煤化工空分设备流程特点及选择_
煤化工空分装置工艺特点及应用发展
常 力 鹏
（ 黑龙 江北大荒农业股份有 限公 司浩 良河化肥分公 司生产部 ， 黑龙江 伊春 １ ５ ３ ０ ０ ０ ） 摘 要： 随着我 国社会的快速进 步以及科技 的高速发展 ， 我 国的工业也在不 断地进行 着创新 与完善 。我 国工业如今的发展 规模在世 界上也屈指可数 ， 尤其 是 利 用 自身 资 源优 势 所 开展 的煤 化 工 更是 国 际驰 名 。 煤 化 工 虽 然 听起 来 陌生 实际 上 却 与 我 们 的 生活 息 息相 关 ， 无 论是 医药业还是 日化业都 离不开煤化 工的 支持 。煤化工的快速发展也 自然会使得其配套设施也随之发展 ， 在煤， Ｉ ｔ ＿ ｒ － 当中应 用范围最广的 应当是 空分装置 ， 空分装置是煤化工 当中必不可少的一种设备 ， 其 工艺的特点及 因应用的发展 时刻牵动 着整个煤化工行业。 关键词 ： 煤化工； 空分装置； 工艺特点； 应 用 发展
１ 煤 化 工 空分 装 置 的 特 点 加合理 。 煤化工 当中空分装置对 于煤 化工而言具有着极为重要的意义 ， １ ． ２ ． ２成套设备机组 的特点 而我们分析煤化工空 分装 置的特点也是 为了可 以对煤 化工的空分 首先来看空气过滤器系统特点 ， 空气过 滤器 系统 有具 有 自动控 装置有着更多 的了解并且为了将其更好 的应用 。 对于煤化工空分装 制 系统 能够对过滤器 内的空气在一定 时间后进行反 吹减少 了清理 置的了解应 当先从其工艺流程开始 ， 只有先对其工艺 流程有 了充分 难度 ， 并且 空气设备过滤器本身还能对其 阻力进 行大小调整。其次 的了解才能真正地将其应用好。 是 预冷系统 ， 预冷系统采用 的是 搞笑低阻散堆填 料塔 ， 可 以保 证其 １ ． １空 分 装 置 工 艺 流 程 拥有 良好 的换热性能和减少阻力的效果 ， 并且对 于空压机的负荷也 空分装置本身采用 了多种不 同的工 艺其 中有分 子筛吸与 预净 能够起到减轻 的效果 。接着是纯化系统 ， 空分装 置的分子纯化系统 其每 一个 单独 的吸附器吸附时间都能高达 化工艺 、 增压透平膨胀机 以及液体泵压缩工艺 。空气装置 整套设备 采用 的是长期使用设计 ， 由空气过 滤压缩 系统 、 空气 预冷 系统 、 分子筛 纯化 系统 、 分馏塔 系 ４小 时 ， 这使得分 子筛和 阀门的使用 寿命 被延长 ， 而切 换损失 会减 统、 液体贮存及汽化系统 、 仪控系统 、 电控 系统等组成 。空分装 置的 小从而可 以减少再生污氮量。 组成虽然 十分复杂但是其所要达到的 目的却十分简单 ， 其 主要 的工 ２ 空 分 装 置 的应 用发 展 作 目的就是将空气 中的各个成分分离开来从而为煤化工设备服务 。 空分装置在煤化工企业 已经被广泛 的应用 ， 并且这种应用还会 下面我们来分析其工艺流程 。 越来越深入且规模也会越来越大 ，关于未来空分装置 的应 用发展 ， １ ． １ ． １空气过滤和压缩 从 如今 的发展现状就能得 以管窥 ， 下面笔者就来谈一谈关 于空分装 首先 ， 自洁式空气 吸入 过滤器将空气 吸人 器内部 ， 然后空 气在 置 的应 用 发 展 问题 。 空气过滤器的作用下将里面 的灰尘和其他悬浮颗粒物等杂质去 除。 ２ ． １空分装置 的应用发展规模越来越大 去除杂质的空气将进入主空压机 ， 在主空压机的多重压缩后空气再 随着我 国煤化 工发展 的规模扩 大以及其产 能的扩 大器装置 大 进入空冷塔 ， 压缩器在空气压缩 的过程 中会 产生大量的热量而这些 型化已经是一种必然趋势 。 煤化工 的装置大型化也必然会 使得 其对 热量都会被中间冷却设备 内的冷却水冷却 。 这个过程是空分装置将 氧气 的需求量也 变得更加 巨大 ， 因此在这 样的情况下 ， 空 分装置 的 空气吸入的第 一过程也是相对而言精密度较差 的一道工序 。 大型化也成 为了势在必行 的事情 。 １ ． １ ． ２空气 的冷却和纯化 ２ ． ２空分装置应用从单一的制氧功能 向多元化发展 在空气进 人冷却塔 内就会被冷却塔进行 降温处理 ， 空气的降温 空 分 装 置 在 以 往 其 最 主 要 的作 用 就 是 制 造 氧 气 从 而 满 足 煤 化 处理其最主要 的 目的在 于让空气 中的水分尽可 能的降低从 而 使得 工 的需求 ， 而如今尤其 是在煤化工合 成氨的制取过 程中 ， 其对 于其 空气在进入分子附吸器 时能够减少水分给分子 附吸器所带来 负荷 。 他种类 其他 的要求更加大 ， 例如空气 中的氮气就是合成氨 生产 的主 冷冻水进入空冷塔后首先利用分馏塔 内的氮气进行冷却 ， 在经历 了 要原料气之一 ， 因此空分装置除 了满足于现代煤化工所需要 的氧气 冷水机冷却后才能进入空冷塔上部。 从空气预冷系统 中出来 的空气 之外 ， 还需要满足更 加多样化 的例如 氮气 、 氢气 、 氦气、 氩气等不 同 再进入空气纯化系统进行水分 、 二 氧化碳与碳氢化合物的去除。 气体的供给工作 。因此未来在 空分装 置的应用发展中 ， 应该会 更多 １ ． １ ． ３ 空 气 的精 馏 的将精力放在空分装置 ， 对于其他不 同气体 的提取方 面以满足煤化 从 吸附器内出来 的空气分 为了两部分一部 分进入 了低 压主换 工生产过程中对 其他稀有气体 的需求 。 热器冷却后进人下塔 ， 另一部分则瞳孔空气增压机进行进一步 的压 ２ ． ３ 空 分 装 置 的 可 靠 性 与 安 全 性 是 未 来 其 应 用 发 展 的 另 一 主 缩工作 ， 最终抽 出一步经过膨胀剂增压断的压缩机及后冷却器 的冷 要 方 向 却， 再进入 主换热器被冷却 ， 经膨胀机膨胀后进入下塌 ， 增压机末级 无论是 任何 的工业生产或 是装置 的发 展都需要 可靠性与安 全 空气送入冷箱经主换热器冷却后节流进入下塔 。 精馏 塔下塔 中的上 性 的支 持 ， 对 于这 点而言空分装 置的发展也不会例 外 ， 空分装 置作 升气体通过与回流液体接触含氮量增加。 这些其他会 流人下塔顶部 为煤化 工的空头装置其本 身的可靠性和安 全性直接 影响着煤 化工 的冷凝蒸发器。在冷凝蒸发器 中氧气会被蒸发 而氮气则 会被 冷凝 。 整个生产流程的可靠性 与安全性 ， 除此之外空分装置 本身所制取的 上塔顶部产生的污氮气 ，会进入上塔顶部 的冷却器 和主换热器 ， 然 各类气体是煤化工的原料 气的主要 来源之一 ， 一旦这些气 体的纯净 后一部分出冷箱一 部分则进入 纯化系统进行再生气 ，一部分则进 性 不 够 那 么 很 可 能会 造成 生产 事 故 的发 生 。 入水冷塔。上塔中的液态氧则从上塔底部被抽 出 ， 在液氧泵 中被压 结 束 语 缩最终送 到高压换热器 中与高压空气进行热 交换从而变 为高压氧 煤化 工空分装置 的工艺特 点与应用 发展对 于我 国工 业而 言有 气。 着极为重要的意义 ， 我们必须在充分 了解 了空分装置 的各 类特点之 １ ． ２空分装置 的特点 后才能在最大程度上将空 分装 置更 好的应用 ， 而对于应用的发展问 空分装置其主要功 能就是对 空气进行处理 ， 其 同样具有着 自身 题 ， 这是一个 与时俱进 的问题 ， 任何工业想 要持续性 发展就必 须与 的特点 ， 这些特点从流程 、 设备两个方 面凸显出来 ， 下面我们就来介 时俱进适应时代的要 求和社会 的需求 。 绍一下空分装置的特点 。 参 考 文献 １ ． ２ ． １流 程 特 点 【 １ 】 孙洪波． 空分 装 置 后 备 储 存 系统 的 设 计 （ 一） 『 Ｊ １ ． 石 油化 工 设 计 ， ２ ０ １ ２ 空分装置中由于有液态 氧泵 和压缩机 ， 以及空气膨胀机 的存在 （ ０ ２ ） ． 使得其具有其他设 备所不具备 的安全性 与可靠 性。除此之外 ， 其操 『 ２ １ 张晓亮， 李江龙． 谈变 电二次设计过程 中的细节问题『 Ｊ １ ． 科技情报 开 作也非 常方便 而且其本身 的操 作内容也易 于理解并不是 十分抽象 发 与 经 济。 ２ ０ ０ ６ （ ２ ４ ） ． 的， 并且 由于空分装置 目前 已经全面 国产化 因此其在价格方面也 十 【 ３ 】 黎洪斌． 空 分 装 置 安 全要 素 分析 『 Ｊ １ ． 通 用机 械 ， ２ ０ ０ ９ （ １ ２ ） ． 分低廉对很多企业 而言其在投资方 面的成本也会 降低 ， 并且 由于空 『 ４ １ 胡 志 强， 沈庆春． 煤 化 工 空 分 装 置 论坛 ｆ Ｊ １ ． 通 用 机械 ， ２ ０ ０ ９ （ ９ ） ． 分装置 的这 些设备都是一个 系列的缺一不可 因此在配置 方面也更
