[摘 要]煤化工的基礎(chǔ)是煤氣化，煤氣化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤炭綜合利用以及潔凈煤技術(shù)的重要手段，該系統(tǒng)需要一定比例的氧氣、水蒸氣與煤中的碳進(jìn)行一系列反應(yīng)，生成CO及H2�？辗盅b置為煤氣化系統(tǒng)提供作為氣化劑的氧氣、惰性保護(hù)及氣力輸送的氮?dú)�。不同煤氣化工藝的最終產(chǎn)品、工作溫度及壓力，決定了空分裝置的氧氣、氮?dú)鈮毫爱a(chǎn)品量。目前國(guó)內(nèi)成功投運(yùn)最大的空分裝置產(chǎn)氧量為10×104m3/h，變負(fù)荷范圍在75%到105%。隨著煤化工項(xiàng)目大型化發(fā)展，項(xiàng)目一般需選用幾套空分設(shè)備聯(lián)合供氣，配置單套生產(chǎn)能力大、系列少的空分設(shè)備，具有投資成本少、建設(shè)周期短等特點(diǎn)，但對(duì)設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定性要求較高；而配套多系列、產(chǎn)能小的空分設(shè)備，可在單系列空分設(shè)備故障停車時(shí)，其他系列保持運(yùn)行，保證后續(xù)生產(chǎn)裝置低負(fù)荷運(yùn)行，避免由于氧氣或氮?dú)庵袛喽鹑珡S聯(lián)鎖停車。
　　[關(guān)鍵詞]煤化工；項(xiàng)目配套；空分技術(shù)
　　中圖分類號(hào)：S793 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0048-01
　　1 空分技術(shù)在煤化工的應(yīng)用
　　隨著煤氣化技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代煤氣化向高壓化和大型化發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)能量高效回收利用，降低合成氣壓縮能耗或?qū)崿F(xiàn)等壓合成，降低能耗及生產(chǎn)成本。不同煤氣化技術(shù)主要工藝性能參數(shù)見表1。
　　不同的氣化爐因工藝及適應(yīng)的煤種不同，對(duì)氧的需求也不同。由表1可看出，氣流床的耗氧量最高，其次是流化床，固定床的耗氧量最低。對(duì)于同等規(guī)模的煤氣化裝置，采用氣流床工藝需配套的空分設(shè)備規(guī)模最大。煤化工項(xiàng)目規(guī)模不斷增大，必然需要配套大容量的空分設(shè)備，提供足量的氧氣，以保證氣化裝置獲得理想的碳轉(zhuǎn)化率。通常40×108m3/a煤制天然氣項(xiàng)目，空分裝置需提供30×104m3/h～80×104m3/h的氧氣量，其中固定床碎煤加壓氣化技術(shù)需提供30×104m3/h的氧氣量，德士古水煤漿氣化技術(shù)需提供80×104m3/h的氧氣量，需配套設(shè)置5～13套6×104m3/h等級(jí)的大型空分設(shè)備。國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)第一批煤制天然氣示范項(xiàng)目配套空分設(shè)備情況見表2。其中，內(nèi)蒙古匯能煤化工有限公司（內(nèi)蒙古匯能）煤制天然氣項(xiàng)目采用德士古水煤漿氣流床加壓氣化工藝，而內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰旗（大唐克旗）煤制天然氣項(xiàng)目、新疆慶華煤制天然氣項(xiàng)目及遼寧大唐國(guó)際阜新（大唐阜新）煤制天然氣項(xiàng)目均采用由賽鼎工程有限公司開發(fā)的固定床碎煤加壓氣化工藝。
　　2 空分設(shè)備流程選擇
　　2.1 常壓煤氣化工藝配套空分設(shè)備的流程選擇
　　常壓煤氣化技術(shù)以富氧空氣為氣化劑，氣化爐內(nèi)壓力一般不高于25kPa�？紤]到管網(wǎng)的壓力損失，要求出空分設(shè)備的氧氣壓力在3080kPa左右，可以選擇外壓縮流程空分設(shè)備或自增壓流程空分設(shè)備。外壓縮流程空分設(shè)備通過提高空壓機(jī)的排氣壓力，使空分設(shè)備生產(chǎn)的氧氣壓力達(dá)到工藝要求，此流程能耗高。后改為不直接提高空壓機(jī)的排氣壓力，由空分設(shè)備生產(chǎn)壓力為1215kPa的低壓產(chǎn)品氧氣，經(jīng)氧壓機(jī)增壓至所需壓力后輸入用戶管網(wǎng)。這種流程配置需增加氧壓機(jī)投資和運(yùn)行維護(hù)成本。氧氣自增壓流程通過提高液氧蒸發(fā)器中汽化氧氣的壓力，使出空分設(shè)備的產(chǎn)品氧氣壓力達(dá)到4060kPa。此流程即不增加能耗，又節(jié)省投資，且操作簡(jiǎn)單。
　　2.2 加壓煤氣化工藝配套空分設(shè)備的流程選擇
　　空分設(shè)備產(chǎn)品氧氣的壓力由氣化爐的壓力決定。水煤漿加壓氣化工藝的原料煤經(jīng)磨制成水煤漿后由泵送進(jìn)氣化爐，有利于提高氣化爐壓力。而干法進(jìn)料氣化壓力的提高幅度有限，相應(yīng)的氣化爐壓力不高。一般情況下可以根據(jù)工藝需要進(jìn)行壓力選擇，以方便下游多種壓力工藝氣體的使用。如用于合成甲醇、醋酸項(xiàng)目，氧氣壓力67MPa較為適宜。這樣后序工藝不需再增壓，節(jié)省中間壓縮的工序，降低能耗。從目前市場(chǎng)上氣化爐設(shè)計(jì)壓力可以看出，水煤漿氣流床氣化工藝對(duì)氧氣壓力的要求最高，可達(dá)10MPa，使通過氧壓機(jī)壓縮實(shí)現(xiàn)的外壓縮流程變得既不安全，也沒有相應(yīng)的氧壓機(jī)可供選擇，必須將液氧由液氧泵加壓后，在換熱器復(fù)熱后出冷箱得到。
