煤化工企業空分技術選擇與工程設計

宛家盛

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，煤化工企業在新的社會發展當中空分技術也出現了多樣性的選擇，未來煤化工企業需要向著更加專業規范化發展，在如何保證質量和產能的前提下，如何降低進行空分技術的成本成為了主要的研究方向，所以在進行空分技術和工程設計當中要進行減少能源消耗，為我國的煤化工行業空分技術發展奠定基礎，促進我國的煤化工企業進行轉型，促進我國的綠色經濟的發展，最終提高我國的煤化工企業的綜合能力。

關鍵詞：煤化工;空分技術;選擇;設計

變壓吸附方式是具有一定的獨特性，其具有靈活方便的特點，同時具有投資少，能耗低的特點，十分符合我國的未來發展趨勢，隨著社會的發展，變壓吸附技術在更多的領悟得到了應用，空分技術是新型高分子材料科學，雖然在發展過程中時間不長，但是發展速度十分迅速，引進的空分技術需要更好的結合工程設計才能將空氣分離技術發展起來，更好的帶動我國的工業發展。

為保障下游裝置高負荷生產運行，空分裝置通過優化工況，進行技術改造。影響空分裝置高負荷生產的瓶頸主要集中在冷損大、氧提取率低、預冷系統分布器堵塞問題、空冷塔填料存在損壞或偏流現象導致出空冷塔壓縮空氣溫度偏高、壓縮機PLC控制導致運行不穩定、夏季機組乏汽系統真空度波動、夏季原料空氣中CO2超標、低壓氮氣需求量大等。針對以上制約裝置高負荷生產運行的瓶頸問題，空分裝置實施了一系列優化提升消除瓶頸的措施。

1 煤化工技術發展狀況

自從我國開始發展工業，煤炭資源一直以來在社會發展建設中都發揮著中流砥柱的作用。新世紀的到來更是帶動了天然氣、石油等資源的快速發展，因此，煤炭資源的使用越來越少。隨著國際油價的不斷提升，給我國需要進口天然氣和石油的國家的經濟帶來了一定的影響。同時，人們又將注意力轉移到了世界能源儲備高達80%的煤炭資源，煤化工技術、理論以及相關設備也在一定程度上得到了快速提升，這樣一來不僅利于煤炭資源的合理運用，同時，氣化工藝的快速發展也能夠減少煤炭資源給環境帶來的影響。

2 空氣低溫分離工藝

空氣低溫分離技術是通過使用多塔低溫從壓縮空氣中制取高純度的氧、氮、氬產品。在這個過程當中，壓縮空氣當中的雜質經過分子篩附裝置進行純化，經過精餾最終得到高精度的氧，氮等產品，壓縮氧氣可以分為兩種壓縮方式，一種是外壓縮，另一種是內壓縮，在采用外部壓縮方式的情況下使得氧氣內部溫度與外界環境溫度保持一致，這樣就只需要將氧氣壓縮，從而進行加壓。內壓縮的方式是用低溫液體泵將來自精餾塔的液體產品提壓，再送入換熱器汽化、復熱后出空分裝置。在裝置內將產品液體壓力提升至產品壓力的流程為內壓縮流程，此種流程可減少離心壓縮機的壓縮級數。深度冷凍法分為兩步，先行制冷，再精餾，即可得到不同的氣體產品。

2.1 煤化工制冷技術

煤化工企業制冷的目的是先將空氣進行液化，在目前的空氣液化處理當中通常使用的是不同程度的冷凍循環設備，當前液化冷循環使用林德循環和克勞德循環為基礎。林德循環是通過節流膨脹循環制冷，起到液化空氣的效果，但是克勞循環在節流循環后還包括了等熵膨脹，這就極大的提高了液化效率，并且降低做功，有利于降低液化成本。所以在進行壓縮液化過程中科學選擇設備，是做好空分的前提。

在空氣冷凍液化當中深度冷凍是將空氣先進行過濾，將空氣中的塵埃和雜質進行過濾，再通入到氣體壓縮機當中，通過分子篩后，空氣分成兩路：一路經低壓板式換熱器冷卻，二路經增壓機增壓后，通過換熱器膨脹制冷。兩路膨脹后的空氣溫度均降至103K左右，進入雙級精餾塔的下塔底部。利用物質的沸點不同，液態空氣進行多次部分蒸發和部分冷凝，進而得到清潔的氮氣產品和氧氣產品。

