淺析大型煤化工空分技術(shù)與設(shè)備發(fā)展

劉冬花

摘要：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的更新?lián)Q代，我國煤化工產(chǎn)業(yè)也在不斷發(fā)生著改變。目前，我國新興的煤化工企業(yè)中所應(yīng)用的煤氣化裝置、設(shè)備大都應(yīng)用純氧或者富氧的氣化操作方式，由此，在這種情況下，如何通過恰當(dāng)?shù)姆绞将@得穩(wěn)定的、優(yōu)質(zhì)的、高性價(jià)比的純氧空氣就成為了我國煤化工企業(yè)管理者們所研究的重點(diǎn)。其中空氣分離法（即空分法）的出現(xiàn)在很大程度上為我國煤化工企業(yè)獲取優(yōu)質(zhì)的富氧、純氧空氣提供了可能，并逐漸的被我國煤化工企業(yè)所應(yīng)用開來。就此，本文淺析大型煤化工空分技術(shù)與設(shè)備發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大型煤化工；空分技術(shù)；設(shè)備；發(fā)展研究

1空分技術(shù)現(xiàn)狀

目前，空分技術(shù)工藝主要存在三種：變壓吸附工藝、膜分離工藝、低溫精餾工藝。變壓吸附工藝：在實(shí)際應(yīng)用中，變壓吸附技術(shù)主要是利用分子篩作吸附劑，受分子篩的影響，空氣中含有的氧分子和氮分子，能產(chǎn)生吸附力差異。經(jīng)過一段時(shí)間后，能實(shí)現(xiàn)分子分離。完成后，再對(duì)經(jīng)過分離的氧分子和氮分子進(jìn)行卸壓。完成卸壓步驟后，可重復(fù)使用分子篩。在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)榭梢苑磸?fù)使用分子篩，所以成本較低，吸附工藝操作難度不高，獲得的氧分子和氮分子質(zhì)量不高；膜分離工藝：在實(shí)際應(yīng)用中，膜分離技術(shù)主要是利用氣體在膜中溶解及系數(shù)的差異原理，利用滲透速度，實(shí)現(xiàn)空氣分離。分離膜的質(zhì)量，直接影響空氣分離效果。當(dāng)空氣通過膜時(shí)，受到分離膜作用，能實(shí)現(xiàn)氣體有效分離，分為滲透快的氣體及滲透慢的氣體，在空氣原料作用下，膜兩側(cè)的氣體，能自然分離，不過為了保障產(chǎn)率，在實(shí)際操作過程中，多使用催化劑，并要經(jīng)過凈化預(yù)處理系統(tǒng)。在眾多工藝中，膜分離工藝具有靈活性優(yōu)勢(shì)。具體應(yīng)用時(shí)，通過使用不同纖維材質(zhì)膜，能獲得各類以及不同純度的氣體產(chǎn)品。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，膜分離工藝的運(yùn)用，壓力越大，則產(chǎn)率就越高；低溫精餾工藝：在低溫深冷空氣分離工藝基礎(chǔ)上，通過完善和改進(jìn)，形成低溫精餾工藝。其主要是利用空氣中氮氧分子的物理特性，最終實(shí)現(xiàn)分離。因?yàn)檠醴肿优c氮分子的沸點(diǎn)差異，在高壓低溫條件下，要先液化空氣，再進(jìn)行精餾，傳熱分離液態(tài)空氣，實(shí)現(xiàn)氧分子及氮分子的有效分析。低溫精餾工藝比膜分離工藝有一定優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品純度較高。不過此工藝流程較復(fù)雜，而且裝置啟動(dòng)時(shí)間較長，加之裝置使用不便，初始化成本較高，因此阻礙了其應(yīng)用。

2煤化工空分裝置工藝選擇要點(diǎn)

2.1優(yōu)先選擇空氣低溫液化精餾工藝

從市場(chǎng)需求角度來說，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有較高要求。在選擇生產(chǎn)工藝時(shí)，要堅(jiān)持安全性、穩(wěn)定性及高效性原則，避免空分裝置故障，引發(fā)各類危險(xiǎn)事故。就空分裝置工藝發(fā)展現(xiàn)狀來說，低溫精餾工藝相對(duì)完善。其雖操作復(fù)雜，難度較大，且投資成本較高，不過產(chǎn)品的精度較高，適用于大型煤化工生產(chǎn)工藝。

2.2合理選擇熱交換方式

煤化工的不斷發(fā)展，對(duì)大型空分產(chǎn)氣量，有更高要求，達(dá)到了每小時(shí)幾萬立或百萬立。目前，國家積極開展產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整，使大型煤化工朝向中西部方向發(fā)展，此類地區(qū)水資源緊張，因此使用空分裝置，多采取空冷方式，進(jìn)行氣體換熱。通常來說，大型煤化工工藝都配套電廠，生產(chǎn)用電成本較低。為大型蒸汽透平排氣換熱，提供輔助的空冷島裝置，只有首次成本高，后續(xù)運(yùn)行費(fèi)用較低，僅幾個(gè)低轉(zhuǎn)速電機(jī)運(yùn)行的電能消耗。電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，利用風(fēng)冷代替水冷，不僅節(jié)省了水資源，解決了資源短缺問題，而且實(shí)現(xiàn)了成本節(jié)約。

