試論空分裝置在煤化工安全運行方面的選擇

劉子軼(安徽淮化集團有限公司, 安徽 淮南 232038)

目前，煤化工行業逐漸興起，各地都出臺了一些新的煤化工政策。煤化工業最主要的原料就是氧氣，而想要獲得氧氣就要使用空氣設備。我國煤化工業逐漸突起，特別是近幾年來，高技術、大規模的煤化工出現，對空分裝置的安全性能提出了更高的要求。空分裝置設備以工藝流程劃分，有內、外壓縮兩類流程，本文分析了空分裝置在煤化工安全運行方面的選擇。

1 煤化工在空分裝置安全運行方面的要求

在煤化工擴大生產的基礎上，煤氣化裝置加大了對氧氣的需求。不管選擇哪種煤氣化工藝，想要獲取最高的煤炭轉化率，都必須有大量的氧氣。規范煤氣化技術包括：BGL、HTW、U-Gas、KRW、KBR，其 氧 煤 比 分 別 為 ：0.51、0.53、0.59、0.67、0.62。從以上數據可以看出，所有煤氣化裝置所需的氧煤比都在0.51～0.67間。筆者對各種煤化工裝置的耗氧量進行了調查統計，其中甲醇的產量每年是1百萬噸，使用GE水煤漿氣化技術處理耗氧量可達到12萬Nm3/h；成油每年每臺生產1百萬噸，用來進行處理的技術為Shell粉煤氣化，其耗氧量為25萬Nm3/h；天然氣每年20億立方米，使用BGL碎煤氣化技術對其進行處理，其耗氧量為16萬Nm3/h。由以上數據統計可以得出，規范的煤化工耗氧量都非常的大，其中耗氧量最少的為合成氨裝置(7萬Nm3/h)。想要使煤化工裝置安全穩定運行，可以應用多系列的空分裝置?，F在世界上早已運行了最大規模的空分裝置，向著裝置規模大型化方向發展，其制氧量高達12Nm3/h，在2010年寧夏投產的空分裝置制氧量為9.5萬Nm3/h，這標志著空分裝置趨向于大型化[1]。

在煤化工不斷擴大產業裝置規模時，需要對其加強安全防護。空分裝置是煤化工工程的重點內容，其安全性和穩定性會對煤化工產生很大的影響，所以煤化工產業一定要選用安全穩定的空分流程。

2 比較內、外壓縮流程的安全性

(1)外壓縮流程 外壓縮又稱為常列空分流程。在精餾塔底抽出氧氣后，通過主換熱器設備進行復熱，然后使用壓氧機進行壓縮，達到用戶要求的壓力后停止壓縮，同時將其送到廠區的氧氣管網內。

(2)內壓縮流程 液氧可以從主冷蒸發器中獲取，低溫液氧泵主要負責壓縮至用戶要求的壓力，由主換熱器經過復熱再進入廠區的氧氣管內。內外壓縮流程的主要區別為：液氧通過低溫加壓，之后在主換熱器和壓縮空氣間交換，因此使液氧復熱，最后獲得產品氣氧。與外壓縮流程進行比較，內壓縮流程主要在換熱和精餾兩個技術上發生變化。外壓縮流程主要是通過精餾塔生產低壓產品氣氧，之后通過主換熱器將復熱輸出冷箱；內壓縮流程主要就是從主冷蒸發器中提取液氧，由低溫液氧泵進行加壓，直到達到要求為止，最后壓縮空氣會和液氧換熱，讓其從冷箱中氣化而生產產品氣氧[2]。

(3)比較內、外壓縮流程的安全性 其一，氧氣可以助燃，如果氧氣受到較大的壓力，其溫度會隨之升高，這樣就很容易發生爆炸危險。氧氣氣態比液態會大七百到八百倍，所以大型氧壓機想要達到氧氣增壓的目的就必須依靠大葉輪與高轉速。因為氧氣在高溫和高壓下會增加危險系數，而空分設備主要依賴液氧泵實現內壓縮流程。等物質量的液氧與氣氧的體積相差懸殊，前者只占后者的1%，通常情況下每小時2萬立方米的空分裝置通過液氧泵后所能達到的壓縮量只為每小時20～30立方米，再者，因為液氧泵在低轉速和低溫情況下運轉，提高了外壓縮流程的安全性。

其二，空氣中會存在一些甲烷和乙炔等化合物，其中乙炔的危險性非常高，很難溶解在液氧中，經常會以固態溢出。顆粒間因為摩擦形成靜電，這樣就引起脈沖，導致局部壓力和溫度升高，引發爆炸。

煤化工程首先要關注的就是空分裝置的安全性，其空分裝置中常發生的事故就是主冷蒸發器燃爆，并且此事故較為惡劣。伴隨空分裝置運行時間的增加，主冷蒸發器中存在的液氧含量會逐漸濃縮，致使空分裝置中出現潛在安全危險。對于外壓縮空分裝置來說，想要避免主冷器中的乙炔氣體因積累過量而溢出，可以持續排放含氧量為百分之一的液氧，以達到減少碳氫化物的目的。可是，內壓縮流程空分裝置中的所有氧都來自液氧氣化，主冷蒸發器中產生的液氧會被大量的排放出去，從而乙炔等碳氫化合物就不會在主冷蒸發器中堆積，在工藝流程方面使空分裝置的安全性得到了提高[3]。

3 結語

在煤化工生產中，對空分裝置進行選擇的過程中，需要重點考慮安全性問題，內壓縮流程比外壓縮流程在安全運行方面更具優勢，所以在煤化工生產過程中可以通過應用內壓縮流程，增加煤化工生產裝置的安全性。

[1]賈沛.空分裝置在煤化工生產中的節能降耗和安全運行[J].山西化工,2011,31(3):67-69.

[2]康躍進,李世紀.危險氣體對煤化工空分裝置安全的影響及對策[J].化工生產與技術,2013,20(3):37-38,46.

[3]李保軍.淺析FOB進口設備的物流控制策略-以中天合創鄂爾多斯煤化工項目進口空分裝置為例[J].石油石化物資采購,2014,(3):78-82.