我国空分技术与设备的发展现状及分析_新闻_

分析我国空分设备产业的发展现状及趋势.doc

常敏

[摘要]空分装置是煤化工行业的重要组成部分。本文主要对于我国空分技术与设备的发展现状实施解读，简要概述了空分技术与设备，指出了当前国内空分技术与设备的发展现状，并对其日后的进展趋势进行了描述，希望探究能够为国内空分技术的进一步完善提供一定的参考。

[关键词]空分技术；设备；现状；措施

中图分类号：G526 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0047-01

1 导言

空分技术通常包括五个主要环节，即空气压缩、空气净化、换热、制冷和精馏。煤化工的发展对于空分技术及设备提出了新的要求，因此本文对煤化工空分技术与设备发展现状进行了综述，以期为空分工艺的进一步发展奠定更好的基础。

2 空分技术与设备概述

所谓空分其实是空气分离的缩写，指的是借助大气中不同成分的物理特性，采取低温冷冻、膜隔离、吸附等手段将氧、氮、氦等气体自大气中隔离出来的经过。故空分技术主要有低温精馏、膜隔离与吸附隔离三种。基于空分设备而言，主要包括：膨胀制冷、大气压缩。剔除大气水分与杂物等，大气在热量更换中进行液体的冷凝，大气精馏、分离，低温下的气体收回与压缩。每一种目标与使用装备的差别，会得出不一样的空气分离过程。

3 空分技术现状

空分技术即将空气分为主要的两种成分气体：氧气和氮气。氧气主要用于气化剂和反应原料，而氮气可以用于原料、气力输送气及惰性保护气。目前，空分技术工艺主要存在三种：变压吸附，该法主要利用一定压力下，空气中的氮氧在分子筛表面的吸附差异性而将两者分开的方法。工艺过程中，新鲜空气作为原料。在将氮氧分离后，分子筛可以通过泄压解吸的形式实现再生，从而实现了分子筛的循环使用。变压吸附在工业应用中，主要采取双塔操作的方法，两塔以吸收和解吸两个过程交叉操作，从而实现整个工艺的连续化；低温精馏法，该法的原理是首先将空气进行膨胀及压缩降温，使得空气被液化，然后利用氮氧两种组分的气化温度不同，从而实现两者的分离。在精馏塔中，运行传热和传质两种方式实现氮气和氧气的分离，该工艺在工业应用中较为普遍；薄膜渗透法，该工艺方法运用一种薄型的有机膜，通过空气中的不同气体所显现的渗透差异性，从而使得氮、氧过滤，最终实现氮、氧分离。目前，随着我国工业不断发展，我国的空分技术有了极大的突破发展。但和国际领先水平相比，还存在一些不足之处。因此，企业必须加大相关技术和设备的研发投入和创新力度，提升空分技术的发展空间，这也是我国空分设备发展的重中之重。

4 空分设备国产化的难点与要求

随着煤化工企业的规模不断增大，企业的运行对于氧气和氮气的需求量不断增加。虽然空分技术的原理没有改变，但规模的增大对于设备的设计和制造提出较大的挑战。主要如下：（1）空分技术的引进和设备的选型必须结合企业的实际需求进行。目前，大部分煤化工企业装置要求的氧气压力为4～9Mpa，针对这一压力特点，采取的工艺基本均为内压缩流程。另外，由于氧气的主要消耗场所为气化炉，因此气化炉型的不同也会对空分设备的设计与制造造成较大的不同。（2）煤化工所需的氧气和氮气的产品类型较多，主要有高压氧气、高压氮气、中压氮气、低压氮气、仪表空气、液氮、液氧、液氩等，因此也就决定了空分系统的复杂性，无疑增加空分设备的设计和制造难度。（3）一般情况下，对于规模大于8万m3/h等级的空分工艺的辅助设备-空压机，已经不能利用单一离心式，而需要轴流+离心式，同时也无法利用电机拖动，需要采用汽轮机进行拖动。因此，规模的增大对于空压机的要求有了较大的变化。（4）大型空分装置对于动设备的核心机组配置有着较强的要求，该部分也是关系国产空分设备可靠性的重要因素。因此，需要投入较大的财力和人力资源，提升国产化核心部机的效率。

5 提升空分技术的具体措施及发展趋势

5.1 提升关键部机的工作效率

5.1.1 开发多层冷凝蒸发装置

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。

5.1.2 用液体膨胀机实现节能

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%。

5.2 规范整合填料

最近几年，我国空分技术与设备不但在空分级别上有所提升，还在大气精馏方面有了不小的进步，简单来说便是筛板被规范整合填料所代替。填料上塔、填料精氩塔等已被大力传播开来，并用于多种行业，空分技术中规范整合填料的运用同样在递增，该技术本身的优点如下：第一，因规范整合填料的运用，使回流液体变为了填料外表的一层膜，而上塔位置处的阻力仅占到对应筛板塔16.67%～25%的比例，每种汽液都有自己的流动路径，热质互换持续实施着。规范整合填料的运用避免了以往筛板塔汽液实施热质互换时巨大阻力的障碍，使得空分程序更加顺利。第二，规范整合填料的运用还会降低上塔、下塔与氩塔本身的运作压力，令氧气、氮气与氩气之间的分离更加容易，尤其是氧气与氩气间的分离。或者说，同等状况下，分离氧气的效率会有1%～3%的提升度，氩气的效率会有5%～10%的提升度。第三，规范整合填料的运用可令气体液体间有着不间断的联系，令塔本身持有的液体量变少，使其能够转变的负荷区间变大，运行更加快捷便利。此外，通常，篩板塔有着70%～105%的负荷区间进行设置，而规范整合填料的负荷区间为40%～120%。第四，填料本身有着较小的体积相比于筛板，便于传送。

5.3 我国空分技术与设备的进展趋势

基于上文中对空分技术设备发展现状的描述可知，当前国内的空分技术仍旧不够完善，存在着一定的不足。综合考虑现实需求与技术缺陷，我国空分技术与设备应趋向于大型化方面发展，如此不仅能够有效减少日常的零散开支，还可令技术设备的维修保养工作更加方便，实施更有成效。此外，减少各种能源的耗费也属于当前我国空分技术与设备日后进展的趋势，如此便要求空分技术设备第一步的设置中就大力关注提升中心技术运作成效的重要性，可事先针对技术设备正式运作时耗费的能量总数实施完整准确的推算，令最终的设置规划实用性更强。

结束语

综上所述，空气分离装置是煤化工行业中的重要一环，空分技术和设备的等级在很大程度上影响煤化工企业的运行状态。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。

参考文献