導航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 化工安全論文>>正文

大型空分裝置在煤化工中的應用與發(fā)展

文檔作者：李曉黎亢萬忠文檔來源：中國石化集團寧波工程有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年08月29日
下載地址：點擊這里	文件大?。?328.49 KB 共5頁	文檔格式： PDF	下載點數(shù)： 1 點（VIP免費）

全屏查看

內容預覽 [文件共5頁]

本文件共5頁，如需編輯使用，請下載。

注：預覽效果可能會出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大?。?28.49 KB 共5頁文件格式：PDF 下載點數(shù)：1 點（VIP會員免費）

下一篇：大型AZF工藝生產磷復肥裝置尾氣洗滌技術…

上一篇：大型磷銨裝置尾氣洗滌系統(tǒng)的分析與改造

文本預覽

僅提取頁面文字內容，供快速閱讀使用。

第38卷第5期化肥工業(yè)2011年10月
大型空分裝置在煤化工中的應用與發(fā)展
李曉黎，亢萬忠
(中國石化集團寧波工程有限公司315103)
摘要在煤化工產業(yè)發(fā)展的推動下，以深冷分離為主的空氣分離技術在產業(yè)鏈中日趨重要，空分裝置逐漸
成為產業(yè)鏈中的核心和龍頭裝置，業(yè)界時空分裝置的可靠性、能耗、投資等方面提出了更高要求。近年來，空分
裝置在裝置大型化、產品多樣化、系統(tǒng)集成化方面取得了顯著進步，國產空分裝置的設計、制造水平顯著提高。
關鍵詞空氣分離大型化集成化發(fā)展
Use and Development of Large-Scale Air Separation
Plants in Coal Chemical Industry
Li Xiaoli，Kang Wanzhong
(SINOPEC Ningbo Engineering Co．，Ltd． 315103)
Abstract Under the impetus of development of coal chemical industry，air separation
technology，mainly cryogenic separation process，is increasingly important in the industry，air
separation plants have gradually become key and leading plants in industry，which brings out higher
demands for reliability，energy consumption and investment of the plants by the industry．In recent
years，air separation plants have made significant progress in terms of large—scale，product
diversification and system integration．The design and manufacturing level of domestic air separation
plants has improved remarkably．
Keywords air separation large—scale integration development
空氣分離技術是最典型的公用工程技術，被
廣泛應用于化工、鋼鐵、養(yǎng)殖、高效燃燒和污染物
治理等行業(yè)和領域?？辗种蒲跫夹g通常分為吸收
分離、吸附分離、膜分離和深冷分離4種。近年
來，隨著煤化工的快速發(fā)展，以深冷分離為主的空
氣分離技術得到迅速發(fā)展，單套裝置的規(guī)模不斷
增大，能耗、物耗、投資不斷降低，自動化水平和運
行可靠性13益提高。隨著煤化工產業(yè)鏈的延伸與
發(fā)展，業(yè)界對空分裝置的產品規(guī)格、能耗、投資、運
行可靠性等提出了更高的要求。
