煤化工行业配套空分的流程特点

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doi：10.3969/j.issn.1007-7804.2013.03.002Process Characteristic of Air Separation Unit in Coal Chemical IndustryTAN Fang(Hangzhou Hangyang Stock Co.，Ltd.，Hangzhou 3 10014，China)Abstract：In the different process characteristics of the ordinary pressure coal gasification technology and pressurized coalgasifcation technology ，the requirements and realization methods of product oxygen and nitrogen are introduced，and theircharacteristics of the related air separation unit process are presented，which provides reference for the specific choice of anenergy-eficient air separation unit process in coal-chemical industry。

Key words：coal-chemical industry；coal gasification；air separation unit；process；characteristic中国缺油少气相对富煤”的现状决定了发展煤化工行业在我国具有举足轻重的地位。煤气化是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。配套的空分装置提供作为气化剂的氧气、合成原料气的氧气和氮气及输送气。不同的煤气化工艺因其工作温度、工作压力和最终产品的差异，决定了作为空分装置的氧气、氮气的压力和产量等要求的不同，也决定了煤化工行业中空分装置的流程选择。

1 常压煤气化技术空分装置流程特点常压固定层无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术以富氧空气为气化剂，连续气化无烟煤或焦炭，是对落后的常压固定层间歇式气化技术的改进。恩德粉煤气化技术属流化床气化炉，气化炉内压力控制在 14 kPa左右，为常压下操作，适用于气化褐煤、长焰煤、不粘煤和弱粘煤，以替代无烟煤和焦炭等高成本的原料。-般使用氧含量大于 50% 的富氧空气收稿 日期：2013-02-19或氧气。富氧空气-般是由空气鼓风机来的空气与空分装置生产的纯度为99% 以上的氧气混合而得到。

上述两种煤气化技术的气化炉压力都不高，-般不高于25 kPa，考虑到管网的压力损失，要求出空分装置的氧气压力在 30～80 kPa左右，可以选择外压缩空分流程或 自增压空分流程。早先的外压缩空分流程通过提高空压机的排压，使空分装置的氧气压力达到要求，但此流程能耗高。后改为不直接提高空压机排压，通过生产压力为 l2-15 kPa左右的低压氧气，经氧压机增压至所需压力进入用户管网，但需增加氧压机的投资成本和运行维护成本。氧气白增压空分流程通过提高液氧蒸发器中气化氧气的压力，使产品氧气出空分装置的压力可以达到20-200 kPa，此流程既不增加能耗，又节省了投资，且操作简单，是-种近年来深受用户欢迎的空分流程。如某化肥公司2012年新上的30万 t/a合成氨、526 低 温 与 特 气 第31卷万t/a尿素工程利用就近褐煤，采用恩德炉，配套的空 分装置流程就是液氧自增压流程，其参数如表1。

表 1 自增压流程参数特点Table 1 Parameter characteristics of self-boost flow process2 加压煤气化技术空分装置流程特点由于气化炉的生产能力与压力的平方根成正比，升高压力，有利于提高气化炉的单炉生产能力，高温高压的气化方法，不但可以提高原料煤的反应性，而且可以增强煤的气化活性，提高碳转化率，降低耗氧量，因此现新上的气化炉多为加压气化炉，-般在 10 MPa以下。加压气化方法可分为固定床(移动床)加压气化、流化床加压气化、气流床加压气化。

2.1 对氧气的需求和实现方法不同的气化炉因工艺和适应的煤种不同，对氧气量的需求也不同。固定床气化炉的代表是德国鲁奇 Lurgi固定床碎煤加压气化炉和在鲁奇炉基础上改进的BGL(British Gas-Lurgi，英国燃气 -鲁奇)碎煤熔渣气化炉。这两类气化炉都具有高的气氧比，因此耗氧量校气流床加压气化分为水煤浆加压熔渣气化和粉煤加压熔渣气化。粉煤加压气化工艺的优势在于干法供料、热效率较高，氧耗和蒸汽耗量较水煤浆气化工艺低。从表2可以看出气流床的氧耗最高，其次是流化床，而固定床的氧耗最低。这意味着，对于同等规模的煤化工产品，气流床工艺的空分氧规模最大。

