煤制烯烃项目空分装置技术特点探究

摘 要：随着我国经济的不断发展，煤化工项目的规模也在不断增加，随之而来的是对氧气需求的不断提升，这就使得配套的空分装置技术也在逐渐地增多。在现阶段经济发展的大背景下，将煤质烯烃空分装置融入新工艺与新技术显得尤为重要，且也符合现阶段我国的煤化工项目运行要求。笔者以神华包头的煤制烯烃项目（该项目是650 kt/a烯烃产量的大型煤化工项目）为例对装置的工艺流程进行分析后对装置特点进行相应的探究。

关键词：煤制烯烃 空分装置 技术特点

中图分类号：TQ028 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（a）-0030-02

神华包头的煤制烯烃项目的空分装置采用现阶段较为普遍的汽轮机全低压分子筛净化、全精馏制氩、“一拖二”的工艺还有液氧内压缩流程，这些技术都是行业中的高端工艺与技术。与之相配套的低温阀门、关键动设备以及高压板式的换热器都使用进口产品，运用国际的前沿产品可以更好地保障装置的安全使用以及氧产品的提取效率，最终达到最大程度上降低能耗以及增加设备的安全性、稳定性和可靠性的应用目的[1]。

1 工艺流程分析

空分装置中的流程，首先空气会通过过滤器除掉尘土，经由压缩机增压到0.565 MPa，再经过空气冷却塔冷却，空气经过冷却后再经由分子筛吸附器进行净化。空气被净化后将分为两个部分：第一部分是空气净化后被送进空气增压机；另一部分是空分通过低压板式换热器受到返流污氮气和氮气的冷却之后从换热器底层部门通入下塔[2]。

空气被空气增压机进行3.0 MPa的抽出后通过增压透平膨胀机组的增压端增压，之后被冷却后的气体达到常温的状态从而通入冷箱中，再通过高压板式换热器里进行二次冷却，而后在进入到增压透平膨胀机。膨胀机中的湿气通过气液分离器，经过低压板式换热器的汇合作用，同时通入分馏塔的下塔精馏。空气增压机中的高压空气，经由增压机的末级冷器冷却到常温状态，而后再通过冷箱中的高压板式的换热器以及精馏塔中的高压液氧的作用形成冷却，经过冷却的空气大部分经过膨胀阀之后作为回流液，其余的部分经由减压后流进上塔中部作回流液[3]。

空气在经过分馏塔下塔的精馏作用后，从而获取到纯液氮、污液氮以及液态空气，在经过上塔进行逐步的精馏之后，在上塔底部获取到液氧。而下塔顶部的氮气通过冷凝之后也可以获取到液氮。

2 关于技术特点的分析

2.1 压缩单元

空分装置的增压机、汽轮机以及空压机都是MAT-T公司所提供的（MAT-T公司是国际知名的压缩机供应商）。受地域的限制因素，汽轮机通过空冷方式进行冷却，通过这一手段，仅4套空分装置就能节水11 000 m3/h。

空气避免不了地含有机械杂质及灰尘，要想保障压缩机可靠且持续工作，就要在通过压缩机之前将空气实行过滤，为了解决过滤问题，可采用普遍使用的自洁式过滤器。这个过滤器具有反吹耗气少、适用性比较强、结构简便、占用面积少以及防腐性强等优势。

2.2 预冷单元

想要确保日后净化单元的稳定运行，需将空压机中的压缩空气实行降温，在经过空气预冷系统时，可以使得空气的温度降低，并除掉多数水溶性的不利物质，比如NO2、SO2、NH3等等。

但是这一项目中的氮气剩余比较多，所以，在这一装置的遇冷三元中设置水冷塔以及空冷塔，并且都使用填料塔。通过运用氮气和塔污氮的干燥性能进行吸湿，再利用去空冷塔和水冷塔的喷淋功能进行换热，使得空气的温度降低。应用填料塔具有多重优势，它可以使得传热传质效果比较好、能耗低以及可操作性较强，相比筛板塔，它的塔径可很大程度地缩小。而且运用这一流程，可以简化运行方式，从而增加装置运行的稳定性[4]。

