高负荷工况下煤化工空分运行优化与实践

高负荷工况下煤化工空分运行优化与实践

章佳龙

国能集团宁夏煤业烯烃一分公司 宁夏 银川 750000

摘要：近年来，我国的煤化工行业有了很大进展，煤化工空分运行工作也越来越受到重视。煤化工发展到今天大约有几百年的历史，从之前的炼焦技术到目前的气化技术与液化技术，使得煤化工技术变得越来越简化。社会经济的发展带动了煤化工技术的迅速发展，为探究我国煤化工技术发展趋势，提高自身未来发展竞争力，本文首先分析了高负荷工况下煤化工空分存在的问题及对策，其次探讨了煤化工空分高负荷工况下的运行优化，以供参考。

关键词：煤化工；空分；高负荷；应对措施

引言

化工行业安全发展规划的确定为化工园区产业定位提供了明确方向，化工集中区域发展也是发展趋势。某化工企业积极响应国家号召，将新项目建设在新石化产业聚集区，并最大限度地与原厂区资源互相进行补充，以便提升产值以及综合竞争力。新项目建设中空分装置是不可或缺的重要生产设备，其工艺及选型的工作要慎重对待。从整体上来讲，煤化工技术主要是以煤炭资源为原料，经过一系列化学加工处理而使其转换为气体、液体或者固体产品或者半产品，之后再进一步进行处理使这些半产品最终成为化工、能源产品等。现有的煤化工技术主要是对煤进行气化、液化以及干馏等，在这个过程中，必然还涉及到对焦油的加工和电石乙炔的加工等。

1高负荷工况下煤化工空分存在的问题及对策

1.1冷损大及应对措施

(1)低温泵冷损。为提高装置负荷，实现84000Nm3/h外供量，将各单元低压氮泵、高压氮泵回流阀逐渐关闭，减少主冷凝蒸发器液氧消耗，使得主冷凝蒸发器液位能在102%负荷下维持稳定。及时检查低温泵泵箱保冷效果，对保冷效果差的泵箱更换绝热效果较好的矿渣棉，冷量损失进一步减少。(2)板翅式换热器冷损。为减少板翅式换热器冷损，空分装置通过调整进换热器空气量、出换热器产品量，缩小热端温差在3～6℃，以减少热交换不完全冷量损失。(3)冷箱冷损。装置以各单元停车检修为契机，对冷箱及时补装珠光砂，以减少冷损。

1.2产品结构单一,工艺技术尚待突破

目前煤化工产品以大宗通用化学品和油品为主,导致产品结构单一、产品链条短、产品同质化现象严重。初级产品及中间产品占比高,高端产品占比少,导致煤化工产品缺乏市场竞争力,难以适应市场波动,无法满足市场需求。据统计,我国化工新材料自给率为60%,其中工程塑料树脂自给率仅为38%,高端电子化学品市场产品进口依存度高达90%以上。国际原油价格持续降低,导致石油化工产品成本和价格呈现下降趋势。而我国煤炭行业受限煤政策影响,煤价飙升,在国家宏观政策的调控下有所降低,但相较于过去仍有大幅增长,因此现代煤化工项目原料成本增加。在产品价格大幅下降的环境下运行,盈利能力微乎其微,多数煤化工项目处于亏损状态。石油化工产业主要发展方向是生产高附加值化工产品,与煤化工产业形成相当程度的交叉和重叠,必然会使市场竞争更加激烈。这就要求现代煤化工必须要走出一条高端化新路径,提高产品价值链,提升产业竞争力。

2煤化工空分高负荷工况下的运行优化

2.1优先选择空气低温液化精馏工艺

在生产工艺的选择过程中，一定要严格遵守高效性、稳定性、安全性原则，切实避免空分装置发生故障引发安全事故。当前空分装置的工艺发展现状是低温精馏工艺相对较成熟。虽然该种工艺操作起来难度较大，步骤繁琐，而且成本高昂，但是它使产品精度远远高于其他方式。

