煤化工企业空分技术选择与工程设计

宛家盛

摘 要：随着科学技术的不断发展，煤化工企业在新的社会发展当中空分技术也出现了多样性的选择，未来煤化工企业需要向着更加专业规范化发展，在如何保证质量和产能的前提下，如何降低进行空分技术的成本成为了主要的研究方向，所以在进行空分技术和工程设计当中要进行减少能源消耗，为我国的煤化工行业空分技术发展奠定基础，促进我国的煤化工企业进行转型，促进我国的绿色经济的发展，最终提高我国的煤化工企业的综合能力。

关键词：煤化工;空分技术;选择;设计

变压吸附方式是具有一定的独特性，其具有灵活方便的特点，同时具有投资少，能耗低的特点，十分符合我国的未来发展趋势，随着社会的发展，变压吸附技术在更多的领悟得到了应用，空分技术是新型高分子材料科学，虽然在发展过程中时间不长，但是发展速度十分迅速，引进的空分技术需要更好的结合工程设计才能将空气分离技术发展起来，更好的带动我国的工业发展。

为保障下游装置高负荷生产运行，空分装置通过优化工况，进行技术改造。影响空分装置高负荷生产的瓶颈主要集中在冷损大、氧提取率低、预冷系统分布器堵塞问题、空冷塔填料存在损坏或偏流现象导致出空冷塔压缩空气温度偏高、压缩机PLC控制导致运行不稳定、夏季机组乏汽系统真空度波动、夏季原料空气中CO2超标、低压氮气需求量大等。针对以上制约装置高负荷生产运行的瓶颈问题，空分装置实施了一系列优化提升消除瓶颈的措施。

1 煤化工技术发展状况

自从我国开始发展工业，煤炭资源一直以来在社会发展建设中都发挥着中流砥柱的作用。新世纪的到来更是带动了天然气、石油等资源的快速发展，因此，煤炭资源的使用越来越少。随着国际油价的不断提升，给我国需要进口天然气和石油的国家的经济带来了一定的影响。同时，人们又将注意力转移到了世界能源储备高达80%的煤炭资源，煤化工技术、理论以及相关设备也在一定程度上得到了快速提升，这样一来不仅利于煤炭资源的合理运用，同时，气化工艺的快速发展也能够减少煤炭资源给环境带来的影响。

2 空气低温分离工艺

空气低温分离技术是通过使用多塔低温从压缩空气中制取高纯度的氧、氮、氩产品。在这个过程当中，压缩空气当中的杂质经过分子筛附装置进行纯化，经过精馏最终得到高精度的氧，氮等产品，压缩氧气可以分为两种压缩方式，一种是外压缩，另一种是内压缩，在采用外部压缩方式的情况下使得氧气内部温度与外界环境温度保持一致，这样就只需要将氧气压缩，从而进行加压。内压缩的方式是用低温液体泵将来自精馏塔的液体产品提压，再送入换热器汽化、复热后出空分装置。在装置内将产品液体压力提升至产品压力的流程为内压缩流程，此种流程可减少离心压缩机的压缩级数。深度冷冻法分为两步，先行制冷，再精馏，即可得到不同的气体产品。

2.1 煤化工制冷技术

煤化工企业制冷的目的是先将空气进行液化，在目前的空气液化处理当中通常使用的是不同程度的冷冻循环设备，当前液化冷循环使用林德循环和克劳德循环为基础。林德循环是通过节流膨胀循环制冷，起到液化空气的效果，但是克劳循环在节流循环后还包括了等熵膨胀，这就极大的提高了液化效率，并且降低做功，有利于降低液化成本。所以在进行压缩液化过程中科学选择设备，是做好空分的前提。

在空气冷冻液化当中深度冷冻是将空气先进行过滤，将空气中的尘埃和杂质进行过滤，再通入到气体压缩机当中，通过分子筛后，空气分成两路：一路经低压板式换热器冷却，二路经增压机增压后，通过换热器膨胀制冷。两路膨胀后的空气温度均降至103K左右，进入双级精馏塔的下塔底部。利用物质的沸点不同，液态空气进行多次部分蒸发和部分冷凝，进而得到清洁的氮气产品和氧气产品。

