乙炔制备轻质芳烃的系统的制作方法

本实用新型属于材料化工领域，具体而言，本实用新型涉及乙炔制备轻质芳烃的系统。

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，开发其他路径生产轻质芳烃势在必行。

技术实现要素：

本实用新型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，本实用新型的一个目的在于提出乙炔制备轻质芳烃的系统。采用本实用新型提出的乙炔制备轻质芳烃的系统制备轻质芳烃，不仅能够显著提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率，还能使生物质得到综合利用，显著有效减少生物质焚烧带来的环境污染问题。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种乙炔制备轻质芳烃的系统，包括：

热解装置，所述热解装置具有生物质入口、热解油气出口和生物炭出口；

活化装置，所述活化装置具有生物炭入口和活化生物炭出口，所述生物炭入口与所述生物炭出口相连；

负载装置，所述负载装置具有金属盐溶液入口、活化生物炭入口和负载后生物炭出口，所述活化生物炭入口与所述活化生物炭出口相连；

焙烧装置，所述焙烧装置具有负载后生物炭入口和乙炔制备轻质芳烃催化剂出口，所述负载后生物炭入口与所述负载后生物炭出口相连；

气液分离装置，所述气液分离装置具有热解油气入口、生物油出口和热解气出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连；

乙炔制芳烃反应器，所述乙炔制芳烃反应器设置有所述乙炔制备轻质芳烃催化剂，所述乙炔制芳烃反应器具有反应气入口和混合产物出口，所述反应气入口分别与所述热解气出口和乙炔储罐相连；

分馏装置，所述分馏装置具有混合产物入口、气体产物出口、轻质芳烃出口和重质芳烃出口，所述混合产物入口与所述混合产物出口相连。

根据本实用新型上述实施例的乙炔制备轻质芳烃的系统，首先，可以利用热解装置对生物质进行热解处理得到热解油气和生物炭。其次，依次利用活化装置、负载装置和焙烧装置分别对生物炭进行活化处理、浸渍处理和焙烧处理，得到乙炔制备轻质芳烃催化剂；利用气液分离装置对热解油气进行气液分离处理得到热解气。最后，利用乙炔制芳烃反应器进行热解气与乙炔制备轻质芳烃的反应并采用分馏装置对反应产物进行分馏处理，最终制备得到轻质芳烃。本实用新型中通过采用上述实施例的乙炔制备轻质芳烃的系统，一方面可以利用从生物质热解油气中分离出来的热解气作为乙炔制备轻质芳烃的反应气，另一方面还能利用生物质热解处理得到的生物炭作为催化剂的载体。由此，不仅能够显著提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率，降低乙炔制芳烃的生产成本，还能使生物质得到综合利用，显著有效减少生物质焚烧带来的环境污染问题。

另外，根据本实用新型上述实施例的乙炔制备轻质芳烃的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型中，活化装置包括：酸洗装置，所述酸洗装置具有稀盐酸入口、所述生物炭入口和酸处理后的生物炭出口，所述生物炭入口与所述生物炭出口相连；水洗装置，所述水洗装置具有蒸馏水入口、酸处理后的生物炭入口和中性生物炭出口，所述酸处理后的生物炭入口与所述酸处理后的生物炭出口相连；多段活化炉，所述多段活化炉具有水蒸气入口、中性生物炭入口和所述活化生物炭出口，所述中性生物炭入口与所述中性生物炭出口相连。由此，可以进一步提高活化生物炭的比表面积，使活化生物炭能够负载更多的活性金属。

在本实用新型中，乙炔制备轻质芳烃的系统进一步包括：油洗装置，所述油洗装置具有热解气入口、轻质芳烃入口、净化热解气出口和含有焦油的轻质芳烃出口，所述热解气入口与所述热解气出口相连，所述轻质芳烃入口与所述质芳烃出口相连。由此，不仅可以除去热解气中少量难脱除的轻质焦油，还能将焦油富集在轻质芳烃中，进而提高轻质芳烃的收率。

在本实用新型中，油洗装置为吸收塔。由此，可以进一步提高对热解气进行油洗的效率。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的乙炔制备轻质芳烃的系统结构示意图。

图2是根据本实用新型又一个实施例的乙炔制备轻质芳烃的系统结构示意图。

图3是根据本实用新型一个实施例的乙炔制备轻质芳烃的方法流程图。

图4是根据本实用新型又一个实施例的乙炔制备轻质芳烃的方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种乙炔制备轻质芳烃的系统，如图1所示，包括：热解装置100、活化装置200、负载装置300、焙烧装置400、气液分离装置500、乙炔制芳烃反应器600和分馏装置700。