2.3做好安全性的把控

從煤化工工程實(shí)際來說，為滿足生產(chǎn)實(shí)際需求，需使用多套空分裝置，通過并聯(lián)方式，滿足供氣需求。在實(shí)際運(yùn)行過程中，若某臺(tái)裝置出現(xiàn)運(yùn)行故障，則會(huì)帶動(dòng)整個(gè)機(jī)組停止運(yùn)行。要高度重視機(jī)器低溫工作的安全性。除了保證裝置安全性以外，還需做好人員及設(shè)備等安全保障。一般來說，空分屬于深冷，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的液體溫度較低，處于-163℃到-193℃范圍內(nèi)，極易出現(xiàn)凍傷危險(xiǎn)。在此環(huán)境下，若進(jìn)行設(shè)備檢修，需提前預(yù)熱，在具體操作時(shí)，需要要嚴(yán)格遵循操作規(guī)程進(jìn)行，減少設(shè)備損傷。

3空分設(shè)備

3.1內(nèi)涵

空分設(shè)備別稱空分裝置，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行是利用循環(huán)深度冷凍法將空氣變成液體形態(tài)，再利用精餾從液態(tài)空氣內(nèi)分離出氧氣、氬氣及氮?dú)獾榷栊詺怏w。煤化工生產(chǎn)行業(yè)具有連續(xù)性特點(diǎn)，企業(yè)運(yùn)行中將長周期運(yùn)行作為重點(diǎn)考核指標(biāo)。空分設(shè)備長周期運(yùn)行指的是裝置的正常運(yùn)行時(shí)間，其必須進(jìn)行長周期運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間長短能衡量裝置的經(jīng)濟(jì)性能及運(yùn)行狀態(tài)。

3.2影響空分設(shè)備長周期運(yùn)行的因素分析

3.3空分設(shè)備長周期運(yùn)行因素的相關(guān)應(yīng)對(duì)策略

（1）加強(qiáng)設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝過程中的管理控制。故障的發(fā)生會(huì)對(duì)空分設(shè)備長周期運(yùn)行造成致命打擊，后期維修保護(hù)的難度加大，會(huì)浪費(fèi)大量的人力、物力及財(cái)力。所以，前期介入需要對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)過程及安裝過程進(jìn)行嚴(yán)格把控，保證其符合企業(yè)安全生產(chǎn)的需要。

（2）不斷提高技術(shù)人員的技術(shù)能力水平。技術(shù)人員可以通過這些案例進(jìn)行技術(shù)的學(xué)習(xí)及分析，不斷增強(qiáng)自身能力，企業(yè)生產(chǎn)過程中需加強(qiáng)技術(shù)人員的工作能力培訓(xùn)，將其技術(shù)水平不斷提高，保證空分設(shè)備長周期運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

（3）完善專業(yè)技術(shù)管理，保障關(guān)鍵設(shè)備更新。機(jī)組運(yùn)行中不可或缺的材料為潤滑油，其質(zhì)量好壞會(huì)影響空分設(shè)備的安全運(yùn)行。企業(yè)需對(duì)油泵進(jìn)行定期維修，可以在設(shè)備上增加蓄能器為設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障。企業(yè)需重視空分設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，將其穩(wěn)定運(yùn)行的要求不斷提高，不斷優(yōu)化設(shè)備，改進(jìn)設(shè)備。

4大型煤化工空分技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展方向

降低設(shè)備投資和運(yùn)行成本、降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用是未來空分技術(shù)工藝發(fā)展的主要方向。因此，我國空分設(shè)備應(yīng)該向著大型化和新型化方向發(fā)展，從而滿足提升經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)。目前，我國大型煤化工空分技術(shù)的革新還存在一定的困難，但設(shè)備的制造可以進(jìn)行優(yōu)化方案和改進(jìn)方法。例如，可以通過分開運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝的方式解決大型設(shè)備的運(yùn)輸困難問題。另外，設(shè)備的運(yùn)行能耗是煤化工空分技術(shù)發(fā)展的又一重要指標(biāo)，企業(yè)設(shè)備的能耗降低可以顯著提升整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于降耗問題，企業(yè)可以進(jìn)行核心部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)及升級(jí)，提升機(jī)組的運(yùn)行效率。同時(shí)，企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)自動(dòng)化控制的研發(fā)能力，提升設(shè)備的自動(dòng)控制能力，降低事故的發(fā)生頻率，提升運(yùn)行安全性和可靠性。為了進(jìn)一步降低投資成本及設(shè)備的維護(hù)量，空分設(shè)備的主要方向應(yīng)該是逐漸向大型化不斷發(fā)展。目前，我國完全實(shí)現(xiàn)大型關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造國產(chǎn)化難度較大，但是我國應(yīng)該積極對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，更好地與實(shí)際企業(yè)運(yùn)行的特點(diǎn)相配合。對(duì)于大型設(shè)備的運(yùn)輸和安裝的難度，可以更多地采取分開運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)組裝的方式來實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備的構(gòu)建。能耗的降低和控制也是未來空分技術(shù)和設(shè)備發(fā)展的一大方向，因此需要對(duì)設(shè)備運(yùn)行的效率進(jìn)行分析研究，從而降低運(yùn)行成本，并且預(yù)先對(duì)設(shè)備運(yùn)行的總能耗進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算。同時(shí)，還要加大煤化工空分設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)控制，有效地提高生產(chǎn)效率，降低事故風(fēng)險(xiǎn)，提高裝置可靠性。

結(jié)語

綜上所述，空氣分離裝置是煤化工行業(yè)中的重要一環(huán)，空分技術(shù)和設(shè)備的等級(jí)在很大程度上影響煤化工企業(yè)的運(yùn)行狀態(tài)。在未來一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)空分設(shè)備的研究力度，除對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和完善之外，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求，開發(fā)更多類型的空分設(shè)備，這對(duì)于推動(dòng)我國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

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（作者單位：大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責(zé)任公司）