1 煤氣化配套空分裝置規(guī)模大
裝置大型化是煤化工行業(yè)發(fā)展的一個顯著特
點。隨著煤化工裝置規(guī)模的不斷擴大，煤氣化對
氧氣的需求量不斷增大。無論采用固定床、流化
床還是氣流床氣化技術，為獲得理想的碳轉化率，
8
均需要大量的氧氣。典型氣化技術的氧煤比見
表l，不同產品規(guī)模的煤化工裝置采用典型煤氣
化技術的氧耗量見表2。
表1典型氣化技術的氧煤比／(kg·k94)
煤氣化技術氧煤比煤氣化技術氧煤比
BGL O．52 GE 0．90
mW 0．54 E．G∞ 0．89
U．Gas 0．60 Shell 0．86
KRW 0．68 Preflo 1．03
KBR 0．63 GSP O．80
表2不同產品規(guī)模的煤化工裝置采用典型
煤氣化技術的氧耗量
產品及規(guī)模煤氣化技術
(m3氧．耗h-I量,／際／態(tài))
l 000 kt／a甲醇GE水煤漿氣化120 000
1 000 kt／a合成油Shell粉煤氣化250 000
600 kt／a合成氨Shell粉煤氣化65 000
600 kt／a甲醇制烯烴(MTO) Shell粉煤氣化230 000
20億m3／a天然氣BGL碎煤氣化160 000
萬方數(shù)據(jù)
第38卷第5期化肥工業(yè)201 1年10月
從表l可看出：各種煤氣化裝置的氧煤比均
在0．52—0．90。從表2可看出，達到國家產業(yè)政
策所要求的規(guī)模下限的單套裝置的氧耗至少要達
到65 000 m’／h(標態(tài))。為保證裝置運行的可靠
性，空分裝置宜采用多系列配置。
目前，裝置大型化是空分技術發(fā)展的主要方
向，國際上在空分領域領先且占據(jù)主導地位的供應
商均有大型的空分裝置，APCI有4套100 000 m3／h
(標態(tài))以上的空分裝置在運行；空氣產品公司的單
套空分裝置最大設計、制造能力已達150 000 m3／h
(標態(tài))，目前該公司在運行的最大生產裝置為
110 000 m3／h(標態(tài))；法液空在運行空分裝置的
最大規(guī)模為120 000 m3／h(標態(tài))；林德公司單套
空分裝置的最大能力為110 000 m3／h(標態(tài))。
林德一BOC與陜西煤化能源有限公司簽訂了
90 000 m3／h(標態(tài))的設備合作協(xié)議，成為目前國
內最大的在建空分裝置。2009年，杭州制氧機集
團完成了26套大型空分裝置的制造，實現(xiàn)了
60 000 m3／h(標態(tài))空分裝置的制造開發(fā)；
2010年10月，通過了80 000 m3／h(標態(tài))空分裝
置的技術方案論證。開封空分集團新基地已具備
80 000 m3／h(標態(tài))等級空分裝置的制造能力。
國家新的產業(yè)指導要求國內新建空分裝置單套最
小能力為60 000 m’／h(標態(tài))。
2 空分裝置從單純制氧向副產多種產品
和集成化發(fā)展
空分產品日趨復雜和多樣化是空分裝置發(fā)展
Shell粉煤氣化氧耗低，空分裝置的規(guī)?？上?
對較小，由于采用氮氣輸送粉煤，需要氮氣的數(shù)量
和規(guī)格較多，造成空分裝置氮氣提取率高、氮氣系
統(tǒng)復雜、氮氣壓縮投資高。
在巴陵、湖北、安慶、柳州4套Shell粉煤氣化
裝置中，除巴陵采用引進林德的的空分裝置外，其
余均為國產化空分裝置。國產化空分裝置的特點：
①氧氣提取率高，正常操作工況(48 000 m3／h，標
態(tài))下氧氣提取率達93％以上，最大操作工況
(52 000 m3／h，標態(tài))下的氧氣提取率>90％；②氮
氣產品量大，氮氣的提取率達42％，最大操作工
況下達46．6％；③氮氣有6種產品規(guī)格(高壓N：，
k中壓N2，低壓1 N：，低壓2 N：，液氮，污氮)，各
產品需求量變化范圍大，最大超過150％，這對氮
氣循環(huán)系統(tǒng)的設計和產品壓縮機性能提出了更高
的要求；④空氣壓縮機、循環(huán)氮氣壓縮機、高壓產
品氮氣壓縮機首次共軸采用1臺汽輪機驅動，通
過變速箱滿足不同壓縮機組的轉速要求，驅動機
軸功率達43 000 kW，這要求各機組的設計、制造
