大型煤化工空分技術(shù)與設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀分析

金鑫（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司，寧夏銀川 750411）

大型煤化工空分技術(shù)與設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀分析

金鑫（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司，寧夏銀川 750411）

文章首先簡(jiǎn)要闡述了煤化工空分技術(shù)的研究進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上，對(duì)大型煤化工空分技術(shù)與設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行論述。期望通過(guò)本文的研究能夠?qū)Υ龠M(jìn)空分技術(shù)設(shè)備在我國(guó)大型煤化工生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用有所幫助。

大型煤化工；空分技術(shù)；設(shè)備；發(fā)展

1 煤化工空分技術(shù)的研究進(jìn)展

相關(guān)研究結(jié)果表明，在工藝流程不同的情況下，對(duì)煤化工空分裝置的能耗影響也不相同，最高能耗約為5%左右。目前，隨著我國(guó)煤化工行業(yè)的不斷發(fā)展，其對(duì)于氣體產(chǎn)品種類的要求越來(lái)越多，通常情況下，需要一套裝置來(lái)生產(chǎn)和輸送壓力等級(jí)和流量均不相同的氣體，由此才能使相關(guān)工藝的運(yùn)行、各類儀器儀表的調(diào)節(jié)以及裝置密封等方面的需求得到滿足，即便采用規(guī)模相同的裝置，由于使用者的需求不同，也會(huì)使裝置在一些細(xì)節(jié)上存在差異。正是基于上述原因，推動(dòng)了空分技術(shù)和裝置的多樣化發(fā)展趨勢(shì)，并且這也是空分技術(shù)在未來(lái)一段時(shí)期的主流發(fā)展方向。目前，在對(duì)煤化工生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，大部分設(shè)計(jì)人員都會(huì)借助計(jì)算機(jī)軟件，由此除了能夠縮短設(shè)計(jì)周期之外，還能模擬出工藝流程的最佳形式，同時(shí)，可在計(jì)算機(jī)上對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。實(shí)際設(shè)計(jì)中使用較多的軟件有如下幾種：Aspen流程模擬系統(tǒng)，還系統(tǒng)可應(yīng)用于過(guò)程熱力學(xué)的衡算；Hysys流程模擬平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)能夠?qū)εc流程和單元操作相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行集成式模擬，并且還能對(duì)有關(guān)的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

在大型煤化工的過(guò)程中，氧氣是必不可少的因素之一，大體上可將氧氣產(chǎn)品的壓力分為兩個(gè)等級(jí)，即4.5-5.2MPa的中壓和6.4-9.8MPa的高壓，這兩個(gè)等級(jí)的氧氣壓力能夠與不同的煤化工生產(chǎn)工藝相匹配，在這一基礎(chǔ)上，杭氧開(kāi)發(fā)出了內(nèi)壓縮流程，該流程又分為三種中壓和五種高壓。根據(jù)制冷量產(chǎn)生方式的不同，空分裝置可分為兩種類型，一種是空氣膨脹，另一種是氮?dú)馀蛎洠ㄟ^(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，前者在能耗方面要低于后者，但是空壓機(jī)的出口部位有部分氣體會(huì)參與膨脹制冷過(guò)程，由此影響了產(chǎn)品的提出率；后者的能耗雖然較前者高一些，但作為膨脹工質(zhì)，氮?dú)獾募儍舫潭雀撸氖褂糜欣麥p少膨脹機(jī)的磨損。通過(guò)模擬分析的方法對(duì)能耗進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，膨脹方式的選擇還與氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)量的比例有著一定的關(guān)聯(lián)。

2 大型煤化工空分技術(shù)與設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)大中型空分設(shè)備技術(shù)經(jīng)歷了多次技術(shù)變革，如鋁帶蓄冷器凍結(jié)高低壓技術(shù)、切換式換熱器自清除全低壓技術(shù)、石頭蓄冷器凍結(jié)全低壓技術(shù)、常溫分子篩凈化增壓膨脹技術(shù)、常溫分子篩凈化全低壓技術(shù)、規(guī)模填料上塔技術(shù)、全精餾無(wú)氫制氬技術(shù)等。每一次的技術(shù)變革均在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，

