煤制天然气空分工艺空冷-水冷经济分析

摘 要：空分工艺的研究开始于上世纪初，工艺路线的简化、能量的回收、催化剂的选择等都在不停地改进着，尤其是能量回收、节能降耗显得尤为重要，在煤炭资源丰富的西部，水资源是一个瓶颈，制约着煤化工的发展，先就大型空分装置进行空冷-水冷的比较分析。

关键词：空分 空冷 水冷 工艺 节能

一、空冷器与水冷器的比较

空冷换热器是使空气错流通过换热管外侧，把管内流动的流体冷却或冷凝，空冷式换热器的热水与空气不直接接触，冷却介质是空气，热水的冷却是在空气冷却器中实现的，因此它的传热只是单纯的传导散热。

空冷设计一般采用的是空气的干球温度，水冷设计则以空气湿球温度为基础，另外水的比热是空气的四倍，因此在同样的热负荷和温升时，空气量将是水量的四倍，所以空冷器面积较大，占地较大，初始投资较高，空气温度的季节性变化会影响空冷器的性能，防冻效果较差。但最大的优点是无需冷却水，节省水的消耗量，特别适用于缺水干旱地区，且运行费用相对较低，随着运行年限的增加，空冷的综合经济效益会高于水冷。

水冷对于水资源丰富地区是首选，使用工况稳定，便于调节，且由于水的热导率和比热较大，所以换热器初始投资费用较小，缺点是循环水易结垢，清洗困难，维护工作量大，且耗水量较大，运行成本高，循环水系统占地面积大,安装费用高,

水冷器和空冷器都有其适用的条件和范围，一般来说在温度较高的时候使用空冷器是比较好的选择，当温度降低到一定程度的时候，需要使用水冷，所以应该根据具体情况，结合考虑使用空冷和水冷。

从社会效益而言，空冷机组没有蒸发汽雾对环境的影响，没有循环水排污对环境的影响，同时节约大量的水资源 所以，采用空冷技术，可以减缓煤化工发展受水源的影响，逐步解决以水定产或高成本引水的问题。所以在缺水的地区采用空冷是一个较普遍的选择。

空冷流程图图如图1 水冷流程图如图2

二、能耗分析

以光管传热面积为基础进行比较，空冷器的投资费用是水冷器的2~3倍以上（仅指硬件费用）。在相同热负荷下空冷器所需的传热面积比水冷要大的多，且其较大传热面积所需之复杂支撑系统，又更多地增加了费用。但是，设备的投资（或固定）费用仅是整个费用的一部分，重要的是应考虑总体费用，即固定投资费用与操作费用之和。水冷器的操作费用比空冷器大得多，这是因为其中包含了初始生水、补充冷却水、水处理化学药品、工厂凉水塔的费用。

运行费用比较见表：（以9万空分为例）

表1 空冷与水冷运行费用比较

如果按照电价0.36元/度、水价1元/t计算，不考虑循环水站、净化水站、换热器等的投资，仅运行费用每年需增加4088万元。此外循环水站的能力是原来的两倍多，循环水占地需增加。

对大功率冷凝器如发电透平，空压机等透平采用空冷，工艺工段中与其他装置进行密切结合，也能使新鲜水的消耗也会有较大的节省。

三、结论

随着煤化工的兴起冷却方案的确定需要考虑多方面的因素，空冷以其节能、环保、运行费用低、政府大力倡导，必将在西部缺水地区，形成煤化工行业选择的趋势。

参考文献：

[1]唐宏青，2009.10.现代煤化工新技术.化学工业出版社.

[2]中国石油和化学工业联合会，2010.2. 2010中国国际煤化工发展论坛，中国石油和化学工业联合会.

[3]陈启文，2008.2. 煤化工工艺――中等职业学校规划教材.化工中级技工教材，化学工业出版社.