周程，苏礼勇
［靖远煤业集团甘肃刘化（集团）有限责任公司，甘肃 永靖731603］
［摘 要］如今，我国煤化工产业正处于大发展的阶段，项目初期投资与运行能耗是需考虑的两个关键问题，对于空分装置来说尤其如此。据靖远煤业集团煤制合成气清洁高效综合利用项目（拟建在甘肃省白银市银东工业园区）配套2×40 000 m3/h空分装置建设规划的要求，项目组据40 000 m3/h空分装置的产品初步设计，以国内外大型机组（空压机与增压机）的性能及效率、低温液体泵的应用业绩与研发、银东工业园区环境条件等为出发点，结合国内大中型空分装置的工艺流程选择、配套设备选型及优化，在此基础上进行调研和比对，提出40 000 m3/h空分装置配套设施如空压机系统、水冷塔和空冷塔、分子筛纯化系统、膨胀机、高压板翅式换热器、精馏塔、主冷凝蒸发器、中压氮压机、低温阀门、仪表空压机、液氮/液氧/液氩贮罐等的选择及优化建议，旨在提升空分装置配套设备的单机效率，降低成套装置的运行成本。
［关键词］40 000 m3/h空分装置；初步设计；设备选型及优化；工艺流程；配套设备选择；单机效率；节能降耗
［中图分类号］TB657.7 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）03-0001-06
0 引 言
靖远煤业集团（简称靖煤集团）煤制合成气清洁高效综合利用项目拟建在甘肃省白银市银东工业园区,将以靖煤集团生产矿区产煤为原料，采用航天粉煤加压气化等清洁工艺生产合成氨、甲醇、尿素、三聚氰胺、尿素硝铵溶液（UAN）等产品，项目拟分两步实施：一期项目产能为合成氨300 kt/a、甲醇100 kt/a、尿素350 kt/a、食品级液体二氧化碳50 kt/a、三聚氰胺60 kt/a、尿素硝铵溶液50 kt/a、硫磺3 848 t/a、催化剂2 000 t/a，外送合成气（CO+H2）2.16×108 m3/a；二期项目产能为合成氨300 kt/a、尿素350 kt/a。项目预计总投资约50亿元，其中一期项目报批总投资为31.5亿元。
2018年8月，靖煤集团委托航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司编制了煤制合成气清洁高效综合利用项目可行性研究报告；2018年9月召开项目可行性研究报告专家评审会，并通过了专家评审，据评审意见修改后的项目可行性研究报告经靖煤集团审议通过；2019年1月上报甘肃能源化工投资集团有限公司审批，审批后开展项目的能评、安评、环评、备案、报批、地勘、初步设计、融资洽谈等工作。
靖煤集团煤制合成气清洁高效综合利用项目，符合《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》，是靖煤集团在延长煤炭深加工产业链、合成气生产原料路线智能化升级改造的重点项目；其中，空分装置是关键的配套设施。近年来，国内外40 000 m3/h等级及以上空分装置的运行业绩较多，这给大中型空分装置工艺流程的选择、设备的选型及优化铺垫了更多的途径。当前，大中型空分装置制造商主要有杭氧、法国液化空气、德国林德和美国空气化工产品等公司。在40 000～80 000 m3/h等级空分设备的设计、制造方面，以杭氧为代表的国内企业也做了大量的工作，已具备相应的设计、制造能力，并且还有相当规模的运行业绩。
空分工程涵盖场地的三通一平和详勘、装置的工艺设计和工程设计、设备成套供货、建安施工、装置两年保运等内容。为提升空分装置配套设备的单机效率，降低成套装置的运行成本，建议拟建的空分装置配套全进口压缩机组和国内一流的主体装置，配置强大的后备系统及缓冲系统，并设置全精馏无氢制氩系统；建议空分装置控制系统设计包含远程监控、先进控制、无人值守等先进控制理念，并与公司本部装置实现通讯；同时，建议采用BIM设计理念对空分装置的建设进行全过程控制和管理。
1 40 000 m3/h空分装置的产品初步设计
靖煤集团煤制合成气清洁高效综合利用项目拟建的2套40 000 m3/h空分装置的产品初步设计见表1。
2 设备选型及优化的出发点
2.1 大型机组的性能和效率
空分装置是煤化工产业链中最大的耗能者，在煤制合成气的成本中，氧气成本占合成气成本的35%以上，而在空分装置的能耗中，压缩机组汽轮机蒸汽能耗占90%以上。有关资料有效能损失计算表明，空分装置能耗最高的依次是精馏、压缩、换热和节流膨胀环节，精馏与压缩环节的有效能损失为41%，换热环节的有效能损失为23%，因此，降低精馏塔的压降、提高压缩机的效率、减小换热温差是降低空分装置能耗的重要方向和途径。相应地，空分装置节能技术的研发也主要体现在压缩机效率的提高、冷箱内物流循环的改进、新型换热设备的采用、新型分子筛的采用等方面。
当前国内大型空分装置机组配置的选择一般有两种：一种是选择国产机组，主要由陕鼓和沈鼓等供货；另外一种是选择进口机组，主要由西门子和曼透平等供货。大型空分装置通常的进口设备主要有空压机、增压机、蒸汽透平、低温泵、膨胀机、高压板翅式换热器和冷箱内关键阀门。进口空压机组具有技术成熟、效率高、运行可靠性高的优点，但从投资上看，进口机组要比国产机组约高1倍；从长期运行能耗上看，国产机组要比进口机组高出不少——国产空压机的效率比进口空压机低2%左右，国产增压机的效率比进口增压机低10%左右，国产膨胀机的效率比进口膨胀机低10%左右。
2.1.1 空压机与增压机单机配置比较
靖煤集团煤制合成气清洁高效综合利用项目拟建的2套40 000 m3/h空分装置，初步设计空压机与增压机的工艺参数如下：单台空压机排气量198 500 m3/h，进气压力0.083 MPa、排气压力0.58 MPa；单台增压机排气量98 000 m3/h，进气压力0.52 MPa，单台增压机一段、二段、三段的排气量分别为4 000 m3/h、37 500 m3/h、56 500 m3/h，单台增压机一段、二段、三段的排气压力分别为1.0 MPa、2.8 MPa、7.2 MPa。
更多内容详见《中氮肥》2020年第3期