與冷箱部分高度集成；⑤穩(wěn)定的氮氣供給對于迅
速建立粉煤循環(huán)、準確計量入爐煤量、縮短開車時
間、降低開車成本至關重要，這要求空分裝置除穩(wěn)
定供給氧氮產品外，應能快速啟動，因此對加溫解
凍時間、裝置啟動時間均提出了嚴格的要求；⑥空
分裝置在生產氧氮產品(包括液氮)的同時，還需
提供儀表空氣、工廠空氣和最大1 350 m3／h(標
態(tài))的液氬產品。
2 000 t／d Shell粉煤氣化裝置要求的空分產
的又一特點。品見表3。
表3 2 000 t／d Shell粉煤氣化裝置要求的空分產品
此外，空分裝置與系統(tǒng)的集成度越來越高。在煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)中，空分裝置有
9
萬方數(shù)據(jù)
第38卷第5期化肥工業(yè)2011年10月
3種基本的設置模式，即獨立空分設備、與氮氣結
合的空分設備、與氮氣和空氣同時結合的空分設
備，尤其是空壓機與燃氣輪機的共軸、氮氣和空氣
系統(tǒng)與燃機系統(tǒng)的集成對于提高整套IGCC裝置
的效率、降低投資具有重要的意義。
3 隨著產業(yè)鏈的不斷發(fā)展。對空分裝置
的可靠性要求更高
隨著煤化工產業(yè)鏈的延伸和發(fā)展，對空分裝
置的可靠性要求更高：①空分裝置作為煤化工的
龍頭裝置，已成為重要的生產裝置，其可靠性、開
車周期等對全系統(tǒng)的影響越來越大；②圍繞空
分一氣化裝置的公用工程島使空分裝置成為核心
裝置，空分裝置提供的氧氣、氮氣、儀表空氣以及
工廠空氣等是整個裝置安全、穩(wěn)定運行的重要前
提；③隨著產業(yè)鏈的延伸，裝置的開車成本迅速上
升，從原料到出產品的周期更長，開車消耗也隨著
裝置規(guī)模的增大而成倍增加；④空分裝置與下游
裝置的高度集成，在獲得較好運行效率的同時，制
約了空分裝置可靠性的進一步提高。
但目前空分裝置運行的可靠性與煤化工全流
程的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行要求尚有差距。在
西班牙ELCOGAS裝置統(tǒng)計的故障率中，氣化裝
置占48．4％，空分裝置占5．8％，聯(lián)合循環(huán)裝置占
41．4％，其它原因為4．4％；在空分裝置的故障
中，氮氣系統(tǒng)原因占44％，污氮系統(tǒng)原因占42％，
氧氣系統(tǒng)原因占14％。國內某煤氣化裝置配套
采用國產空分裝置，2009年煤氣化裝置累計運行
224 d，年運轉率僅為61．4％；空分裝置年運轉
258．4 d，年運轉率70．8％。另一配套國產空分裝
置的煤氣化裝置在2009年停車9次，因空分裝置
原因停車2次。還有一煤氣化裝置在2009年停
車15次，因空分裝置原因停車4次。幾套煤氣化
裝置停車因素統(tǒng)計分別見表4一表8。
表4 A裝置停車原因匯總
10
表5 B裝置開車以來氣化爐停車原因匯總
表6 C裝置空分運轉率和運行負荷
注：1)2007年，裝置投入運行；2)2009年，停車改造。
表7 D裝置由于空分裝置故障引起的氣化裝置停車情況
表8 E裝置空分裝置停車情況統(tǒng)計
年份停車時間／d
2004
2005
2006
2007
2008
O．50
4．05
1．15
6．65
從表4～表8看出：A，B和C 3套裝置因開車
時間短，空分裝置的可靠性表現(xiàn)很脆弱；D和E裝
置的空分裝置可靠性有了很大提高。目前報道國
外空分裝置的可靠性最好數(shù)據(jù)為>99．2％，因此
提高空分裝置的可靠性仍是空分產業(yè)發(fā)展的重要
課題。提高空分裝置可靠性首先是要保證投入，
確保關鍵設備和部件的質量和性能；其次是空分
裝置制造商要嚴格設計，采用軟件進行可靠性分
析研究。
萬方數(shù)據(jù)
第38卷第5期化肥工業(yè)2011年10月
4 節(jié)能降耗是提高空分產品競爭力的重
要途徑
在煤化工產業(yè)鏈中，空分裝置耗能最大。在
美國的Ccoolwater，Wabash和Tampa電站中，
IGCC裝置自用電率分別為20．00％，12．25％和
21．29％；而在自用電中，主要是空分裝置耗電，