煤化工空分设备流程特点及选择
关 键词 ：空分 设备 ；煤 化 工 ；煤 气化 ；流程 选择 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｂ ６ ５ ７ ． ７ 文献标 识 码 ：Ａ
Ｆｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ・ ｐ ｕ ｒ ｐ ｏ ｓ ｅ ａ ｉ ｒ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ
Ｔａ ｎ Ｆ ａ ｎ ｇ
（ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｈ ａ ｎ ｇ ｙ ａ ｎ ｇ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｈ ｏ ｎ ｇ ｙ ｕ ａ ｎ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ，５ ９ ２ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ
我 国缺油 少气 相 对富煤 的能源 现状 ，奠 定 了煤 化工 行业 在我 国经 济 领域举 足 轻重 的地 位 。煤 气化 是清 洁利 用煤 炭 资源 的重要 途 径 和手 段 。空分 设备 为煤 化工 行业 提供 作 为气 化剂 的氧气 、合成 原 料气 的氧 气和 氮气 以及 输送 气 。不 同的煤气 化 工艺 的工 作温 度和 压力 不 同 ，决定 了配 套 空分 设 备 的氧 气 、
氮气产品的压力和产量等不同，也决定了煤化工行
业空 分设 备 流程 的有 所不 同 。
厂 ，以替代无烟煤和焦炭等高成本 的原料。一般使
用 氧含量 高 于 ５ ０ ％ 的 富 氧 空 气 或 氧 煤 气 化 技 术 配 套 空 分 设 备 流 程 与
般 由空气 鼓风 机提 供 的空气 与 空分设 备 生产 的纯
水专 题 综 述 水
煤化工空气分离及其工艺流程分析
煤化工空气分离及其工艺流程分析发布时间：2023-01-04T03:02:19.886Z 来源：《新型城镇化》2022年23期作者：毕翠玉[导读] 空气分离是指利用一定的物理技术，根据气体的物理性质对不同的气体进行分离，如氧、氮等常见气体，以及氦、氩等稀有气体进行区分。
山东华鲁恒升化工股份有限公司山东省 253000摘要：近年来，煤化工行业发展迅速，呈上升趋势，煤化工生产规模也在不断扩大，对各种生产设施和设备提出了更高的要求。
特别是空分设备的选型更注重工艺流程的合理性和安全性。
确定合适的空分装置工艺流程是煤化工企业生产活动中的关键问题之一。
为了保证空分装置的安全高效运行，煤化工企业必须选择正确的工艺流程，控制好安全运行的关键点。
关键词：煤化工；空气分离；工艺流程1煤化工空气分离的概念及其运行意义空气分离是指利用一定的物理技术，根据气体的物理性质对不同的气体进行分离，如氧、氮等常见气体，以及氦、氩等稀有气体进行区分。
空分设备是煤化工行业的重要设备。
随着煤化工的发展，对空分设备的要求越来越高。
煤化工空分装置的运行可以大大提高煤的转化率，提高煤化工企业的生产效率和生产质量，保证其生产目标的实现，为煤化工企业创造更多的经济效益，促进煤化工企业的可持续发展。
空分设备的运行强调安全，只有安全运行才能保证其运行的稳定，才能保证生产目标的实现。
选择正确的工艺流程，掌握合理的工艺流程选择是空分设备安全运行的前提之一。
2 煤化工空气分离工艺概述2.1低温加工低温空气分离理论是生产气态或液态氧气、氮气和氩气最有效、最经济的专业技术。
空分装置（ASU）采用传统多塔低温精馏塔的全流程，从压缩空气中获得高效、纯度高的氧气。
