一种热解煤制备苯的系统及方法
【专利摘要】本发明提出了一种热解煤制备苯的系统和方法。该系统包括快速热解反应器、乙炔存储装置、除尘装置、冷却装置和苯分离装置；快速热解反应器设有乙炔入口和热解油气出口；乙炔存储装置设有乙炔出口，乙炔出口与乙炔入口相连；除尘装置设有热解油气入口和除尘油气出口，热解油气入口和热解油气出口相连；冷却装置设有除尘油气入口和焦油出口，除尘油气入口和除尘油气出口相连；苯分离装置设有焦油入口和苯出口，焦油入口与焦油出口相连。本发明所提供的系统及方法具有投资小、工艺流程简单、经济效益好等优点。
【专利说明】
-种热解煤制备苯的系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤资源化处理技术领域，具体设及一种热解煤制备苯的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 苯是一种重要的有机化工原料，具有十分广泛的工业用途。苯主要来源于石油化 工和煤化工，其中石油化工可W通过催化重整、乙締生产过程副产品裂解汽油加氨、甲烧直 接转化等技术制苯。催化重整和裂解汽油制苯都为高溫反应过程，工艺相对比较复杂、流程 长、能耗大，并且重整催化剂价格十分昂贵；甲烧直接转化利用沸石催化剂Mo/监SM-5在无 氧条件下进行催化反应，反应溫度700°C，为强吸热反应，在实际操作环境下，催化剂寿命较 短，该工艺至今还在深入研究中。煤化工主要来自于煤焦化过程中的副产物，在生成的煤焦 油和煤气中提取苯。
[0003] 随着我国有机化工工业的迅速发展，市场对苯的需求量增大，由于国内石油资源 的缺乏限制了石油化工行业苯产量的进一步提高，因此对煤化工行业制苯的研究具有广泛 的空间。
[0004] 煤热解时，其反应器内部是高溫环境，而且煤热解后产生的热解炭可W作为乙烘 反应生成苯的催化剂。因此，煤热解时的环境非常适合乙烘发生反应生成苯。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在提供一种热解煤制备苯的系统及方法。
[0006] 根据本发明的一个方面，一种热解煤制备苯的系统，其包括快速热解反应器、乙烘 存储装置、除尘装置、冷却装置和苯分离装置；
[0007] 所述快速热解反应器设有乙烘入口和热解油气出口；
[000引所述乙烘存储装置设有乙烘出口，所述乙烘出口与所述乙烘入口相连；
[0009] 所述除尘装置设有热解油气入口和除尘油气出口，所述热解油气入口和所述热解 油气出口相连；
[0010] 所述冷却装置设有除尘油气入口和焦油出口，所述除尘油气入口和所述除尘油气 出口相连；
[0011] 所述苯分离装置设有焦油入口和苯出口，所述焦油入口与所述焦油出口相连。
[0012] 在本发明的一个实施方案中，所述乙烘入口设置在所述快速热解反应器的中下 部。
[0013] 在本发明的一个实施方案中，所述快速热解反应器的加热装置为蓄热式福射管燃 烧器，所述蓄热式福射管燃烧器沿着所述快速热解反应器的高度方向多层设置在所述快速 热解反应器的侧壁上，且福射管燃烧器表面喷涂陶瓷涂层。
[0014] 在本发明的一个实施方案中，所述快速热解反应器还设有出料口，所述系统还包 括出料装置，所述出料装置的入口与所述出料口相连。
[0015] 根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种利用上述系统热解煤制备苯的方 法，所述方法包括如下步骤：
[0016] 将煤送入所述快速热解反应器进行热解，制得热解油气和热解炭，所述热解油气 包括不凝气体和热解油；
[0017] 将所述乙烘存储装置中的乙烘送入所述快速热解反应器中，所述乙烘在所述不凝 气体气氛中W及在所述热解炭的催化作用下反应生成苯；
[0018] 将包含苯的热解油气依次送入所述除尘装置和所述冷却装置进行除尘和冷却，审U 得焦油；
[0019] 将所述焦油送入所述苯分离装置中进行分离，制得苯。
[0020] 在本发明的一个实施方案中，所述煤热解的溫度为600-850°C。
[0021 ]在本发明的一个实施方案中，所述煤的粒径为l-3mm。
[0022] 在本发明的一个实施方案中，所述煤的水分含量为5-15wt %。
[0023] 在本发明的一个实施方案中，所述乙烘的用量为所述不凝气体体积的8-15%。
[0024] 本发明所提供的系统及方法，将乙烘通入快速热解反应器中，在煤热解产生的甲 烧、氨气和二氧化碳气氛中，W及在煤热解产生的热解炭的催化作用下，乙烘反应生成苯。 本发明所提供的系统及方法将煤热解和乙烘制苯的反应结合在一起，煤热解为乙烘制苯的 反应提供了所需的条件，节约了能耗也节省了投资和运行成本，而且工艺流程也非常简单。