3套裝置空分耗電量分別占自用電的70．10％，
75．50％和82．19％。在煤制合成氣成本中，氧氣
成本占合成氣成本的35％以上。通常，空分裝置
的副產品較多，難以準確計算單位氧氣的能耗，如
不考慮副產品的因素，氧氣的能耗一般均>
15 GJ／m3(標態(tài))。在空分裝置的能耗中，壓縮機
蒸汽能耗占90％以上，制冷劑能耗近3％。今后
空分技術的發(fā)展將體現(xiàn)在壓縮機效率的提高、冷
箱內物流循環(huán)的改進、新型換熱設備的采用、新型
分子篩的采用等方面。
通過對空分裝置的煙損失進行計算后發(fā)現(xiàn)：
空分裝置的炯效率只有29％，而7l％的能量用于
各種不可逆損失，其能耗最高的部分依次是精餾、
壓縮、換熱和節(jié)流膨脹，其中精餾與壓縮的煙損失
為4l％，換熱的嫻損失為23％，因此降低精餾塔
壓降、提高壓縮機效率、減小換熱溫差是降低能耗
的重要方向和途徑。
5 進一步降低空分裝置的投資
空分裝置的投資在煤化工產業(yè)鏈中所占比例
最大。對于常規(guī)的氣流床氣化技術，空分裝置與
煤氣化裝置的投資比為0．30～0．55：1；在GTL聯(lián)
合裝置中，合成氣制備占總投資的60％一70％，
空分裝置占總投資的15％一20％；在煤基IGCC
裝置中，空分裝置占主體裝置投資的10％一
15％。在降低投資方面，國產空分裝置制造企業(yè)
做出了很大的貢獻，使近年來大型空分裝置的成
本降低了30％一35％。
6 空分系統(tǒng)通常存在的主要問題
空分裝置的設計、制造、安裝應嚴格執(zhí)行國
家、行業(yè)標準中規(guī)定的程序和要求，在工程建設中
應該重點關注的環(huán)節(jié)包括空壓機的安裝和試車、
控制系統(tǒng)的調試、氧氣管線的清洗和脫脂、冷箱的
裸冷和管系的檢查、珠光砂的裝填等。
隨著大型空分裝置數(shù)量的增加，空分裝置的
操作水平顯著提高，快速開車、無液氨開車等操作
技巧不斷涌現(xiàn)?？辗窒到y(tǒng)在操作中常見的問題包
括：能耗高、蒸汽耗量大；二氧化碳穿透造成板式
熱交換器通道堵塞；操作數(shù)據(jù)偏離設計指標，造成
換熱器冷端或熱端溫差增大；精餾塔設計不合理
或上下塔能力不匹配，造成產品產量不達標或產
品品質下降；循環(huán)水設備結垢，造成壓縮機能力降
低；冷箱管道應力缺陷，造成管系破壞；珠光砂裝
填不均或者不實，造成冷箱結霜和冷損增大；壓縮
機噪聲超標；分子篩吸附能力設計不足或因吸入空
氣質量變差而導致分子篩切換頻繁；空氣過濾器壓
差大等。
通常引起空分系統(tǒng)停車的主要因素包括壓縮
機故障停車(空壓機結垢、空壓機導葉故障、空壓
機防喘振閥故障、軸振動或軸位移超標、壓縮機控
制系統(tǒng)故障)、閥門故障(分子篩段控制故障、故
障定位器故障)、氧壓機故障、分子篩二氧化碳穿
透、液氧泵故障、空壓機末段冷卻器結垢造成純化
器進口溫度高、儀表故障、主換熱器通道堵塞、系
統(tǒng)失電或蒸汽供給不穩(wěn)定、操作失誤等。
7 空分技術的新發(fā)展
首先是傳統(tǒng)深冷分離技術的進步，包括：采用
先進的控制系統(tǒng)，如先進的ALC系統(tǒng)；提高單臺
設備可靠性，如液氧泵在線備用；提高裝置的操作
彈性，裝置操作范圍更大，如高壓氧氣的操作負荷
范圍為60％～l 10％；提高系統(tǒng)集成能力，如建設
以空分裝置為核心的公用工程島；采用新設備、新
材料等，如APCI采用專用的鈣基吸附劑，能除去
更多的雜質CaX，材料、控制和設計標準也是可靠
性的重要保障；在安全生產方面，每20萬h的可
記錄人工傷害率為2．5，通過危險與可操作性分
析(HAZOP)等手段，使空分裝置的安全生產達到
了一個新的水平。
離子膜制氧技術具有投資成本低、設備占地
面積小、以更少的電能生產出大量高純度的氧氣
產品、高溫工藝與發(fā)電系統(tǒng)有更好的協(xié)同效益等
特點，每個膜組件每天可生產0．5 t氧氣，可靠性
與操作靈活性也大為提高。與傳統(tǒng)的深冷空分技
術相比，Air Products&amp;amp;Chemicals公司與Praxair
(下轉第15頁)
11
萬方數(shù)據(jù)
