大型空分装置在煤化工中的应用与发展
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
空分设备在煤化工中的应用 周屹峰
空分设备在煤化工中的应用周屹峰摘要：煤炭是当前世界的重要能源，我国煤炭蕴藏丰富，应用广泛，煤气化、煤液化等相对于直接燃烧煤炭能够提供更为清洁的能源，在其中空分设备起着重要的作用，其能够提供煤气化、液化过程中所需要的氧气、氮气等气体，从而保障整个工艺的顺利进行。
文章介绍了煤化工技术并对空分设备进行了阐述，并重点介绍了空分设备在煤化工行业中的应用。
关键词：空分设备；煤化工行业；应用途径空分设备在煤化工领域中的应用十分普遍，其不但能够通过物理、化学的技术方法实现气体的快速分离，同时也可以为工业流程提供所需要的各种原料气体，完成一些精密的化学成品的制备。
随着近些年来我国化工行业的平稳快速发展，其对于空分设备的技术水平要求也在不断提升。
为了进一步阐述空分设备在煤化工领域中的应用效果，现就煤化工领域技术发展的现状简要分析如下。
一、煤化工领域技术发展现状1、煤化工联产在煤化工领域当中，煤化工联产可以说是现阶段重要的发展方向之一。
其基本构建原则就是通过不同的技术途径对技术进行整合，实现优势上的相互补充，可以实现工艺的集成优化，从而实现资源、能源等多个方面的协调，以此来降低工程投资总额，提升成本控制水平，同时也可以减少生产的成本、周期，提升污染物的控制排放能力，更好的完善自身的发展。
在这一些详细的生产环节中也会有煤化工联产技术的身影，这些技术可以在很大程度上实现多点发展，也不容易由于某个技术问题导致整个项目陷入瘫痪。
采用煤气化为基础的多联产系统是最为先进的联产系统之一，其特征在于多点同时推进，选择煤、石油等作为气化原材料，通过合成液体燃料或者合成一些特殊化工产品的方式来进行优化、使用。
通过多种产品的优化与协调发展，可以在相对较少的投资周期、成本条件下就获得多种副产品，有效提升了投资建设的效率，降低了云溪维护成本，更是实现了多联产系统的集成化，这不单是目前煤化工领域技术革新的主要目标，同样也是合成模拟软件、提升企业工作效率的关键技术构成要素。
空分设备行业下游应用及发展方向分析
空分设备行业下游应用及发展方向分析空分设备是国家重大装置之一，其能够分离生产出多种工业气体，广泛应用于机械、冶金、石化、新型煤化工、建材、航天与医疗等各个重要的国民经济领域。
——空分设备是以空气为原料，通过压缩循环、深度冷冻的方法将空气变为液态，再经过精馏从中分离生产出氧气、氮气及Z气等工业气体的气体分离设备。
空分设备主要由压缩系统、净化系统、制冷系统、热交换系统、精馏系统、产品输送系统、液体贮存系统和控制系统构成。
此外，由于气体易燃易爆的特性，对密封件质量提出了更高的要求。
空分设备工艺流程图资料来源：公开资料，立鼎产业研究中心——空分设备广泛应用于多个国民经济重要领域，遍布冶金、石化、新型煤化工、建材、航天与医疗等多个行业。
目前，空分设备应用领域主要为冶金与化工行业，两大领域对其生产的工业气体的需求占比约为60%。
同时，新型煤化工、医疗、电子等新兴产业对工业气体的需求亦日益增加。
空分设备广泛应用于多个国民经济重要领域资料来源：公开资料，立鼎产业研究中心中国空分气体市场需求分布资料来源：公开资料，立鼎产业研究中心——伴随着下游煤化工、炼化与钢铁产业的产能升级，空分设备正朝着产量规模大型化、气体产品压力等级高、产品纯度高、液体产品多等方向发展。
1、空分设备按氧气产量，可分为特大型(> 80000m3/h )2、大型(》1000m3/h)、中型(》1000m3/h)和小型(<1000m3/h) 。
其中，大型、特大型空分设备是冶金、石化及煤化工项目中不可缺失的组成部分。