2.2系统水含量高

低温甲醇洗系统停车检修期间，管道设备内部用大量的水进行清洗，导致开车过程中系统水含量高。有关文献记载，当贫甲醇中水质量分数超过1％时，硫化氢在贫甲醇中溶解度大幅下降。系统贫甲醇体积分数长期高于15％，无法有效降低，通过取样分析再沸器蒸汽冷凝液中的甲醇含量，发现Ｔ０5再沸器和甲醇水塔（Ｔ０9）再沸器发生泄漏。切换再沸器，将泄漏的再沸器切出系统后堵漏，最终成功降低了低温甲醇洗中的水含量，保证了生产稳定运行。

2.3加强现代煤化工与其他产业融合发展

目前现代煤化工产业的碳排放量已经大幅减少,但从长远发展来看,化石能源在生产利用过程中排放CO2不可避免,仅依靠煤化工自身系统实现煤炭低碳化利用不切实际。因此,应将现代煤化工放在能源系统的大格局中统筹考虑,实现能源系统间的融合发展。随着可再生能源大规模发展,实现煤化工产业与新能源耦合发展,将加快煤化工低碳化战略转型。氢能是新能源与煤炭能源耦合发展的纽带,通过水电、风电、光伏发电等新能源发电技术产生“绿电”,一部分以氢能形式储能以确保电力稳定性,多余部分将以电解水的形式产生氢气和氧气,可为煤化工工艺过程加氢,将原料煤中的C部分或者全部转化到产品中,免去变化过程中由于调整碳氢比例而不得不产生的CO2,氧气可以进一步降低煤化工工艺过程中空分装置的规模,减少燃料煤消耗。

2.4流化床气化技术

与固定床气化技术相对的就是流化床气化技术，与固定床气化技术不同的是这种煤化工技术主要是利用粒度小于6毫米的块煤或者焦煤进行生产。正如前面所阐述的那样，固定床气化技术对块煤、焦煤的粒度有一定的要求（6～60ｍｍ），所以这就意味着小于6毫米的原料将不能有效应用，所以这就意味着煤化工企业的生产成本将大大提升而原料利用率却受到很大的限制。气化剂是从炉膛底部向上喷吹，所以如果气体流量达到一定的标准，就可以使那些粒度小于6毫米的块煤、焦煤在炉膛内流动，对原料透气性的负面影响将明显降低。也就是说，气化剂对于这些细小颗粒的煤炭或者焦煤就是运动的载体，使这些细小原料能够与伴随气化剂在炉膛底部锥形部分并流运动，而在炉膛中部位置做并流和逆流运动，实现固体排渣。实际上，并逆流气化对原料的化学反应活性要求较高，而且如果炉内温度低、原料在炉内停留时间不够的话就很容易产生碳转化效率低、灰分含量高、灰渣分离困难等一系列潜在问题。因此，从这些方面来讲，我国的流化床气化技术虽然有一定的应用优势，但却仍然存在非常明显的局限性，所以还存在很大的优化、提升空间。

2.5严格把控好安全性

在实际应用中，为满足生产需求，往往需要购置多套空分装置，然后通过装置并联的方式来进行生产。如果其中某台空分装置发生故障，那么整个机组都会停机。所以，要保证每台装置的安全运行。空分属于深冷的工艺，在运行过程中所产生的液体温度在-163~193℃之间，在这个范围区间发生冻伤的危险性极高，工作人员一定要做好防护措施。在这种环境下，如果进行检修则需提前做好预热。预热完毕进行具体操作时，也必须严格遵守操作流程，将对装置的损伤降到最低。

结语

综上所述，煤炭作为我国最重要的矿产资源，对我国经济社会的建设与发展具有重要的价值作用。随着工业化经济的不断发展，当前社会对能源的需求量与日俱增，煤化工企业在我国开始蓬勃发展起来。从当前我国煤化工技术发展现状来看，我国当前应用比较普遍的煤化工技术主要有以下几种：固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术。为了提高煤化工企业自身发展竞争力，煤化工企业要转变发展思路，研发绿色化工技术，这样才能更好地承担企业的社会责任和义务。

参考文献

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