第38卷第5期化吧工業(yè)2011年10月
0．35形(kW．h)計算，僅此一項年可節(jié)約57萬元，
18個月左右即可收回比氨壓縮制冷機組多投資
的費用。
(2)碳丙液溫度從35℃降至15℃，單位體
積碳丙液的吸收能力可提高30％以上。按合成
氨生產能力200 kt／a計算，碳丙液溫度35℃時所
需溶液循環(huán)量為1 700 m3／h，而15℃時只需
l 200 m3／hljp可滿足要求，溶劑泵的電功率可減
少500 kW，年可節(jié)約電費126萬元，14個月即能
收回機組投資。由于碳丙液溫度降低，凈化氣溫
度和凈化氣中二氧化碳含量隨之降低，壓縮機的
電耗也相應降低。
4結語
(1)利用尿素系統(tǒng)蒸汽冷凝液的余熱，采用
石家莊正元塔器設備有限公司的自主專有技
術——溴化鋰吸收式制冷與熱泵技術，通過熱水
(上接第ll頁)
公司聯(lián)合開發(fā)的離子轉移膜空分技術，造價更低，
能效更高。采用該技術的空分裝置被用于IGCC
電站時，與深冷分離的空分裝置相比，電站凈功率
可增加7％，制氧設備的投資費用下降35％，制氧
能耗減少37％(從235 kW／t降至147 kW／t)，
IGCC電站的投資費用可下降7％。該技術采用
無孔交錯傳導的陶瓷膜，由于該膜的結晶結構中
含有氧離子空穴，在800—900℃條件下，氧氣通
過這些空穴進行擴散，從而將空氣中的氧氣分離
出來。
試驗表明：商業(yè)規(guī)模的晶片模塊可在
2．93 MPa條件下可靠運行。目前開發(fā)的重點是
開發(fā)一種具有良好化學穩(wěn)定性和機械性能的鈣鈦
礦化合物，提高離子傳導速率并能用常規(guī)的陶瓷
加工工藝進行處理。
型溴化鋰制冷機組制取低溫冷水并用于冷卻碳丙
液，節(jié)能降耗效果顯著，經濟效益明顯。
(2)合成氨(尿素)企業(yè)低溫余熱質低、量大，
如水溶液全循環(huán)法尿素生產工藝中的大量甲銨生
成反應熱以及銅洗、脫硫和甲醇精餾工段的蒸汽
冷凝液等均屬此類低溫余熱，同時在生產中又需
要高質、高溫熱量和低溫冷源。隨著能源價格的
日趨上漲，采用溴化鋰制冷技術回收利用低溫余
熱在經濟上已經顯示出明顯的競爭優(yōu)勢，如應用
在合成氨生產中的工藝氣體冷卻及辦公、生活設
施的供冷、取暖等方面均是非常好的節(jié)能、降耗、
減排措施。
(3)采用溴化鋰制冷技術回收利用低溫余熱
是提高能源利用率、縮小我國在能源利用方面與
世界發(fā)達國家的差距的有效手段，對減少溫室氣
體排放、改善生態(tài)環(huán)境具有積極意義。
(收到修改稿日期2011-05一18)
8 結語
空分裝置在現(xiàn)代煤化工中占有重要地位，煤
化工的發(fā)展對空分裝置的規(guī)模、可靠性、能耗、投
資等提出了更高的要求，裝置大型化、提高可靠
性、進一步降低投資和能耗是空分裝置發(fā)展的主
要方向。隨著我國綜合制造能力的提高，國產化
空分技術近年來發(fā)展迅速，在大型化、降低投資與
能耗等方面取得了顯著的進步，今后仍需在系統(tǒng)
集成、提高設計和制造水平、采用先進控制系統(tǒng)等
方面做更多的工作。
參考文獻
[1]鄧世敏．IGGC中空分系統(tǒng)特性及其對整體性能的影響[J]．
工程熱物理學報，2003，(3)：186—189．
[2] 李偉，張國華，崔洪偉．空分中總氧氣產量偏低原因分析與
措施[J]．大氮肥，2010，33(5)：333-334．
(收到修改稿日期2011-08431)
·疥移、妒、矛、痧卅爭痧一西驢．疥參疥礦卅尹電爭驢《≯電爭q爭驢痧驢驢《礦叫礦電產電爭電爭電爭妒，疥彩、驢、驢、疥彩、妒、眵、驢驢電爭電爭驢《礦q廬
U．Gas技術氣化高灰分混煤試燒成功
201 1年8月24日，由山東兗礦嶧山化工有
限公司提供的本地興隆莊低熱質混煤在美國綜合
能源系統(tǒng)公司(SES)位于山東的合資公司埃新斯
(棗莊)新氣體有限公司進行試燒并取得成功。
通過對試燒后的試驗數(shù)據(jù)分析，U—Gas技術在氣
化高灰分混煤時表現(xiàn)出很強的適應性，碳轉換率
達到96％以上，冷煤氣效率在80％左右。
(錢伯章)

網(wǎng)友評論 more

化工安全論文最新內容

05-01