本发明涉及煤直接液化领域，具体地，涉及一种煤直接液化的方法及其系统和煤直接液化产生的尾气的换热方法。
背景技术
通常，煤直接液化系统是整个煤炭直接液化厂工艺系统的最核心系统。在反应系统中，煤粉在一定温度和压力的条件下，在直接液化加氢催化剂的作用下，发生催化热解和加氢裂化等反应，生成液体油、沥青、气体和水等产物。煤炭直接液化工艺的反应系统分为升压、加热和反应，反应器是整个煤炭直接液化厂最核心的设备之一。油煤浆经过进料泵升压后，油煤浆和部分氢气混合进入油煤浆加热炉；部分氢气经过加热炉加热后与加热的油煤浆和氢气混合并入直接液化反应器中进行直接液化反应，出来的气态物料经过急冷油控制一定温度后进入后续分离系统的分离器。
然而，现有技术中，并未对液化反应尾气热量进行充分回收，使得进入空冷的液化反应尾气温度较高，造成大量能量浪费。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有的煤直接液化工艺难以充分回收液化反应尾气热量造成能量浪费的缺陷，提供了一种能够充分地回收热量的煤直接液化的方法及其系统和煤直接液化产生的尾气的换热方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种煤直接液化的方法，其中，该方法包括：
(1)将由油煤浆加热炉加热后的油煤浆和由氢气加热炉加热后的氢气送至直接液化反应器中进行直接液化反应；
(2)将直接液化反应所得的尾气进行急冷处理并气液分离，得到第一尾气；
(i)将所述第一尾气与送至油煤浆加热炉前的油煤浆进行换热，得到换热后的第二尾气；将所述第二尾气与加氢稳定进料油进行换热，得到换热后的第三尾气；将所述第三尾气与送至氢气加热炉前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气，并对第四尾气进行空冷；
或者，(ii)将所述第一尾气与加氢稳定进料油进行换热，得到换热后的第二尾气；将所述第二尾气与送至油煤浆加热炉前的油煤浆进行换热，得到换热后的第三尾气；将所述第三尾气与送至氢气加热炉前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气，并对第四尾气进行空冷；
其中，所述第一尾气的温度>第二尾气的温度>第三尾气的温度>第四尾气的温度。
本发明还提供了一种煤直接液化系统，其中，该系统包括：
油煤浆加热炉：用于加热油煤浆；
氢气加热炉：用于加热氢气；
直接液化反应器：用于将由油煤浆加热炉加热后的油煤浆和由氢气加热炉加热后的氢气送至该直接液化反应器中进行直接液化反应；
急冷管线：用于提供急冷油以对从所述直接液化反应器出来的尾气进行急冷；
第一气液分离器：用于将急冷后的尾气进行气液分离，以得到第一尾气；
该系统还包括：第一换热器、第二换热器、第三换热器和空冷单元；
其中，所述第一换热器用于将所述第一尾气与送至油煤浆加热炉前的油煤浆进行换热，以得到换热后的第二尾气；所述第二换热器用于将所述第二尾气与加氢稳定进料油进行换热，以得到换热后的第三尾气；所述第三换热器用于将所述第三尾气与送至氢气加热炉前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气；所述空冷单元用于对第四尾气进行空冷；
或者，所述第一换热器用于将所述第一尾气与加氢稳定进料油进行换热，以得到换热后的第二尾气；所述第二换热器用于将所述第二尾气与送至油煤浆加热炉前的油煤浆进行换热，以得到换热后的第三尾气；所述第三换热器用于将所述第三尾气与送至氢气加热炉前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气；所述空冷单元用于对第四尾气进行空冷。
本发明进一步提供了一种煤直接液化产生的尾气的换热方法，其中，该方法包括：将油煤浆直接液化反应所得的尾气进行急冷处理并气液分离，得到第一尾气；
(i)将所述第一尾气与送至油煤浆加热炉前的油煤浆进行换热，得到换热后的第二尾气；将所述第二尾气与加氢稳定进料油进行换热，得到换热后的第三尾气；将所述第三尾气与送至氢气加热炉前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气，并对第四尾气进行空冷；