以煤化工项目为例，180万吨甲醇/60万吨烯烃项目配备24万m3/h设备，即需要2套12万m3/h或3套8万m3/h规格的特大型空分设备。
各行业工艺与装置对气体消耗量及空分设备规格要求资料来源：公开资料，立鼎产业研究中心-全文完-。
大型空分装置在煤化工中的应用与发展
向， 国际上 在空分 领域领 先且 占据 主导地 位 的供应 商均有大型 的空 分装置 ， Ｐ Ｉ ４套 １００ ０ｍ ／ ＡＣ有 ０ ０ ｈ （ 态） 标 以上 的空分装置 在运行 ； 空气 产 品公 司 的单 套空分装置 最大设 计 、 造 能力 已达 １０００ ｍ ／ 制 ５ ０ ３ｈ （ 标态 ） 目前 该 公 司 在 运 行 的 最 大 生 产 装 置 为 ， １００ ０ Ｉ ／ （ 态 ） 法 液 空在 运 行 空分 装 置 的 １ ０ Ｉ ｈ 标 Ｔ 。 ；
装 置大 型化 是煤 化 工行 业发 展 的一个 显 著特 点 。随着 煤 化工 装 置 规 模 的不 断 扩 大 ， 气 化 对 煤 氧气 的需 求 量 不 断 增 大 。无 论 采 用 固定 床 、 化 流
床 还 是气 流 床气 化技 术 ， 为获 得理 想 的碳转 化率 ，
８
第３ ８卷
均需 要 大 量 的 氧 气 。典 型 气 化 技 术 的氧 煤 比见 表 １不 同产 品 规模 的 煤 化 工 装 置 采 用 典 型 煤 气 ，
化 技术 的氧耗 量见 表 ２ 。
表 １ 典型气化技术 的氧煤 比／ ・ ｇ （ ｋ ）
煤 气 化技 术
ＢＧＬ ＨＴ Ｗ Ｕ— ｓ Ｇａ ＫＲＷ ＫＢ Ｒ
最 大规模 为 １０００Ｉ ／ （ 态 ） 林 德公 司单套 ２ ０ Ｉ ｈ 标 Ｔ ；
空分 装 置 的 最 大 能 力 为 １ ０ ０ ０ ｍ ／ 标 态 ） １ ０ ｈ（ 。
ｋ中压 Ｎ ， 压 １Ｎ ， 压 ２Ｎ ， 氮 ， 氮 ）各 ：低 低 ：液 污 ， 产 品需求 量变 化范 围 大 ， 大超 过 １０ ， 对 氮 最 ５％ 这
关于空分装置在煤化工生产中的节能降耗和安全运行
关于空分装置在煤化工生产中的节能降耗和安全运行摘要：空分装置在煤化工生产中有着非常重要的作用，它可以对原料气进行有效的纯化处理，然后将净化后的原料气送入空分装置内，空分装置的生产能力和质量直接影响着煤化工生产效率和质量，所以应该重视并做好空分装置在煤化工生产中的节能降耗和安全运行工作。
文章针对煤化工生产中空分装置在节能降耗和安全运行方面存在的问题进行了分析，希望能够给相关工作人员提供一些参考和借鉴。
关键词：空分装置；煤化工；按群运行；参考随着经济的发展和科技的进步，人们对能源的需求也越来越大，传统的能源已经不能满足人们日益增长的能源需求，所以对煤制气资源的研究和利用成为了我国未来发展的主要方向，这也为空分装置在煤化工生产中节能降耗和安全运行提供了良好的条件。
空分装置作为煤化工企业生产过程中的重要设备，对原料气进行纯化处理，然后将净化后的原料气送入精馏装置内，是煤化工企业生产过程中非常重要的一环。
在煤化工企业生产过程中，由于空分装置在节能降耗和安全运行方面存在问题，导致了生产效率和质量得不到有效保障。
一、空分装置在煤化工生产中的节能降耗（一）采用指标控制和互用系统煤化工企业可采用指标的合理控制和可利用系统的使用降低能源消耗，如：氧气纯度设计指标为99.6%，每次开车纯度要达到指标才开始外送，现将氧气纯度指标下调至98%，预计开车时间节省1小时，节约蒸汽120t,蒸汽75元/t,按每年两套按1次开车计算，预计节省费用120*2*75=18000元；利用液氧储罐储存液氮，大修期间空分装置利用液氮汽化向管网供氮气，并通过每天购买液氮，持续向全厂供应氮气。