低温技术还可以以较低的增量成本生产高纯度的N2，作为有益的副产品流。
此外，还可以将液氧、液氧、液氮导入产品石英砂岩中，存储产品备份数据或副产品市场销售数据，增加固定资产和能源工程成本。
为了根据规模效应降低产品成本，再次对如何提高每列设备的生产效率进行科学研究。
煤化工行业配套空分的流程特点
上述 两 种煤 气 化 技术 的气 化 炉压 力 都 不 高 ， 一 般 不高 于 ２ ５ ｋ Ｐ ａ ， 考虑 到 管 网的压力 损失 ， 要求 出空 分 装 置 的氧气压 力在 ３ ０～ ８ ０ ｋ Ｐ ａ左 右 ， 可 以选 择外 压 缩空 分流 程或 自增 压空 分流程 。早 先 的外压 缩空
１ 常压 煤 气化 技 术 空 分 装 置 流 程 特 点
了参 考。 关键 词 ： 煤化工 ； 煤气化 ； 空分 装置 ； 流程 ； 特点 中图分类号 ： Ｔ Ｈ ４ ９ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ７ － ７ ８ ０ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ ． ０ ０ ０ ５ － ４ ０
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ － ７ ８ ４． ０ ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ０ ２
的氧气、 氮气的压力和产量等要求的不同， 也决定 了
煤 化 工行业 中空分 装置 的流程选 择 。
分流程通过提高空压机 的排压 ， 使空分装置的氧气
压 力 达到要 求 ， 但 此 流程 能 耗 高 。后 改 为 不 直 接提
高 空压 机排压 ， 通 过生 产压 力 为 ｌ ２—１ ５ ｋ Ｐ ａ左 右 的 低 压 氧气 ， 经 氧压 机增 压 至所需 压力 进入 用户 管 网 ，
Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｃｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ Ａｉ ｒ Ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｕｎ ｉ ｔ ｉ ｎ Ｃｏ ａ ｌ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
ＴＡＮ Ｆ ａ ｎ ｇ
第３ １ 卷第 ３期
２ ０ １ ３年 ６月
试论大型煤化工型空分设备及其自动控制技术
试论大型煤化工型空分设备及其自动控制技术摘要：自动化控制系统作为整套空分设备的重要组成部分，与空分设备流程不同，其控制特点也不同。
大型煤化工型空分设备的流程控制特点，分析空压机、增压机、汽轮机三大机组的控制技术、高压氧气阀门的应用技术、高压液氧泵和相关阀门的控制技术以及机组相互关联控制技术。
关键词：大型煤化工型空分设备；控制技术前言在煤化工生产中，空分设备是不可或缺的重要组成部分之一，它的运行稳定与否直接关系到煤化工产品的质量和生产能效。
为进一步提升空分设备的运行安全性和可靠性，可将自动化控制技术合理应用到空分设备当中。
借此，本文就大型煤化工空分设备及其自动化控制技术展开论述。
1、空分设备中的IT CC控制技术在煤化工生产过程中，蒸汽通常采用的都是自产方式，一台汽轮机可拖动空压机组、增压循环压缩机组。
ITCC又被称之为CCS压缩机组综合控制技术，具体是指采用独立于DCS系统的CCS系统对汽轮机、空压机和增压机进行自动化控制。
在这种控制方式下，控制系统中所有与自动化控制功能有关的器件全部通过TUVAK6级安全认证，主要包括内部总线、I/O接口、主处理器、容错装置、系统电源等等。
CCS将自动化控制与连锁保护进行了集成，从而使两者形成了一个有机整体，具体的控制功能有机组负荷自动调节、防喘振控制、汽轮机调速、回路控制以及程序控制等等。
借助CCS系统的操作站，可对机组中相关的单元设备进行远程启停，同时还能进行监控和报警，不仅如此，利用工业以太网，还能实现与DCS系统之间的数据通信，由此使得整个控制过程更加有效。
