浅析大型煤化工空分技术与设备发展

刘冬花

摘要：近年来，随着科学技术的更新换代，我国煤化工产业也在不断发生着改变。目前，我国新兴的煤化工企业中所应用的煤气化装置、设备大都应用纯氧或者富氧的气化操作方式，由此，在这种情况下，如何通过恰当的方式获得稳定的、优质的、高性价比的纯氧空气就成为了我国煤化工企业管理者们所研究的重点。其中空气分离法（即空分法）的出现在很大程度上为我国煤化工企业获取优质的富氧、纯氧空气提供了可能，并逐渐的被我国煤化工企业所应用开来。就此，本文浅析大型煤化工空分技术与设备发展。

关键词：大型煤化工；空分技术；设备；发展研究

1空分技术现状

目前，空分技术工艺主要存在三种：变压吸附工艺、膜分离工艺、低温精馏工艺。变压吸附工艺：在实际应用中，变压吸附技术主要是利用分子筛作吸附剂，受分子筛的影响，空气中含有的氧分子和氮分子，能产生吸附力差异。经过一段时间后，能实现分子分离。完成后，再对经过分离的氧分子和氮分子进行卸压。完成卸压步骤后，可重复使用分子筛。在实际应用中，因为可以反复使用分子筛，所以成本较低，吸附工艺操作难度不高，获得的氧分子和氮分子质量不高；膜分离工艺：在实际应用中，膜分离技术主要是利用气体在膜中溶解及系数的差异原理，利用渗透速度，实现空气分离。分离膜的质量，直接影响空气分离效果。当空气通过膜时，受到分离膜作用，能实现气体有效分离，分为渗透快的气体及渗透慢的气体，在空气原料作用下，膜两侧的气体，能自然分离，不过为了保障产率，在实际操作过程中，多使用催化剂，并要经过净化预处理系统。在众多工艺中，膜分离工艺具有灵活性优势。具体应用时，通过使用不同纤维材质膜，能获得各类以及不同纯度的气体产品。经过实践验证，膜分离工艺的运用，压力越大，则产率就越高；低温精馏工艺：在低温深冷空气分离工艺基础上，通过完善和改进，形成低温精馏工艺。其主要是利用空气中氮氧分子的物理特性，最终实现分离。因为氧分子与氮分子的沸点差异，在高压低温条件下，要先液化空气，再进行精馏，传热分离液态空气，实现氧分子及氮分子的有效分析。低温精馏工艺比膜分离工艺有一定优势，产品纯度较高。不过此工艺流程较复杂，而且装置启动时间较长，加之装置使用不便，初始化成本较高，因此阻碍了其应用。

2煤化工空分装置工艺选择要点

2.1优先选择空气低温液化精馏工艺

从市场需求角度来说，对产品质量有较高要求。在选择生产工艺时，要坚持安全性、稳定性及高效性原则，避免空分装置故障，引发各类危险事故。就空分装置工艺发展现状来说，低温精馏工艺相对完善。其虽操作复杂，难度较大，且投资成本较高，不过产品的精度较高，适用于大型煤化工生产工艺。

2.2合理选择热交换方式

煤化工的不断发展，对大型空分产气量，有更高要求，达到了每小时几万立或百万立。目前，国家积极开展产业布局调整，使大型煤化工朝向中西部方向发展，此类地区水资源紧张，因此使用空分装置，多采取空冷方式，进行气体换热。通常来说，大型煤化工工艺都配套电厂，生产用电成本较低。为大型蒸汽透平排气换热，提供辅助的空冷岛装置，只有首次成本高，后续运行费用较低，仅几个低转速电机运行的电能消耗。电机带动风机运行，利用风冷代替水冷，不仅节省了水资源，解决了资源短缺问题，而且实现了成本节约。

2.3做好安全性的把控

从煤化工工程实际来说，为满足生产实际需求，需使用多套空分装置，通过并联方式，满足供气需求。在实际运行过程中，若某台装置出现运行故障，则会带动整个机组停止运行。要高度重视机器低温工作的安全性。除了保证装置安全性以外，还需做好人员及设备等安全保障。一般来说，空分属于深冷，在实际运行时，产生的液体温度较低，处于-163℃到-193℃范围内，极易出现冻伤危险。在此环境下，若进行设备检修，需提前预热，在具体操作时，需要要严格遵循操作规程进行，减少设备损伤。