[0025] 此外，本发明所提供的系统及方法也提高了煤热解油中芳控的含量，使所得的煤 热解油的品质得到提升，明显的提高了煤热解油的经济价值。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明实施例的一种热解煤制备苯的系统的结构示意图。
[0027] 图2为本发明实施例的一种热解煤制备苯的流程示意图。
【具体实施方式】
[0028] W下结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】进行更加详细的说明，W便能 够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，W下描述的【具体实施方式】和实施 例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
[0029] 本发明首先提供了一种热解煤制备苯的系统，该系统包括快速热解反应器、乙烘 存储装置、出料装置、除尘装置、冷却装置和苯分离装置。
[0030] 其中，快速热解反应器是本系统的核屯、装置，是煤热解、乙烘反应的反应器。快速 热解反应器设有进料口、乙烘(C2出)入口、热解油气出口和出料口。
[0031] 乙烘入口可W设置在快速热解反应器的任何位置，其最优的位置为快速热解反应 器的中下部，最优位置为快速热解反应器高度的30-50%处。在相同的压力下，乙烘的密度 小于空气的密度，乙烘从下往上进入快速热解反应器中，能与煤热解产生热解炭(C)充分的 接触，并在煤热解产生的不凝气体（甲烧(CH4)、氨气化2)、二氧化碳(0)2)等）的氛围中反应 生成苯。
[0032] 热解油气出口的个数并不需要限定。
[0033] 快速热解反应器的加热装置不需要特别限定，其最优的选择为蓄热式福射管燃烧 器。蓄热式福射管燃烧器能够产生均匀分布的溫度场，使热解物料均匀受热，与传统的使用 热载体作为热解热源的方法比较，不需设置热解气和载体分离单元，简化了后续工艺流程。 蓄热式福射管燃烧器沿着所述快速热解反应器的高度方向多层设置在快速热解反应器的 侧壁上，且福射管燃烧器表面喷涂陶瓷涂层。蓄热式福射管燃烧器的数量不限。
[0034] 乙烘存储装置设有乙烘出口，乙烘出口与快速热解反应器的乙烘入口相连。乙烘 存储装置用于为快速热解反应器提供乙烘。
[0035] 出料装置设有入口和出口，出料装置的入口与快速热解反应器的出料口相连。出 料装置用于将煤热解后产生的热解炭送出快速热解反应器。
[0036] 除尘装置设有热解油气入口和除尘油气出口，热解油气入口和快速热解反应器的 热解油气出口相连。除尘装置用于除去热解油气中的粉尘。
[0037] 冷却装置设有除尘油气入口和焦油出口，除尘油气入口与除尘装置的除尘油气出 口相连。冷却装置用于分离焦油和热解气。
[0038] 苯分离装置设有焦油入口和苯出口，焦油入口与冷却装置的焦油出口相连。苯分 离装置用于从焦油中将苯提取出来。
[0039] 本发明还提供了一种利用上述系统热解煤制备苯的方法。如图2所示，本方法包括 如下步骤：
[0040] 热解:首先，将煤送入快速热解反应器进行热解，制得热解油气和热解炭，热解油 气包括不凝气体(如甲烧、氨气、二氧化碳等)和热解油。然后，将乙烘存储装置中的乙烘送 入快速热解反应器中，乙烘在不凝气体气氛中W及在热解炭的催化作用下反应生成苯。
[0041] 煤经进料口进入快速热解反应器，然后经布料器均匀分散之后进入福射管加热区 域进行热解反应。
[0042] 所用煤的粒径不需要特别限定。煤热解后的产生热解炭在本发明中是乙烘反应的 催化剂，煤的粒径越小，热解所得的热解炭粒径也越小，其比表面积越大，催化效果越好。但 将煤加工得越小，所需工艺越复杂。发明人经过大量实验发现，煤的粒径为l-3mm时为最优 条件。
[0043] 从乙烘入口通入的乙烘进入快速热解反应器后向上流动，与生成的热解炭接触， 在热解炭的催化作用下，乙烘发生反应，生成苯。
[0044] 乙烘生成苯的反应需要在高溫和催化剂存在的条件下才能进行，快速热解反应器 在热解煤时，其内部正好是高溫环境，而且煤热解后产生的热解炭可W作为乙烘反应生成 苯的催化剂。
[0045] 乙烘在生成苯的同时，自身也会发生分解反应：
[0046]
[0047]
[004引上述反应为可逆反应。煤热解后产生的不凝气体中含有甲烧、氨气，因此能在一定 程度上抑制乙烘发生分解反应。此外，煤热解后产生的不凝气体中还含有二氧化碳，二氧化 碳不仅能调节甲烧的分压，二氧化碳还具有与分解生成的炭反应消除积碳的功能。