2、空分设备中的自动变负荷技术2.1、自动变负荷技术该技术根据后续用氧的负荷变化对氧气量进行设定，自动调整空压机入口导叶，进而达到调节空分设备回路、流量、液位的目的，并在规定时间内使氧气产量达到要求。
自动变工况需要在预测阶段人为设定空分设备需要的液氧量，并对设备回路进行调节，如调整膨胀机的膨胀量，以保证液氧量达到设定量要求。
空分设备在煤化工中的应用研究
空分设备在煤化工中的应用研究文章首先简要分析了空分设备的特点，在此基础上从煤制油、煤制天然气、煤制烯烃三个方面对空分设备在煤化工生产过程中的应用进行论述。
标签：空分设备；煤化工；应用1 空分设备的特点分析近年来，煤化工逐步呈现出大型化的趋势，为了保证煤化工生产的稳定性与连续性，与之相配套的空分设备等级也必须随之增大。
对于大型空分设备而言，并不是简单地对配套设备和机组进行放大即可，而是需要解决诸多关键性的技术问题，如塔器等静设备需要重点解决的问题是运输，一方面要限制塔器的直径，同时塔身的高度也不能过高，在这一前提下，需要加强单元截面的传热性能，上下塔需要采用新型规整填料，筛板塔则需要对开孔率进行加大等等。
另一方面还应解决气体和液体分配的换热器问题，需要加快新型塔内组件的研发速度。
对于动设备而言，亟待解决的关键问题是大型高效机组的研发，如高效中压透平膨胀机、大型空压机等等。
目前，这些大型、高效的机组设备都以进口为主，如果想要从根本上降低煤化工的生产成本，就必须加快国产化的进程。
2 空分设备在煤化工生产过程的应用空分设备是煤化工生产过程中不可或缺的重要组成部分之一，其在煤化工相关生产系统中的应用主要体现如下几个方面：2.1 在煤制油生产中的应用煤制油在煤化工中具有重要的地位，常规的煤制油生产系统主要是由以下装置组成：空分设备、煤气化设备、油品合成设备、尾气制氢设备以及产品加工设备等等。
在具体的生产过程中，来自于界区之外的原料煤会与来自于空分设备中的氧气一并进入到煤气化装置当中，经由气化工艺处理之后，便可得到粗合成气，这部分气体会被送入到一氧化碳变换装置中，再以高水气比部分变换工艺，对其中的一氧化碳与氢气的比例进行调节，通过合成及制氢工艺，便可生产出成品油。
在上述生产过程当中，空分设备的主要作用是为以下装置提供所需的氧气，如煤气化装置、硫回收装置以及尾气制氢装置等等。
此外，在生产时还会伴生副产物氮气，这部分气体主要供给煤气化装置使用。
煤化工空分系统介绍
为了保证连续供气，需要两个以上的吸附塔 交替工作。再生的方法可采用加热提高温度 的方法（ＴＳＡ），或降低压力的方法（Ｐ ＳＡ）。这种方法流程简单，操作方便，运 行成本较低，但不能获得高纯度的产品，氧 纯度通常在93% 左右，适合配套于氧气用量 不大，产品纯度要求不高的装置。
。
３ 、膜分离法。利用有机物聚合膜的渗透选择性， 当空气通过薄膜或中空纤维膜时，氧分子穿透薄 膜的速度约为氮分子的４－５倍，从而实现氧氮 的分离。这种方法装置简单，操作方便，启动快， 投资少，氮富氧浓度一般适宜在35% 左右，规模 也只适宜于小型装置，用于富氧燃烧和医疗保健 等方面。
3.氮气广泛用于冶金、电子与石油工业、化工、食品、 医疗、高科技行业，在本项目主要作为保护气、置 换气、汽提气，用在全厂各工段。 4、氩气用于金属冶炼、机械、电子、照明等行业，在 本项目中没有使用。 5、空气分离，简称空分。 空分作为公用工程的一部分，主要任务是为气化工 段提供纯氧。并为全厂各个工段提供符合标准的仪 表空气、工艺空气和不同压力规格的氮气。副产品 为液氧、液氮、液氩，可作为产品出售，提高投资 收益。生产过程中排放的冷凝液送到脱盐水站，回 收利用。
要将空气液化，就需要将空气冷却到 -173 ℃以下，这种制取高纯度产品的方法 叫做深度冷冻法，而利用沸点差将液空分离的 过程就是精馏过程。由于提取产品纯度高，装 置可以大型化，普遍应用于空分行业。
２ 、变压吸附法。利用分子筛对不同的分子具有选 择吸附的特点，有的分子筛对氮具有较强的吸附性 能，让氧分子通过，因而获得纯度较高的氧气；有 的分子筛对氧据有较强的吸附性能，让氮分子通过， 因而获得纯度较高的氮气。由于吸附剂的吸附量有 限，当吸附某种分子达到饱和时，就没有继续吸附 的能力，需要将被吸附的物质赶掉，才能恢复吸附 能力，这一过程叫再生。