其中，热解装置100具有生物质入口101、热解油气出口102和生物炭出口103；活化装置200具有生物炭入口201和活化生物炭出口202，生物炭入口201与生物炭出口103相连；负载装置300具有金属盐溶液入口301、活化生物炭入口302和负载后生物炭出口303，活化生物炭入口302与活化生物炭出口202相连；焙烧装置400具有负载后生物炭入口401和乙炔制备轻质芳烃催化剂出口402，负载后生物炭入口401与负载后生物炭出口303相连；气液分离装置500具有热解油气入口501、生物油出口502和热解气出口503，热解油气入口501与热解油气出口102相连；乙炔制芳烃反应器600设置有乙炔制备轻质芳烃催化剂，乙炔制芳烃反应器600具有反应气入口601和混合产物出口602，反应气入口601分别与热解气出口503和乙炔储罐800相连；分馏装置700具有混合产物入口701、气体产物出口702、轻质芳烃出口703和重质芳烃出口704，混合产物入口701与混合产物出口602相连。

根据本实用新型上述实施例的乙炔制备轻质芳烃的系统，首先，可以利用热解装置100对生物质进行热解处理得到热解油气和生物炭。其次，依次利用活化装置200、负载装置300和焙烧装置400分别对生物炭进行活化处理、浸渍处理和焙烧处理，得到乙炔制备轻质芳烃催化剂；利用气液分离装置500对热解油气进行气液分离处理得到热解气。最后，利用乙炔制芳烃反应器600进行热解气与乙炔制备轻质芳烃的反应并采用分馏装置700对反应产物进行分馏处理，最终制备得到轻质芳烃。本实用新型中通过采用上述实施例的乙炔制备轻质芳烃的系统，一方面可以利用从生物质热解油气中分离出来的热解气作为乙炔制备轻质芳烃的反应气，另一方面还能利用生物质热解处理得到的生物炭作为催化剂的载体。由此，不仅能够显著提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率，并降低乙炔制备轻质芳烃的生产成本，还能使生物质得到综合利用，显著有效减少生物质焚烧带来的环境污染问题。

下面参考图1-2对本实用新型上述实施例的乙炔制备轻质芳烃的系统进行详细描述。

热解装置100

根据本实用新型的实施例，热解装置100具有生物质入口101、热解油气出口102和生物炭出口103。热解装置100适于对生物质进行热解处理，以便得到热解油气和生物炭。

发明人发现，生物质热解得到的热解油气和生物炭可以用于乙炔制备轻质芳烃并提高轻质芳烃的产率。一方面，从生物质热解油气中分离出来的热解气可以作为乙炔制备轻质芳烃的反应气，从热解油气中分离出来的热解气的主要成分为甲烷、氢气和一氧化碳等。其中，甲烷可减少乙炔制芳烃过程中积炭的形成；氢气可参与反应与乙炔生成乙烯等气体，并还原催化剂的活性金属氧化物，提高催化剂的活性，同时减少积炭；此外，一氧化碳可作为稀释气还可以降低乙炔分压，减少积炭的形成。由此，通过将热解气作为乙炔制备轻质芳烃的反应气，不仅可以显著减少卸载催化剂进行烧炭再生的工序，实现长周期连续进行乙炔制备轻质芳烃反应，还能显著提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率，并使生物质得到有效利用。另一方面，生物质热解得到的生物炭可以作为乙炔制备轻质芳烃催化剂的载体，乙炔反应活性较强，易深度反应聚合生成链状聚合物或稠环芳烃，产生积炭，导致轻质芳烃收率低。常规乙炔制芳烃催化剂所用的载体为二氧化硅或ZSM-5分子筛，ZSM-5分子筛有适宜的孔道结构，虽然可以限制乙炔向高分子化合物转化，提高轻质芳烃收率，但其酸性较强，失活过快；二氧化硅比表面积小，孔道不发达，使用二氧化硅做载体时只具备分散活性金属的功能。而将生物炭作为催化剂载体制备催化剂并将其用于催化乙炔制备轻质芳烃，不仅可以维持反应活性的稳定性，还可以限制乙炔向高分子化合物的转化，显著提高轻质芳烃的收率并降低催化剂的生产成本。由此，本实用新型中通过将生物质热解产物用于乙炔制备轻质芳烃，不仅能够显著提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率，并降低乙炔制备轻质芳烃的生产成本，还能使生物质得到综合利用，显著有效减少生物质焚烧带来的环境污染问题。

根据本实用新型的具体实施例，生物质可以为生物质为秸秆、木屑、稻壳、花生壳和玉米芯等农林废弃物，将上述生物质经过粉碎干燥等常规预处理操作后送至热解装置100进行热解处理得到热解油气和生物炭。由此，可以将生物炭以及从热解油气中分离出来的热解气用于乙炔制备轻质芳烃，从而可以在提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率以及降低乙炔制芳烃的生产成本的基础上，使生物质得到综合利用，显著有效减少生物质焚烧带来的环境污染问题。

根据本实用新型的具体实施例，热解处理可以采用高温连续绝氧热解法，由此，不仅可以使生物质热解并得到热解油气和生物炭，还能减少排气量，减轻对大气产生的二次污染。

根据本实用新型的具体实施例，热解处理的温度可以为200-800℃，热解时间可以为0.5-3h。由此，可以使生物质充分热解并得到热解油气和生物炭。优选地，热解处理的热解温度可以为500-700℃，热解时间可以为1-2h，由此，可以进一步提高热解处理的效率。

