煤化工企業(yè)空分技術(shù)選擇與工程設(shè)計(jì)

宛家盛

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤化工企業(yè)在新的社會發(fā)展當(dāng)中空分技術(shù)也出現(xiàn)了多樣性的選擇，未來煤化工企業(yè)需要向著更加專業(yè)規(guī)范化發(fā)展，在如何保證質(zhì)量和產(chǎn)能的前提下，如何降低進(jìn)行空分技術(shù)的成本成為了主要的研究方向，所以在進(jìn)行空分技術(shù)和工程設(shè)計(jì)當(dāng)中要進(jìn)行減少能源消耗，為我國的煤化工行業(yè)空分技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)我國的煤化工企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型，促進(jìn)我國的綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，最終提高我國的煤化工企業(yè)的綜合能力。

關(guān)鍵詞：煤化工;空分技術(shù);選擇;設(shè)計(jì)

變壓吸附方式是具有一定的獨(dú)特性，其具有靈活方便的特點(diǎn)，同時具有投資少，能耗低的特點(diǎn)，十分符合我國的未來發(fā)展趨勢，隨著社會的發(fā)展，變壓吸附技術(shù)在更多的領(lǐng)悟得到了應(yīng)用，空分技術(shù)是新型高分子材料科學(xué)，雖然在發(fā)展過程中時間不長，但是發(fā)展速度十分迅速，引進(jìn)的空分技術(shù)需要更好的結(jié)合工程設(shè)計(jì)才能將空氣分離技術(shù)發(fā)展起來，更好的帶動我國的工業(yè)發(fā)展。

為保障下游裝置高負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行，空分裝置通過優(yōu)化工況，進(jìn)行技術(shù)改造。影響空分裝置高負(fù)荷生產(chǎn)的瓶頸主要集中在冷損大、氧提取率低、預(yù)冷系統(tǒng)分布器堵塞問題、空冷塔填料存在損壞或偏流現(xiàn)象導(dǎo)致出空冷塔壓縮空氣溫度偏高、壓縮機(jī)PLC控制導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定、夏季機(jī)組乏汽系統(tǒng)真空度波動、夏季原料空氣中CO2超標(biāo)、低壓氮?dú)庑枨罅看蟮取ａ槍σ陨现萍s裝置高負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行的瓶頸問題，空分裝置實(shí)施了一系列優(yōu)化提升消除瓶頸的措施。

1 煤化工技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

自從我國開始發(fā)展工業(yè)，煤炭資源一直以來在社會發(fā)展建設(shè)中都發(fā)揮著中流砥柱的作用。新世紀(jì)的到來更是帶動了天然氣、石油等資源的快速發(fā)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(jìn)口天然氣和石油的國家的經(jīng)濟(jì)帶來了一定的影響。同時，人們又將注意力轉(zhuǎn)移到了世界能源儲備高達(dá)80%的煤炭資源，煤化工技術(shù)、理論以及相關(guān)設(shè)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(yùn)用，同時，氣化工藝的快速發(fā)展也能夠減少煤炭資源給環(huán)境帶來的影響。

2 空氣低溫分離工藝

空氣低溫分離技術(shù)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(chǎn)品。在這個過程當(dāng)中，壓縮空氣當(dāng)中的雜質(zhì)經(jīng)過分子篩附裝置進(jìn)行純化，經(jīng)過精餾最終得到高精度的氧，氮等產(chǎn)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(nèi)壓縮，在采用外部壓縮方式的情況下使得氧氣內(nèi)部溫度與外界環(huán)境溫度保持一致，這樣就只需要將氧氣壓縮，從而進(jìn)行加壓。內(nèi)壓縮的方式是用低溫液體泵將來自精餾塔的液體產(chǎn)品提壓，再送入換熱器汽化、復(fù)熱后出空分裝置。在裝置內(nèi)將產(chǎn)品液體壓力提升至產(chǎn)品壓力的流程為內(nèi)壓縮流程，此種流程可減少離心壓縮機(jī)的壓縮級數(shù)。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(chǎn)品。

2.1 煤化工制冷技術(shù)

