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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。
煤间接液化是将煤气化并制得合成气(C0,H2)，然后通过F-T合成(费托合成)，得到发动机燃料油和其它化工产品的过程。南非于20世纪50年代开始建设商业化工厂，目前已形成年产700万t产品的生产能力。国内对间接液化技术的开发已有20年的历史，目前正在开发浆态床低温合成工艺及专用催化剂;另外进行了引进国外技术建设工业示范厂的前期研究。
1.3煤化工联产系统
煤化工联产系统是新型煤化工发展的重要方向，联产的基本原则是利用不同技术途径的优势和互补性，将不同工艺优化集成，达到资源、能源的综合利用，减少工程建设投资，降低生产成本，减少污染物或废弃物排放。如F-T合成与甲醇合成联产、煤焦化与直接液化联产等。
以煤气化为核心的多联产系统是新型煤化工发展的主要内容，并有多种形式，其要点是以煤(或石油焦、渣油等)为气化原料，生产的煤气作为合成液体燃料、化工产品及发电的原料或燃料，通过多种产品生产过程的优化集成，达到减少建设投资和运行费用，实现环境保护的目的。目前，国内正在进行多联产系统的优化集成模拟软件开发和关键技术的研究。
2.空分设备在煤化工中的应用特点
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，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进。在目前的煤化工生产中仅以一种400万煤制油装置为例，其一小时所需要消耗的氧气量就高达60300立方米，这样可怕的消耗如果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型化迈进，其也具有了大型化的特点。
2.2空分装置的供给物在呈现多样化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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之外，还需要满足更加多样化的例如氮气、氢气、氦气、氟气等不同气体的供给工作。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工生产过程中对其他稀有气体的需求。
2.3空分设备具有的可靠性正在不断提高。由于目前我国的煤化工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。
3.空分设备在煤化工中的应用
3.1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、MTO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入气化炉，气化反应在6.5MPa<G),1350-14000C下进行，反应生成CO,CO2,H2，H20及少量CH4，H2S等气体;送到甲醇合成系统;经甲醇洗脱硫脱碳净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被压缩至合成需要的压力，送入甲醇合成回路进行甲醇合成，CO,CO2和H2在Cu-Zn催化剂作用下，合成粗甲醇。MTO装置包括甲醇转化和烯烃回收两部分，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60000m/3空分装置，副产氮气主要供全系统吹扫置换、保护气体，空分增压机后空气供全厂仪表空气和工厂空气使用。
3.2在煤液化中的应用
煤液化有煤间接液化和煤直接液化两种。煤间接液化用费托(F-T)合成原理;煤直接液化用加氢液化原理。这两种工艺要配套大型空分设备。煤间接液化合成石油，氧气用量很大。煤直接液化生产石油，氧气主要用于煤气化制氢气，供液化煤加氢和精炼油品使用。
煤液化技术主要由神华集团牵头，在上海、天津等地建立了试验基地，在内蒙古、陕西等地有煤液化的项目，用壳牌炉(Shell)提供氧气，配套用的大型空分设备制氧量在40000-60000m3/h。神华集团煤制油有限公司与林德杭州有限公司签订了50000m3/h空分设备供货合同，用于煤制油工程。
4.空分设备的流程
煤化工配套用的空分设备为化工型流程，压力比较高，现多采用液氧内压缩流程，设备安全性、可靠性好，氧和氢产品的提取率高。
对于煤气化生成合成气，用于生产合成氨的空分设备，由于一般选用Texaco或Shell法，生产压力为3.0-4.0MPa的氧气，采用内压缩流程，安全性好，尤其对生产较多液体和稀有气体时，有一定的优势。对煤间接液化项目，一般选用全低压外压缩流程，选用Shell法，选用外压缩流程空分设备。对IGCC发电项目，空分设备流程有三种，即全低压空分设备流程、利用燃气透平压缩机抽气压力的升压空分设备流程、带液氧泵的内压缩流程。综上所述，空分设备的流程分为四种，气氧压缩流程在化工中普遍使用，技术比较成熟，但由于氧、氮的压缩是在气体状态下，因此耗功大。采用液氧泵内压缩技术在消耗同样功率的前提下可得到更高的氧气出口压力，这样可节省用电，目前应用得比较普遍。
结语：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，为我国的工业发展带来更大的贡献与惊喜。
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论文作者:张育哲
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第21期
论文发表时间:2017/12/30
标签：空分论文; 煤化工论文; 设备论文; 装置论文; 甲醇论文; 流程论文; 氧气论文; 《建筑学研究前沿》2017年第21期论文;