根据本实用新型的具体实施例，热解装置100可以为辐射管加热的旋转床。本实用新型通过在辐射管加热的旋转床内进行热解处理，可以实现对热解温度的精准控制，并保证热解装置100中温度场的均匀性，从而使热解得到的生物炭具有较好的质量稳定性。

活化装置200

根据本实用新型的实施例，活化装置200具有生物炭入口201和活化生物炭出口202，生物炭入口201与生物炭出口103相连。活化装置200适于对生物炭进行活化处理，以便得到活化生物炭。

参考图2，根据本实用新型的具体实施例，活化装置200可以包括：酸洗装置210、水洗装置220和多段活化炉230。其中，酸洗装置210具有稀盐酸入口211、生物炭入口201和酸处理后的生物炭出口212，生物炭入口201与生物炭出口103相连；水洗装置220具有蒸馏水入口221、酸处理后的生物炭入口222和中性生物炭出口223，酸处理后的生物炭入口222与酸处理后的生物炭出口212相连；多段活化炉230具有水蒸气入口231、中性生物炭入口232和活化生物炭出口202，中性生物炭入口232与中性生物炭出口223相连。由此，本实用新型中通过采用活化装置200可以依次利用酸洗装置210、水洗装置220和多段活化炉230对生物炭进行处理，进一步提高活化生物炭的比表面积，使活化生物炭能够负载更多的活性金属，进而进一步提高乙炔制备轻质芳烃催化剂的催化活性。

根据本实用新型的具体实施例，本实用新型中采用上述活化装置200对生物炭进行的活化处理可以具体包括：利用稀盐酸在酸洗装置210内对生物炭进行酸化处理，以便得到酸处理后的生物炭；利用蒸馏水在水洗装置220内对酸处理后的生物炭进行冲洗至中性并干燥，以便得到中性生物炭；将中性生物炭在多段活化炉230中与水蒸气接触进行活化处理，以便得到活化生物炭。由此，可以进一步提高活化生物炭的比表面积，使活化生物炭能够负载更多的活性金属，进而进一步提高乙炔制备轻质芳烃催化剂的催化活性。

根据本实用新型的具体实施例，发明人发现，经过热解处理得到的生物炭含有少量矿物质和微量油类，其中矿物质中含有的碱金属和碱土金属会严重影响最终所得催化剂的活性。本实用新型中通过采用稀盐酸在酸洗装置210内对生物炭进行酸化处理，一方面可以有效中和生物炭中的碱金属和碱土金属，降低矿物质对催化剂活性造成的不利影响；另一方面，还能有效溶解生物炭中含有的微量油类，从而进一步增加生物炭的比表面积，提高生物炭对活性金属的负载能力，使最终制备得到的催化剂具有更好的催化活性。

根据本实用新型的具体实施例，酸化处理采用稀盐酸的浓度可以为0.1-1mol/L。由此，不仅可以充分中和生物炭中的碱金属和碱土金属，显著降低生物炭中含有的矿物质对催化剂活性造成的不利影响，还能充分溶解生物炭中含有的微量油类，从而进一步增加生物炭的比表面积，提高生物炭对活性金属的负载能力，使最终制备得到的催化剂具有更好的催化活性。具体地，可以边搅拌边向生物炭中加入稀盐酸，直至溶液的pH值不再变化。

根据本实用新型的具体实施例，发明人发现，通过将中性生物炭在多段活化炉230中与水蒸气逆向接触进行活化处理可以显著提高中性生物炭的比表面积和生物炭中微孔的比例，使得到的活化生物炭具有比表面积高、尤其是微孔发达且不具备酸性的特点，进而用作乙炔制备轻质芳烃催化剂载体时，不仅能够负载更多的活性金属以提高催化剂的催化活性，而且其发达的微孔结构还能够有效分散活性金属元素，并限制乙炔向高分子化合物转化，另外，由于催化剂载体不具备酸性，还能进一步提高催化剂的稳定性。由此，本实用新型中通过采用上述以活化生物炭为载体制备得到的乙炔制备轻质芳烃催化剂，不仅能够维持反应活性的稳定性，还能提高轻质芳烃的收率，并有效降低生产成本。

根据本实用新型的具体实施例，活化处理处理温度的温度可以为600-1000℃，处理时间可以为1-2h。发明人发现，当活化处理的温度低于600℃时，制备得到的活化生物炭的孔道较少，严重限制了活性生物炭对活性金属的负载量；而当活化处理的温度高于1000℃时，活性生物炭形成的孔道主要为大孔，活性生物炭的比表面积虽然有所提高，但对活性金属的负载量有限，并不能显著提高催化剂的催化活性。本实用新型中通过采用上述活化处理条件，可以进一步使活化处理得到的活性生物炭具有较大的比表面积和发达的微孔结构，活化生物炭比表面积可达到400m²/g以上，从而可以显著提高活化生物炭对活性金属的负载能力，使最终制备得到的催化剂具有更好的催化活性。根据本实用新型的具体实施例，活化处理温度的可以优选800-950℃，发明人发现，通过采用上述优选的活化处理温度，可以进一步使活化生物炭的比表面积达到600m²/g以上，进而可以使制备得到的催化剂的具有更好的催化活性。

