煤制烯烴項目空分裝置技術特點探究

章佳龍

摘 要：隨著我國經濟的不斷發展，煤化工項目的規模也在不斷增加，隨之而來的是對氧氣需求的不斷提升，這就使得配套的空分裝置技術也在逐漸地增多。在現階段經濟發展的大背景下，將煤質烯烴空分裝置融入新工藝與新技術顯得尤為重要，且也符合現階段我國的煤化工項目運行要求。筆者以神華包頭的煤制烯烴項目（該項目是650 kt/a烯烴產量的大型煤化工項目）為例對裝置的工藝流程進行分析后對裝置特點進行相應的探究。

關鍵詞：煤制烯烴 空分裝置 技術特點

中圖分類號：TQ028 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（a）-0030-02

神華包頭的煤制烯烴項目的空分裝置采用現階段較為普遍的汽輪機全低壓分子篩凈化、全精餾制氬、“一拖二”的工藝還有液氧內壓縮流程，這些技術都是行業中的高端工藝與技術。與之相配套的低溫閥門、關鍵動設備以及高壓板式的換熱器都使用進口產品，運用國際的前沿產品可以更好地保障裝置的安全使用以及氧產品的提取效率，最終達到最大程度上降低能耗以及增加設備的安全性、穩定性和可靠性的應用目的[1]。

1 工藝流程分析

空分裝置中的流程，首先空氣會通過過濾器除掉塵土，經由壓縮機增壓到0.565 MPa，再經過空氣冷卻塔冷卻，空氣經過冷卻后再經由分子篩吸附器進行凈化。空氣被凈化后將分為兩個部分：第一部分是空氣凈化后被送進空氣增壓機；另一部分是空分通過低壓板式換熱器受到返流污氮氣和氮氣的冷卻之后從換熱器底層部門通入下塔[2]。

空氣被空氣增壓機進行3.0 MPa的抽出后通過增壓透平膨脹機組的增壓端增壓，之后被冷卻后的氣體達到常溫的狀態從而通入冷箱中，再通過高壓板式換熱器里進行二次冷卻，而后在進入到增壓透平膨脹機。膨脹機中的濕氣通過氣液分離器，經過低壓板式換熱器的匯合作用，同時通入分餾塔的下塔精餾。空氣增壓機中的高壓空氣，經由增壓機的末級冷器冷卻到常溫狀態，而后再通過冷箱中的高壓板式的換熱器以及精餾塔中的高壓液氧的作用形成冷卻，經過冷卻的空氣大部分經過膨脹閥之后作為回流液，其余的部分經由減壓后流進上塔中部作回流液[3]。

空氣在經過分餾塔下塔的精餾作用后，從而獲取到純液氮、污液氮以及液態空氣，在經過上塔進行逐步的精餾之后，在上塔底部獲取到液氧。而下塔頂部的氮氣通過冷凝之后也可以獲取到液氮。

2 關于技術特點的分析

2.1 壓縮單元

空分裝置的增壓機、汽輪機以及空壓機都是MAT-T公司所提供的（MAT-T公司是國際知名的壓縮機供應商）。受地域的限制因素，汽輪機通過空冷方式進行冷卻，通過這一手段，僅4套空分裝置就能節水11 000 m3/h。

空氣避免不了地含有機械雜質及灰塵，要想保障壓縮機可靠且持續工作，就要在通過壓縮機之前將空氣實行過濾，為了解決過濾問題，可采用普遍使用的自潔式過濾器。這個過濾器具有反吹耗氣少、適用性比較強、結構簡便、占用面積少以及防腐性強等優勢。

2.2 預冷單元

想要確保日后凈化單元的穩定運行，需將空壓機中的壓縮空氣實行降溫，在經過空氣預冷系統時，可以使得空氣的溫度降低，并除掉多數水溶性的不利物質，比如NO2、SO2、NH3等等。

但是這一項目中的氮氣剩余比較多，所以，在這一裝置的遇冷三元中設置水冷塔以及空冷塔，并且都使用填料塔。通過運用氮氣和塔污氮的干燥性能進行吸濕，再利用去空冷塔和水冷塔的噴淋功能進行換熱，使得空氣的溫度降低。應用填料塔具有多重優勢，它可以使得傳熱傳質效果比較好、能耗低以及可操作性較強，相比篩板塔，它的塔徑可很大程度地縮小。而且運用這一流程，可以簡化運行方式，從而增加裝置運行的穩定性[4]。

