空分设备在煤化工中的应用研究
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空分设备在煤化工中的应用研究
摘要：本文对煤化工中空分设备具备的特点进行了分析，通过将空分设备应用到煤化工中煤制烯烃系统、煤制油、煤制气以及整体煤气化联合循环发电的四个方面做出了研究阐述。
关键词：空分设备；煤化工；应用研究
引言：我国工业进程随着时代发展不断进步，煤炭资源一直处于能源消耗中的主体地位，煤化工行业也因此成为了工业领域中的引领者，伴随着煤化工行业的规模逐渐扩大，行业中常见的空分设备也加大了生产批量，应用频率也越来越高。
1煤化工中空分设备的特点
1.1随着煤化工的扩大而大型化
煤化工行业的飞速发展带动产能不断上涨的同时能源消耗量也跟着节节攀升。例如：煤化工生产过程中会用到的400万t/a煤制油装置，这种煤制油装置是煤化工行业中最为常见的一种装置，它在作业期间对于氧气的需求量是巨大的，运作一小时所需要消耗的氧气量达到了60300立方米，由此可见连续不断地运作多小时将会消耗更多的氧气。小型空分设备无法满足煤制油装置对于氧气的需求，为了能够保证煤化工行业可以持续稳定的发展，空分设备也从最初的传统小型设备开始转型，经过研发制作变为大型的空分设备投入到生产作业中。
1.2具有可靠性
空分设备在煤化工生产的过程中起到了极大作用。煤化工规模扩大，执行生产任务时，产品数量也会随之增多，大规模的生产对于供氧量的要求也越来越高。因为供氧量和空分设备的运作息息相关，若空分设备规模不够，不能保证稳定性，便无法给煤化工生产提供足够的氧气能源，氧气能源不足或者缺少氧气能源则会导致煤化工生产速度变慢，甚至停止生产，影响工作整体进度。为了保证煤化工的正常生产，我国在研发空分设备的过程中着重提高了设备的可靠性，保证空分设备稳定运行。
1.3安全性高
空分设备必须具备绝对的安全性，保证供氧通道中的气体纯粹和稳定才能正常维持煤化工生产的运转，若是在空气提纯的步骤里出了差错，混入了其他气体，非常容易出现爆炸的情况，在煤化工生产产品的过程中，空分设备供氧过程中保留过多的硫化物还会导致硫化物中毒的情况出现，情况严重时甚至会危及到工作人员的生命安全。
1.4供给物多样化
随着科技的发展，空分设备在供给物的品类上也逐渐丰富起来，除了最开始煤化工生产过程中需要的氧气以外，氮气、氢气等各类气体也成为可以帮助煤化工进行氨生产的助力，为了能够更好地辅助煤化工生产工作，空分设备也开始尝试拓宽供给物的种类，保证供给物的多样化。
2煤化工中空分设备的应用研究
2.1煤制烯烃系统
烯烃工艺装置主要由空分装置、气化装置、净化装置、甲醇合成及精馏装置等构成，煤制烯烃系统中空分设备存在的主要作用是搜集足够的氧气并进行提纯、运输，还可以为烯烃装置提供少量生产需要用到的硫化物、氢气等稀有气体[1]。空分装置提供的高压氧气会被直接运送到气化炉中进行气化反应，在反应的过程中气化炉内的温度要保证在1 350~1 400℃，反应会生成一氧化碳、二氧化碳、氢气、硫化氢等气体，将这些气体运送到甲醇合成系统中，先经过甲醇的洗脱，再进行硫脱，最后用碳净化合成全新的气体，将新的合成气运送到压缩机内，压缩机会对于合成气和甲醇合成回路中的循环气进行增压工作，让压缩机内的压力数值到达生产指标后再进行返回输送。
将压缩后的气体送回甲醇合成回路中，其中的一氧化碳、二氧化碳、氢气经过铜锌合金催化剂的作用会形成粗甲醇。烯烃工艺装置中的MTO装置负责进行最后的聚合反应，装置中主要包括甲醇转化和烯烃回收两个部分，甲醇转化工作结束后，MTO装置会通过对乙烯、丙烯等产品进行收集再转送到聚乙烯、聚丙烯系统，通过系统来进行聚合反应。例如：神华包头的煤化工生产系统中采用了杭氧的4套60000m3/h空分装置，生产出的氮气主要负责供给所有系统进行吹扫置换、全厂仪表空气的正常使用。
2.2煤制气
