煤化工中大型空分設備1的應用初探

劉柱元（神華包頭煤化工分公司內蒙古包頭014010）

國際石油價格瘋漲“煤代油”的相關政策和戰略已經被列入了相關的能源文件中，其中以潔凈煤的利用為首得到了大多數人的關注。在冶金、煤化工、石油化工中比較常見的一種設備就是大型空分設備，這種設備是指以空氣作為原材料進行一系列的循環壓縮和深度冷凍等方法使其變為液態的，然后再利用氧氣、氮氣、氬氣的沸點不同進行精餾使氧氣、氬氣和氮氣等等的惰性氣體從液態的空氣中分離出來的一種設備。近幾年空分設備的快速有序發展對于我國煤化工業有重要的影響，在煤化工產業中主要運用到的是比較大型的空分設備。

一、煤化工行業

煤化工行業主要包含了煤的氣化、液化、加工等方面，這些過程中都需要大量的氧氣，空分設備更是必不可少的。尤其是在“煤代油”的政策大力開展之后給空分設備的發展帶來了機遇。

我國國內的空分設備制造廠商正在極力擴展產業鏈、引進先進的技術和優秀人才來滿足快速發展的煤化工產業的需求，打造產品更精規模更大的設備生產基地。作為煤化工的主要工作項目煤制油項目預計到2015年將要達到年產3000萬的目標，依據我國現有的工藝水平，我國煤制油中空分設備對煤和氧氣的需求比例為每10萬噸的煤需要1.35萬～1.4萬立方米的氧氣。截止到2015年將會發展到每小時對氧氣的需求量達到415萬～420萬立方米。我國現在使用的大型空分設備主要是5萬～6萬等級3的，那么到2015年我國總的空分設備每小時的需氧量將達到1050～1140萬立方米，這樣的需氧量是要20套到25套3萬級以上的空分設備來完成的。

國外的一些工業強國9萬等級的空分設備正在使用運行中，11萬等級的設備也已經研制成功準備投入使用，我國才剛剛將6萬等級的設備研制成功并且試車。這就是我國經濟發展總是不能大幅度提高的關鍵。

二、空分設備在煤化工行業中的應用

對于煤化工行業我們將它分為兩個方面來進行詳細探究：

(1)煤氣化

煤氣化是先進煤化工工業中的一項重要的單元技術，煤的氣化工藝主要分為熔融床、氣流床、移動床和流化床四種，在煤氣化中氧氣主要是作為氣化劑進行反應的，產生的合氣可生產出氨、甲醇和燃氣等方便人們的生活。Texaco和Shell法是現在比較常用的煤氣化方法，Texaco方法全稱為Texaco水煤漿氣化工藝，主要工作原理是先將原料煤磨制成水煤漿，之后泵送進入氣化爐產生氣化后的煤，達到煤氣化的目的。Shell方法也叫Shell干煤粉氣化工藝，是在高溫加壓的環境下進行的，這種工藝是最為先進的煤氣化技術，在高溫和高壓的環境下CO2和H2會以氣態的方式揮發掉，這樣剩下的就只有一些比較難以揮發的惰性氣體，從而達到煤氣化的目的。

(2)煤液化

煤的液化分為兩種類型即直接液化和間接液化。

我們先來說說煤的直接液化，這種新興技術是直接將煤在450℃和10～30MPa的高溫高壓下與氫氣一同反應產生液化的煤，然后在對產物進行進一步的分餾生成最后的產品，也就是汽油、柴油等等一些生活中比較常用的產品。我國現在為了提高直接液化的生產效率正在從引進新工藝和研制新型的高效催化劑兩個方面進行開發研究。

煤的間接液化是先將煤氣化得到CO和H2，之后運用F-T合成來得到我們所需要的機器燃料油和其他的一些化工產品，這種方法比直接液化節省原材料。

三、大型空分設備的發展趨勢4

結合近五十年來大型空分設備的演變趨勢，我們從以下幾個方面進行以后發展趨勢的分析：

1、單套空分設備向大規模方向發展

我國現在主要用的是5～6萬級的空分設備，現階段的難題就是解決8萬級空分設備存在的一些技術上的難題。我國的最終目的是達到10萬等級空分設備生產，我們不斷摸索著總結技術難點并且積極尋找解決方案。

2、提高關鍵部機的效率

這里的關鍵部機主要是指篩板下塔和冷凝蒸發器，我國目前的篩板下塔阻力在16～20KPa，如果能夠使用規整填料塔那么阻力就會降低到4～5KPa。阻力減少我國每年至少可以節約電費30～40萬元。要是能夠把規整填料進一步精餾以減少填料下塔的高度這樣就更加能夠節約資金，我國現在正在積極地研究新的精餾方案。

3、液體膨脹機取代傳統的高壓節流閥

液體膨脹機能夠達到節能的目的，當液體在膨脹的過程中其焓值會降低，這樣就更容易下塔的精餾，能夠提高空分設備氧氣的提取率。

四、總結

綜上所述，由于我國發展需求的推動，空分設備必須向大型化發展。

煤化工5對空分設備的發展需求也日益增長，我國現在正處于供不應求的狀況下，新的設備生產方案還在研究之中，特別是現在石油資源緊缺“煤代油”已經成為熱點話題，我們需要更多的專業人士的參與并且與相關的領域延展不能只是封閉在自己的領域中，這樣大型空分設備就會發展成為一種多元化能夠適應市場需求的完善的設備市場體系。

[1]高晉生,張德祥:煤液化技術 北京:化學工業出版社,20051

[2]毛央平：新型高效冷凝器及其安全性分析深冷技術2004年

[3]駱仲泱,王勤輝,方夢祥,等：煤的熱電氣多聯產技術及工程實例 北京:化學工業出版社

[4]倪劍剛：空分設備在灰熔聚粉煤氣化工程中的應用 通用機械,2002,(1)

[5]楊涌源：空分設備與煤氣化聯合循環發電的結合方式與流程選擇 深冷技術,2004,(2)

[6]廖志鵬：大型低溫空分裝置的技術現狀和前景趨勢中國空分設備公司

注釋：

1趙小瑩：空分產品的應用領域及其發展[J]低溫與特氣,2004,22

2趙小瑩：空分設備在煤化工中的應用[J]低溫與特氣,2006,24(3)

3程典：4萬等級大型空分設備國產化的經驗和體會[J]通用機械,2006,11

4顧福民：國內外空分發展現狀與展望(上)低溫與特氣,2005:23(3)

5郭樹才：煤化工[M].北京:冶金工業出版社,1991