2.2 精餾

空氣在進行深度冷凍當中，分離過程是通過在精餾塔中進行分離，精餾塔是上塔、下塔主冷蒸發器進行組成，空氣進入精餾塔的下層進行液化，大部分的空氣都會進行液化，部分氮氣會從下塔抽出，由于氧沸點高，下塔底部液體，我們稱之為富氧液態空氣，占比在30%～40%。其次需要控制精餾塔下層空氣壓力大于上塔，這樣會使得下塔頂部的氮的冷凝溫度比氧的冷凝溫度高，會使得冷凝蒸發器內部熱量傳向管間，形成溫度差。在這個精餾過程中當中，上塔和下塔同時起到精餾的作用，極大的縮減了精餾塔的工作時間，同時空氣通過下塔再穿過塔內多層精餾板，通過一系列的精餾提高了精餾氣體的氮的濃度，通過冷凝器后形成液氮。液化形成的液氮一部分成為下塔內部的回流液，另一部分則進入液氮儲存槽，經過壓力的減壓成為上塔內部的回流液。精餾后下塔底部形成大量的富氧液態空氣，通過節流閥到上塔內部，與冷凝器所產生的氣體進行接觸，不斷的提高下流液當中氧氣的含量。最后氧氣濃度含量可以達到99%以上，上塔底部液氧可引出塔外。上塔塔頂引出的則是污氮，氮的質量分數亦可達98%以上。這樣的處理之后，污氮溫度極低，可以利用過冷器裝備回收利用低溫，將低溫再次進行使用，極大的降低了精餾成本。當然這樣的精餾方法不能得到較高純度的氧和氮，氬的沸點正好處于氮氧之間，這就導致精餾塔得到的產品純度不高，要想獲得更加純度的需要加入制氬系統，從上塔抽取氬餾分，進入粗氬塔生產高純度的工業氬，進而得到高純度氮氧。

3 現代空分設備技術與工程設計的關系

空分設備需要結合優秀的工程設計才能發揮出空分技術的效果，在空分設備當中的設計與制造，空分設備的工程設計以及使用方式是空分技術應用的基礎，只有更加完善的進行工程設計才能在空分技術和工程設計上有所改變。

3.1 空分設備的先進技術提供了改進工程設計的機會和要求

目前的空分技術使用了更加先進的技術，在精餾過程中消去了加氫脫氧的過程，在空分設備當中采用部分的液氧液化裝置，通過液氧泵升壓到管網壓力后，再進行汽化，可以使得工廠當中制氧車間中的裝備設置更加的簡潔化，最終使得制氧車間面積減少。在站區布置過程中，很少設計氫氣站，所以在進行工程設計當中可以簡化廠房布置，最后由于空壓機的結構在不斷的變化，可以在進行空分設備的安裝過程中忽略氧氣壓力機的加裝，減少了空分車間的設備復雜性，在車間的設計當中可以使用車間外布置的方式，同時也可以在車間一層進行布置，極大的縮減了費用。同時空分設備需要大型的壓縮機，大型液體儲存罐和空分冷箱，所以在進行工程設計當中需要考慮到設備的安放地區，減少面積的使用，所以做好工程設計對于空分設備的使用有直接關系。

3.2 用優秀的工程設計支持和配合空分設備中新技術的應用

空分設備的不斷的優化給工程設計也提出來更高的要求，優秀的設計能夠縮減各項工作的資金和效率，因此需要用優秀的工程設計滿足空分設備的發展和使用要求，空分設備的車間一般會采用露天和一層建設，這樣對于設備的安裝更加簡單，但是對于地下的線路要求較高，將傳統的二層車間變成了新的一層式車間，同時對車間周邊環境進行處理和優化，降低周圍的噪音污染，最終進行統一的規劃安裝，才能取得良好的效。例如在氧氣站建設當中，設計將管道的設計安排到最后。無論是如何進行工程設計都需要考慮到實際情況，因此在進行設計當中，充分的利用好原有車間和廠房，將設備靈活的進行安放，這樣既可以節約工程建設成本，同時也可以滿足未來的擴建和發展的需求。最后在進行工程設計當中根據廠房的實際情況進行科學設計，保證空分設備的安排符合安全要求，同時利于煤化工企業的空分技術的發展。

4 結束語

當前煤化工行業的發展，促進了空氣分離技術不斷的發展和更新，目前我國的空分技術朝著更加的專業化，規范化進行發展。煤化工企業在保證自身企業的經濟效益的前提下，降低企業的生產能耗是保證企業在未來發展的主要途徑，所以不斷的進行完善空分技術和工程設計的關系，提高空分技術的自動化水平，促進我國煤化工企業的發展。

參考文獻：

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