大型煤化工空分技術(shù)與設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

　　[摘 要]近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的更新?lián)Q代，我國煤化產(chǎn)業(yè)也在不斷發(fā)生著改變。目前，我國新興的煤化工企業(yè)中所應(yīng)用的煤氣化裝置、設(shè)備大都應(yīng)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(dāng)?shù)姆绞将@得穩(wěn)定的、優(yōu)質(zhì)的、高性價(jià)比的純氧空氣就成為了我國煤化工企業(yè)管理者們所研究的重點(diǎn)。其中空氣分離法（即空分法）的出現(xiàn)在很大程度上為我國煤化工企業(yè)獲取優(yōu)質(zhì)的富氧、純氧空氣提供了可能，并逐漸的被我國煤化工企業(yè)所應(yīng)用開來。
　　[關(guān)鍵詞]煤化工企業(yè)；空分設(shè)備；空分技術(shù)
　　中圖分類號(hào)：S813 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0051-01
　　1.空分技術(shù)現(xiàn)狀
　　空分技術(shù)即將空氣分為主要的兩種成分氣體：氧氣和氮?dú)�。氧氣主要用于氣化劑和反�?yīng)原料，而氮?dú)饪梢杂糜谠�料、氣力輸送氣及惰性保護(hù)氣。目前，空分技術(shù)工藝主要存在三種：變壓吸附，該法主要利用一定壓力下，空氣中的氮氧在分子篩表面的吸附差異性而將兩者分開的方法。工藝過程中，新鮮空氣作為原料。在將氮氧分離后，分子篩可以通過泄壓解吸的形式實(shí)現(xiàn)再生，從而實(shí)現(xiàn)了分子篩的循環(huán)使用。變壓吸附在工業(yè)應(yīng)用中，主要采取雙塔操作的方法，兩塔以吸收和解吸兩個(gè)過程交叉操作，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝的連續(xù)化；低溫精餾法，該法的原理是首先將空氣進(jìn)行膨脹及壓縮降溫，使得空氣被液化，然后利用氮氧兩種組分的氣化溫度不同，從而實(shí)現(xiàn)兩者的分離。在精餾塔中，運(yùn)行傳熱和傳質(zhì)兩種方式實(shí)現(xiàn)氮?dú)夂脱鯕獾姆蛛x，該工藝在工業(yè)應(yīng)用中較為普遍；薄膜滲透法，該工藝方法運(yùn)用一種薄型的有機(jī)膜，通過空氣中的不同氣體所顯現(xiàn)的滲透差異性，從而使得氮、氧過濾，最終實(shí)現(xiàn)氮、氧分離。目前，隨著我國工業(yè)不斷發(fā)展，我國的空分技術(shù)有了極大的突破發(fā)展。但和國際領(lǐng)先水平相比，還存在一些不足之處。因此，企業(yè)必須加大相關(guān)技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)投入和創(chuàng)新力度，提升空分技術(shù)的發(fā)展空間，這也是我國空分設(shè)備發(fā)展的重中之重。
　　2.煤化工企業(yè)空分技術(shù)的分類及空分技術(shù)的選擇
　�。�1）煤化工企業(yè)空分技術(shù)的分類
　　根據(jù)研究表明，煤化工企業(yè)中常見的空分技術(shù)可以分為低溫和非低溫兩種，常見的非低溫空氣分離法包括吸附空氣分離法、膜分離空氣分離法和化學(xué)空氣分離法，但是尤其其分離空氣不符合需求、難度較大等問題在很大程度上抑制了該類型方法的推廣，由此，低溫空氣分離法是較常應(yīng)用于實(shí)際的煤化工空氣分離操作中的并憑借其可以同時(shí)分離、生產(chǎn)工業(yè)氬（空氣中的一種微量氣體元素，是一種無色、無臭的優(yōu)質(zhì)惰性氣體）等優(yōu)勢(shì)使其具備了不可替代的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
　�。�2）煤化工企業(yè)空分技術(shù)的選擇