或者，(ii)将所述第一尾气与加氢稳定进料油进行换热，得到换热后的第二尾气；将所述第二尾气与送至油煤浆加热炉前的油煤浆进行换热，得到换热后的第三尾气；将所述第三尾气与送至氢气加热炉前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气，并对第四尾气进行空冷；
其中，所述第一尾气的温度>第二尾气的温度>第三尾气的温度>第四尾气的温度。
本发明的煤直接液化的方法能够实现充分回收利用直接液化尾气热量，减少燃料气消耗，降低煤直接液化单元能耗15％以上。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一种优选的实施方式的煤直接液化系统
附图标记说明
1——油煤浆加热炉；2——氢气加热炉；3——直接液化反应器；
4——急冷管线；5——第一气液分离器；6——第一换热器；
7——第二换热器；8——第三换热器；9——空冷单元；
91——第二气液分离器；92——空冷供气装置；
93——第三气液分离器。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种煤直接液化的方法，其中，该方法包括：
(1)将由油煤浆加热炉加热后的油煤浆和由氢气加热炉加热后的氢气送至直接液化反应器中进行直接液化反应；
(2)将直接液化反应所得的尾气进行急冷处理并气液分离，得到第一尾气；
(i)将所述第一尾气与送至油煤浆加热炉前的油煤浆进行换热，得到换热后的第二尾气；将所述第二尾气与加氢稳定进料油进行换热，得到换热后的第三尾气；将所述第三尾气与送至氢气加热炉前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气，并对第四尾气进行空冷；
或者，(ii)将所述第一尾气与加氢稳定进料油进行换热，得到换热后的第二尾气；将所述第二尾气与送至油煤浆加热炉前的油煤浆进行换热，得到换热后的第三尾气；将所述第三尾气与送至氢气加热炉前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气，并对第四尾气进行空冷；
其中，所述第一尾气的温度>第二尾气的温度>第三尾气的温度>第四尾气的温度。
本发明还提供了一种煤直接液化系统，其中，该系统包括：
油煤浆加热炉1：用于加热油煤浆；
氢气加热炉2：用于加热氢气；
直接液化反应器3：用于将由油煤浆加热炉1加热后的油煤浆和由氢气加热炉2加热后的氢气送至该直接液化反应器3中进行直接液化反应；
急冷管线4：用于提供急冷油以对从所述直接液化反应器3出来的尾气进行急冷；
第一气液分离器5：用于将急冷后的尾气进行气液分离，以得到第一尾气；
该系统还包括：第一换热器6、第二换热器7、第三换热器8和空冷单元9；
其中，所述第一换热器6用于将所述第一尾气与送至油煤浆加热炉1前的油煤浆进行换热，以得到换热后的第二尾气；所述第二换热器7用于将所述第二尾气与加氢稳定进料油进行换热，以得到换热后的第三尾气；所述第三换热器8用于将所述第三尾气与送至氢气加热炉2前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气；所述空冷单元9用于对第四尾气进行空冷；
或者，所述第一换热器6用于将所述第一尾气与加氢稳定进料油进行换热，以得到换热后的第二尾气；所述第二换热器7用于将所述第二尾气与送至油煤浆加热炉1前的油煤浆进行换热，以得到换热后的第三尾气；所述第三换热器8用于将所述第三尾气与送至氢气加热炉2前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气；所述空冷单元9用于对第四尾气进行空冷。
以下将对本发明的煤直接液化方法及其系统进行嵌套说明，但是应当理解的是，本发明的煤直接液化方法和系统可以各自独立地存在，并不相互受限制。
根据本发明，本发明的方法通过将煤液化反应后的尾气所携带的热量经过至少三次换热，得到了温度偏低的尾气后再进行空冷，这样大大节约了能源，促进了煤直接液化工艺的能量的循环利用。为了能够更为有效地控制换热过程和能量利用，优选地，所述第二尾气的温度为300-380℃，更优选为320-350℃，例如为330-340℃。优选地，所述第三尾气的温度为240-300℃，更优选为250-300℃，例如为270-280℃。优选地，所述第四尾气的温度为150-240℃，更优选为180-220℃，例如为190-200℃。至于第一尾气的温度则是本领域煤直接液化的气态产物经过急冷和第一气液分离(通常可称为热高分)后所得尾气的温度，本发明对此并无特别的限定，例如所述第一尾气的温度为380-450℃，优选为400-440℃，例如为420-430℃。
