煤化工中大型空分設(shè)備1的應(yīng)用初探

劉柱元（神華包頭煤化工分公司內(nèi)蒙古包頭014010）

國(guó)際石油價(jià)格瘋漲“煤代油”的相關(guān)政策和戰(zhàn)略已經(jīng)被列入了相關(guān)的能源文件中，其中以潔凈煤的利用為首得到了大多數(shù)人的關(guān)注。在冶金、煤化工、石油化工中比較常見(jiàn)的一種設(shè)備就是大型空分設(shè)備，這種設(shè)備是指以空氣作為原材料進(jìn)行一系列的循環(huán)壓縮和深度冷凍等方法使其變?yōu)橐簯B(tài)的，然后再利用氧氣、氮?dú)?、氬氣的沸點(diǎn)不同進(jìn)行精餾使氧氣、氬氣和氮?dú)獾鹊鹊亩栊詺怏w從液態(tài)的空氣中分離出來(lái)的一種設(shè)備。近幾年空分設(shè)備的快速有序發(fā)展對(duì)于我國(guó)煤化工業(yè)有重要的影響，在煤化工產(chǎn)業(yè)中主要運(yùn)用到的是比較大型的空分設(shè)備。

一、煤化工行業(yè)

煤化工行業(yè)主要包含了煤的氣化、液化、加工等方面，這些過(guò)程中都需要大量的氧氣，空分設(shè)備更是必不可少的。尤其是在“煤代油”的政策大力開(kāi)展之后給空分設(shè)備的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。

我國(guó)國(guó)內(nèi)的空分設(shè)備制造廠商正在極力擴(kuò)展產(chǎn)業(yè)鏈、引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和優(yōu)秀人才來(lái)滿足快速發(fā)展的煤化工產(chǎn)業(yè)的需求，打造產(chǎn)品更精規(guī)模更大的設(shè)備生產(chǎn)基地。作為煤化工的主要工作項(xiàng)目煤制油項(xiàng)目預(yù)計(jì)到2015年將要達(dá)到年產(chǎn)3000萬(wàn)的目標(biāo)，依據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的工藝水平，我國(guó)煤制油中空分設(shè)備對(duì)煤和氧氣的需求比例為每10萬(wàn)噸的煤需要1.35萬(wàn)～1.4萬(wàn)立方米的氧氣。截止到2015年將會(huì)發(fā)展到每小時(shí)對(duì)氧氣的需求量達(dá)到415萬(wàn)～420萬(wàn)立方米。我國(guó)現(xiàn)在使用的大型空分設(shè)備主要是5萬(wàn)～6萬(wàn)等級(jí)3的，那么到2015年我國(guó)總的空分設(shè)備每小時(shí)的需氧量將達(dá)到1050～1140萬(wàn)立方米，這樣的需氧量是要20套到25套3萬(wàn)級(jí)以上的空分設(shè)備來(lái)完成的。

國(guó)外的一些工業(yè)強(qiáng)國(guó)9萬(wàn)等級(jí)的空分設(shè)備正在使用運(yùn)行中，11萬(wàn)等級(jí)的設(shè)備也已經(jīng)研制成功準(zhǔn)備投入使用，我國(guó)才剛剛將6萬(wàn)等級(jí)的設(shè)備研制成功并且試車。這就是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展總是不能大幅度提高的關(guān)鍵。

二、空分設(shè)備在煤化工行業(yè)中的應(yīng)用

對(duì)于煤化工行業(yè)我們將它分為兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行詳細(xì)探究：

(1)煤氣化

煤氣化是先進(jìn)煤化工工業(yè)中的一項(xiàng)重要的單元技術(shù)，煤的氣化工藝主要分為熔融床、氣流床、移動(dòng)床和流化床四種，在煤氣化中氧氣主要是作為氣化劑進(jìn)行反應(yīng)的，產(chǎn)生的合氣可生產(chǎn)出氨、甲醇和燃?xì)獾确奖闳藗兊纳?。Texaco和Shell法是現(xiàn)在比較常用的煤氣化方法，Texaco方法全稱為T(mén)exaco水煤漿氣化工藝，主要工作原理是先將原料煤磨制成水煤漿，之后泵送進(jìn)入氣化爐產(chǎn)生氣化后的煤，達(dá)到煤氣化的目的。Shell方法也叫Shell干煤粉氣化工藝，是在高溫加壓的環(huán)境下進(jìn)行的，這種工藝是最為先進(jìn)的煤氣化技術(shù)，在高溫和高壓的環(huán)境下CO2和H2會(huì)以氣態(tài)的方式揮發(fā)掉，這樣剩下的就只有一些比較難以揮發(fā)的惰性氣體，從而達(dá)到煤氣化的目的。