空分装置在煤制气领域中的最大作用是为煤制气系统提供足够多的氧气来帮助系统维持运转。传统的煤制气工艺装置由空分装置、煤气化装置、低温甲醇洗净化、低压蒸汽吸收制冷、甲烷化等几部分组成，主要通过空分装置提供的氧气来进行气化参与反应来生产出合成气，市面上的煤气化生产方法主要包括Texaco和Shell两种。煤化工方式生产出的合成气可以用来代替国内一部分城市生活生产过程中所需要的燃气，也可以用来进行天然气合成，在节约天然气购买成本的情况下逐步补充、取代天然气，还可以用通过气化反应的合成气来对氨、甲烷进行合成。
例如：我国推行的“煤改油”大型化工项目对于化肥行业的合成氨作用煤气化技术进行改造，将生产过程中使用到的煤转换成合成气，保证化肥质量的情况下最大程度上节约生产化肥所用到的成本，提高企业化肥产品的产量和在市场上的竞争力。“煤改油”化工项目的出现和推行导致了很多石化公司和化肥公司不断扩大生产规模，也加大了对于大型空分设备的需求量。煤气化生产城市煤气和甲醇的生产过程中也需要用到许多大型空分设备，以上海石化公司为首，很多公司也进行了传统空分设备的更新换代。
2.3煤制油
煤制油工艺装置由空分装置、煤气化装置、油品合成装置、尾气制氢装置以及产品加工装置构成。煤制油生产系统运作的过程中，空分设备负责为系统提供足够的氧气，提纯处理后的氧气和原料煤运送到煤气化装置里，通过气化反应制作出粗合成气，粗合成气会被运送到一氧化碳变换装置中调整一氧化碳和氢气比例，调和结束后会进行后续合成制作出成品油[2]。在煤制油工艺生产的过程中，空分装置不止提供了满足生产需求的氧气还提供了一定数量的氮气，保证整个生产过程保质保量地进行。煤制油的生产过程中空分装置被使用到的频率极高，在使用的过程中空分装置收集氧气时一定要做到安全、稳定地进行分子筛选和净化，让经过一系列提纯工艺制造出来氧气可以按照质量和规定参与到煤制油的合成生产中，保证煤制油成品油的质量和产量都处于最优状态。
生产出来的煤制油主要照明、气化炉以及煤油炉的燃料，还可以用作油墨稀释剂、有机化工的裂解原料、杀虫喷雾剂、温度计以及橡胶和制药工业中所需要的溶剂，煤制油工业未来发展前景极好。
2.4整体煤气化联合循环发电
煤气化技术和联合循环技术结合形成了整体煤气化联合循环发电动力系统，系统由煤气化、净化和燃气、蒸汽结合进行循环两部分组成，空分设备在煤气化、净化部分中。煤气化技术联合循环发电可以节省水资源成本，相比于传统的水资源消耗要节省30%～50%左右，非常适合在水资源稀缺的矿区建设坑口电站，而且燃烧煤过程中的元素硫酸可以对外进行出售，还节省了发电成本，产生的废物对环境污染不大，废料还可以用到建筑行业的水泥制作中，形成了资源二次利用，供电效率也得到了很大程度的提升，未来发展前景极好。但也具有一定的不足之处，建立煤气化技术联合循环发电系统前期投入较大，若非大功率的先提条件不建议使用，容易造成浪费的情况，而且制造工艺的细节要求严苛，不能出现差错，否则后续维护成本会成倍攀升。为了能够节约发电成本，煤气化联合循环发电会选取采用含硫量高于3%的煤种，保证装置功率维持在300～400MW及以上[3]。
结论：煤化工迅速发展为大型空分设备的持续发展打开了新大门，推动了空分设备制造行业的研发，为大型空分设备在设计、制造方面积累了足够的经验，帮助我国实现大型空分设备批量国产化打下了深厚的基础，推动特大型空分设备的发展做出了重大贡献。
参考文献：
[1]马倩.大型煤化工空分技术与设备发展现状分析[J].中国石油和化工标准与质量,2023,43(07):155-157. [2]葛伟伟,庄正杰,程晓城,王钊,张志成,李晨旺.空分设备制冷循环系统密封性研讨[J].低温与特气,2023,41(01):14-17.
[3]葛伟伟,王钊,王波,张志成,李晨旺.空分设备换热系统效能影响因素分析[J].低温与特气,2022,40(06):36-38.