[0049] 反应溫度并不需要特别限定。溫度越高，煤热解的速度越快，乙烘自身发生加成反 应生成的苯更多，但能耗越大;溫度越低，热解速度越慢，乙烘的反应效果较差。发明人经过 大量实验发现，600-850°C为反应区的最佳反应溫度。
[0050] 乙烘的用量并不需要特别限定。通入快速热解反应器的乙烘太多，其反应不完全， 而若太少，制得的热解油中苯的含量也相应很少，不满足本发明的目的。发明人经过大量实 验发现，乙烘的用量为煤热解后产生的不凝气体体积的8-15%是最佳的。
[0051] 除尘:将包含苯的热解油气送入除尘装置中，除去热解油气中的粉尘。
[0052] 冷却:将除尘后的热解油气再送入冷却装置进行冷却，制得焦油。
[0053] 分离:将焦油送入苯分离装置进行分离，制得苯。
[0054] 下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为 示例性的，其可取数值范围如前述
【发明内容】
中所示。下述实施例所用的测试方法均为本行 业中常用的测试方法。
[0化5] 实施例1
[0056] 本实施例提供一种热解煤制备苯的系统。
[0057] 如图1所示，本系统包括进料装置、快速热解反应器、出料装置、乙烘存储装置、除 尘装置、冷却装置和苯分离装置。
[005引快速热解反应器设有进料口、乙烘入口、热解油气出口和出料口。
[0059] 乙烘入口设置在与蓄热式福射管燃烧器相邻的侧壁上，且位于快速热解反应器高 度的30 %处。热解油气出口与乙烘入口在相同的侧壁上，且位于乙烘入口上方。热解油气出 口的个数并不需要限定，本实施例设有两个热解油气出口，一个位于快速热解反应器高度 的80 %处，一个位于快速热解反应器高度的40 %处。蓄热式福射管燃烧器沿着快速热解反 应器的高度方向多层设置在快速热解反应器的侧壁上，且福射管燃烧器表面喷涂有陶瓷涂 层。快速热解反应器设有布料器。
[0060] 进料装置与进料口相连，用于将煤送入快速热解反应器中。
[0061] 出料装置与出料口相连，用于将煤热解后产生的热解炭送出快速热解反应器。
[0062] 乙烘存储装置设有乙烘出口，乙烘出口与乙烘入口相连。乙烘存储装置用于存储 乙烘，并将乙烘送入快速热解反应器中。
[0063] 除尘装置设有热解油气入口和除尘油气出口，热解油气入口和快速热解反应器的 热解油气出口相连。除尘装置用于除去热解油气中的粉尘。
[0064] 冷却装置设有除尘油气入口和焦油出口，除尘油气入口与除尘装置的除尘油气出 口相连。冷却装置用于分离焦油和热解气。
[0065] 苯分离装置设有焦油入口和苯出口，焦油入口与冷却装置的焦油出口相连。苯分 离装置用于从焦油中将苯提取出来。
[0066] 实施例2
[0067] 本实施例提供一种利用实施例1所提供的系统热解煤制备苯的方法。所用的煤为 褐煤，该方法如图2所示，具体如下：
[0068] 煤首先进行破碎、干燥。选取1吨粒径为l-3mm的煤，控制快速热解反应器的溫度为 60(TC。煤经进料装置进入快速热解反应器，然后经布料器均匀分散之后进入福射管加热区 域进行热解反应，生成热解油气(包括不凝气体和热解油)和热解炭。在不通入乙烘气的情 况下，煤热解得到的热解气(不凝气体)中各组分的含量如表1所示。生成的不凝气体的体积 为500.42m3。
[0069] 然后，往快速热解反应器通入乙烘，通入的乙烘的量为40.034m3。乙烘在向上流动 过程中与生成的热解炭接触，在热解炭的催化作用下，进一步促进乙烘反应生成苯。含有苯 的热解油气自热解油气出口排出，之后经历除尘装置和冷却装置得到焦油、热解气。热解得 到的热解炭经出料装置排出，热解气进一步处理后收集备用，将焦油进一步送入苯分离装 置中，分离后得到苯。剩下的不含苯的焦油收集后备用。
[0070] 通入乙烘后，增加的苯量为煤自身热解产生的苯的1.2倍。
[0071] 实施例3
[0072] 本实施例提供另一种利用实施例1所提供的系统热解煤制备苯的方法。所用的煤 与实施例2所用的煤一样，该方法如图2所示，具体如下：
[0073] 煤首先进行破碎、干燥。选取1吨粒径为l-3mm的煤，控制快速热解反应器的溫度为 70(TC。煤经进料装置进入快速热解反应器，然后经布料器均匀分散之后进入福射管加热区 域进行热解反应，生成热解油气(包括不凝气体和热解油)和热解炭。在不通入乙烘气的情 况下，煤热解得到的热解气(不凝气体)中各组分的含量如表1所示。生成的不凝气体的体积 为1104.5m3。