负载装置300

根据本实用新型的实施例，负载装置300具有金属盐溶液入口301、活化生物炭入口302和负载后生物炭出口303，活化生物炭入口302与活化生物炭出口202相连。负载装置300适于利用金属盐溶液对活化生物炭进行浸渍处理，以便得到负载活性金属的生物炭。

根据本实用新型的具体实施例，金属盐溶液可以为活性金属钼的水溶性盐溶液。本实用新型中通过选用上述金属盐溶液可以进一步提高催化剂的催化活性和对轻质芳烃的催化选择性，进而进一步提高轻质芳烃的产率。

根据本实用新型的具体实施例，可以选择对比表面积达到400m²/g以上的活化生物炭进行浸渍处理，由此，可以使活化生物炭具有较好的负载活性金属的能力，进而使制备得到的催化剂的具有较好的催化活性。根据本实用新型的具体实施例，可以优选对比表面积达到600m²/g以上的活化生物炭进行浸渍处理，由此，可以进一步提高活化生物炭对活性金属的负载能力，进而使制备得到的催化剂的具有更好的催化活性。

根据本实用新型的具体实施例，对活化生物炭进行浸渍处理的金属盐溶液的体积可以根据活化生物炭的吸水率进行选择，优选金属盐溶液的体积与活化生物炭的吸水率相当，由此，可以使金属盐溶液中的活性金属能够充分负载到活化生物炭上，避免原料浪费。

根据本实用新型的具体实施例，通过对活化生物炭进行浸渍处理，可以使活化生物炭对钼的负载量达到2-5重量％，进而使制备得到的催化剂具有较好的催化活性。需要说明的是，本实用新型中活化生物炭对金属的负载量指的是催化剂中活性金属原子的质量分数。

根据本实用新型的具体实施例，负载装置300可以为浸渍罐或滚筒浸渍装置。由此，可以进一步提高对活化生物炭进行浸渍处理的效率。

焙烧装置400

根据本实用新型的实施例，焙烧装置400具有负载后生物炭入口401和乙炔制备轻质芳烃催化剂出口402，负载后生物炭入口401与负载后生物炭出口303相连。焙烧装置400适于对负载活性金属的生物炭进行焙烧处理，以便得到乙炔制备轻质芳烃催化剂。

根据本实用新型的具体实施例，对负载活性金属的生物炭进行焙烧处理的温度可以为400-500℃，焙烧时间可以为3-5h。由此，可以将生物炭负载的活性金属盐类充分热解为金属氧化物，并使使催化剂具有足够的强度和热稳定性。

根据本实用新型的具体实施例，在进行焙烧处理之前，可以预先在120℃的温度条件下将负载活性金属的生物炭干燥2-4h。

气液分离装置500

根据本实用新型的实施例，气液分离装置500具有热解油气入口501、生物油出口502和热解气出口503，热解油气入口501与热解油气出口102相连。气液分离装置500适于对热解油气进行气液分离处理，以便得到生物油和热解气。

根据本实用新型的具体实施例，可以采用水冷方式对热解油气进行气液分离。由此，可以脱除热解油气中的大部分油相，得到生物油和热解气，进而可以将热解气用于乙炔制备轻质芳烃的反应气。

根据本实用新型的具体实施例，气液分离装置500可以为间接水冷装置。由此，可以避免得到的生物油和热解气中引入杂质。

乙炔制芳烃反应器600

根据本实用新型的实施例，乙炔制芳烃反应器600设置有乙炔制备轻质芳烃催化剂，乙炔制芳烃反应器600具有反应气入口601和混合产物出口602，反应气入口601分别与热解气出口503和乙炔储罐800相连。乙炔制芳烃反应器600适于将热解气和乙炔在乙炔制备轻质芳烃催化剂的作用下发生催化反应，以便得到含有芳烃的混合物。

根据本实用新型的具体实施例，经过气液分离处理得到的热解气的主要成分为甲烷、氢气和一氧化碳等。发明人发现，将该热解气和乙炔混合共同作为乙炔制备轻质芳烃的反应气时，甲烷可以减少乙炔制芳烃过程中积炭的形成；氢气可参与反应与乙炔生成乙烯等气体，并还原催化剂的活性金属氧化物，提高催化剂的活性，同时减少积炭；此外，一氧化碳可作为稀释气降低乙炔分压，减少积炭的形成。由此，通过将热解气作为乙炔制备轻质芳烃的反应气，可以显著提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率，并使生物质得到有效利用。

