煤化工空气分离装置的工艺改进

煤化工空气分离装置的工艺改进

李鹏飞

咸阳盈宝气体有限公司  陕西省咸阳市  713504

摘要：随着我国煤化工工程的快速发展，在生产过程中，空气分离技术一直被成功地用于为各种碳氢化合物原料的气化提供氧气，以生成合成气，用于生产燃料、化学品和其他有价值的产品。这方面的例子包括将炼油厂的液体和固体废物流转化为氢气，供炼油厂内部使用，同时联合生产电力，以及人们对将天然气转化为合成原油、蜡和燃料的天然气液化工艺日益感兴趣。近年来，为了降低设备成本或提高效率，氧气生产工艺与下游烃类处理装置相结合的方法受到了越来越多的关注。

关键词：煤化工企业；空气分离装置；工艺

引言

煤化炉和空分设备，是我国煤化工技术进步专项工程中必不可少的关键设备，但现阶段，我国特大型空气分离的主要设备，如空压机、氧透、增压机和高压低温阀门等装置，其风险系数都相对比较高，再加上在实际工作的过程中经常会发生能耗高、效率低的状况，使得该工程在进行时，必须对工作质量进行密切关注，并通过采取有效的措施来提升空气分离设备的安全指标。

1空分装置安全运行的意义

随着当前煤化工企业自身生产规模的不断扩大，煤化工装置中对氧气的需求量也明显提高，并由此实现了煤炭转化率的稳步提高，从而实现了煤化工企业所规定的生产目标。但通过调查研究后指出，由于煤化工过程将会生成巨大的氧消耗量，假如每年产出大约为20亿m3的天然气，就必须通过BGL液态排渣气化法对16万Nm3/h的氧消耗量进行处理。对于我国煤化工技术氧消耗量偏大的这项问题，为了对耗氧量的处理要求予以充分满足，可以将空气分离装置合理应用到煤化工装置中，进而使得制氧量得到大幅度提高，并推动我国煤化工装置进入大型规模化建设时期，确保最高制氧量将达到12万Nm3/h。现阶段，我国煤化工生产对于安全生产予以高度关注，空分装置则是煤化工装置中的关键构成部分，更需要增强设备本身的稳定性能与安全性能，同时，还应选择更稳定的空分流程对煤化工装置的安全防护予以一定程度的强化，进一步达到安全生产的各项要求。

2煤化工与空气分离工艺

2.1低温精馏工艺技术

(1)工艺原理。将空气至于低温条件下，运用深冷技术进行精馏分离的工艺，被称为空气低温精馏技术。实现这一技术的原理，是利用不同气体相转变的不同沸点差异，进行控温精馏、分离。以在工业中运用最多是空气精馏分离氮气与氧气为例，氧气以及氮气各自的沸点有着一定的差别(常压下氧气的沸点为-183.0℃,而氮气的沸点为-195.8℃)。通过让空气完全置于低温但压力相对较高的条件下，可实现气体液化，在此基础上空气当中的氧气与氮气即可进行分离，最终便能够得到氧和氮的最终产物。(2)工艺流程。采用分子筛吸附空气当中的碳氢化合物，再通过使用板翅式的换热器进行换热处理，使用膨胀机进行制冷处理，在精馏塔中精馏液化的空气，就能够得到氧、氩、氮的最终产物[2]。这样的方式是一种非常典型的低温精馏工艺制作的流程。通常来说，内压缩流程，主要是以液态氧泵为主，也就是使用空气分离装置的冷箱，从中生产高压氧气，并将其传送至需要使用的用户。而外压缩流程，主要是以空气分离设备在进行低压氧气生产的过程中，通过使用氧压机按用户所需要的压力进行加压处理。(3)工艺特点。这一工艺技术相对来说较为复杂，其中包含了空气压缩、净化、热交换、制冷以及精馏系统，导致操作过程相对难度较高。且这一装置启动费时，以40个小时为启动稳定标准，耗费大量的人力和时间成本，在实际操作中仅能面向连续性的生产作业。这一技术的优点，是其工艺技术的可靠程度较高，产品质量可靠。双塔精馏在长期连续的工作后，能够生产出纯度较高的氮、氧气体类产品，俄日企业纯度甚至能够达到99.99%。因此，这一技术生产的相关产品质量具有着非常可靠的稳定性和保障性。