大修前空分装置利用液氧储槽储存液氮约64吨，大修期间将液氧储槽的液氮导入液氮储罐，减少了公司液氮采购量，为公司大修安全提供了有力保障。
每年大修减少液氮采购约60.82吨，每吨830元共节省费用5.05万元。
（二）采用填料上塔在空分装置中，运用填料上塔技术，不仅可以有效地避免空分装置出现液位过高、液位波动、液位压力异常等现象，而且还可以在一定程度上增加空分内的气液接触面积，从而提升空分装置的分离效率。
空分设备在煤化工中的应用
空分设备在煤化工中的应用摘要：近年来，随着"十一五"规划和"油改煤"等国家能源战略的不断实施,新型煤化工得到了快速发展，基于此本就探讨了空分设备在煤化工中的应用。
关键词：空分设备；煤化工；煤气化；煤液化；应用我国的工业发展在逐步增速，而作为曾经是工业龙头代表的煤化工也不甘落后持续发力继续引领着我国的工业领域。
我国的能源消耗结构中煤炭资源的消耗占所有能源消耗的70%左右，如此之大的消耗比重造成我国的煤化工行业一直是我国的工业的发动机。
煤化工行业随着我国工业的进步也在逐步扩大的规模而在这样的前提下，在煤化工行业内应用最为广泛的空分设备也在被更加广泛的应用。
空分设备在煤化工行业的内的应用越来越广泛就使得越来越多的目光为之聚焦。
近年来对于空分设备在煤化工的应用一直是一个较为热门的话题。
1.煤化工技术分析1.1大型先进煤气化煤气化是发展新型煤化工的重要单元技术。
煤气化工艺可分为移动床(固定床)、流化床、气流床和熔融床四种，有鲁奇(Lu呼)气化、德士古(Texaco)气化、谢尔(Shell)气化和流化床气化技术。
国内大型先进煤气化技术与国外相比虽有一定差距，但近年来加快了开发速度。
“十五”期间，分别对具有自主知识产权的多喷嘴水煤浆气化、干煤粉气流床气化技术进行工业示范开发和放大研究。
1.2煤液化煤液化分为煤的直接液化和间接液化。
煤直接液化是煤化工领域的高新技术。
该技术将煤制成油煤浆，在450℃左右和10-30MPa压力下催化加氢，获得液化油，并进一步加工成汽油、柴油及其它化工产品。
该技术的开发始于20世纪20年代，30--40年代曾在德国实现工业化;70年代国外又进行新工艺、新技术开发，2000年后开发工作基本结束，但没有大规模工业化应用实例。
国内神华集团正在引进国外核心技术建设示范工厂;国内有关研发机构跟踪研究已有20多年，目前正在开发具有自主知识产权的煤炭直接液化新工艺以及专用高效催化剂等关键技术。
空分设备在煤化工中的应用
我 国的工业 发展 在逐 步增 速 ，而作 为曾经 是 工业龙 头 代表 的煤 化 特点 。 工也不甘落后持续发力继续引领着我国的工业领域 。我国的能源消耗 ２ ． １ 空分设备随着煤化工的扩大而大型化。目前随着煤化工行业的 结构中煤炭资源的消耗占所有能源消耗 的 ７ ０ ％左右 ，如此之大的消耗 快速发展其产能在不断提高 ，对于能源的消耗也不断增强其设备的体 比重造成我国的煤化工行业一直是我国的工业 的发动机。煤化工行业 积与在生产过程中所需要的供氧及其他气体 的输入也变得越来越多 ， 随着我国工业的进步也在逐步扩大的规模而在这样 的前提下 ，在煤化 因此空分设备为了适应煤化工发展的这一特点其本身也在 向大型化迈 工行业内应用最为广泛 的空分设备也在被更加广泛的应用 。空分设备 进。在 目前的煤化工生产中仅以一种 ４ ０ ０ 万 煤制油装置为例 ， 其一 在煤化 工行业 的内的应用越来越广泛就使得越来越多 的目光为之聚 小时所需要消耗 的氧气量就高达 ６ ０ ３ ０ ０立方米，这样可怕的消耗如果 焦。 近年来对于空分设备在煤化工的应用一直是—个较为热 门的话题。 是传统的小型空分设备是根本无法满足的因此，目前空分设备正向大 今天笔者就通过本文为大家分析空分设备在煤化工 中的应用。 型化迈进 ， 其也具有了大型化的特点。 １空分设备在煤化工空分工业气体的应用 ２ ． ２ 空分装置的供给物在呈现多样化 。空分装置在以往其最主要的 １ ． １ 空分设备在煤制油过程中的应用。 空分设备在煤制油生产系统 作用就是制造氧气从而满足煤化工的需求 ，而如今尤其是在煤化工合 中的应用主要表现在其提供氧气从而保证成品油的出产 。煤制油装置 成氨的制取过程 中， 其对于其他种类其他的要求更加大 ， 例如空气 中的 基本 由空分装置 、 煤气化装置 、 油品合成装置 、 尾气制氢装置和产品加 氮 气就 是 合成氨 生产 的 主要原 料气 之一 ，因此 空分 装置 除 了满 足于 现 工 装置 构成 。来 自界 区外 的原 料 煤与来 自空分 装置 的氧 气进 人煤 气 化 代 煤 化工 所 需要 的氧气 之外 ，还需 要 满足 更 加 多样 化 的例 如 氮 气 、 氢 装置 ， 经气化＿ ［ 艺生产粗合成气 ， 然后送往一氧化碳变换装置采用高水 气 、 氦气 、 氩气等不同气体的供给工作。因此未来在空分装置的应用发 气 比部分变换工艺调节粗合成气中的一氧化碳和氢气 比例 ，经过合 展中应该会更多 的将精力放在空分装置对于其他不同气体的提取方面 成、 制氢生产出成品油。空分装置为煤气化装置 、 硫 回收装置和尾气制 以满足煤化工生产过程中对其他稀有气体的需求 。 氢装置提供所需的氧气 ， 副产的氮气主要供煤气化装置使用。在煤制油 ２ ３空分设备具有的可靠 『 生 正在不断提高。由于目前我国的煤， ｆ － Ｌ ￣ 的流程内空分设备得 以多次应用 ，其从开始将空气通过分子筛进行净 的生产量在不断提高，其在每一次的生产过程 中所需要生产的产品数 化去除杂质到最终提纯出氧气参与煤制油的合成过程这一系列的动作 量也在不断提高， 而煤化工在此期间所需要的供氧量也在成倍增加。 空 都与空分设备有着极大的关系。 分装备是保证煤化工供氧量 的最大前提 ，如果空分设备的可靠性无法 １ ． ２ 空分设备在煤制气过程中的应用。 空分装置在煤制气领域的应 得到保证那么很可能造成空分设备在煤化工生产的过程中停止运转或 用就显得 比煤制油领域要直接一些但也相对的比较复杂一些。首先煤 者运转的速度变慢从而无法保证煤化工生产所需要的供氧量从而使得 制气的过程中空分装置的最大作用还是为其提供足够的氧气来作为供 煤化工的生产无法正常进行 。因此 目前我国的空分设备在应用方面较 应煤制气系统的需要 。统煤制气工艺装置主要有 ： 空分装置 、 煤气化装 为注重其可靠性即稳定 性， 因为这是保证煤化工产品生产的必要前提。 置、 粗煤气耐油耐硫变换 、 冷却 、 低温 甲醇洗净化 、 低压蒸汽吸收制冷 、 ２ ． ４ 空分设备具有的安全『 生 在不断加强。空分设备在煤化工生产中 Ｃ ｌ ａ ｕ ｓ －Ｓ ｃ ｏ ｔ 硫回收工艺及 甲烷化等。在整个煤制气的过程中空分设备 必须具有绝对的安全 陛，否则其极可能引起破坏力极 为巨大的化工爆 除了为系统提供足够的氧气之外 ，其提纯出的其他气体例如氮气和仪 炸。空分设备的主要作用是供氧和对空气进行必要的提纯和输送 ， 一旦 表空气还可以用于低温甲醇洗涤工艺等等 ，并且还能够对整个煤制气 这些环节任何一个环节出现错误 ，例如其他气体进入了供养通道里就 系统 的稳定 『 生以及 连续 Ｉ 生 提 供必 要 的支持 作用 。 很可能造成锅炉爆炸的可能 ， 除此之外 ， 空分设备还影响着煤化工生产 １ ． ３ 空分设备应用于煤制烯烃系统。 烯烃在植物精油、 香料 、 橡胶制 产品的质量 ，尤其是在合成氨的生产过程 中如果空分设备将过多的硫 品中被广泛的应用而其生产的过程也离不开空分设备的支持 。烯烃工 化物保留在了合成氨的原料气 当中很可能造成硫化物中毒严重威胁生 艺装置主要包括空分装置 、 气化装置 、 净化装置、 甲醇合成及精馏装置 、 命安全。 