淺析大型煤化工空分技術與設備發展

劉冬花

摘要：近年來，隨著科學技術的更新換代，我國煤化工產業也在不斷發生著改變。目前，我國新興的煤化工企業中所應用的煤氣化裝置、設備大都應用純氧或者富氧的氣化操作方式，由此，在這種情況下，如何通過恰當的方式獲得穩定的、優質的、高性價比的純氧空氣就成為了我國煤化工企業管理者們所研究的重點。其中空氣分離法（即空分法）的出現在很大程度上為我國煤化工企業獲取優質的富氧、純氧空氣提供了可能，并逐漸的被我國煤化工企業所應用開來。就此，本文淺析大型煤化工空分技術與設備發展。

關鍵詞：大型煤化工；空分技術；設備；發展研究

1空分技術現狀

目前，空分技術工藝主要存在三種：變壓吸附工藝、膜分離工藝、低溫精餾工藝。變壓吸附工藝：在實際應用中，變壓吸附技術主要是利用分子篩作吸附劑，受分子篩的影響，空氣中含有的氧分子和氮分子，能產生吸附力差異。經過一段時間后，能實現分子分離。完成后，再對經過分離的氧分子和氮分子進行卸壓。完成卸壓步驟后，可重復使用分子篩。在實際應用中，因為可以反復使用分子篩，所以成本較低，吸附工藝操作難度不高，獲得的氧分子和氮分子質量不高；膜分離工藝：在實際應用中，膜分離技術主要是利用氣體在膜中溶解及系數的差異原理，利用滲透速度，實現空氣分離。分離膜的質量，直接影響空氣分離效果。當空氣通過膜時，受到分離膜作用，能實現氣體有效分離，分為滲透快的氣體及滲透慢的氣體，在空氣原料作用下，膜兩側的氣體，能自然分離，不過為了保障產率，在實際操作過程中，多使用催化劑，并要經過凈化預處理系統。在眾多工藝中，膜分離工藝具有靈活性優勢。具體應用時，通過使用不同纖維材質膜，能獲得各類以及不同純度的氣體產品。經過實踐驗證，膜分離工藝的運用，壓力越大，則產率就越高；低溫精餾工藝：在低溫深冷空氣分離工藝基礎上，通過完善和改進，形成低溫精餾工藝。其主要是利用空氣中氮氧分子的物理特性，最終實現分離。因為氧分子與氮分子的沸點差異，在高壓低溫條件下，要先液化空氣，再進行精餾，傳熱分離液態空氣，實現氧分子及氮分子的有效分析。低溫精餾工藝比膜分離工藝有一定優勢，產品純度較高。不過此工藝流程較復雜，而且裝置啟動時間較長，加之裝置使用不便，初始化成本較高，因此阻礙了其應用。

2煤化工空分裝置工藝選擇要點

2.1優先選擇空氣低溫液化精餾工藝

從市場需求角度來說，對產品質量有較高要求。在選擇生產工藝時，要堅持安全性、穩定性及高效性原則，避免空分裝置故障，引發各類危險事故。就空分裝置工藝發展現狀來說，低溫精餾工藝相對完善。其雖操作復雜，難度較大，且投資成本較高，不過產品的精度較高，適用于大型煤化工生產工藝。

2.2合理選擇熱交換方式

煤化工的不斷發展，對大型空分產氣量，有更高要求，達到了每小時幾萬立或百萬立。目前，國家積極開展產業布局調整，使大型煤化工朝向中西部方向發展，此類地區水資源緊張，因此使用空分裝置，多采取空冷方式，進行氣體換熱。通常來說，大型煤化工工藝都配套電廠，生產用電成本較低。為大型蒸汽透平排氣換熱，提供輔助的空冷島裝置，只有首次成本高，后續運行費用較低，僅幾個低轉速電機運行的電能消耗。電機帶動風機運行，利用風冷代替水冷，不僅節省了水資源，解決了資源短缺問題，而且實現了成本節約。

