本发明属于材料化工领域，具体而言，本发明涉及煤热解耦合乙炔制芳烃装置。
背景技术：
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，但是目前石油资源越来越匮乏，因此，开发其它路径生产轻质芳烃势在必行。
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煤热解耦合乙炔制芳烃装置。采用该装置不仅可以实现煤的热解反应与乙炔制芳烃反应的有效耦合和乙炔制芳烃反应的工业化生产，还能显著降低生产成本和能耗。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种煤热解耦合乙炔制芳烃装置，包括：
进料斗，所述进料斗设置在所述煤热解耦合乙炔制芳烃装置的上方；
螺旋进料器，所述螺旋进料器的入口与所述进料斗的出口相连，所述煤热解耦合乙炔制芳烃装置的顶部具有煤入口和热解油气出口，所述螺旋进料器的出口与所述煤入口相连；
蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管设置在所述煤热解耦合乙炔制芳烃装置的腔体内，且沿所述腔体内的高度方向多层布置，每层具有多根沿水平方向彼此平行均匀分布的蓄热式辐射管；
乙炔反应管，所述乙炔反应管设置在所述煤热解耦合乙炔制芳烃装置的腔体内且沿所述腔体内的高度方向多层布置，每层具有多根沿水平方向彼此平行均匀分布的乙炔反应管；
螺旋出料器，所述螺旋出料器与位于所述煤热解耦合乙炔制芳烃装置底端的半焦出口相连。
根据本发明上述实施例的煤热解耦合乙炔制芳烃装置，利用蓄热式辐射管提供的热量不仅可以对煤进行热解并得到热解油气和半焦，还能为乙炔制芳烃反应提供稳定的温度场，促进乙炔制芳烃反应的顺利进行。此外，乙炔制芳烃反应为放热反应，能够进一步维持煤热解耦合乙炔制芳烃装置腔体内的温度，进而可以进一步提高煤的热解反应和乙炔制芳烃反应的效率。由此，通过本发明上述实施例的煤热解耦合乙炔制芳烃装置不仅可以实现煤的热解反应与乙炔制芳烃反应的有效耦合，并进一步提高煤的热解反应和乙炔制芳烃反应的效率，还能实现乙炔制芳烃反应的工业化生产，并显著降低生产成本和能耗。
另外，根据本发明上述实施例的煤热解耦合乙炔制芳烃装置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，每层乙炔反应管设置在所述相邻两层蓄热式辐射管之间。由此，可以使每层乙炔反应管均处于均匀稳定的温度场内。
在本发明的一些实施例中，所述蓄热式辐射管的延伸方向与所述乙炔反应管的延伸方向相互垂直。由此，仅可以实现更好的热场分割并保持温度场均匀，还能增加粉煤在煤热解耦合乙炔制芳烃装置的腔体内的停留时间，使煤能够充分热解。
在本发明的一些实施例中，所述乙炔反应管的材质为陶瓷。由此，可以有效避免在200摄氏度以上时乙炔与不锈钢等金属接触发生副反应。
在本发明的一些实施例中，所述乙炔反应管的外表面具有碱金属涂层。由此，可以有效促进粉煤的热解以及热解油气的高温分解。
在本发明的一些实施例中，所述碱金属涂层的厚度为100-200μm。由此，可以进一步促进粉煤的热解以及热解油气的高温分解。
在本发明的一些实施例中，所述碱金属涂层由碱金属和γ-al2o3组成，所述碱金属与γ-al2o3的质量比为1：(6-20)。由此，可以进一步促进粉煤的热解以及热解油气的高温分解。
在本发明的一些实施例中，每层内相邻的两个所述蓄热式辐射管之间水平距离分别独立地为200-600mm，优选300-400mm。由此，可以为煤的热解和提供均匀稳定的温度场和合适的热解空间，并为乙炔制芳烃反应供热，促进煤热解和乙炔制芳烃反应的顺利进行。
在本发明的一些实施例中，每层内相邻的两个所述乙炔反应管之间的水平距离分别独立地为200-600mm，优选300-400mm。由此，可以使乙炔反应管400内具有均匀稳定的温度场，并提高乙炔制芳烃的反应效率。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的煤热解耦合乙炔制芳烃装置的结构示意图。
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，本发明提出了一种煤热解耦合乙炔制芳烃装置，如图1所示，包括：进料斗100、螺旋进料器200、蓄热式辐射管300、乙炔反应管400和螺旋出料器500。