Ｍ Ｔ Ｏ装置 、 烯烃 回收 、 聚丙烯装置和聚乙烯装置等。空分设备在煤制烯 结束语 空分设备在煤化工的应用已经朝着范围越来越广功能越来越多样 烃系统中的主要应用还是供氧作用 ， 还能够提供一定的氢气、 甲烷以及 硫化物。 高压氧气出空分装置后连 同空分送来 的高压氧进人气化炉， 气 化的趋势发展 ， 这样的发展本身是一个我们乐见其成的事情， 但是空分 化反 应在 ６ ． ５ ＭＰ ａ（ Ｇ ） 、 １ ３ ５ ０ ～１ ４ ０ ０ ￣ Ｃ 下进行 ，反 应生 成 Ｃ Ｏ、 Ｃ Ｏ 、 Ｈ： 、 设备如果想在煤化工领域的应用更加普遍还必须加强其本身的工艺和 Ｈ ２ 【 】 及少量 Ｃ Ｈ 、 Ｈ ： Ｓ等气体； 送到甲醇合成系统 ； 经甲醇洗脱硫脱碳净 适用性。 我们相信在不久的将来空分设备与煤化工的结合会更加契合 ， 化后的合成气经甲醇合成气压缩机增压与来 自甲醇合成回路的循环气 为我 国的工业 发展带 来更 大 的贡献 号 晾喜 。 参 考文献 被压缩至合成需要的压力 ，送人甲醇合成 回路进行 甲醇合成， Ｃ Ｏ 、 Ｃ Ｏ 和Ｈ 在ｃ ｕ —ｚ ｎ 催化剂作用下 ， 合成粗甲醇。ＭＴ Ｏ装置包括甲醇转化 『 １ １ 樊志伟 ， 陈薇薇． 碎煤加压气化炉床层控制叨． 氮肥技术， ２ ０ １ ３ （ ３ ） ． 和烯烃 回收两部分 ， 丙烯 、 乙烯等产品送至聚丙烯 、 聚乙烯系统进行 聚 王文富，程更新．壳牌炉化工工艺技术的应用情况 叽．氮肥技术， 合反应。 在神华包头煤化工生产系统中空分采用杭氧的 ４ 套６ ０ ０ ０ ０ ｍ ， ２ ０ １ ０ ， ３ １ （ ５ ） ． ／ ｌ １ 空分装置，副产氮气主要供全系统吹扫置换 、 保护气体 ， 空分增压机 『 ３ １ 孙洪波． 空分装置后备储存 系统的设计（ 一） 啊石 油化工设计 ， ２ ０ １ ２ （ ２ ） ． 后空气供全厂仪表空气和工厂空气使用 。 『 ４ ］ 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 开发 ２ 空分设 备在 煤化 工 中的应 用特点 与经 济． 随着空分设备在煤化 工中的不断应用 ，其应用特点也随着煤化工 的发展而在变化 ，下面我们就来看看空分设备 目前在煤化工
现代空分装置在煤化工领域的应用探究
现代空分装置在煤化工领域的应用探究摘要：中国是一个煤炭资源丰富但石油和天然气短缺的国家。
长期以来，煤炭消费一直占据中国能源消费的主要地位。
空分装置一直是化工、炼钢等行业的核心工艺装置。
随着我国煤化工行业的快速发展，装置规模化、先进化、自动化程度越来越高，空分技术进步也是突飞猛进，10万Km3/h以上空分装置陆续上马，引领整个化工行业向集约化、节能化、高效率方向不断发展。
Abstract: China is a country rich in coal but short of oil and natural gas. Coal consumption has long dominated China's energy consumption. Air separation unit has always been the core process unit in chemical and steelmaking industries. With the rapid development of China's coal chemical industry, the scale, advanced and automation of the device is getting higher and higher, and the