2.3 净化单元

这一空分装置进行了两台卧式的分子筛吸附器的设置，使用交替式的方法进行运行，一台运行时另一台再生，再生的系统均通过饱和蒸汽的加热从而再生污氮。为了提高装置可靠的运行度，系统中的切换阀都使用进口阀门。在吸附的过程里，水先被吸附，其次是一些氮氢化合物以及二氧化碳等，是同双床层的模式，上层是分子筛吸附剂，下层是活性氧化铝，值得注意的是，活性氧化铝的比分子筛的机械强度大，并且还有较强的吸附水分的作用，还能在下层达到很好的支撑作用，不仅可以减少分子筛的用量还能较好地保护分子筛以及分布气体。

2.4 制冷单元

空分装置的冷度主要来源就是膨胀机制冷，所以，对于这一单元供应的制冷效率以及合理性就显得尤为重要。膨胀机经由电机制动、增压制动以及风机制动这几个过程。在这一项目运行过程中，制冷的单元运用增压膨胀机来增加膨胀机入口的压力从而提高单位膨胀的制冷量，以达到最大程度降低能耗的目的。

因为使用的增压膨胀工艺使得换热器的受压力增加，为了进一步保证生产的安全性，所以，均使用进口的高压板式换热器来进行运行。

2.5 精馏单元

精馏塔均使用填料塔，低温调节阀也都应用进口的阀门。因为塔高具有一定的限制，所以，应用上下塔进行分置的设计方式，利用液氧工艺的循环泵使得液体与冷凝蒸发器相连接。

2.6 产品外送

由于煤化工的氧气消耗着实较大以及压力的等级高等，旧式的外压缩流程已经不适合现阶段的生产流程，所以为了更好地解决问题，使用液氧内压缩流程、氧气压缩机被进口的高压液氧泵代替进行在线冷备用，如若运行泵发生故障，备用泵可在10 s内达到正常的工作运行状态，由此可见，内压缩流程的使用可靠性比较强。

3 装置优势分析

通过以上的介绍以及分析可以看出，在进行煤制烯烃项目中使用空分装置具有诸多优势，以下是对装置优势的浅析。

3.1 工艺较为先进

这一项目的装置均使用当前国际上较为先进的技术，从而逐步地完善氧气提取的实施过程，进而使得提取氧气的效率达到99%以上，而装置单位的能耗仅仅是0.598 kW・h/m3，这样的数值足以见得这一工艺已经达到了国际上的前沿水准，而且符合现阶段的项目发展要求，可以起到推进项目实施的重要作用，从而加快实施进度，提高整体的工作效率。

3.2 设备配置佳

项目中的关键设备都采用国际上的著名品牌及产品，目的就是要保证项目装置运行的安全性、可靠性以及平稳性，提高项目的整体配置水平，通过合理的技术手段避免项目故障出现，从而使得施工进度按照计划进行，为提高氧气产量打下坚实的基础。

3.3 控制系统较为稳定

设备的控制系统也都使用国际先进的系统、CCS压缩机控制系统以及DCS集散控制系统，运用前沿的系统会很大程度上加强装置运行的稳定性以及可靠性，最终达到降低能耗的目的。

4 结语

空分装置在煤质烯烃项目中的应用虽然具有诸多优势，但在净化单元的设计上仍存在很多问题，现在只能采用卧式分子筛吸附器进行运行。由于空分装置的规模在逐步扩大，分子筛吸附器的占地面积以及尺寸也伴随着增加。要想解决这一问题，在启动项目前，就要积极地引进新式的、先进的技术，进一步地升级装置技术，从而达到最大程度降低耗能以及最高生产的目的。

参考文I

[1] 赵斌.烯烃装置DCS系统网络结构论述[J].科技尚品，2016，

12（3）：211.

[2] 柴晓明，郜洪勇.现代空分装置在煤化工领域的应用[J].通用机械，2016，21（5）：35-38.

[3] 贾金秋.助剂在煤制烯烃项目烯烃分离装置中的应用及优化[J].乙烯工业，2014，16（4）：57-60.