根据本发明实施例的由粉煤制备苯的方法包括：(1)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；(2)将生石灰进行破碎处理，以便得到生石灰粉末；(3)将粉煤经过干燥破碎后在快速热解装置内进行快速热解处理，以便得到半焦、煤焦油和含有氢气、甲烷、一氧化碳和轻质烃类的热解气；(4)将半焦进行破碎，以便得到半焦粉末；(5)将半焦粉末与生石灰粉末进行混合和压球处理，以便得到物料球团；(6)将物料球团供给至电石炉进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳；(7)将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)将乙炔、步骤(1)产生的二氧化碳、步骤(3)产生的热解气中的氢气和甲烷以及步骤(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粉煤制备苯的方法，首先由粉煤制芳烃，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苯反应原料气；提质后半焦与生石灰生产电石，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粉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粉煤制备苯的方法。

S100：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。根据本发明的具体示例，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。

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。具体的，先将石灰石运输至石灰窑预热区进行预热，预热后，再将石灰石运输至烧制区进行烧制，得到的二氧化碳可以在后续制备苯反应中作为稀释剂，降低反应气的分压，减少积炭。

根据本发明的实施例，石灰窑预热区的温度为800～850摄氏度。发明人发现，预热区温度过低，则无法达到预热效果，导致后续烧制反应效率降低；而预热区温度过高，则容易造成石灰石的损耗。

根据本发明的实施例，石灰窑烧制区的温度为900～1100摄氏度。发明人发现，如果烧制区的温度过低，则无法使石灰石充分转化为生石灰和二氧化碳；而如果烧制区温度过高，则会使能耗升高并发生副反应，导致生石灰和二氧化碳的产率降低。

S200：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。由此可以进一步提高生石灰粉末与焦炭的接触面积。

根据本发明的实施例，生石灰粉末的平均粒径不高于20微米，优选不高于10微米。发明人发现，将生石灰细磨成微米级别，具体可以磨成不高于20微米的生石灰粉末，由此可以使得煤粉末与生石灰粉末的接触面积显著增大，进而显著降低二者的反应能，提高二者的反应效率。

S300：粉煤快速热解处理

根据本发明的实施例，将粉煤经过干燥破碎后在快速热解装置内进行快速热解处理，以便得到半焦、煤焦油和含有氢气、甲烷、一氧化碳和轻质烃类的热解气。

根据本发明的实施例，粉煤为挥发分大于35wt％的低品质煤。由此将粉煤经过快速热解装置进行热解提质，产出半焦。从而解决了低品质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。

根据本发明的实施例，快速热解处理的温度可以为500-800摄氏度，时间为2-30秒。由此该温度下可以有效地对挥发分大于35wt％的低品质煤进行热解处理，进而得到半焦。

S400：半焦破碎处理

根据本发明的实施例，将半焦进行破碎，以便得到半焦粉末。由此可以进一步提高生石灰粉末与半焦的混合均匀度和接触面积，从而进而提高制备电石的效率和产率。

根据本发明的实施例，半焦粉末的平均粒径为不高于20微米，优选不高于10微米。发明人发现，将半焦细磨成微米级别，具体可以磨成不高于10微米的生石灰粉末，由此可以使得半焦粉末与生石灰粉末的接触面积显著增大，进而显著降低二者的反应能耗，提高二者的反应效率。

S500：混合和压球处理

根据本发明的实施例，将半焦粉末与生石灰粉末进行混合和压球处理，以便得到物料球团。由此可以便于后续进行电石反应，提高物料的透气性，进而提高反应效率。

根据本发明的实施例，半焦粉末与生石灰粉末的质量比可以为1：(1-2)。半焦粉末配比过高时，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。由此可以便于后续的电石反应。

S600：电石反应

根据本发明的实施例，将物料球团供给至电石炉进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳。由此预先通过将半焦和生石灰进行细磨至微米级别的粒径，进而可以显著提高二者的反应能耗，提高反应效率。根据本发明的具体实施例，电石反应中产生的一氧化碳可以作为后续乙炔制苯热反应的燃料气，由此可以进一步降低本发明的由煤制备苯和乙烯的方法的成本和能耗。

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，可以预先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S100产生的二氧化碳、步骤S300产生的热解气中的氢气和甲烷以及步骤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，通过热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，从而改变热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，上述热反应可以在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，上述热反应可以在850～950摄氏度下进行。发明人发现，在该温度下进行热反应，可以使热反应的效率、能耗和产率最佳。

根据本发明的一个实施例，热反应中乙炔、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，热反应中乙炔、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。

由此，通过采用本发明上述实施例的由粉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。

(3)将半焦与生石灰粉碎至20μm以下后混合并压球，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，降低系统能耗。