　　3 空分設(shè)備關(guān)鍵配套部機(jī)的選擇
　　3.1 大型壓縮機(jī)組
　　對(duì)于煤化工行內(nèi)壓縮流程來說，空分設(shè)備必須設(shè)置增壓系統(tǒng)，這樣才可以保證為高壓液氧提供熱高壓氣體。一般來說，煤化工空分設(shè)備的規(guī)模都非常大，因此，原料空壓機(jī)組和增壓機(jī)組的規(guī)模應(yīng)當(dāng)與之相對(duì)應(yīng)。在這種狀況下，大型煤化工配套的空分設(shè)備的流量應(yīng)當(dāng)在20萬m3/h，有時(shí)甚至可能翻倍。
　　按照現(xiàn)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，如果煤化型空分設(shè)備的流量在55000m3/h以下，應(yīng)當(dāng)采用等溫離心壓縮機(jī)。如果流量達(dá)到了10萬m3/h，則需要采用單缸外冷軸流加離心等設(shè)備。
　　空分壓縮機(jī)可以采用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)器，這樣可以在驅(qū)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變情況下有效獲得入口流量。以往的調(diào)節(jié)機(jī)主要采用直線形成氣動(dòng)，從而使得執(zhí)行器可以被驅(qū)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)主要是平行四連桿機(jī)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)的功率消耗過大，部件也非常多，精度和匹配難度也非常高，僅僅限于曲柄連桿結(jié)構(gòu)，容易造成傳動(dòng)鎖死。因此，可以采用錐齒輪、錐齒圈相結(jié)合方法，不斷調(diào)動(dòng)角度，使得運(yùn)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，精度也更加準(zhǔn)確，安裝也更加方便。
　　3.2 分子篩吸附器
　　對(duì)于煤化工型設(shè)備來說，其空分設(shè)備的處理器量非常大，因此需要大型的分子篩吸附器。筆者通過觀察，為煤化工項(xiàng)目的配套國(guó)外引進(jìn)空分設(shè)備，這些設(shè)備通常采用立式徑向流分子篩吸附器。例如液化空氣采用雙床層結(jié)構(gòu)，空氣化工產(chǎn)品采用三層床結(jié)構(gòu)。
　　3.3 離心式高壓低溫液體泵
　　對(duì)于煤化工空分設(shè)備來說，其最大的一個(gè)特點(diǎn)在于使用了離心式高壓低溫液體泵，這樣可以使得壓力顯著提升。對(duì)于離心式高壓低溫液體泵來說，由于其輸送的都是低溫液體，在輸送的過程中也能保持一定的低溫，因此一旦吸收了周圍的熱量，可以使得泵內(nèi)的低溫液體大量氣化，從而使得泵的工作受到影響。因此，最近對(duì)離心式高壓低溫液體泵在很多方面都具有特殊的要求，例如結(jié)構(gòu)、安裝、運(yùn)行等等方面。在這方面，國(guó)外的起步比我國(guó)要早。在現(xiàn)有的煤化工型空氣分工設(shè)備中，許多產(chǎn)品還需要依靠進(jìn)口，而且價(jià)格非常高昂。與之配套的服務(wù)設(shè)施常常不及時(shí)，這就給我國(guó)生產(chǎn)帶來了極大的阻礙。經(jīng)過我國(guó)科研人員的多年攻關(guān)，已經(jīng)成功研制出了適合我國(guó)發(fā)展的離心式低溫液壓泵，并在各項(xiàng)數(shù)據(jù)考核中獲得了圓滿的成果，這使得我國(guó)煤化工用戶在高壓泵上又多了一個(gè)選擇。
　　3.4 大型精餾塔
　　對(duì)于煤化工空分裝備來說，裝備的精餾塔體積也非常大。一般來說，50000m3/h的空分裝備需要4000mm。在運(yùn)輸?shù)倪^程中，如此龐大的尺寸常常給運(yùn)輸帶來了困難。為了使得運(yùn)輸更加便捷，對(duì)于80000m3/h等級(jí)以上的空分設(shè)備精餾塔，應(yīng)當(dāng)將其盡量控制在4800mm以下。在進(jìn)行安裝時(shí)，可以采用上塔落地布置，主冷獨(dú)立布置方法進(jìn)行安置。
　　4 結(jié)語
　　隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代煤氣化向高壓化和大型化發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)能量高效回收利用。煤化工項(xiàng)目規(guī)模不斷增大，必然需要配套大容量的空分設(shè)備，提供足量的氧氣，以保證氣化裝置獲得理想的碳轉(zhuǎn)化率。應(yīng)針對(duì)各種煤氣化技術(shù)對(duì)氧氣、氮?dú)猱a(chǎn)品規(guī)格的要求，選擇與其相配套的空分設(shè)備，并對(duì)空分設(shè)備核心單元部機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，以滿足裝置長(zhǎng)期、穩(wěn)定、高效生產(chǎn)。
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