根据本实用新型的具体实施例，乙炔与热解气的体积比可以为1：(3-9)。发明人发现，当混合气中乙炔的体积过大时，即混合气中乙炔与热解气的体积比大于1:3时，容易产生积炭，导致催化剂的催化活性降低，不利于乙炔制备轻质芳烃反应的顺利进行；而当混合气中乙炔的体积过小时，即混合气中乙炔与热解气的体积比小于1:9时，乙炔的转化率过低，严重影响乙炔制备轻质芳烃的效率和轻质芳烃的收率。本实用新型中通过控制乙炔与热解气的体积比为1：(3-9)，不仅可以显著提高乙炔的转化率和乙炔制备轻质芳烃的效率以及轻质芳烃的收率，可以减轻催化剂的积炭程度，使催化剂能够长时间保持较好的催化活性，进而进一步提高乙炔制备轻质芳烃的效率。

根据本实用新型的具体实施例，可以以3000-10000h^-1的空速将热解气和乙炔通入乙炔制芳烃反应器600内进行催化反应。发明人发现，当通入热解气和乙炔混合气的空速过小时，乙炔和热解气在乙炔制芳烃反应器600内的停留时间过长，容易深度反应生成重质芳烃，导致轻质芳烃的收率降低；当通入热解气和乙炔混合气的空速过大时，乙炔和热解气在乙炔制芳烃反应器600内的停留时间过短，来不及完全反应，严重影响乙炔的转化率和轻质芳烃的收率。由此，本实用新型中通过选用上述通入热解气和乙炔混合气的空速条件，不仅可以进一步提高乙炔的转化率，还可以显著提高轻质芳烃的收率。

根据本实用新型的具体实施例，乙炔与热解气在乙炔制芳烃反应器600内发生催化反应的温度可以为350-600摄氏度。本实用新型中通过控制催化反应的温度为350-600摄氏度，不仅可以有效维持反应活性的稳定性，还能进一步提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率。

根据本实用新型的具体实施例，乙炔制芳烃反应器600可以为固定床反应器。由此，可以进一步提高热解气和乙炔反应制备轻质芳烃的效率。

分馏装置700

根据本实用新型的实施例，分馏装置700具有混合产物入口701、气体产物出口702、轻质芳烃出口703和重质芳烃出口704，混合产物入口701与混合产物出口602相连。分馏装置700适于对含有芳烃的混合物进行分馏处理，以便分别得到气体产物、轻质芳烃和重质芳烃。

参考图2，根据本实用新型的具体实施例，乙炔制备轻质芳烃的系统可以进一步包括：油洗装置900，油洗装置具有热解气入口901、轻质芳烃入口902、净化热解气出口903和含有焦油的轻质芳烃出口904，热解气入口901与热解气出口503相连，轻质芳烃入口902与质芳烃出口703相连。由此，不仅可以除去热解气中少量难脱除的轻质焦油，还能将焦油富集在轻质芳烃中，进而提高轻质芳烃的收率。

根据本实用新型的具体实施例，可以将经过分馏处理得到的轻质芳烃与经过气液分离处理得到的热解气在油洗装置900中进行逆向接触，以便除去热解气中的焦油类物质。采用气液分离装置500对热解油气进行气液分离时，热解气中仍会含油少量轻质焦油类物质，由于沸点较低而难以通过冷却的方法除去。发明人发现，通过将热解气与轻质芳烃逆向接触，可以溶解热解气中剩余的焦油类物质。由此，不仅可以除去热解气中少量难脱除的轻质焦油，还能将焦油富集在轻质芳烃中，进而提高轻质芳烃的收率。

根据本实用新型的具体实施例，油洗装置900可以为吸收塔。本实用新型中通过采用吸收塔对热解气进行油洗，可以将乙炔制芳烃反应器600输出的轻质芳烃与热解气进行逆向接触，进而有效吸收热解气中含有的少量由于沸点较低而难以通过气液分离处理除去的轻质焦油，由此，不仅可以进一步提高对热解气进行油洗的效率并得到更为纯净的热解气，还能进一步提高轻质芳烃的收率。

为了方便理解本实用新型上述实施例的乙炔制备轻质芳烃的系统，下面对利用乙炔制备轻质芳烃的系统制备轻质芳烃的方法进行详细描述。

根据本实用新型的具体实施例，利用乙炔制备轻质芳烃的系统制备轻质芳烃的方法包括：(1)将生物质送入热解装置100中进行热解处理，以便得到热解油气和生物炭；(2)将生物炭送入活化装置200进行活化处理，以便得到活化生物炭；(3)利用金属盐溶液在负载装置300内对活化生物炭进行浸渍处理，以便得到负载活性金属的生物炭；(4)对负载活性金属的生物炭送入焙烧装置400内进行焙烧处理，以便得到乙炔制备轻质芳烃催化剂；(5)将热解油气通入气液分离装置500内进行气液分离处理，以便得到生物油和热解气；(6)将热解气和乙炔通入乙炔制芳烃反应器600内并在乙炔制备轻质芳烃催化剂的作用下发生催化反应，以便得到含有芳烃的混合物；以及(7)将含有芳烃的混合物通入分馏装置700内进行分馏处理，以便分别得到气体产物、轻质芳烃和重质芳烃。