根据本发明的第二方面，本发明还提出了一种实施前面实施例的由粉煤制备苯的方法的系统，如图2所示，该系统包括：石灰窑100、生石灰破碎装置200、粉煤破碎装置300、快速热解装置400、半焦破碎装置500、混料装置600、压球装置700、电石炉800、电石破碎装置900、乙炔发生器1000、乙炔制苯反应器1100和分离装置1200。

其中，石灰窑100内具有预热区110和烧制区120，预热区110具有石灰石入口101，烧制区120具有生石灰出口102和二氧化碳出口103；

生石灰破碎装置200具有生石灰入口210和生石灰粉末出口220，生石灰入口210与生石灰出口102相连；

粉煤破碎装置300具有粉煤入口310和粉煤粉末出口320；

快速热解装置400具有粉煤粉末入口410、半焦出口420、煤焦油出口430和热解气出口440，粉煤粉末入口410与粉煤粉末出口320相连；

半焦破碎装置500具有半焦入口510和半焦粉末出口520；

混料装置600具有生石灰粉末入口610、半焦粉末入口620和混合物料出口630，生石灰粉末入口610与生石灰粉末出口220相连，半焦粉末入口620与半焦粉末出口520相连；

压球装置700具有混合物料入口710和物料球团出口720，混合物料入口710与混合物料出口630相连；

电石炉800具有物料球团入口810、电石出口820和一氧化碳出口830，物料球团入口810与物料球团出口720相连；

电石破碎装置900具有电石入口910和电石碎料出口920，电石入口910与电石出口820相连；

乙炔发生器1000具有电石碎料入口1010、水入口1020和乙炔出口1030，电石碎料入口1010与电石碎料出口920相连；

制苯反应器1100具有乙炔入口1110，二氧化碳入口1120、一氧化碳入口1130、氢气入口1140、甲烷入口1150和苯产物出口1160，乙炔入口1110与乙炔发生器1000的乙炔出口1030相连，二氧化碳入口1120与石灰窑100的二氧化碳出口103相连，一氧化碳入口1130与电石炉800的一氧化碳出口830相连，氢气入口1140、甲烷入口1150分别与快速热解装置400的热解气出口440相连；

分离装置1200具有苯产物入口1210、乙烯出口1220和苯出口1230，苯产物入口1210与苯产物出口1160相连。

由此，采用本发明实施例的由粉煤制备苯的系统，首先由粉煤制芳烃，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苯反应原料气；提质后半焦与生石灰生产电石，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粉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。

石灰窑100

根据本发明的实施例，石灰窑100内具有预热区110和烧制区120，预热区110具有石灰石入口101，烧制区120具有生石灰出口102和二氧化碳出口103。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。根据本发明的具体示例，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。

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。具体的，先将石灰石运输至石灰窑预热区进行预热，预热后，再将石灰石运输至烧制区进行烧制，得到的二氧化碳可以在后续制备苯反应中作为稀释剂，降低反应气的分压，减少积炭。

根据本发明的实施例，石灰窑预热区的温度为800～850摄氏度。发明人发现，预热区温度过低，则无法达到预热效果，导致后续烧制反应效率降低；而预热区温度过高，则容易造成石灰石的损耗。

根据本发明的实施例，石灰窑烧制区的温度为900～1100摄氏度。发明人发现，如果烧制区的温度过低，则无法使石灰石充分转化为生石灰和二氧化碳；而如果烧制区温度过高，则会使能耗升高并发生副反应，导致生石灰和二氧化碳的产率降低。

生石灰破碎装置200

根据本发明的实施例，生石灰破碎装置200具有生石灰入口210和生石灰粉末出口220，生石灰入口210与生石灰出口102相连。由此，将生石灰进行破碎处理，以便得到生石灰粉末。由此可以进一步提高生石灰粉末与焦炭的接触面积。

根据本发明的实施例，生石灰粉末的平均粒径不高于20微米，优选不高于10微米。发明人发现，将生石灰细磨成微米级别，具体可以磨成不高于20微米的生石灰粉末，由此可以使得煤粉末与生石灰粉末的接触面积显著增大，进而显著降低二者的反应能，提高二者的反应效率。

粉煤破碎装置300

根据本发明的实施例，粉煤破碎装置300具有粉煤入口310和粉煤粉末出口320。由此预先对粉煤进行破碎处理，由此可以便于后续在快速热解装置内进行快速热解处理。

快速热解装置400

根据本发明的实施例，快速热解装置400具有粉煤粉末入口410、半焦出口420、煤焦油出口430和热解气出口440，粉煤粉末入口410与粉煤粉末出口320相连。由此，将粉煤经过干燥破碎后在快速热解装置内进行快速热解处理，以便得到半焦、煤焦油和含有氢气、甲烷、一氧化碳和轻质烃类的热解气。