煤化工空分设备流程特点及选择
煤化工空分设备流程特点及选择发表时间：2018-09-18T15:26:10.877Z 来源：《基层建设》2018年第25期作者：武洪智[导读] 摘要：空分设备就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。
大唐呼伦贝尔化肥有限公司内蒙古呼伦贝尔市 021000摘要：空分设备就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。
本文从煤气化技术对氧气、氮气产品规格的要求，氧气、氮气的实现形式等方面，介绍煤气化工空分设备的流程特点及选择。
关键词：空分设备；煤化工；流程特点；流程选择一‘煤化工行业发展意义及煤气化技术1.1有序发展煤炭产业是国家能源发展战略的一个重要方面中国是煤炭主导型化石能源资源相对丰富的国家，按照《BP世界能源统计2009》的数据，我国煤炭储量占世界总储量的13.9%，居世界第二，石油和天然气储量分别占世界总储量的1.2%和1.3%，我国的能源资源呈现“多煤、少油、少气”的局面。
在这种形势下，发挥中国煤炭资源优势，采用先进可靠技术，有序发展煤炭和煤炭相关的洁净煤、燃煤发电、煤化工等煤基能源产业，适当缓解中国石油短缺的矛盾，就成为“节约优先、立足国内、多元发展、依靠科技、保护环境、互利合作，构筑稳定、经济、清洁、安全能源供应体系，以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展”国家能源发展战略的一个重要方面。
1.2煤化工产业发展现状传统煤化工产业以生产基础原料为基本特征。
主要有“煤—焦炭、煤—电石—PVC、煤—煤气化—合成氨—尿素”三条产业路线，主要生产焦炭、电石、PVC和合成氨等产品，为钢铁、农业等行业提供原材料。
现代煤化工以洁净、高效煤气化替代石油生产附加值较高的石化产品和燃料为基本特征。
现代煤化工基本上以低端的烟煤、褐煤为原材料，主要包括煤制气、煤制烯烃、煤制油、煤制醇醚和煤制乙二醇，大幅提升煤炭经济价值，是技术、资金、人才密集型产业。
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Abstract： Here，the features of process of the air separation plant supporting the atmospheric coal gasification technique are briefed，and the features and selection of process of air separation plant supporting the pressurized coal gasification technique are described from the specification on gaseous oxygen and gaseous nitrogen required by the coal gasification technique and the realization form of the gaseous oxygen and gaseous nitrogen． Keywords： Air separation plant； Coal chemical； Coal gasification； Selection of process
参数 床层形式 给料形式 氧煤比 / （ kg / kg） 氧煤比 / （ m3 / t） 相应的煤种
BGL
固定床 干法
（ 块煤） 0. 52 364 烟煤
表 3 典型加压气化炉氧耗的比较
HTW
U-gas
KＲW
GSP
Shell
流化床 干法
（ 碎煤） 0. 54
378
褐煤
流化床 干法
（ 碎煤） 0. 6