根据本发明，如上所述的，上述换热的过程包括两种方式，即方式(i)和方式(ii)，其中，方式(i)中油煤浆先换热而后再是加氢稳定进料油进行的换热，方式(ii)则是先加氢稳定进料油换热而后再是油煤浆的换热。经过这两种方式都可以实现对煤液化尾气携带热量的良好回收利用，但是这两种方式相比，更优选采用方式(i)，原因在于煤液化尾气与油煤浆温差大，有利于缩短油煤浆所需换热时间。
其中，换热前的油煤浆的温度可以本领域常规的进入油煤浆加热炉1前的油煤浆的温度，例如可以为170-200℃。那么在采用方式(i)下，通常情况下经过换热后的油煤浆的温度可以达到260-290℃。而采用方式(ii)下，通常情况下经过换热后的油煤浆的温度可以达到260-290℃。本发明对油煤浆并无特别的限定，可以采用本领域常规的各种油煤浆，应当理解的是，油煤浆指的是循环溶剂油和煤粉混合形成的浆料，其中，所述油煤浆的浓度例如为40-50重量％。该待换热的油煤浆可以是加压后的高压油煤浆，其压力例如可以为10-15mpa。
该油煤浆的换热可以在换热器中进行，对于方式(i)来说，如图1所示的，油煤浆通过第一换热器6与来自第一气液分离器5的第一尾气进行换热；对于方式(ii)来说(未示出)，则是将油煤浆通过第二换热器7与来自第一换热器6的第二尾气进行换热；也即，第一气液分离器5的顶部气体出口与第一换热器6的气体入口连通，第一换热器6的气体出口与第二换热器7的气体入口连通。而油煤浆的管线在方式(i)中与第一换热器6的待换热物料入口连通，油煤浆的管线在方式(ii)中与第二换热器7的待换热物料入口连通。其中，本发明采用的换热器为本领域常规的换热装置，本发明对此并无特别的限定。
其中，换热前的加氢稳定进料油的温度可以本领域常规的加氢稳定进料油的温度，例如可以为200-230℃。那么在采用方式(i)下，通常情况下经过换热后的加氢稳定进料油的温度可以达到240-270℃。而采用方式(ii)下，通常情况下经过换热后的加氢稳定进料油的温度可以达到240-270℃。本发明对加氢稳定进料油并无特别的限定，可以采用本领域常规的各种加氢稳定进料油，例如为煤液化油、煤焦油或重质油等。应当理解的是，该加氢稳定进料油是用于生产循环溶剂油，其主要通入至加氢稳定装置中。
如油煤浆那样，该加氢稳定进料油的换热可以在换热器中进行，对于方式(i)来说，如图1所示的，加氢稳定进料油通过第二换热器7与来自第一换热器6的第二尾气进行换热；对于方式(ii)来说(未示出)，则是将加氢稳定进料油通过第一换热器6与来自第一气液分离器5的第一尾气进行换热；也即，加氢稳定进料油的管线在方式(i)中与第二换热器7的待换热物料入口连通，加氢稳定进料油的管线在方式(ii)中与第一换热器6的待换热物料入口连通。
其中，换热前的氢气的温度可以本领域常规的进入氢气加热炉2前的氢气的温度，例如可以为110-140℃。经过与第三尾气换热后，该氢气的温度可以提高至230-260℃。该待换热的氢气可以是加压后的高压氢气，其压力例如可以为15-20mpa。
如前述换热那样，该氢气的换热可以在换热器中进行。对于方式(i)和(ii)来说，换热的设置并无特别的变化，如图1所示的，将氢气通过第三换热器8与来自第二换热器7的第三尾气进行换热。换句话说，第二换热器7的气体出口与第三换热器8的气体入口连通，氢气的管线与第三换热器8的待换热物料的入口连通。
根据本发明，步骤(1)中，油煤浆的直接液化反应为本领域常规的直接液化反应过程，本发明对此并无特别的限定，例如，所述直接液化反应的条件包括：温度为450-480℃，反应压力为15-20mpa。其中，在进行直接液化反应前，需要将油煤浆和氢气送至各自的加热炉中进行加热，特别是，通常还将部分氢气(占总氢气用量的20-40体积％)与油煤浆一起通入至油煤浆加热炉中进行加热。该各自的加热过程可以为本领域常规的加热过程，例如，由油煤浆加热炉1加热后的油煤浆的温度为360-390℃，由氢气加热炉2加热后的氢气的温度为450-500℃。应当理解的是，在本发明中，该送至油煤浆加热炉1中的油煤浆是经过本发明的换热后的油煤浆，通入的部分氢气也是经过本发明的换热后的氢气，该送至氢气加热炉2中的氢气也是经过本发明的换热后的氢气。