通过采用本实用新型上述实施例的乙炔制备轻质芳烃的方法，一方面可以利用从生物质热解油气中分离出来的热解气作为乙炔制备轻质芳烃的反应气，另一方面还能利用生物质热解处理得到的生物炭作为催化剂的载体。由此，不仅能够显著提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率，降低乙炔制芳烃的生产成本，还能使生物质得到综合利用，显著有效减少生物质焚烧带来的环境污染问题。

下面参考图3-4对本实用新型上述实施例的乙炔制备轻质芳烃的方法进行详细描述。

S100：将生物质送入热解装置100中进行热解处理，以便得到热解油气和生物炭

根据本实用新型的具体实施例，生物质可以为秸秆、木屑、稻壳、花生壳和玉米芯等农林废弃物，将上述生物质经过粉碎干燥等常规预处理操作后送至热解装置100进行热解处理得到热解油气和生物炭。由此，可以将生物炭以及从热解油气中分离出来的热解气用于乙炔制备轻质芳烃，从而可以在提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率以及降低乙炔制芳烃的生产成本的基础上，使生物质得到综合利用，显著有效减少生物质焚烧带来的环境污染问题。

根据本实用新型的具体实施例，热解处理可以采用高温连续绝氧热解法，由此，不仅可以使生物质热解并得到热解油气和生物炭，还能减少排气量，减轻对大气产生的二次污染。

根据本实用新型的具体实施例，热解处理的温度可以为200-800℃，热解时间可以为0.5-3h。由此，可以使生物质充分热解并得到热解油气和生物炭。优选地，热解处理的热解温度可以为500-700℃，热解时间可以为1-2h，由此，可以进一步提高热解处理的效率。根据本实用新型的具体实施例，热解装置100可以为辐射管加热的旋转床。本实用新型通过在辐射管加热的旋转床内进行热解处理，可以实现对热解温度的精准控制，并保证热解装置100中温度场的均匀性，从而使热解得到的生物炭具有较好的质量稳定性。

S200：将生物炭送入活化装置200进行活化处理，以便得到活化生物炭

根据本实用新型的具体实施例，本实用新型中采用上述活化装置200对生物炭进行的活化处理可以具体包括：利用稀盐酸在酸洗装置210内对生物炭进行酸化处理，以便得到酸处理后的生物炭；利用蒸馏水在水洗装置220内对酸处理后的生物炭进行冲洗至中性并干燥，以便得到中性生物炭；将中性生物炭在多段活化炉230中与水蒸气接触进行活化处理，以便得到活化生物炭。由此，可以进一步提高活化生物炭的比表面积，使活化生物炭能够负载更多的活性金属，进而进一步提高乙炔制备轻质芳烃催化剂的催化活性。

根据本实用新型的具体实施例，发明人发现，经过热解处理得到的生物炭含有少量矿物质和微量油类，其中矿物质中含有的碱金属和碱土金属会严重影响最终所得催化剂的活性。本实用新型中通过采用稀盐酸在酸洗装置210内对生物炭进行酸化处理，一方面可以有效中和生物炭中的碱金属和碱土金属，降低矿物质对催化剂活性造成的不利影响；另一方面，还能有效溶解生物炭中含有的微量油类，从而进一步增加生物炭的比表面积，提高生物炭对活性金属的负载能力，使最终制备得到的催化剂具有更好的催化活性。

根据本实用新型的具体实施例，酸化处理采用稀盐酸的浓度可以为0.1-1mol/L。由此，不仅可以充分中和生物炭中的碱金属和碱土金属，显著降低生物炭中含有的矿物质对催化剂活性造成的不利影响，还能充分溶解生物炭中含有的微量油类，从而进一步增加生物炭的比表面积，提高生物炭对活性金属的负载能力，使最终制备得到的催化剂具有更好的催化活性。具体地，可以边搅拌边向生物炭中加入稀盐酸，直至溶液的pH值不再变化。

根据本实用新型的具体实施例，发明人发现，通过将中性生物炭在多段活化炉230中与水蒸气逆向接触进行活化处理可以显著提高中性生物炭的比表面积和生物炭中微孔的比例，使得到的活化生物炭具有比表面积高、尤其是微孔发达且不具备酸性的特点，进而用作乙炔制备轻质芳烃催化剂载体时，不仅能够负载更多的活性金属元素以提高催化剂的催化活性，而且其发达的微孔结构还能够有效分散活性金属元素，并限制乙炔向高分子化合物转化，另外，由于催化剂载体不具备酸性，还能进一步提高催化剂的稳定性。由此，本实用新型中通过采用上述以活化生物炭为载体制备得到的乙炔制备轻质芳烃催化剂，不仅能够维持反应活性的稳定性，还能提高轻质芳烃的收率，并有效降低生产成本。