2.3做好安全性的把控

從煤化工工程實際來說，為滿足生產實際需求，需使用多套空分裝置，通過并聯方式，滿足供氣需求。在實際運行過程中，若某臺裝置出現運行故障，則會帶動整個機組停止運行。要高度重視機器低溫工作的安全性。除了保證裝置安全性以外，還需做好人員及設備等安全保障。一般來說，空分屬于深冷，在實際運行時，產生的液體溫度較低，處于-163℃到-193℃范圍內，極易出現凍傷危險。在此環境下，若進行設備檢修，需提前預熱，在具體操作時，需要要嚴格遵循操作規程進行，減少設備損傷。

3空分設備

3.1內涵

空分設備別稱空分裝置，整個系統運行是利用循環深度冷凍法將空氣變成液體形態，再利用精餾從液態空氣內分離出氧氣、氬氣及氮氣等惰性氣體。煤化工生產行業具有連續性特點，企業運行中將長周期運行作為重點考核指標。空分設備長周期運行指的是裝置的正常運行時間，其必須進行長周期運行，設備運行時間長短能衡量裝置的經濟性能及運行狀態。

3.2影響空分設備長周期運行的因素分析

3.3空分設備長周期運行因素的相關應對策略

（1）加強設備設計、安裝過程中的管理控制。故障的發生會對空分設備長周期運行造成致命打擊，后期維修保護的難度加大，會浪費大量的人力、物力及財力。所以，前期介入需要對設備的設計過程及安裝過程進行嚴格把控，保證其符合企業安全生產的需要。

（2）不斷提高技術人員的技術能力水平。技術人員可以通過這些案例進行技術的學習及分析，不斷增強自身能力，企業生產過程中需加強技術人員的工作能力培訓，將其技術水平不斷提高，保證空分設備長周期運行的安全性與穩定性。

（3）完善專業技術管理，保障關鍵設備更新。機組運行中不可或缺的材料為潤滑油，其質量好壞會影響空分設備的安全運行。企業需對油泵進行定期維修，可以在設備上增加蓄能器為設備運轉提供保障。企業需重視空分設備的穩定運行，將其穩定運行的要求不斷提高，不斷優化設備，改進設備。

4大型煤化工空分技術與設備的發展方向

降低設備投資和運行成本、降低設備維護費用是未來空分技術工藝發展的主要方向。因此，我國空分設備應該向著大型化和新型化方向發展，從而滿足提升經濟性的目標。目前，我國大型煤化工空分技術的革新還存在一定的困難，但設備的制造可以進行優化方案和改進方法。例如，可以通過分開運輸和現場組裝的方式解決大型設備的運輸困難問題。另外，設備的運行能耗是煤化工空分技術發展的又一重要指標，企業設備的能耗降低可以顯著提升整體運行經濟性。對于降耗問題，企業可以進行核心部件的優化設計及升級，提升機組的運行效率。同時，企業應該加強自動化控制的研發能力，提升設備的自動控制能力，降低事故的發生頻率，提升運行安全性和可靠性。為了進一步降低投資成本及設備的維護量，空分設備的主要方向應該是逐漸向大型化不斷發展。目前，我國完全實現大型關鍵設備的設計和制造國產化難度較大，但是我國應該積極對設計方案進行優化，更好地與實際企業運行的特點相配合。對于大型設備的運輸和安裝的難度，可以更多地采取分開運輸，現場組裝的方式來實現工藝設備的構建。能耗的降低和控制也是未來空分技術和設備發展的一大方向，因此需要對設備運行的效率進行分析研究，從而降低運行成本，并且預先對設備運行的總能耗進行精準的計算。同時，還要加大煤化工空分設備的自動化控制系統的研發，從而實現對生產自動控制，有效地提高生產效率，降低事故風險，提高裝置可靠性。

結語

綜上所述，空氣分離裝置是煤化工行業中的重要一環，空分技術和設備的等級在很大程度上影響煤化工企業的運行狀態。在未來一段時期，應當加大對空分設備的研究力度，除對現有的設備進行改進和完善之外，還應結合實際需求，開發更多類型的空分設備，這對于推動我國煤化工產業的發展具有重要意義。

參考文獻

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[3]于健煒.大型煤化工空分技術與設備發展現狀分析[J].化工管理，2018（08）：233.

（作者單位：大唐內蒙古多倫煤化工有限責任公司）