[0074] 然后，往快速热解反应器通入乙烘，通入的乙烘的量为110.45m3。乙烘在向上流动 过程中与生成的热解炭接触，在热解炭的催化作用下，进一步促进乙烘反应生成苯。含有苯 的热解油气自热解油气出口排出，之后经历除尘装置和冷却装置得到焦油、热解气。热解得 到的热解炭经出料装置排出，热解气进一步处理后收集备用，将焦油进一步送入苯分离装 置中，分离后得到苯。剩下的不含苯的热解油收集后备用。
[0075] 通入乙烘后，增加的苯量为煤自身热解产生的苯的2.1倍。
[0076] 表1热解气中各组分的含量
[0077]
[0078] 综上，可W得知，本发明所提供的系统及方法，将乙烘通入快速热解反应器中，在 煤热解产生的甲烧、氨气和二氧化碳气氛中，W及在煤热解产生的热解炭的催化作用下，乙 烘反应生成苯。本发明所提供的系统及方法将煤热解和乙烘制苯的反应结合在一起，煤热 解为乙烘制苯的反应提供了所需的条件，节约了能耗也节省了投资和运行成本，而且工艺 流程也非常简单。
[0079] 此外，因此，本发明所提供的系统及方法也提高了焦油中芳控的含量，使所得的焦 油的品质得到提升，从而提高了焦油的经济价值。
[0080] 需要说明的是，W上参照附图所描述的各个实施例仅用W说明本发明而非限制本 发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对 本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除非特别说明，那 么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
【主权项】
1. 一种热解煤制备苯的系统，其特征在于，其包括快速热解反应器、乙炔存储装置、除 尘装置、冷却装置和苯分离装置； 所述快速热解反应器设有乙炔入口和热解油气出口； 所述乙炔存储装置设有乙炔出口，所述乙炔出口与所述乙炔入口相连； 所述除尘装置设有热解油气入口和除尘油气出口，所述热解油气入口和所述热解油气 出口相连； 所述冷却装置设有除尘油气入口和焦油出口，所述除尘油气入口和所述除尘油气出口 相连； 所述苯分离装置设有焦油入口和苯出口，所述焦油入口与所述焦油出口相连。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述乙炔入口设置在所述快速热解反应器 的中下部。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述快速热解反应器的加热装置为蓄热式 辐射管燃烧器，所述蓄热式辐射管燃烧器沿着所述快速热解反应器的高度方向多层设置在 所述快速热解反应器的侧壁上，且辐射管燃烧器表面喷涂有陶瓷涂层。4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述快速热解反应器还设有出料口，所述 系统还包括出料装置，所述出料装置的入口与所述出料口相连。5. -种利用权利要求1-4中任一所述系统热解煤制备苯的方法，其特征在于，所述方法 包括如下步骤： 将煤送入所述快速热解反应器进行热解，制得热解油气和热解炭，所述热解油气包括 不凝气体和热解油； 将所述乙炔存储装置中的乙炔送入所述快速热解反应器中，所述乙炔在所述不凝气体 气氛中以及在所述热解炭的催化作用下反应生成苯； 将包含苯的热解油气依次送入所述除尘装置和所述冷却装置进行除尘和冷却，制得焦 油； 将所述焦油送入所述苯分离装置中进行分离，制得苯。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述煤热解的温度为600-850 °C。7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述煤的粒径为l-3mm。8. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述乙炔的用量为所述不凝气体体积的8-15%〇
【文档编号】C07C15/04GK106083519SQ201610596843
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月26日 公开号201610596843.1, CN 106083519 A, CN 106083519A, CN 201610596843, CN-A-106083519, CN106083519 A, CN106083519A, CN201610596843, CN201610596843.1
【发明人】窦从从, 郑倩倩, 孟嘉乐, 张照, 王培伦, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司