2.2 精馏

空气在进行深度冷冻当中，分离过程是通过在精馏塔中进行分离，精馏塔是上塔、下塔主冷蒸发器进行组成，空气进入精馏塔的下层进行液化，大部分的空气都会进行液化，部分氮气会从下塔抽出，由于氧沸点高，下塔底部液体，我们称之为富氧液态空气，占比在30%～40%。其次需要控制精馏塔下层空气压力大于上塔，这样会使得下塔顶部的氮的冷凝温度比氧的冷凝温度高，会使得冷凝蒸发器内部热量传向管间，形成温度差。在这个精馏过程中当中，上塔和下塔同时起到精馏的作用，极大的缩减了精馏塔的工作时间，同时空气通过下塔再穿过塔内多层精馏板，通过一系列的精馏提高了精馏气体的氮的浓度，通过冷凝器后形成液氮。液化形成的液氮一部分成为下塔内部的回流液，另一部分则进入液氮储存槽，经过压力的减压成为上塔内部的回流液。精馏后下塔底部形成大量的富氧液态空气，通过节流阀到上塔内部，与冷凝器所产生的气体进行接触，不断的提高下流液当中氧气的含量。最后氧气浓度含量可以达到99%以上，上塔底部液氧可引出塔外。上塔塔顶引出的则是污氮，氮的质量分数亦可达98%以上。这样的处理之后，污氮温度极低，可以利用过冷器装备回收利用低温，将低温再次进行使用，极大的降低了精馏成本。当然这样的精馏方法不能得到较高纯度的氧和氮，氩的沸点正好处于氮氧之间，这就导致精馏塔得到的产品纯度不高，要想获得更加纯度的需要加入制氩系统，从上塔抽取氩馏分，进入粗氩塔生产高纯度的工业氩，进而得到高纯度氮氧。

3 现代空分设备技术与工程设计的关系

空分设备需要结合优秀的工程设计才能发挥出空分技术的效果，在空分设备当中的设计与制造，空分设备的工程设计以及使用方式是空分技术应用的基础，只有更加完善的进行工程设计才能在空分技术和工程设计上有所改变。

3.1 空分设备的先进技术提供了改进工程设计的机会和要求

目前的空分技术使用了更加先进的技术，在精馏过程中消去了加氢脱氧的过程，在空分设备当中采用部分的液氧液化装置，通过液氧泵升压到管网压力后，再进行汽化，可以使得工厂当中制氧车间中的装备设置更加的简洁化，最终使得制氧车间面积减少。在站区布置过程中，很少设计氢气站，所以在进行工程设计当中可以简化厂房布置，最后由于空压机的结构在不断的变化，可以在进行空分设备的安装过程中忽略氧气压力机的加装，减少了空分车间的设备复杂性，在车间的设计当中可以使用车间外布置的方式，同时也可以在车间一层进行布置，极大的缩减了费用。同时空分设备需要大型的压缩机，大型液体储存罐和空分冷箱，所以在进行工程设计当中需要考虑到设备的安放地区，减少面积的使用，所以做好工程设计对于空分设备的使用有直接关系。

3.2 用优秀的工程设计支持和配合空分设备中新技术的应用

空分设备的不断的优化给工程设计也提出来更高的要求，优秀的设计能够缩减各项工作的资金和效率，因此需要用优秀的工程设计满足空分设备的发展和使用要求，空分设备的车间一般会采用露天和一层建设，这样对于设备的安装更加简单，但是对于地下的线路要求较高，将传统的二层车间变成了新的一层式车间，同时对车间周边环境进行处理和优化，降低周围的噪音污染，最终进行统一的规划安装，才能取得良好的效。例如在氧气站建设当中，设计将管道的设计安排到最后。无论是如何进行工程设计都需要考虑到实际情况，因此在进行设计当中，充分的利用好原有车间和厂房，将设备灵活的进行安放，这样既可以节约工程建设成本，同时也可以满足未来的扩建和发展的需求。最后在进行工程设计当中根据厂房的实际情况进行科学设计，保证空分设备的安排符合安全要求，同时利于煤化工企业的空分技术的发展。

4 结束语

當前煤化工行业的发展，促进了空气分离技术不断的发展和更新，目前我国的空分技术朝着更加的专业化，规范化进行发展。煤化工企业在保证自身企业的经济效益的前提下，降低企业的生产能耗是保证企业在未来发展的主要途径，所以不断的进行完善空分技术和工程设计的关系，提高空分技术的自动化水平，促进我国煤化工企业的发展。

参考文献：

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