固定床加压气化炉的代表是德国鲁奇 （ Lurgi） 固定床碎煤加压气化炉和在鲁奇炉基础上改进的 BGL （ British Gas － Lurgi，英国燃气—鲁奇） 碎煤 熔渣气化炉。从上世纪 30 年代开始至今，德国鲁 奇公司先后开发了四代鲁奇炉，前三代鲁奇炉的设 计压力为 2. 5 4 MPa，第四代鲁奇炉 MK + 的设计 压力增大到 6 MPa，大大提高了气化炉的生产能力。 BGL 碎煤熔渣气化炉的操作压力为 2. 5 4 MPa。这 两类气化炉都具有较高的气氧比，因此耗氧量小。
压力等级 8 8. 2 MPa 高压氮气
表 4 不同规格氮气在煤化工中的用途
流量
正常： 5000 m3 / h 最大： 15000 m3 / h
用途 甲醇装置、净化装置、烯烃分离、MTBE + 丁烯 － 1、富余
0. 8 0. 85 MPa 低压氮气
空分设备的氧气压力在 30 80 kPa 之间，可以选择 外压缩空分流程或氧气自增压空分流程［1］。早期的 外压缩空分流程通过提高空压机的排气压力，使出 空分设备的氧气压力达到气化炉的工艺要求，但此 流程能耗高。后改为产品氧气压力为 12 15 kPa 的 低压流程，出空分设备的低压氧气经氧压机增压至 所需压力再被送入用户管网。该方法需增加氧压机
粉煤加压气化工艺有荷兰 Shell 公司的 Shell 炉 （ SCGP 炉） ，德国 Krupp-Kpppers 公司的 Prenflo 炉， 被西门子收购的 GSP 炉和国内西安热工研究院开 发的两段式干煤粉加压气化工艺，华东理工大学等 自主开发的四喷嘴对置式干粉煤加压气化工艺以及 航天十一所研发的盘管式水冷壁气化炉 （ 航天炉 HT-L） 。其优势在于干法供料、热效率较高，耗氧
0. 425 0. 445 0. 009
6 0. 45
液氮洗用氮气，从压力塔抽取的 压力氮经高压氮压机压缩
工艺用氮气，从低压塔抽取的 氮气经低压氮压机压缩
液氧
若干
99. 6% O2
—
—
进贮槽
液氮
若干
≤10 × 10 － 6 O2
—
—
进贮槽
仪表空气 3600 露点≤ － 40 ℃ ，干燥，无油
—
0. 8
航天炉气化技术
30 万 t / a 合成氨、 52 万 t / a 尿素
兴安盟褐煤
纯度： ≥99. 6% O2 ， 产量： 30000 m3 / h， 出界区压力： 5. 1 MPa
氮气产品
纯度： ≤10 × 10 － 6 O2 ， 产量Ⅰ： 42000 m3 / h， 出界区压力： 6 MPa； 产量Ⅱ： 15000 m3 / h， 出界区压力： 0. 42 MPa
我国缺油少气相对富煤的能源现状，奠定了煤 化工行业在我国经济领域举足轻重的地位。煤气化 是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。空分设备 为煤化工行业提供作为气化剂的氧气、合成原料气 的氧气和氮气以及输送气。不同的煤气化工艺的工 作温度和压力不同，决定了配套空分设备的氧气、 氮气产品的压力和产量等不同，也决定了煤化工行 业空分设备流程的有所不同。
上述两种煤气化技术的气化炉压力都不高，一 般不高于 25 kPa，考虑到管网的压力损失，要求出
收稿日期： 2013-02-17 作者简介： 谭芳，女，1980 年生，硕士，2005 年毕业于上海大学运筹学与控制论专业，现在杭州杭氧股份有限公司设 计院流程室工作，主要从事空分流程的设计与计算工作。
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表 2 采用 GE 水煤浆气化技术和航天炉气化技术生产 合成氨、尿素所需氧气、氮气产品规格
气化技术 生产规模 使用煤种
氧气产品
GE 水煤浆气化技术
40 万 t / a 合成氨、 70 万 t / a 尿素
新疆长焰煤、不黏煤
纯度： ≥99. 6% O2 ， 产量： 55000 m3 / h， 出界区压力： 8. 7 MPa
的投资成本。采用氧气自增压空分流程，产品氧气 出空分设备的压力可达到 20 200 kPa 之间。此流 程既不增加能耗，又节省了投资，且操作简单，非 常适合上述两种煤气化技术。如某化肥公司 2012 年 新建的 30 万 t / a 合成氨、52 万 t / a 尿素工程利用 就近褐煤，采用恩德炉气化技术，配套空分设备就 是采用液氧自增压流程，其参数见表 1。