progress of air separation technology is advancing by leaps and leaps. Air separation devices of more than 100,000 Km3/h have been mounted successively, leading the whole chemical industry to the direction of intensive, energy saving and high efficiency.关键词：煤炭；化工；空分Key words: Coal; Chemical industry; Air separation引言中国是全球煤炭产能以及消费最多的国家，2021年我国煤炭产量达到41.3亿吨，占据能源消费56%，较10年前增长了近两倍。
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万方数据
第３８卷第５期
化肥工业
２０１１年１０月 随着大型空分装置数量的增加，空分装置的
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节能降耗是提高空分产品竞争力的重
要途径 在煤化工产业链中，空分装置耗能最大。在
美国的Ｃｃｏｏｌｗａｔｅｒ，Ｗａｂａｓｈ和Ｔａｍｐａ电站中， ＩＧＣＣ装置自用电率分别为２０．００％，１２．２５％和 ２１．２９％；而在自用电中，主要是空分装置耗电， ３套装置空分耗电量分别占自用电的７０．１０％，
升，从原料到出产品的周期更长，开车消耗也随着
注：１）２００７年，装置投入运行；２）２００９年，停车改造。
表７
Ｄ装置由于空分装置故障引起的气化装置停车情况
装置规模的增大而成倍增加；④空分装置与下游
装置的高度集成，在获得较好运行效率的同时，制
约了空分装置可靠性的进一步提高。
但目前空分装置运行的可靠性与煤化工全流
Байду номын сангаас２２４
表８
年份
２００４ ２００５ ２００６ ２００７ ２００８
Ｅ装置空分装置停车情况统计
停车时间／ｄ
Ｏ．５０ ４．０５ １．１５
ｄ，年运转率仅为６１．４％；空分装置年运转
ｄ，年运转率７０．８％。另一配套国产空分装
２５８．４
置的煤气化装置在２００９年停车９次，因空分装置 原因停车２次。还有一煤气化装置在２００９年停 车１５次，因空分装置原因停车４次。几套煤气化
１５
气质量变差而导致分子筛切换频繁；空气过滤器压
差大等。
ＧＪ／ｍ３（标态）。在空分装置的能耗中，压缩机
蒸汽能耗占９０％以上，制冷剂能耗近３％。今后 空分技术的发展将体现在压缩机效率的提高、冷 箱内物流循环的改进、新型换热设备的采用、新型 分子筛的采用等方面。
通常引起空分系统停车的主要因素包括压缩
机故障停车（空压机结垢、空压机导叶故障、空压 机防喘振阀故障、轴振动或轴位移超标、压缩机控
装置停车因素统计分别见表４一表８。
表４ Ａ装置停车原因汇总
６．６５
从表４～表８看出：Ａ，Ｂ和Ｃ ３套装置因开车
时间短，空分装置的可靠性表现很脆弱；Ｄ和Ｅ装 置的空分装置可靠性有了很大提高。目前报道国 外空分装置的可靠性最好数据为＞９９．２％，因此 提高空分装置的可靠性仍是空分产业发展的重要 课题。提高空分装置可靠性首先是要保证投入， 确保关键设备和部件的质量和性能；其次是空分 装置制造商要严格设计，采用软件进行可靠性分
ｈｉｇｈｅｒ
ｒｅｃｅｎｔ
