相关研究结果表明, 在工艺流程不同的情况下, 对煤化工空分装置的能耗影响也不相同, 最高能耗约为5%左右。目前, 随着我国煤化工行业的不断发展, 其对于气体产品种类的要求越来越多, 通常情况下, 需要一套装置来生产和输送压力等级和流量均不相同的气体, 由此才能使相关工艺的运行、各类仪器仪表的调节以及装置密封等方面的需求得到满足, 即便采用规模相同的装置, 由于使用者的需求不同, 也会使装置在一些细节上存在差异。正是基于上述原因, 推动了空分技术和装置的多样化发展趋势, 并且这也是空分技术在未来一段时期的主流发展方向。目前, 在对煤化工生产工艺流程进行设计的过程中, 大部分设计人员都会借助计算机软件, 由此除了能够缩短设计周期之外, 还能模拟出工艺流程的最佳形式, 同时, 可在计算机上对相关的参数进行优化调整。实际设计中使用较多的软件有如下几种:Aspen流程模拟系统, 还系统可应用于过程热力学的衡算;Hysys流程模拟平台, 这个平台能够对与流程和单元操作相关的问题进行集成式模拟, 并且还能对有关的工艺参数进行优化。
在大型煤化工的过程中, 氧气是必不可少的因素之一, 大体上可将氧气产品的压力分为两个等级, 即4.5-5.2MPa的中压和6.4-9.8MPa的高压, 这两个等级的氧气压力能够与不同的煤化工生产工艺相匹配, 在这一基础上, 杭氧开发出了内压缩流程, 该流程又分为三种中压和五种高压。根据制冷量产生方式的不同, 空分装置可分为两种类型, 一种是空气膨胀, 另一种是氮气膨胀, 通过实际应用发现, 前者在能耗方面要低于后者, 但是空压机的出口部位有部分气体会参与膨胀制冷过程, 由此影响了产品的提出率;后者的能耗虽然较前者高一些, 但作为膨胀工质, 氮气的纯净程度更高, 它的使用有利减少膨胀机的磨损。通过模拟分析的方法对能耗进行计算后发现, 膨胀方式的选择还与氧气和氮气产量的比例有着一定的关联。
我国大中型空分设备技术经历了多次技术变革, 如铝带蓄冷器冻结高低压技术、切换式换热器自清除全低压技术、石头蓄冷器冻结全低压技术、常温分子筛净化增压膨胀技术、常温分子筛净化全低压技术、规模填料上塔技术、全精馏无氢制氩技术等。每一次的技术变革均在已有技术的基础上进行创新, 尤其是针对单元部机的技术快速发展, 推动了空分设备技术水平的不断提升。从当前我国大型煤化工的发展情况来看, 空分技术呈现出以下发展态势。
为了满足不同煤化工生产工艺流程的要求, 一些用户纷纷提出了8万和9万m3/h等级空分设备的技术询价书, 由此表明, 这两个等级设备的市场需求量出现了一定程度的增长, 因此, 未来一段时期, 应当在完成6万m3/h设备研发的基础上, 加大对8万和9万m3/h等级空分设备的研究力度, 逐步攻克技术难题, 找到最佳的解决方案, 争取在较短的时间开发出8万-10万m3/h等级的空分设备, 从而促使该设备朝着大型化的趋势发展, 以此来满足大型煤化工生产工艺的需要。
因膜式主冷不存在液位, 所以使其具备温差极小的特点。但是, 膜式主冷却面临着安全性问题。这就迫切需要开发多层浴式主冷凝蒸发器, 如三层或四层, 以有效降低主冷蒸发侧液氧柱的高度, 进而达到降低冷温差的目的, 实现节能降耗, 这也是冷凝蒸发器今后发展的重要方向。
在基于内压缩流程的大型空分设备中, 需要将高压液空送入下塔进行精馏, 这股液空来源于高压板翅式换热器的冷端。在送入过程中传统做法是设置一个高压液空节流阀, 液空在经过节流阀时被截留到下塔, 在压力作用下进入塔内。随着技术的不断发展以及节能要求的不断提高, 传统做法逐步被淘汰, 当前多采用液体膨胀机进行高压液空送塔, 该技术具备以下优势:利用液体膨胀机制冷能够通过大幅度降低制冷量, 减少能源消耗。而在传统做法中, 需要气体膨胀机提供这部分冷量, 不利于实现节能目标;在膨胀过程中, 液体膨胀机可产生动能促使发电机组运转;与设置节流阀相比, 利用液体膨胀机能够通过降低液体焓值来有效降低膨胀后的气体温度, 减小汽化率, 提高氧提取率。通过调查研究显示, 采用液体膨胀机可节能2%~3%。
综上所述, 在大型煤化工生产中, 空分技术与设备是不可或缺的重要组成部分之一, 本文在简要阐述空分技术研究进展的基础上, 对该技术及其设备的发展趋势进行了展望。在未来一段时期, 应当加大对空分设备的研究力度, 除对现有的设备进行改进和完善之外, 还应结合实际需求, 开发更多类型的空分设备, 这对于推动我国煤化工产业的发展具有重要意义。
摘要：文章首先简要阐述了煤化工空分技术的研究进展, 在此基础上, 对大型煤化工空分技术与设备发展现状进行论述。期望通过本文的研究能够对促进空分技术设备在我国大型煤化工生产中的推广应用有所帮助。
关键词：大型煤化工,空分技术,设备,发展
[1] 张建府.大型煤化工空分技术与设备发展现状[J].煤化工, 2012, 40 (3) :10-12.
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