煤化工企業(yè)制冷的目的是先將空氣進(jìn)行液化，在目前的空氣液化處理當(dāng)中通常使用的是不同程度的冷凍循環(huán)設(shè)備，當(dāng)前液化冷循環(huán)使用林德循環(huán)和克勞德循環(huán)為基礎(chǔ)。林德循環(huán)是通過節(jié)流膨脹循環(huán)制冷，起到液化空氣的效果，但是克勞循環(huán)在節(jié)流循環(huán)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(jìn)行壓縮液化過程中科學(xué)選擇設(shè)備，是做好空分的前提。

在空氣冷凍液化當(dāng)中深度冷凍是將空氣先進(jìn)行過濾，將空氣中的塵埃和雜質(zhì)進(jìn)行過濾，再通入到氣體壓縮機(jī)當(dāng)中，通過分子篩后，空氣分成兩路：一路經(jīng)低壓板式換熱器冷卻，二路經(jīng)增壓機(jī)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(jìn)入雙級精餾塔的下塔底部。利用物質(zhì)的沸點(diǎn)不同，液態(tài)空氣進(jìn)行多次部分蒸發(fā)和部分冷凝，進(jìn)而得到清潔的氮?dú)猱a(chǎn)品和氧氣產(chǎn)品。

2.2 精餾

空氣在進(jìn)行深度冷凍當(dāng)中，分離過程是通過在精餾塔中進(jìn)行分離，精餾塔是上塔、下塔主冷蒸發(fā)器進(jìn)行組成，空氣進(jìn)入精餾塔的下層進(jìn)行液化，大部分的空氣都會進(jìn)行液化，部分氮?dú)鈺南滤槌?，由于氧沸點(diǎn)高，下塔底部液體，我們稱之為富氧液態(tài)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(fā)器內(nèi)部熱量傳向管間，形成溫度差。在這個精餾過程中當(dāng)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(nèi)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(nèi)部的回流液，另一部分則進(jìn)入液氮儲存槽，經(jīng)過壓力的減壓成為上塔內(nèi)部的回流液。精餾后下塔底部形成大量的富氧液態(tài)空氣，通過節(jié)流閥到上塔內(nèi)部，與冷凝器所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行接觸，不斷的提高下流液當(dāng)中氧氣的含量。最后氧氣濃度含量可以達(dá)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(zhì)量分?jǐn)?shù)亦可達(dá)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(jìn)行使用，極大的降低了精餾成本。當(dāng)然這樣的精餾方法不能得到較高純度的氧和氮，氬的沸點(diǎn)正好處于氮氧之間，這就導(dǎo)致精餾塔得到的產(chǎn)品純度不高，要想獲得更加純度的需要加入制氬系統(tǒng)，從上塔抽取氬餾分，進(jìn)入粗氬塔生產(chǎn)高純度的工業(yè)氬，進(jìn)而得到高純度氮氧。

3 現(xiàn)代空分設(shè)備技術(shù)與工程設(shè)計(jì)的關(guān)系

空分設(shè)備需要結(jié)合優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)才能發(fā)揮出空分技術(shù)的效果，在空分設(shè)備當(dāng)中的設(shè)計(jì)與制造，空分設(shè)備的工程設(shè)計(jì)以及使用方式是空分技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，只有更加完善的進(jìn)行工程設(shè)計(jì)才能在空分技術(shù)和工程設(shè)計(jì)上有所改變。

3.1 空分設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)提供了改進(jìn)工程設(shè)計(jì)的機(jī)會和要求

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

3.2 用優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)支持和配合空分設(shè)備中新技術(shù)的應(yīng)用

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

4 結(jié)束語

當(dāng)前煤化工行業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了空氣分離技術(shù)不斷的發(fā)展和更新，目前我國的空分技術(shù)朝著更加的專業(yè)化，規(guī)范化進(jìn)行發(fā)展。煤化工企業(yè)在保證自身企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的前提下，降低企業(yè)的生產(chǎn)能耗是保證企業(yè)在未來發(fā)展的主要途徑，所以不斷的進(jìn)行完善空分技術(shù)和工程設(shè)計(jì)的關(guān)系，提高空分技術(shù)的自動化水平，促進(jìn)我國煤化工企業(yè)的發(fā)展。

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