　　截止到20世紀(jì)中期，變壓吸附法的順利研發(fā)使得投入較少投資獲得較大收益的空分技術(shù)應(yīng)用成為了可能，變壓吸附法的開發(fā)成功，改變了傳統(tǒng)空分技術(shù)中設(shè)備龐大、占用了大量的企業(yè)資源的問題，使得中、小規(guī)模企業(yè)應(yīng)用富氧、純氧進(jìn)行日常生產(chǎn)成為了可能，擴(kuò)大了其使用范圍的同時(shí)降低了應(yīng)用空分技術(shù)的“門坎”，使得煤化工企業(yè)空分富氧技術(shù)能夠在更過的生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域獲得較好的應(yīng)用。與此同時(shí)，在20世紀(jì)80年代，隨著人們對(duì)于高分子材料科學(xué)研究的深入，膜分離空分技術(shù)逐漸走進(jìn)人們的視野中，它的出現(xiàn)標(biāo)志著煤化工企業(yè)已經(jīng)朝著高分子科學(xué)化的方向飛速的發(fā)展，新型的空分技術(shù)已經(jīng)能在很大程度上滿足人們的實(shí)際生產(chǎn)需求。但是，再先進(jìn)的空氣分離技術(shù)都需要配合優(yōu)質(zhì)的工程設(shè)計(jì)方案，才能夠從根本上更好、更高效的為煤化工企業(yè)所服務(wù)。
　　3.空分設(shè)備的流程選擇
　　對(duì)于空分設(shè)備來說，氣化爐壓力主要由氧氣壓力來決定。通過將原料煤磨制成水泥漿，然后由泵送入氣化爐，這樣可以顯著提升氣化爐爐內(nèi)壓力。在通常情況下，可以根據(jù)工藝對(duì)壓力進(jìn)行選擇，以便使得多種工藝氣體得到直接使用，這就使得后續(xù)工藝不需要繼續(xù)增壓，可以減少能耗。通過對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有的氣化爐壓力進(jìn)行分析，筆者發(fā)現(xiàn)，水煤漿氣流床基氣化技術(shù)的氧氣壓力最高。對(duì)于煤化工配套空分設(shè)備來說，其流程具有以下特點(diǎn)：
　　第一，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)冷時(shí)，可以使用污氮吸濕空氣。對(duì)于煤化工項(xiàng)目來說，由于項(xiàng)目本身富有液氨產(chǎn)品，如果使用氨冷機(jī)代替目前的冷水器，有助于節(jié)能降耗。第二，可以使用蒸汽加熱器替代原有的電加熱器。這使得分子篩純化系統(tǒng)的運(yùn)行成本可以有效降低。第三，本身的蒸汽成本非常低，且存在富余的狀態(tài)。一般可以使用汽輪機(jī)推動(dòng)，降低運(yùn)行成本。第四，通過氮?dú)庋�環(huán)增壓，可以得到中壓氮?dú)夂透邏旱獨(dú)�。這是氣體又是流程氣體。第五，可以通過對(duì)液氧進(jìn)行加壓，通過復(fù)熱的方式得到氧氣產(chǎn)品。第六，如果對(duì)于降耗要求非常高，可以使用液體膨脹機(jī)。第七，如果產(chǎn)品需要進(jìn)行對(duì)外銷售，必須加上氬。因此可能還需要一套復(fù)雜的制氬系統(tǒng)。
　　4.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)品種類的要求越來越多，通常情況下，需要一套裝置來生產(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，由于用戶的需求不同，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，還能仿真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�，通過實(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�高，它的使用有利減少膨脹機(jī)的磨損。通過模擬分析的方法對(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)。
　　結(jié)語
　　空氣分離裝置是煤化工行業(yè)中的重要一環(huán)，空分技術(shù)和設(shè)備的等級(jí)在很大程度上影響煤化工企業(yè)的運(yùn)行狀態(tài)。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，開發(fā)更多類型的空分設(shè)備，這對(duì)于推動(dòng)我國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 王彥春.煤化工空分裝置安全運(yùn)行要點(diǎn)探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2016，13（24）：25-26.
　　[2] 郭震.煤化工空分裝置安全運(yùn)行要點(diǎn)探討[J].低碳世界，2016（18）：55-56.
　　[3] 高峰.煤化工空分裝置安全運(yùn)行要點(diǎn)探討[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2016，42（06）：4+7.

相關(guān)熱詞搜索：發(fā)展現(xiàn)狀 煤化工 空分 設(shè)備 技術(shù)