气化炉。上述几种气化炉的中试压力一般不大于 3 MPa。
气流床加压气化分为水煤浆加压熔渣气化和粉 煤加压熔渣气化。水煤浆加压气化工艺有美国德士 古发展公司的 Texaco 炉 （ GE 炉） ，美国道化学公 司在德士古煤气化基础上发展的两段式 Destec 炉 （ E-Gas 炉） ，华东理工大学等自主开发的多喷嘴对 置式水煤浆气化炉。气化压力根据工艺需要进行选 择，操作压力等级一般在 2. 5 10 MPa 之间，方 便下游多种压力工艺气体使用。如用于合成甲醇、 醋酸生产，6 7 MPa 压力较适宜，这样后序工艺 不需再增压，节省中间压缩的工序，降低能耗； 而 生产合成 氨，一 般 压 力 为 8. 5 10 MPa 较 适 宜。 水煤浆加压气化工艺的原料煤经磨制成水煤浆后泵 送进气化炉，有利于提高气化炉压力，对氧气的压 力要求高，不需要输送气化原料煤用的氮气或二氧 化碳，对氮气产量要求低。
1 常压煤气化技术配套空分设备流程与 特点
1. 1 煤气化技术特点 常压固定床无烟煤 （ 或焦炭） 富氧连续气化
技术以富氧空气为气化剂，连续气化无烟煤或焦 炭，是对常压固定床间歇式气化技术的改进。恩德 粉煤气化技术属流化床气化炉，是在温克勒气化炉 技术上改进的，气化炉内压力控制在 14 kPa 左右， 为常压下操作，适用于气化褐煤、长焰煤、不黏煤 和弱黏煤，因此适合于就近有褐煤的中、小型氮肥 厂，以替代无烟煤和焦炭等高成本的原料。一般使 用氧含量高于 50% 的富氧空气或氧气。富氧空气 一般由空气鼓风机提供的空气与空分设备生产的纯 度为 99% 以上的氧气混合得到。 1. 2 配套空分设备的流程特点
加压流化床相对于常压流化床具有气化强度 高、设备尺寸小的特点，并且随着压力的提高，耗 氧量下降，生产率和干煤气热值提高。因此流化床 加压气化是煤气化的一个重要发展方向。典型的流 化床加压气化炉有德国的高温温克勒气化炉 （ HTW 气 化 炉 ） 、 灰 熔 聚 技 术 的 U-Gas 气 化 炉、 KＲW 气化炉和中科院山西煤炭化学研究所的 ICC
选择。
关键词： 空分设备; 煤化工; 煤气化; 流程选择
中图分类号： TB657. 7
文献标识码： A
Features and selection of process of coal chemical-purpose air separation plant
Tan Fang
（ Designing Institute，Hangzhou Hangyang Co． ，Ltd． ，Hongyuan Building，592# North Zhongshan Ｒoad，Hangzhou 310014，Zhejiang，P． Ｒ． China）
表 1 为某化肥厂恩德炉煤气化装置配套的液氧自增压流程空分设备的主要参数
产量 产品名称 / （ m3 / h）
纯度
出冷箱压力 / MPa
出空分界区压力 / MPa
备注
氧气
36000
99. 6% O2
0. 08
—
液氧自增压
高压氮气 35000 低压氮气 24000
≤10 × 10 － 6 O2 ≤10 × 10 － 6 O2
纯度： ≤10 × 10 － 6 O2 ， 产量Ⅰ： 16000 m3 / h， 出界区压力： 8. 15 MPa； 产量Ⅱ： 30000 m3 / h， 出界区压力： 4 MPa； 产量Ⅲ： 20000 m3 / h， 出界区压力： 0. 45 MPa； 产量Ⅳ： 7000 m3 / h， 出界区压力： 0. 005 MPa
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2 加压煤气化技术配套空分设备流程与 特点
2. 1 煤气化技术特点 由于气化炉的生产能力与压力的平方根成正
比，单台常压气化炉气化能力较低，提高压力有利 于提高气化炉的单炉生产能力。高温、高压的气化 方法，可以提高碳转化率，因此目前新建气化炉多 为加压气化炉，压力一般在 10 MPa 以下。