根据本发明的实施例，粉煤为挥发分大于35wt％的低品质煤。由此将粉煤经过快速热解装置进行热解提质，产出半焦。从而解决了低品质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。

根据本发明的实施例，快速热解处理的温度可以为500-800摄氏度，时间为2-30秒。由此该温度下可以有效地对挥发分大于35wt％的低品质煤进行热解处理，进而得到半焦。

半焦破碎装置500

根据本发明的实施例，半焦破碎装置500具有半焦入口510和半焦粉末出口520。由此，将半焦进行破碎，以便得到半焦粉末。由此可以进一步提高生石灰粉末与半焦的混合均匀度和接触面积，从而进而提高制备电石的效率和产率。

根据本发明的实施例，半焦粉末的平均粒径为不高于20微米，优选不高于10微米。发明人发现，将半焦细磨成微米级别，具体可以磨成不高于10微米的生石灰粉末，由此可以使得半焦粉末与生石灰粉末的接触面积显著增大，进而显著降低二者的反应能耗，提高二者的反应效率。

混料装置600和压球装置700

根据本发明的实施例，混料装置600具有生石灰粉末入口610、半焦粉末入口620和混合物料出口630，生石灰粉末入口610与生石灰粉末出口220相连，半焦粉末入口620与半焦粉末出口520相连；压球装置700具有混合物料入口710和物料球团出口720，混合物料入口710与混合物料出口630相连。

由此，将半焦粉末与生石灰粉末进行混合和压球处理，以便得到物料球团。由此可以便于后续进行电石反应，提高物料的透气性，进而提高反应效率。

根据本发明的实施例，半焦粉末与生石灰粉末的质量比可以为1：(1-2)。半焦粉末配比过高时，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。由此可以便于后续的电石反应。

电石炉800

根据本发明的实施例，电石炉800具有物料球团入口810、电石出口820和一氧化碳出口830，物料球团入口810与物料球团出口720相连。

根据本发明的实施例，将物料球团供给至电石炉进行电石反应，以便得到电石和一氧化碳。由此预先通过将半焦和生石灰进行细磨至微米级别的粒径，进而可以显著提高二者的反应能耗，提高反应效率。根据本发明的具体实施例，电石反应中产生的一氧化碳可以作为后续乙炔制苯热反应的燃料气，由此可以进一步降低本发明的由煤制备苯和乙烯的方法的成本和能耗。

电石破碎装置900和乙炔发生器1000

根据本发明的实施例，乙炔发生器1000具有电石碎料入口1010、水入口1020和乙炔出口1030，电石碎料入口1010与电石碎料出口920相连；电石破碎装置900具有电石入口910和电石碎料出口920，电石入口910与电石出口820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。

根据本发明的实施例，可以预先在电石破碎装置900内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。

制苯反应器1100和分离装置1200

根据本发明的实施例，制苯反应器1100具有乙炔入口1110，二氧化碳入口1120、一氧化碳入口1130、氢气入口1140、甲烷入口1150和苯产物出口1160，乙炔入口1110与乙炔发生器1000的乙炔出口1030相连，二氧化碳入口1120与石灰窑100的二氧化碳出口103相连，一氧化碳入口1130与电石炉800的一氧化碳出口830相连，氢气入口1140、甲烷入口1150分别与快速热解装置400的热解气出口440相连。分离装置1200具有苯产物入口1210、乙烯出口1220和苯出口1230，苯产物入口1210与苯产物出口1160相连。

由此，将乙炔、步骤S100产生的二氧化碳、步骤S300产生的热解气中的氢气和甲烷以及步骤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，比进一步通过分离装置1200分离，分别获得苯和乙烯。

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，通过热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，从而改变热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，上述热反应可以在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，上述热反应可以在850～950摄氏度下进行。发明人发现，在该温度下进行热反应，可以使热反应的效率、能耗和产率最佳。

根据本发明的一个实施例，热反应中乙炔、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，热反应中乙炔、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。

根据本发明的具体实施例，上述由粉煤制备苯的系统进一步包括：净化分离装置1300，净化分离装置1300设置在快速热解装置400的热解气出口440与乙炔制苯反应器1100的氢气入口1140和甲烷入口1150之间，净化分离装置1300适于分离出热解气中的氢气和甲烷。由此可以将分离出的氢气和甲烷通入制备反应器中用于制备苯。

实施例1

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顶部，进入快速热解装置进行热解，热解温度800℃，热解时间2s，生成半焦、气体产物和煤焦油。将石灰窑得到的石灰和半焦粉碎至20μm以下，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中低阶粉煤与2000kg石灰石可得到393kg左右的乙炔、67kg左右的氢气、179kg左右的甲烷、800kg二氧化碳和450kg一氧化碳。所得的乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和212kg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184kg苯和91kg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。