根据本实用新型的具体实施例，活化处理处理温度的温度可以为600-1000℃，处理时间可以为1-2h。发明人发现，当活化处理的温度低于600℃时，制备得到的活化生物炭的孔道较少，严重限制了活性生物炭对活性金属的负载量；而当活化处理的温度高于1000℃时，活性生物炭形成的孔道主要为大孔，活性生物炭的比表面积虽然有所提高，但对活性金属的负载量有限，并不能显著提高催化剂的催化活性。本实用新型中通过采用上述活化处理条件，可以进一步使活化处理得到的活性生物炭具有较大的比表面积和发达的微孔结构，活化生物炭比表面积可达到400m²/g以上，从而可以显著提高活化生物炭对活性金属的负载能力，使最终制备得到的催化剂具有更好的催化活性。根据本实用新型的具体实施例，活化处理温度的可以优选800-950℃，发明人发现，通过采用上述优选的活化处理温度，可以进一步使活化生物炭的比表面积达到600m²/g以上，进而可以使制备得到的催化剂的具有更好的催化活性。

S300：利用金属盐溶液在负载装置300内对活化生物炭进行浸渍处理，以便得到负载活性金属的生物炭

根据本实用新型的具体实施例，金属盐溶液可以为活性金属钼的水溶性盐溶液。本实用新型中通过选用上述金属盐溶液可以进一步提高催化剂的催化活性和对轻质芳烃的催化选择性，进而进一步提高轻质芳烃的产率。

根据本实用新型的具体实施例，可以选择对比表面积达到400m²/g以上的活化生物炭进行浸渍处理，由此，可以使活化生物炭具有较好的负载活性金属的能力，进而使制备得到的催化剂的具有较好的催化活性。根据本实用新型的具体实施例，可以优选对比表面积达到600m²/g以上的活化生物炭进行浸渍处理，由此，可以进一步提高活化生物炭对活性金属的负载能力，进而使制备得到的催化剂的具有更好的催化活性。

根据本实用新型的具体实施例，对活化生物炭进行浸渍处理的金属盐溶液的体积可以根据活化生物炭的吸水率进行选择，优选金属盐溶液的体积与活化生物炭的吸水率相当，由此，可以使金属盐溶液中的活性金属能够充分负载到活化生物炭上，避免原料浪费。

根据本实用新型的具体实施例，通过对活化生物炭进行浸渍处理，可以使活化生物炭对钼的负载量达到2-5重量％，进而使制备得到的催化剂具有较好的催化活性。需要说明的是，本实用新型中活化生物炭对金属的负载量指的是催化剂中活性金属原子的质量分数。根据本实用新型的具体实施例，负载装置300可以为浸渍罐或滚筒浸渍装置。由此，可以进一步提高对活化生物炭进行浸渍处理的效率。

S400：对负载活性金属的生物炭送入焙烧装置400内进行焙烧处理，以便得到乙炔制备轻质芳烃催化剂

根据本实用新型的具体实施例，对负载活性金属的生物炭进行焙烧处理的温度可以为400-500℃，焙烧时间可以为3-5h。由此，可以将生物炭负载的活性金属盐类充分热解为金属氧化物，并使催化剂具有足够的强度和热稳定性。

根据本实用新型的具体实施例，在进行焙烧处理之前，可以预先在120℃的温度条件下将负载活性金属的生物炭干燥2-4h。

S500：将热解油气通入气液分离装置500内进行气液分离处理，以便得到生物油和热解气

根据本实用新型的具体实施例，可以采用水冷方式对热解油气进行气液分离。由此，可以脱除热解油气中的大部分油相，得到生物油和热解气，进而可以将热解气用于乙炔制备轻质芳烃的反应气。

根据本实用新型的具体实施例，气液分离装置500可以为间接水冷装置。由此，可以避免得到的生物油和热解气中引入杂质。

S600：将热解气和乙炔通入乙炔制芳烃反应器600内并在乙炔制备轻质芳烃催化剂的作用下发生催化反应

根据本实用新型的具体实施例，经过气液分离处理得到的热解气的主要成分为甲烷、氢气和一氧化碳等。发明人发现，将该热解气和乙炔混合共同作为乙炔制备轻质芳烃的反应气时，甲烷可以减少乙炔制芳烃过程中积炭的形成；氢气可参与反应与乙炔生成乙烯等气体，并还原催化剂的活性金属氧化物，提高催化剂的活性，同时减少积炭；此外，一氧化碳可作为稀释气降低乙炔分压，减少积炭的形成。由此，通过将热解气作为乙炔制备轻质芳烃的反应气，可以显著提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率，并使生物质得到有效利用。

根据本实用新型的具体实施例，乙炔与热解气的体积比可以为1：(3-9)。发明人发现，当混合气中乙炔的体积过大时，即混合气中乙炔与热解气的体积比大于1:3时，容易产生积炭，导致催化剂的催化活性降低，不利于乙炔制备轻质芳烃反应的顺利进行；而当混合气中乙炔的体积过小时，即混合气中乙炔与热解气的体积比小于1:9时，乙炔的转化率过低，严重影响乙炔制备轻质芳烃的效率和轻质芳烃的收率。本实用新型中通过控制乙炔与热解气的体积比为1：(3-9)，不仅可以显著提高乙炔的转化率和乙炔制备轻质芳烃的效率以及轻质芳烃的收率，可以减轻催化剂的积炭程度，使催化剂能够长时间保持较好的催化活性，进而进一步提高乙炔制备轻质芳烃的效率。

