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(yè)逐漸興起，各地都出臺了一些新的煤化工政策。煤化工業(yè)最主要的原料就是氧氣，而想要獲得氧氣就要使用空氣設(shè)備。我國煤化工業(yè)逐漸突起，特別是近幾年來，高技術(shù)、大規(guī)模的煤化工出現(xiàn)，對空分裝置的安全性能提出了更高的要求。空分裝置設(shè)備以工藝流程劃分，有內(nèi)、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(chǎn)的基礎(chǔ)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(zhuǎn)化率，都必須有大量的氧氣。規(guī)范煤氣化技術(shù)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(shù)據(jù)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(diào)查統(tǒng)計，其中甲醇的產(chǎn)量每年是1百萬噸，使用GE水煤漿氣化技術(shù)處理耗氧量可達到12萬Nm3/h；成油每年每臺生產(chǎn)1百萬噸，用來進行處理的技術(shù)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(shù)對其進行處理，其耗氧量為16萬Nm3/h。由以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以得出，規(guī)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(wěn)定運行，可以應(yīng)用多系列的空分裝置?，F(xiàn)在世界上早已運行了最大規(guī)模的空分裝置，向著裝置規(guī)模大型化方向發(fā)展，其制氧量高達12Nm3/h，在2010年寧夏投產(chǎn)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(chǎn)業(yè)裝置規(guī)模時，需要對其加強安全防護?？辗盅b置是煤化工工程的重點內(nèi)容，其安全性和穩(wěn)定性會對煤化工產(chǎn)生很大的影響，所以煤化工產(chǎn)業(yè)一定要選用安全穩(wěn)定的空分流程。

2 比較內(nèi)、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(shè)備進行復(fù)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(qū)的氧氣管網(wǎng)內(nèi)。

(2)內(nèi)壓縮流程 液氧可以從主冷蒸發(fā)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(jīng)過復(fù)熱再進入廠區(qū)的氧氣管內(nèi)。內(nèi)外壓縮流程的主要區(qū)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(fù)熱，最后獲得產(chǎn)品氣氧。與外壓縮流程進行比較，內(nèi)壓縮流程主要在換熱和精餾兩個技術(shù)上發(fā)生變化。外壓縮流程主要是通過精餾塔生產(chǎn)低壓產(chǎn)品氣氧，之后通過主換熱器將復(fù)熱輸出冷箱；內(nèi)壓縮流程主要就是從主冷蒸發(fā)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(chǎn)產(chǎn)品氣氧[2]。

(3)比較內(nèi)、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(fā)生爆炸危險。氧氣氣態(tài)比液態(tài)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(zhuǎn)速。因為氧氣在高溫和高壓下會增加危險系數(shù)，而空分設(shè)備主要依賴液氧泵實現(xiàn)內(nèi)壓縮流程。等物質(zhì)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(zhuǎn)速和低溫情況下運轉(zhuǎn)，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(jīng)常會以固態(tài)溢出。顆粒間因為摩擦形成靜電，這樣就引起脈沖，導(dǎo)致局部壓力和溫度升高，引發(fā)爆炸。

煤化工程首先要關(guān)注的就是空分裝置的安全性，其空分裝置中常發(fā)生的事故就是主冷蒸發(fā)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(fā)器中存在的液氧含量會逐漸濃縮，致使空分裝置中出現(xiàn)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(xù)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?？墒?，內(nèi)壓縮流程空分裝置中的所有氧都來自液氧氣化，主冷蒸發(fā)器中產(chǎn)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(fā)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(jié)語

在煤化工生產(chǎn)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(nèi)壓縮流程比外壓縮流程在安全運行方面更具優(yōu)勢，所以在煤化工生產(chǎn)過程中可以通過應(yīng)用內(nèi)壓縮流程，增加煤化工生產(chǎn)裝置的安全性。

[1]賈沛.空分裝置在煤化工生產(chǎn)中的節(jié)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(chǎn)與技術(shù),2013,20(3):37-38,46.

[3]李保軍.淺析FOB進口設(shè)備的物流控制策略-以中天合創(chuàng)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.