(2)煤液化

煤的液化分為兩種類型即直接液化和間接液化。

我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)煤的直接液化，這種新興技術(shù)是直接將煤在450℃和10～30MPa的高溫高壓下與氫氣一同反應(yīng)產(chǎn)生液化的煤，然后在對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步的分餾生成最后的產(chǎn)品，也就是汽油、柴油等等一些生活中比較常用的產(chǎn)品。我國(guó)現(xiàn)在為了提高直接液化的生產(chǎn)效率正在從引進(jìn)新工藝和研制新型的高效催化劑兩個(gè)方面進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。

煤的間接液化是先將煤氣化得到CO和H2，之后運(yùn)用F-T合成來(lái)得到我們所需要的機(jī)器燃料油和其他的一些化工產(chǎn)品，這種方法比直接液化節(jié)省原材料。

三、大型空分設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)4

結(jié)合近五十年來(lái)大型空分設(shè)備的演變趨勢(shì)，我們從以下幾個(gè)方面進(jìn)行以后發(fā)展趨勢(shì)的分析：

1、單套空分設(shè)備向大規(guī)模方向發(fā)展

我國(guó)現(xiàn)在主要用的是5～6萬(wàn)級(jí)的空分設(shè)備，現(xiàn)階段的難題就是解決8萬(wàn)級(jí)空分設(shè)備存在的一些技術(shù)上的難題。我國(guó)的最終目的是達(dá)到10萬(wàn)等級(jí)空分設(shè)備生產(chǎn)，我們不斷摸索著總結(jié)技術(shù)難點(diǎn)并且積極尋找解決方案。

2、提高關(guān)鍵部機(jī)的效率

這里的關(guān)鍵部機(jī)主要是指篩板下塔和冷凝蒸發(fā)器，我國(guó)目前的篩板下塔阻力在16～20KPa，如果能夠使用規(guī)整填料塔那么阻力就會(huì)降低到4～5KPa。阻力減少我國(guó)每年至少可以節(jié)約電費(fèi)30～40萬(wàn)元。要是能夠把規(guī)整填料進(jìn)一步精餾以減少填料下塔的高度這樣就更加能夠節(jié)約資金，我國(guó)現(xiàn)在正在積極地研究新的精餾方案。

3、液體膨脹機(jī)取代傳統(tǒng)的高壓節(jié)流閥

液體膨脹機(jī)能夠達(dá)到節(jié)能的目的，當(dāng)液體在膨脹的過(guò)程中其焓值會(huì)降低，這樣就更容易下塔的精餾，能夠提高空分設(shè)備氧氣的提取率。

四、總結(jié)

綜上所述，由于我國(guó)發(fā)展需求的推動(dòng)，空分設(shè)備必須向大型化發(fā)展。

煤化工5對(duì)空分設(shè)備的發(fā)展需求也日益增長(zhǎng)，我國(guó)現(xiàn)在正處于供不應(yīng)求的狀況下，新的設(shè)備生產(chǎn)方案還在研究之中，特別是現(xiàn)在石油資源緊缺“煤代油”已經(jīng)成為熱點(diǎn)話題，我們需要更多的專業(yè)人士的參與并且與相關(guān)的領(lǐng)域延展不能只是封閉在自己的領(lǐng)域中，這樣大型空分設(shè)備就會(huì)發(fā)展成為一種多元化能夠適應(yīng)市場(chǎng)需求的完善的設(shè)備市場(chǎng)體系。

[1]高晉生,張德祥:煤液化技術(shù) 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20051

[2]毛央平：新型高效冷凝器及其安全性分析深冷技術(shù)2004年

[3]駱仲泱,王勤輝,方夢(mèng)祥,等：煤的熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)及工程實(shí)例 北京:化學(xué)工業(yè)出版社

[4]倪劍剛：空分設(shè)備在灰熔聚粉煤氣化工程中的應(yīng)用 通用機(jī)械,2002,(1)

[5]楊涌源：空分設(shè)備與煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的結(jié)合方式與流程選擇 深冷技術(shù),2004,(2)

[6]廖志鵬：大型低溫空分裝置的技術(shù)現(xiàn)狀和前景趨勢(shì)中國(guó)空分設(shè)備公司

注釋：

1趙小瑩：空分產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域及其發(fā)展[J]低溫與特氣,2004,22

2趙小瑩：空分設(shè)備在煤化工中的應(yīng)用[J]低溫與特氣,2006,24(3)

3程典：4萬(wàn)等級(jí)大型空分設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)[J]通用機(jī)械,2006,11

4顧福民：國(guó)內(nèi)外空分發(fā)展現(xiàn)狀與展望(上)低溫與特氣,2005:23(3)

5郭樹(shù)才：煤化工[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1991