根据本实用新型的具体实施例，可以以3000-10000h^-1的空速将热解气和乙炔通入乙炔制芳烃反应器600内进行催化反应。发明人发现，当通入热解气和乙炔混合气的空速过小时，乙炔和热解气在乙炔制芳烃反应器600内的停留时间过长，容易深度反应生成重质芳烃，导致轻质芳烃的收率降低；当通入热解气和乙炔混合气的空速过大时，乙炔和热解气在乙炔制芳烃反应器600内的停留时间过短，来不及完全反应，严重影响乙炔的转化率和轻质芳烃的收率。由此，本实用新型中通过选用上述通入热解气和乙炔混合气的空速条件，不仅可以进一步提高乙炔的转化率，还可以显著提高轻质芳烃的收率。

根据本实用新型的具体实施例，乙炔与热解气在乙炔制芳烃反应器600内发生催化反应的温度可以为350-600摄氏度。本实用新型中通过控制催化反应的温度为350-600摄氏度，不仅可以有效维持反应活性的稳定性，还能进一步提高乙炔的转化率和轻质芳烃的收率。根据本实用新型的具体实施例，乙炔制芳烃反应器600可以为固定床反应器。由此，可以进一步提高热解气和乙炔反应制备轻质芳烃的效率。

S700：将含有芳烃的混合物通入分馏装置700内进行分馏处理，以便分别得到气体产物、轻质芳烃和重质芳烃

参考图4，根据本实用新型的具体实施例，可以将经过分馏处理得到的轻质芳烃与经过气液分离处理得到的热解气在油洗装置900中进行逆向接触，以便除去热解气中的焦油类物质。采用气液分离装置500对热解油气进行气液分离时，热解气中仍会含油少量轻质焦油类物质，由于沸点较低而难以通过冷却的方法除去。发明人发现，通过将热解气与轻质芳烃逆向接触，可以溶解热解气中剩余的焦油类物质。由此，不仅可以除去热解气中少量难脱除的轻质焦油，还能将焦油富集在轻质芳烃中，进而提高轻质芳烃的收率。

根据本实用新型的具体实施例，油洗装置900可以为吸收塔。本实用新型中通过采用吸收塔对热解气进行油洗，可以将乙炔制芳烃反应器600输出的轻质芳烃与热解气进行逆向接触，进而有效吸收热解气中含有的少量由于沸点较低而难以通过气液分离处理除去的轻质焦油，由此，不仅可以进一步提高对热解气进行油洗的效率并得到更为纯净的热解气，还能进一步提高轻质芳烃的收率。

实施例1

将秸秆干燥粉碎后投入热解装置中进行热解，热解温度为500℃，热解时间为2h，得到热解油气和生物炭。在活化装置中，将得到的生物炭放入0.5mol/L的稀盐酸溶液中，边搅拌边加入稀盐酸，至溶液的PH值不再变化为止；利用蒸馏水对稀盐酸处理后的生物炭进行冲洗直至溶液呈中性，过滤得到水洗后的生物炭，在60℃下干燥后于850℃下利用水蒸气与中性生物炭逆向接触进行水蒸气活化处理，处理时间为2h，得到活化生物炭。在负载装置内利用七钼酸铵水溶液对活化生物炭进行浸渍处理，浸渍时间为4h，得到钼负载量为4重量％的生物炭，将负载钼的活性炭于120℃下干燥2h后送入焙烧装置内于450℃下焙烧4h，得到乙炔制备轻质芳烃催化剂。在气液分离装置中对热解油气进行水冷，分离出大部分生物油，得到热解气。在吸收塔中将热解气与轻质芳烃逆向接触脱除热解气中剩余的油相。901

在乙炔制芳烃反应器设置上述乙炔制备轻质芳烃催化剂，使脱除油相的热解气和乙炔与催化剂接触并发生反应，得到含有芳烃的混合物，其中，乙炔与热解气的体积比为1:5、反应温度为500℃、热解气和乙炔的空速为6000h^-1。在分馏装置中对含有芳烃的混合物进行分馏处理，得到气体产物、轻质芳烃和重质芳烃。对气体产物进行气相组成分析，计算乙炔的转化率和乙烯的收率；对液相产物进行GC-MS组成分析，计算轻质芳烃的收率。称取反应管内积炭的质量，计算焦炭产率。

实验结果表明，乙炔转化率接近98％，轻质芳烃产率大于78％，积炭产率小于1.5％。

结论：本实用新型上述实施例的乙炔制备轻质芳烃的方法不仅具有成本低、乙炔转化率和轻质芳烃产率高，催化剂稳定性好、积炭少等优点，还能实现对生物质的资源化利用，解决了环境污染问题，具有较好的经济效益。

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实用新型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实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。