其中，该直接液化反应在直接液化反应器3中进行，本发明对所述直接液化反应器3并无特别的限定，可以采用本发明常规的各种直接液化反应器，只要能够用于进行煤直接液化反应即可。如图1所示的，该直接液化反应器3的下部进料口与油煤浆加热炉1和氢气加热炉2的出料口连通，特别是油氢气加热炉2的出料口连通的管线与油煤浆加热炉1的出料口连通的管线汇合后，再与直接液化反应器3的下部进料口连通，由此便可实现将加热后的油煤浆和氢气的混合物送至直接液化反应器3中。此外，对于方式(i)来说，第一换热器6的换热物料出口与油煤浆加热炉1的进料口连通，对于方式(ii)来说，第二换热器7的换热物料出口与油煤浆加热炉1的进料口连通，由此便可将换热后的油煤浆送至油煤浆加热炉1中加热。而对于氢气来说，第三换热器8的换热物料出口分别与油煤浆加热炉1的进料口以及氢气加热炉2的进料口连通，这样便可将部分的氢气送至油煤浆加热炉1中与油煤浆一起加热，另一部分氢气则送至氢气加热炉2中进行加热。
根据本发明，步骤(2)中，对于急冷处理例如可以采用急冷油的方式对直接液化反应的气态产物进行急冷，而后再进行气液分离。该过程相当于煤直接液化领域的热高分过程，因此，本发明对此也并无特别的限定，可以采用本领域常规的热高分方法，该气液分离后便可得到第一尾气，优选该过程使得所述第一尾气的温度为380-450℃，优选为400-440℃。
其中，如图1所示，直接液化反应器3的顶部气体出口与第一气液分离器5的中部物料入口连通，而中途经过提供急冷油的管线4而进行急冷处理。在第一气液分离器5中进行气液分离后，油渣从第一气液分离器5的底部物料出口排出，所得的第一尾气则进入到第一换热器6中。
根据本发明，如前所述的，第四尾气还需进行空冷。该空冷过程可以使得第四尾气将至降低的温度，例如该空冷使得第四尾气的温度降低至20-60℃，例如为30-50℃。
如图1所示的，该空冷过程可以在空冷单元9中进行，该空冷单元9可以包括第二气液分离器91、空冷供气装置92和第三气液分离器93。也即第四尾气从第三换热器8的气体出口排出后，进入到第二气液分离器91中，通过空冷供气装置92提供的压缩空气而进行冷却，从第二气液分离器91的底部排出重油等，从顶部排出尾气再进入至第三气液分离器93中，以被空冷供气装置92提供的压缩空气再次冷却，从而得到从第三气液分离器93的底部排出轻油等，顶部排出低温的尾气(该尾气可以理解为没有换热价值的尾气，但是该尾气仍然可以通过本领域常规的其他的进一步处理)。本发明对第二气液分离器91、空冷供气装置92和第三气液分离器93并未特别的限定，可以为本领域常规的空冷单元所需的相关装置。其中，第二气液分离器91可以理解为煤直接液化工艺中的温高分单元，第三气液分离器93可以理解为煤直接液化工艺中的低高分单元。
尽管，本发明对于煤直接液化工艺中的其他单元结构并无具体的描述，但是应当理解的是，除了本发明所设置的改进结构，本发明的煤直接液化的方法及其系统还可以包括本领域的煤直接液化的方法及其系统的其他常规的步骤和结构，本发明对此并无特别的限定。
本发明进一步提供了一种煤直接液化产生的尾气的换热方法，其中，该方法包括：将油煤浆直接液化反应所得的尾气进行急冷处理并气液分离，得到第一尾气；
(i)将所述第一尾气与送至油煤浆加热炉前的油煤浆进行换热，得到换热后的第二尾气；将所述第二尾气与加氢稳定进料油进行换热，得到换热后的第三尾气；将所述第三尾气与送至氢气加热炉前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气，并对第四尾气进行空冷；
或者，(ii)将所述第一尾气与加氢稳定进料油进行换热，得到换热后的第二尾气；将所述第二尾气与送至油煤浆加热炉前的油煤浆进行换热，得到换热后的第三尾气；将所述第三尾气与送至氢气加热炉前的氢气进行换热，得到换热后的第四尾气，并对第四尾气进行空冷；
其中，所述第一尾气的温度>第二尾气的温度>第三尾气的温度>第四尾气的温度。
该换热方法所涉及的操作可以参考上文中的任意描述，本发明在此不再赘述。
本发明的煤直接液化的方法能够实现充分回收利用直接液化尾气热量，减少燃料气消耗，降低煤直接液化单元能耗15％以上。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中：