表2 9类典型加压气化炉的氧耗比较Table 2 Comparison of oxygen consumption for 9 typical pressured gasifiers氧气的压力要求由气化炉的压力决定，水煤浆加压气化工艺的原料煤经磨制成水煤浆后泵送进气化炉，有利于提高气化炉的压力。而干法进料提高气化压力有限，相应的气化炉压力不高。-般情况下可以根据工艺需要进行压力选择，以方便下游多种压力工艺气体的使用，如用于合成甲醇、醋酸，第3期 谭 芳：煤化工行业配套空分的流程特点 76-7 MPa压力较为适宜，这样后序工艺不需再增压，节省中间压缩的工序 ，降低能耗；而生产合成氨，- 般压力8.5-10 MPa较为适宜。从表 3目前市场上气化炉的设计压力可以看出，水煤浆气流床对空分氧气产品的压力要求最高，可达 10.0 MPa∠高的氧气压力，使得通过氧压机压缩实现的外压缩流程变得既不安全，也没有相应的氧压机可供选择；必须由液氧经液氧泵加压后，经换热器复热后出冷箱得到。

压力等级也比氧气更复杂。氮气-般有几大作用：- 是作为合成气的原料气，如合成氨的原料气。二是作为净化作用的溶剂，如合成氨中液氮洗工序，氮气用于吸收来 自低温甲醇洗工序后的净化工艺气中的 CO、CH 、Ar等。三是作为气力输送载气和吹扫气。四是作为惰性气体的保护和置换作用。五是对设备起密封作用。作为后三种用途的氮使用相当广泛，相应的压力要求也不同。如中煤陕西榆林能源化工有限公司2011年新上的 180万 t/a煤制甲醇、2.2 氮气的需求和实现方法 并进-步加工 60万 t/a烯烃项 目，需要如表4列出煤化工中，氮气较氧气的用途多，氮气的用量和 的三种压力的氮气。

表3 不同的气化技术对应的压力要求Table 3 The corresponding pressure requirements for different gasification technologies表4 不同规格的氮气用途Table 4 The applications of different specification nitrogen不同于氧气的连续使用的特性，氮气既有连续使用也有间断使用的特性决定了氮气实现形式的多样性：1.通过液氮泵加压后经换热器复热出空分冷箱得到；2.通过流程循环氮压机抽取得到；3.通过压力塔抽压力氮气经换热器复热出空分冷箱再经过或不经过氮压机压缩得到；4.通过低压塔抽常压氮气经换热器复热出空分冷箱再经氮压机压缩得到；5。

通过后备系统的液氮经泵加压气化得到。对于连续、流量大和稳定的氮气需求，-般通过 1-4的方式获得。对于间断、流量大的氮气需求，-般通过4～5的方式获得。间断且流量小的氮气，以上方法都可实现，-般以方式 5实现居多。

2.3 加压煤气化技术空分装置流程特点从以上氧气、氮气的实现形式可以看出加压煤气化技术的空分装置流程形式如图 1和图2所示。

图示空分流程有几大特点：1.利用污氮吸湿性的空气预冷系统，煤化工本身富余低品位蒸气或液氨产品，用溴化锂冷水机组或氨冷器代替冷水机组有利于节能降耗。2.分子筛纯化空气系统，用蒸气加热器代替电加热器，节省运行成本。3.煤化工本身蒸气成本低且有富余，-般用汽轮机拖动主空压机和空(氮)气增压机，节省运行成本。主空压机和增压机采用汽轮机-拖二的形式，布置紧凑，占地面积校4.空气增压机增压得到中压空气和(或)高压8 低 温 与 特 气 第31卷空气，氮气循环增压机增压得到中压氮气和(或)高压氮气，中压氮气和高压氮气既是产品气体又是流程气体。5.氧气通过液氧经流程液氧泵加压后复热得到的内压缩流程；6.氮气产品复杂应用背景下的多样实现形式；7.在节能降耗要求高的情况下，使用液体膨胀机。8.煤化工本身并不需要氩，除用于外3 结 论卖外，因此-般不需要复杂的氩系统，只需简单的增效氩塔以提高空分装置的提取率，节省能耗。9.低阻力降的规整填料低压塔和(或)压力塔和氩塔(若有)。l0.主空分装置出故障，对煤化工设备的保护对空分后备系统起氮气速度要求高，需配备较高配置和控制要求的后备系统。

内图 1 空气增压流程Fig.1 Air-boost flow process图2 氮气增压流程Fig.2 Nitrogen-boost flow process煤化工行业自身的背景特点决定它对空分装置的要求不同于其它行业，只有根据煤化工不同的工艺特点和空分装置在其中的作用，才能为用户选出安全、稳定、长周期、满负荷、最优”的最佳空分流程方案。