2.3 凈化單元

這一空分裝置進行了兩臺臥式的分子篩吸附器的設置，使用交替式的方法進行運行，一臺運行時另一臺再生，再生的系統均通過飽和蒸汽的加熱從而再生污氮。為了提高裝置可靠的運行度，系統中的切換閥都使用進口閥門。在吸附的過程里，水先被吸附，其次是一些氮氫化合物以及二氧化碳等，是同雙床層的模式，上層是分子篩吸附劑，下層是活性氧化鋁，值得注意的是，活性氧化鋁的比分子篩的機械強度大，并且還有較強的吸附水分的作用，還能在下層達到很好的支撐作用，不僅可以減少分子篩的用量還能較好地保護分子篩以及分布氣體。

2.4 制冷單元

空分裝置的冷度主要來源就是膨脹機制冷，所以，對于這一單元供應的制冷效率以及合理性就顯得尤為重要。膨脹機經由電機制動、增壓制動以及風機制動這幾個過程。在這一項目運行過程中，制冷的單元運用增壓膨脹機來增加膨脹機入口的壓力從而提高單位膨脹的制冷量，以達到最大程度降低能耗的目的。

因為使用的增壓膨脹工藝使得換熱器的受壓力增加，為了進一步保證生產的安全性，所以，均使用進口的高壓板式換熱器來進行運行。

2.5 精餾單元

精餾塔均使用填料塔，低溫調節閥也都應用進口的閥門。因為塔高具有一定的限制，所以，應用上下塔進行分置的設計方式，利用液氧工藝的循環泵使得液體與冷凝蒸發器相連接。

2.6 產品外送

由于煤化工的氧氣消耗著實較大以及壓力的等級高等，舊式的外壓縮流程已經不適合現階段的生產流程，所以為了更好地解決問題，使用液氧內壓縮流程、氧氣壓縮機被進口的高壓液氧泵代替進行在線冷備用，如若運行泵發生故障，備用泵可在10 s內達到正常的工作運行狀態，由此可見，內壓縮流程的使用可靠性比較強。

3 裝置優勢分析

通過以上的介紹以及分析可以看出，在進行煤制烯烴項目中使用空分裝置具有諸多優勢，以下是對裝置優勢的淺析。

3.1 工藝較為先進

這一項目的裝置均使用當前國際上較為先進的技術，從而逐步地完善氧氣提取的實施過程，進而使得提取氧氣的效率達到99%以上，而裝置單位的能耗僅僅是0.598 kW·h/m3，這樣的數值足以見得這一工藝已經達到了國際上的前沿水準，而且符合現階段的項目發展要求，可以起到推進項目實施的重要作用，從而加快實施進度，提高整體的工作效率。

3.2 設備配置佳

項目中的關鍵設備都采用國際上的著名品牌及產品，目的就是要保證項目裝置運行的安全性、可靠性以及平穩性，提高項目的整體配置水平，通過合理的技術手段避免項目故障出現，從而使得施工進度按照計劃進行，為提高氧氣產量打下堅實的基礎。

3.3 控制系統較為穩定

設備的控制系統也都使用國際先進的系統、CCS壓縮機控制系統以及DCS集散控制系統，運用前沿的系統會很大程度上加強裝置運行的穩定性以及可靠性，最終達到降低能耗的目的。

4 結語

空分裝置在煤質烯烴項目中的應用雖然具有諸多優勢，但在凈化單元的設計上仍存在很多問題，現在只能采用臥式分子篩吸附器進行運行。由于空分裝置的規模在逐步擴大，分子篩吸附器的占地面積以及尺寸也伴隨著增加。要想解決這一問題，在啟動項目前，就要積極地引進新式的、先進的技術，進一步地升級裝置技術，從而達到最大程度降低耗能以及最高生產的目的。

參考文獻

[1] 趙斌.烯烴裝置DCS系統網絡結構論述[J].科技尚品，2016，

12（3）：211.

[2] 柴曉明，郜洪勇.現代空分裝置在煤化工領域的應用[J].通用機械，2016，21（5）：35-38.

[3] 賈金秋.助劑在煤制烯烴項目烯烴分離裝置中的應用及優化[J].乙烯工業，2014，16（4）：57-60.