图1所示的煤直接液化系统中，油氢气加热炉2的出料口连通的管线与油煤浆加热炉1的出料口连通的管线汇合后，再与直接液化反应器3的下部进料口连通；直接液化反应器3的顶部气体出口与第一气液分离器5的中部物料入口连通，而中途经过提供急冷油的管线4而进行急冷处理；从第一气液分离器5的底部物料出口排出油渣；第一气液分离器5的顶部气体出口与第一换热器6的气体入口连通，第一换热器6的气体出口与第二换热器7的气体入口连通，第二换热器7的气体出口与第三换热器8的气体入口连通，第三换热器8的气体出口与第二气液分离器91的物料入口连通，空冷供气装置92的一端出口与第二气液分离器91的空气入口连通，空冷供气装置92的另一端出口与第三气液分离器93的空气入口连通，第二气液分离器91的气体出口与第三气液分离器93的物料入口连通，第二气液分离器91的底部出口排出重油，第三气液分离器93的底部出口排出轻油且顶部出口排出尾气；油煤浆管线与第一换热器6的待换热物料入口连通，而第一换热器6的换热物料出口与油煤浆加热炉1的进料口连通；加氢稳定进料油(液化油)的管线与第二换热器7的待换热物料入口连通，氢气的管线与第三换热器8的待换热物料入口连通，而第三换热器8的换热物料出口分别与油煤浆加热炉1的进料口和氢气加热炉2的进料口连通。
油煤浆是循环溶剂油和煤粉混合的浆料，煤粉浓度为45重量％。
加氢稳定进料油是煤液化重油，来自煤液化单元常减压分离装置。
实施例1
本实施例用于说明本发明的煤直接液化的方法及其系统。
采用图1所示的系统，将直接液化反应器3中进行液化反应(反应温度为450℃，压力为19.5mpa)后的气态物料经过提供急冷油的管线4进行急冷处理后进入第一气液分离器5中进行气液分离，得到第一尾气(尾气量约200t/h，温度为420℃，压力为19mpa)；将第一尾气通过第一换热器6与高压油煤浆(流量为600t/h，压力为19mpa，换热前的温度为180℃)进行换热，得到温度为280℃的高压油煤浆，以及温度降至330℃的第二尾气；将第二尾气送至第二换热器7中与加氢稳定进料油(流量为450t/h，压力为13mpa，换热前的温度为210℃)进行换热，得到温度为250℃的加氢稳定进料油，以及温度降至280℃的第三尾气；将第三尾气送至第三换热器8中与高压氢气(流量为20万nm3/h，压力为19mpa，换热前的温度为130℃)进行换热，得到温度为250℃的氢气，以及温度降至200℃的第四尾气，第四尾气送至空冷至50℃；其中，换热后的高压油煤浆与部分换热后的氢气(流量为6万nm3/h)送至油煤浆加热炉1中进行加热，得到温度为370℃的油煤浆；将另一部分换热后的氢气(流量为14万nm3/h)送至氢气加热炉2中进行加热，得到温度为480℃的氢气；而后将加热的氢气和加热的油煤浆送入液化反应器3中进行反应，如此循环操作。
其中，第一换热器6的换热负荷约20mw，第二换热器7的换热负荷约10mw，第三换热器8的换热负荷约10mw，第四尾气空冷的热负荷约30mw，油煤浆加热炉1的负荷为35mw，氢气加热炉2的负荷约12mw。
对比例1
根据实施例1所述的方法，不同的是，将第一尾气通过第一换热器6与与高压氢气进行换热，得到温度为390℃的氢气，以及温度降至330℃的第二尾气；将第二尾气通过第二换热器7与加氢稳定进料油进行换热，得到温度为250℃的加氢稳定进料油，以及温度降至280℃的第三尾气，第三尾气直接送至空冷至50℃；而高压油煤浆并不进行换热，从而将未换热的高压油煤浆(流量为600t/h，压力为19mpa，未换热的温度为180℃)与部分换热后的氢气(流量为6万nm3/h)送至油煤浆加热炉1中进行加热，得到温度为370℃的油煤浆；将另一部分换热后的氢气(流量为14万nm3/h)送至氢气加热炉2中进行加热，得到温度为480℃的氢气；而后将加热的氢气和加热的油煤浆送入液化反应器3中进行反应，如此循环操作。
其中，第一换热器6的换热负荷约20mw，第二换热器7的换热负荷约10mw，第四尾气空冷的热负荷约40mw，油煤浆加热炉1的负荷为45mw，氢气加热炉2的负荷约12mw。
通过实施例1和对比例1的热负荷可以看出，本发明的煤直接液化的方法可以降低煤直接液化的系统的负荷，从而减低煤直接液化的系统的能耗15％以上。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。