ｄｅｍａｎｄｓ ｆｏｒ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｔｓ ｂｙ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｎ ｙｅａｒｓ，ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔｓ ｈａｖｅ ｍａｄｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
０００ ｍ３／ｈ
装置中，除巴陵采用引进林德的的空分装置外，其 余均为国产化空分装置。国产化空分装置的特点： ①氧气提取率高，正常操作工况（４８ ０００ ｍ３／ｈ，标
态）下氧气提取率达９３％以上，最大操作工况 （５２
０００
（标态）以上的空分装置在运行；空气产品公司的单
套空分装置最大设计、制造能力已达１５０
低；冷箱管道应力缺陷，造成管系破坏；珠光砂装 填不均或者不实，造成冷箱结霜和冷损增大；压缩 机噪声超标；分子筛吸附能力设计不足或因吸入空
７５．５０％和８２．１９％。在煤制合成气成本中，氧气
成本占合成气成本的３５％以上。通常，空分装置 的副产品较多，难以准确计算单位氧气的能耗，如 不考虑副产品的因素，氧气的能耗一般均＞
操作水平显著提高，快速开车、无液氨开车等操作
技巧不断涌现。空分系统在操作中常见的问题包
括：能耗高、蒸汽耗量大；二氧化碳穿透造成板式
热交换器通道堵塞；操作数据偏离设计指标，造成 换热器冷端或热端温差增大；精馏塔设计不合理 或上下塔能力不匹配，造成产品产量不达标或产
品品质下降；循环水设备结垢，造成压缩机能力降
置的可靠性要求更高：①空分装置作为煤化工的 龙头装置，已成为重要的生产装置，其可靠性、开 车周期等对全系统的影响越来越大；②围绕空 分一气化装置的公用工程岛使空分装置成为核心 装置，空分装置提供的氧气、氮气、仪表空气以及 工厂空气等是整个装置安全、稳定运行的重要前 提；③随着产业链的延伸，装置的开车成本迅速上
ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ
ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
空气分离技术是最典型的公用工程技术，被
广泛应用于化工、钢铁、养殖、高效燃烧和污染物
均需要大量的氧气。典型气化技术的氧煤比见 表ｌ，不同产品规模的煤化工装置采用典型煤气
化技术的氧耗量见表２。
表１典型气化技术的氧煤比／（ｋｇ・ｋ９４）
煤气化技术
各种不可逆损失，其能耗最高的部分依次是精馏、
压缩、换热和节流膨胀，其中精馏与压缩的烟损失 为４ｌ％，换热的娴损失为２３％，因此降低精馏塔 压降、提高压缩机效率、减小换热温差是降低能耗 的重要方向和途径。
品氮气压缩机首次共轴采用１台汽轮机驱动，通 过变速箱满足不同压缩机组的转速要求，驱动机 轴功率达４３
０００
内最大的在建空分装置。２００９年，杭州制氧机集 团完成了２６套大型空分装置的制造，实现了
６０ ０００
ｍ３／ｈ（标态）空分装置的制造开发；
０００
ｋＷ，这要求各机组的设计、制造
２０１０年１０月，通过了８０
ｐｒｏｇｒｅｓｓ
ｉｎ
ｔｅｒｍｓ
ｏｆ
ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ，ｐｒｏｄｕｃｔ
ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｌａｎｔｓ ｈａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
ｄｅｓｉｇｎ
ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
国家新的产业指导要求国内新建空分装置单套最
小能力为６０
２
ｍ’／ｈ（标态）。
冻时间、装置启动时间均提出了严格的要求；⑥空