3空分设备

3.1內涵

空分设备别称空分装置，整个系统运行是利用循环深度冷冻法将空气变成液体形态，再利用精馏从液态空气内分离出氧气、氩气及氮气等惰性气体。煤化工生产行业具有连续性特点，企业运行中将长周期运行作为重点考核指标。空分设备长周期运行指的是装置的正常运行时间，其必须进行长周期运行，设备运行时间长短能衡量装置的经济性能及运行状态。

3.2影响空分设备长周期运行的因素分析

3.3空分设备长周期运行因素的相关应对策略

（1）加强设备设计、安装过程中的管理控制。故障的发生会对空分设备长周期运行造成致命打击，后期维修保护的难度加大，会浪费大量的人力、物力及财力。所以，前期介入需要对设备的设计过程及安装过程进行严格把控，保证其符合企业安全生产的需要。

（2）不断提高技术人员的技术能力水平。技术人员可以通过这些案例进行技术的学习及分析，不断增强自身能力，企业生产过程中需加强技术人员的工作能力培训，将其技术水平不断提高，保证空分设备长周期运行的安全性与稳定性。

（3）完善专业技术管理，保障关键设备更新。机组运行中不可或缺的材料为润滑油，其质量好坏会影响空分设备的安全运行。企业需对油泵进行定期维修，可以在设备上增加蓄能器为设备运转提供保障。企业需重视空分设备的稳定运行，将其稳定运行的要求不断提高，不断优化设备，改进设备。

4大型煤化工空分技术与设备的发展方向

降低设备投资和运行成本、降低设备维护费用是未来空分技术工艺发展的主要方向。因此，我国空分设备应该向着大型化和新型化方向发展，从而满足提升经济性的目标。目前，我国大型煤化工空分技术的革新还存在一定的困难，但设备的制造可以进行优化方案和改进方法。例如，可以通过分开运输和现场组装的方式解决大型设备的运输困难问题。另外，设备的运行能耗是煤化工空分技术发展的又一重要指标，企业设备的能耗降低可以显著提升整体运行经济性。对于降耗问题，企业可以进行核心部件的优化设计及升级，提升机组的运行效率。同时，企业应该加强自动化控制的研发能力，提升设备的自动控制能力，降低事故的发生频率，提升运行安全性和可靠性。为了进一步降低投资成本及设备的维护量，空分设备的主要方向应该是逐渐向大型化不断发展。目前，我国完全实现大型关键设备的设计和制造国产化难度较大，但是我国应该积极对设计方案进行优化，更好地与实际企业运行的特点相配合。对于大型设备的运输和安装的难度，可以更多地采取分开运输，现场组装的方式来实现工艺设备的构建。能耗的降低和控制也是未来空分技术和设备发展的一大方向，因此需要对设备运行的效率进行分析研究，从而降低运行成本，并且预先对设备运行的总能耗进行精准的计算。同时，还要加大煤化工空分设备的自动化控制系统的研发，从而实现对生产自动控制，有效地提高生产效率，降低事故风险，提高装置可靠性。

结语

综上所述，空气分离装置是煤化工行业中的重要一环，空分技术和设备的等级在很大程度上影响煤化工企业的运行状态。在未来一段时期，应当加大对空分设备的研究力度，除对现有的设备进行改进和完善之外，还应结合实际需求，开发更多类型的空分设备，这对于推动我国煤化工产业的发展具有重要意义。

参考文献

[1]张君涛，黄崇瑞.我国空分技术与设备的发展现状及分析[J].石化技术，2017，24（09）：237.

[2]刘勋.大型煤化工空分技术与设备发展现状[J].中国高新区，2017（16）：160.

[3]于健炜.大型煤化工空分技术与设备发展现状分析[J].化工管理，2018（08）：233.

（作者单位：大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司）

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2019-05-31