2.2薄膜渗透工艺技术

(1)工艺原理。通常来说，这一技术主要是以扩散理论为原理，采用一种质地非常轻薄的有机膜，当空气中的氧气、氮气通过有机膜时，能够实现通过不同成分的渗透能力的差别，将空气中的氧气以及氮气进行良好地分离。(2)工艺流程。在完成压缩空气后，就会采用净化系统，将空气中一些有毒、有害的杂质进行分离，并将完成净化的空气输送至膜分离器当中，通过膜分离器装置中两侧的压力差之间的相互影响，分离出被压缩空气中渗透速率较快的氧气，透过薄膜进行渗透，最后将其引出，输送至氧气产品罐中。而氮气的渗透效率相对于氧气来说较慢，往往会停留在膜内部，再通过富集，最终进到氮气产品罐中。(3)工艺特点。薄膜渗透这一工艺最大的特点，是其操作相较其他几种工艺来说更具简便性，但其能够分离出的氧气富集程度，相较于其他工艺技术更低一些，仅仅能够达到45%左右。因此，这一技术的使用存在着较大的局限性，最大的应用是在需要氧气助燃的工业领域，如大功率工业锅炉运行、废物焚烧以及冶金工业的金属冶炼工艺等。除此之外，还能够用于医疗、水生养殖以及污水的治理中。

3煤化工空气分离装置的工艺改进方向

3.1空气分离装置从单纯氧产品向多产品集成化发展

空气分离装置的产品，随着科学技术的发展，不断地复杂化以及多样化。因为Shell粉煤气化氧消耗较低，因此，空气分离装置的使用规模用途并不大，但是在氮气传输粉煤的过程中，氮气的规格相对来说较高，这就导致想要使用空分装置提取氮气保证较高的提取率，就需要对氮气压缩投入较多的资源。

3.2煤化工产业链对空分装置可靠性要求的提升

因为煤化工这一行业不断地延伸自身的产业链，这就对空分装置的可靠性有了更高的要求。首先，作为煤化工的主要装置，主要负责企业的生产活动，因此就需要这一装置具备较高的可靠性，以保证整个系统能够实现可靠地运行；其次，空气以及气化装置，是使空分装置能够成为核心装置的重要因素，这一装置如若能够安全、稳定地运行，则能够为这一装置提供持续的氮气、氧气以及相关空气等；随着产业链的不断延伸，造成这一装置的运行成本不断提升，且原料到最终的成品周期也相对较长，运营的消耗也较多，成本会以成倍的方式进行增长；最后，下游装置与空分装置的集成度也有着更高的要求，这是保证实现高效率、高质量运行的基础，也是空分装置具有更高可靠性的重要因素。

3.3做好空分装置的节能设计，提升产品竞争力

煤化工的产业链较长，生产环节以及生产的设备种类繁多，且数量巨大，但纵观这些产业链中，空分装置的耗能居首位。展开分析可以发现，压缩机的耗能最高，能够占据90%，制冷系统的耗能则位列其次，占据3%的耗能。因此，空分装置如若能够以其压缩机的工作耗能、工作效率等方面作为切入点，进一步地优化，实现冷箱的内部循环以及更换新型换热装置及分子筛等，则是空分装置重要的突破之一。在空分装置当中，耗能最高的环节便是精馏、空气压缩以及节流膨胀。因此，相关技术人员要能够重视降低精馏塔降压、减小换热温差等，以有效地降低耗能。

结束语

随着我国科学技术的不断更新，空气分离装置工艺流程也在不断完善。虽然我国的科学进步给化工企业带来了很多较为先进的技术，但是从整体情况来看，我国的空气分离装置仍然有很大的提升空间，需要进一步优化配置，提高生产效率和产量。

参考文献

[1]齐洪波.关于空气分离方法和工艺流程选择的一些探讨[J].农家参谋，2018（17）：226.

[2]何永，席俊峰.化工企业空气分离装置工艺流程选择[J].化工管理，2016（9）：115.

[3]李朝荣.浅析空分装置工艺流程的选择[J].化工管理，2015（18）：161.

[4]林军.大型低温空气分离装置工艺流程浅析[J].中小企业管理与科技，2013（10）：302-304.