分装置在生产氧氮产品（包括液氮）的同时，还需
空分装置从单纯制氧向副产多种产品
和集成化发展
空分产品日趋复杂和多样化是空分装置发展 的又一特点。
表３
２ ０００ ｔ／ｄ
提供仪表空气、工厂空气和最大１
ｍ３／ｈ（标态）空分装
与冷箱部分高度集成；⑤稳定的氮气供给对于迅
速建立粉煤循环、准确计量入炉煤量、缩短开车时 间、降低开车成本至关重要，这要求空分装置除稳 定供给氧氮产品外，应能快速启动，因此对加温解
置的技术方案论证。开封空分集团新基地已具备
８０ ０００
ｍ３／ｈ（标态）等级空分装置的制造能力。
０００
点。随着煤化工装置规模的不断扩大，煤气化对 氧气的需求量不断增大。无论采用固定床、流化 床还是气流床气化技术，为获得理想的碳转化率，
８
ｋｔ／ａ合成氨 ｋｔ／ａ甲醇制烯烃（ＭＴＯ）
２０亿ｍ３／ａ天然气
万方数据
第３８卷第５期
化肥工业
２０１
１年１０月
从表ｌ可看出：各种煤气化装置的氧煤比均
在０．５２—０．９０。从表２可看出，达到国家产业政 策所要求的规模下限的单套装置的氧耗至少要达 到６５
Ｕｓｅ ａｎｄ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌａｒｇｅ－Ｓｃａｌｅ Ａｉｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
Ｐｌａｎｔｓ ｉｎ Ｃｏａｌ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
Ｌｉ Ｘｉａｏｌｉ，Ｋａｎｇ Ｗａｎｚｈｏｎｇ
（ＳＩＮＯＰＥＣ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ
Ｎｉｎｇｂｏ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． ｏｆ ｏｆ ｃｏａｌ
况下达４６．６％；③氮气有６种产品规格（高压Ｎ：， ｋ中压Ｎ２，低压１ Ｎ：，低压２ Ｎ：，液氮，污氮），各
产品需求量变化范围大，最大超过１５０％，这对氮 气循环系统的设计和产品压缩机性能提出了更高
林德一ＢＯＣ与陕西煤化能源有限公司签订了
９０ ０００
ｍ３／ｈ（标态）的设备合作协议，成为目前国
的要求；④空气压缩机、循环氮气压缩机、高压产
２０１１年１０月
Ｂ装置开车以来气化炉停车原因汇总
合的空分设备、与氮气和空气同时结合的空分设 备，尤其是空压机与燃气轮机的共轴、氮气和空气 系统与燃机系统的集成对于提高整套ＩＧＣＣ装置
的效率、降低投资具有重要的意义。
３
随着产业链的不断发展。对空分装置
表６ Ｃ装置空分运转率和运行负荷
的可靠性要求更高
随着煤化工产业链的延伸和发展，对空分装
煤气化配套空分装置规模大
装置大型化是煤化工行业发展的一个显著特
煤气化技术 （ｍ３氧．耗ｈ－Ｉ量，／际／态） ＧＥ水煤浆气化 Ｓｈｅｌｌ粉煤气化 Ｓｈｅｌｌ粉煤气化 Ｓｈｅｌｌ粉煤气化 ＢＧＬ碎煤气化
１２０ ０００ ２５０ ０００ ６５ ０００ ２３０ ０００ １６０ ０００
ｋｔ／ａ甲醇 ｋｔ／ａ合成油
态）的液氩产品。
２ ０００ ｔ／ｄ
３５０
ｍ３／ｈ（标
Ｓｈｅｌｌ粉煤气化装置要求的空分产
品见表３。
Ｓｈｅｌｌ粉煤气化装置要求的空分产品
此外，空分装置与系统的集成度越来越高。
在煤气化联合循环发电（ＩＧＣＣ）中，空分装置有
９
万方数据
第３８卷第５期 ３种基本的设置模式，即独立空分设备、与氮气结
化肥工业
表５
ＢＧＬ
治理等行业和领域。空分制氧技术通常分为吸收 分离、吸附分离、膜分离和深冷分离４种。近年 来，随着煤化工的快速发展，以深冷分离为主的空 气分离技术得到迅速发展，单套装置的规模不断 增大，能耗、物耗、投资不断降低，自动化水平和运