其中，进料斗100设置在煤热解耦合乙炔制芳烃装置的上方；螺旋进料器200的入口210与进料斗100的出口110相连，煤热解耦合乙炔制芳烃装置的顶部具有煤入口600和热解油气出口700，螺旋进料器200的出口220与煤入口600相连；蓄热式辐射管300设置在煤热解耦合乙炔制芳烃装置的腔体800内，且沿腔体800内的高度方向多层布置，每层具有多根沿水平方向彼此平行均匀分布的蓄热式辐射管300；乙炔反应管400设置在煤热解耦合乙炔制芳烃装置的腔体800内且沿腔体800内的高度方向多层布置，每层具有多根沿水平方向彼此平行均匀分布的乙炔反应管400；螺旋出料器500与位于煤热解耦合乙炔制芳烃装置底端的半焦出口900相连。
根据本发明上述实施例的煤热解耦合乙炔制芳烃装置，利用蓄热式辐射管300提供的热量不仅可以对煤进行热解并得到热解油气和半焦，还能为乙炔制芳烃反应提供稳定的温度场，促进乙炔制芳烃反应的顺利进行。此外，乙炔制芳烃反应为放热反应，能够进一步维持煤热解耦合乙炔制芳烃装置腔体800内的温度，进而可以进一步提高煤的热解反应和乙炔制芳烃反应的效率。由此，通过本发明上述实施例的煤热解耦合乙炔制芳烃装置不仅可以实现煤的热解反应与乙炔制芳烃反应的有效耦合，并进一步提高煤的热解反应和乙炔制芳烃反应的效率，还能实现乙炔制芳烃反应的工业化生产，并显著降低生产成本和能耗。
下面参考图1对本发明上述实施例的煤热解耦合乙炔制芳烃装置进行详细描述。
根据本发明的具体实施例，进料斗100可以用于盛放中低阶煤粉碎后得到的粉煤，且进料斗100中应保持一定的粉煤高度，进而可以使煤热解耦合乙炔制芳烃装置的腔体800隔绝空气，避免煤以及热解产物与空气发生燃烧反应。
根据本发明的具体实施例，每层乙炔反应管400可以设置在相邻两层蓄热式辐射管300之间。本发明中通过采用上述设置，可以使每层乙炔反应管400均处于均匀稳定的温度场内，有效避免乙炔反应管内存在较大的温度差而影响乙炔聚合反应的顺利进行。
根据本发明的具体实施例，乙炔反应管400与蓄热式辐射管300的数量关系可以为：每一层乙炔反应管400的数量小于等于上一层蓄热式辐射管300的数量，且乙炔反应管400比蓄热式辐射管300少一层。由此，可以使乙炔反应管400的具有足够的受热空间，并使乙炔反应管400在蓄热式辐射管300的包围下具有更为均匀、稳定的温度场。
根据本发明的具体实施例，每层乙炔反应管400与相邻的两层蓄热式辐射管300之间的垂直距离可以为100-400mm。由此，可以使乙炔反应管400在煤热解耦合乙炔制芳烃装置的腔体800内可以均匀受热，进而使乙炔反应管400内的乙炔充分利用蓄热式辐射管300提供的均匀稳定的温度场进行聚合反应制备芳烃。根据本发明的具体实施例，每层乙炔反应管400与相邻的两层蓄热式辐射管300之间的垂直距离可以优选为200-300mm。由此，可以为乙炔制芳烃反应提供更为均匀、稳定的温度场。
需要说明的是，本发明中所述的“垂直距离”均指的是各管道的中心轴之间的距离，例如，每层乙炔反应管400与相邻的两层蓄热式辐射管300之间的垂直距离指的是每层乙炔反应管400的中心轴与相邻的两层蓄热式辐射管300的中心轴之间的距离。
根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管300的延伸方向与乙炔反应管400的延伸方向可以相互垂直。本发明中通过采用上述设置，使乙炔反应管400与蓄热式辐射管300纵横交错排布，呈垂直关系并形成网状结构，不仅可以实现更好的热场分割并保持温度场均匀，还能增加粉煤在煤热解耦合乙炔制芳烃装置的腔体800内的停留时间，使煤能够充分热解。
根据本发明的具体实施例，乙炔反应管400的材质可以为陶瓷。发明人发现，在超过200摄氏度时，乙炔与不锈钢等金属接触会发生副反应。本发明中通过采用陶瓷材质的乙炔反应管，可以有效避免乙炔与不锈钢等金属接触发生的副反应。
根据本发明的具体实施例，乙炔反应管400的外表面可以具有碱金属涂层。发明人发现，煤热解时，碱金属可以促进热解油气二次裂解，提高热解气产率。由此，本发明中通过在乙炔反应管400的外表面设置碱金属涂层，可以显著提高煤的热解效率和热解油气中气体的产率。
根据本发明的具体实施例，乙炔反应管400的外表面的碱金属涂层的厚度可以为100-200μm。发明人发现，若碱金属涂层的厚度小于100μm时，不足以有效促进煤的热解和热解油气的分解，而当碱金属涂层的厚度大于200μm时，并不能进一步提高煤的热解效率和热解油气中气体的产率，还会造成碱金属浪费。由此，本发明中通过控制碱金属涂层的厚度为100-200μm，不仅可以进一步促进粉煤的热解以及热解油气的高温分解，提高煤的热解效率和热解油气中气体的产率，还能避免资源浪费。