尤其是針對(duì)單元部機(jī)的技術(shù)快速發(fā)展，推動(dòng)了空分設(shè)備技術(shù)水平的不斷提升。從當(dāng)前我國(guó)大型煤化工的發(fā)展情況來(lái)看，空分技術(shù)呈現(xiàn)出以下發(fā)展態(tài)勢(shì)。

2.1 空分設(shè)備趨于大型化

為了滿足不同煤化工生產(chǎn)工藝流程的要求，一些用戶紛紛提出了8萬(wàn)和9萬(wàn)m3/h等級(jí)空分設(shè)備的技術(shù)詢價(jià)書(shū)，由此表明，這兩個(gè)等級(jí)設(shè)備的市場(chǎng)需求量出現(xiàn)了一定程度的增長(zhǎng)，因此，未來(lái)一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)在完成6萬(wàn)m3/h設(shè)備研發(fā)的基礎(chǔ)上，加大對(duì)8萬(wàn)和9萬(wàn)m3/h等級(jí)空分設(shè)備的研究力度，逐步攻克技術(shù)難題，找到最佳的解決方案，爭(zhēng)取在較短的時(shí)間開(kāi)發(fā)出8萬(wàn)-10萬(wàn)m3/ h等級(jí)的空分設(shè)備，從而促使該設(shè)備朝著大型化的趨勢(shì)發(fā)展，以此來(lái)滿足大型煤化工生產(chǎn)工藝的需要。

2.2 提升關(guān)鍵部機(jī)的工作效率

2.2.1 開(kāi)發(fā)多層冷凝蒸發(fā)裝置

因膜式主冷不存在液位，所以使其具備溫差極小的特點(diǎn)。但是，膜式主冷卻面臨著安全性問(wèn)題。這就迫切需要開(kāi)發(fā)多層浴式主冷凝蒸發(fā)器，如三層或四層，以有效降低主冷蒸發(fā)側(cè)液氧柱的高度，進(jìn)而達(dá)到降低冷溫差的目的，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，這也是冷凝蒸發(fā)器今后發(fā)展的重要方向。

2.2.2 用液體膨脹機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能

在基于內(nèi)壓縮流程的大型空分設(shè)備中，需要將高壓液空送入下塔進(jìn)行精餾，這股液空來(lái)源于高壓板翅式換熱器的冷端。在送入過(guò)程中傳統(tǒng)做法是設(shè)置一個(gè)高壓液空節(jié)流閥，液空在經(jīng)過(guò)節(jié)流閥時(shí)被截留到下塔，在壓力作用下進(jìn)入塔內(nèi)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及節(jié)能要求的不斷提高，傳統(tǒng)做法逐步被淘汰，當(dāng)前多采用液體膨脹機(jī)進(jìn)行高壓液空送塔，該技術(shù)具備以下優(yōu)勢(shì)：利用液體膨脹機(jī)制冷能夠通過(guò)大幅度降低制冷量，減少能源消耗。而在傳統(tǒng)做法中，需要?dú)怏w膨脹機(jī)提供這部分冷量，不利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)；在膨脹過(guò)程中，液體膨脹機(jī)可產(chǎn)生動(dòng)能促使發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)；與設(shè)置節(jié)流閥相比，利用液體膨脹機(jī)能夠通過(guò)降低液體焓值來(lái)有效降低膨脹后的氣體溫度，減小汽化率，提高氧提取率。通過(guò)調(diào)查研究顯示，采用液體膨脹機(jī)可節(jié)能2%～3%。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在大型煤化工生產(chǎn)中，空分技術(shù)與設(shè)備是不可或缺的重要組成部分之一，本文在簡(jiǎn)要闡述空分技術(shù)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，對(duì)該技術(shù)及其設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。在未來(lái)一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)空分設(shè)備的研究力度，除對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和完善之外，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求，開(kāi)發(fā)更多類型的空分設(shè)備，這對(duì)于推動(dòng)我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

[1]張建府.大型煤化工空分技術(shù)與設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀[J].煤化工, 2012,40(3):10-12.

[2]趙躍.大型煤化工空分技術(shù)與設(shè)備發(fā)展探究[J].中國(guó)科技博覽,2014(4):595-595.

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金鑫（1988-）男，回族，寧夏銀川人，本科學(xué)歷，神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司，助理工程師，研究方向：深冷技術(shù)。