根据本发明的具体实施例，乙炔反应管400的外表面的碱金属涂层可以由碱金属和γ-al2o3组成，碱金属与γ-al2o3的质量比可以为1：(6-20)。发明人发现，当碱金属涂层由碱金属和γ-al2o3由组成时，可以进一步促进煤的热解和热解油气二次裂解。此外，发明人还发现，当采用碱金属和γ-al2o3组成碱金属涂层时，若碱金属与γ-al2o3的质量比小于1:20时，金属含量较低，碱金属的催化作用不明显；当碱金属与γ-al2o3的质量比大于1:6时，金属分散较差，影响催化效果。由此，本发明中通过控制碱金属与γ-al2o3的质量比为1：(6-20)，可以进一步促进粉煤的热解以及热解油气的高温分解。
根据本发明的具体实施例，每层内相邻的两个蓄热式辐射管300之间水平距离可以分别独立地为200-600mm。由此，可以使煤热解耦合乙炔制芳烃装置的腔体800内具有均匀、稳定的温度场，进而可以为煤的热解提供适宜的热解温度和热解空间，并为乙炔制芳烃反应供热，促进煤热解反应和乙炔制芳烃反应的顺利进行。根据本发明的具体实施例，每层内相邻的两个蓄热式辐射管300之间水平距离可以优选为分别独立地为300-400mm。由此，可以使煤热解耦合乙炔制芳烃装置腔体800内的温度场更为均匀、稳定，进而进一步提高煤热解以及乙炔制芳烃反应的效率。
在本发明的一些实施例中，每层内相邻的两个乙炔反应管400之间的水平距离可以分别独立地为200-600mm。由此，可以使各个乙炔反应管400均具有足够的受热空间，并为粉煤热解预留空间，进而使乙炔制芳烃反应和煤的热解反应均能够顺利进行。根据本发明的具体实施例，每层内相邻的两个乙炔反应管400之间的水平距离可以优选分别独立地为300-400mm，由此，可以进一步促进乙炔制芳烃反应和煤的热解反应。
需要说明的是，本发明中所述的“水平距离”均指的是各管道外径之间的水平距离，例如，每层内相邻的两个蓄热式辐射管300之间水平距离指的是每层内相邻的两个辐射管外径之间的水平距离，每层内相邻的两个乙炔反应管400之间的水平距离指的是每层内相邻的两个乙炔反应管外径之间的水平距离。
根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管300的的外径可以为200-300mm。由此，可以为煤热解耦合乙炔制芳烃装置提供稳定的温度场，进而使煤的热解和乙炔制芳烃反应能够在均匀的温度场下顺利进行。根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管300的的外径可以优选为200-250mm。由此，可以使煤热解耦合乙炔制芳烃装置内温度场更为稳定，并进一步促进煤的热解和乙炔制芳烃反应的顺利进行。
根据本发明的具体实施例，乙炔反应管400的外径可以为100-300mm。本发明中通过采用上述设置不仅可以使乙炔反应管400快速受热，实现乙炔反应管400与煤热解耦合乙炔制芳烃装置腔体800内的温度平衡，还能为乙炔制芳烃反应提供足够的反应空间，促进乙炔制芳烃反应的顺利进行。根据本发明的具体实施例，乙炔反应管400的外径可以优选为200-250mm，由此，可以使乙炔反应管400内具有更为均匀稳定的温度场，并提高乙炔制芳烃的反应效率。
根据本发明的具体实施例，通过采用本发明上述实施例的煤热解耦合乙炔制芳烃装置制备得到的热解油气由热解油气出口700输出，并进入后续的油气分离装置和气体净化分离装置进行油气分离和气体净化，产生的固体半焦由螺旋出料器500输出。
实施例1
提供一种煤热解耦合乙炔制芳烃装置，该装置包括进料斗、螺旋进料器、蓄热式辐射管、乙炔反应管和螺旋出料器。蓄热式辐射管外径为200mm，乙炔反应管外径为100mm，每层内相邻辐射管之间的水平距离为400mm，每层内相邻乙炔反应管之间水平距离为400mm，每层乙炔反应管与相邻的两层蓄热式辐射管之间的垂直距离均为200mm。
采用上述煤热解耦合乙炔制芳烃装置对中低阶煤进行热解反应并利用乙炔生产芳烃。粉碎并筛选出粒径小于3mm的粉煤，通过螺旋进料器将粉煤送至装置的腔体内进行热解，腔体内的温度为800℃，煤在腔体内的停留时间为2s，生成半焦、热解油气。将乙炔体积分数为20％的乙炔和氮气混合气通入乙炔反应管进行反应，混合气的体积空速为3000h-1，乙炔反应管内温度约为785℃。其中，煤热解产生的优质半焦的产率为64％，热解油气的收率36％；乙炔的转化率为83％，轻质芳烃收率65％。
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。