我国是缺油、少气、煤炭资源相对较丰富的国家。以煤炭资源替代部分油、气资源，是我国经济建设可持续发展的必由之路。煤气化是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。空分设备为煤化工项目提供作为气化剂的氧气和合成原料气的氧气、氮气及输送气。

随着国内煤化工技术的不断成熟与发展及相关市场的需求变化，煤化工项目的规模越来越大，所以配套空分的规模也相应增大。选择合适的空分装置配套方案，可极大地节约设备投资及运行成本。现通过青海某集团180万t/a甲醇项目，对不同空分配套方案的能耗、运行费用、投资等进行比较及分析，以期为不同要求的用户选择合适的配套空分方案提供参考。

1、配套180万吨甲醇项目空分方案比较的基础

以青海某集团年产180万吨甲醇项目为例，该项目配套空分装置所需氧气总量为24万m³/h，后续工段所需压力为4.11 MPa(G)。考虑氧气管线的沿程阻力，氧气出空分界区的压力按4.9MPa(G)计算，氮气产品按氧气产品产量的40％计算，即氮气总产量为9.6万m³/h，由下塔抽取获得，压力为0.4 MPa(G)。工厂空气、仪表空气的总量为2.4万m³/h，压力为0.7 MPa (G)。

液体产品、液氮总量8100 m³/h，不产液氧产品，不产氩产品。依据上述产品参数分析，空分装置可采取以下3种方案（见表1）。

方案1： 6套4万m³/h空分；

方案2： 4套6万m³/h空分；

方案3： 3套8万m³/h空分。

根据上述3个方案的产品参数进行模拟计算，压缩机采用相同的等熵压缩效率，主换热器采用相同的平均对数温差，上塔的压力及阻力相同，6套4万m³/h空分方案采用筛板下塔，阻力为20 kPa； 4套6万m³/h空分和3套8万m³/h空分方案采用规整填料下塔，阻力为5 kPa，跑冷损失按相同的经验公式计算，并按相同的比例预留。

2、流程组织形式及描述

3个方案的流程组织形式都是相同的，只有装置规模大小的区别，空分流程简图见图1。

2.1 空气过滤和压缩

空气首先进入空气过滤器，除去灰尘和其他颗粒杂质，然后进入原料空压机，经过多级压缩后，进入空气冷却塔，原料空压机级间的热量被中间冷却器中的冷却水带走。

2.2 空气的冷却和纯化

空气在进入分子筛吸附器前，在空气冷却塔中冷却，以尽可能地降低空气温度，减少空气中水含量，从而降低分子筛吸附器的工作负荷，并对空气进行洗涤。进入空气冷却塔上部的冷冻水首先在水冷却塔中，利用出分馏塔系统多余的干燥污氮气进行冷却后进入空气冷却塔上部。

冷却后的空气进入分子筛吸附器，清除空气中的水分、二氧化碳和碳氢化合物，从而可获得洁净而又干燥的空气。分子筛纯化系统由两台分子筛吸附器和1台蒸汽加热器组成。两台分子筛吸附器交替使用，即1台吸附杂质的同时，另1台再生。在蒸汽加热器中，完成再生污氮气的加热。

2.3 空气精馏

离开分子筛吸附器的空气分为两部分：一部分直接进入低压主换热器，冷却后进入下塔；另一部分通过空气增压机压缩，从空气增压机的一级抽出一股1.0 MPa(G）的压缩空气，作为全厂的压缩空气；从空气增压机的三级抽出一股2.8MPa(G)的压缩空气作为膨胀空气，经过膨胀机增压端再次压缩。再经水冷却器冷却后，进入高压主换热器深度冷却，冷却后的膨胀空气经膨胀机膨胀后进入下塔；从空气增压机末级排出的空气经空气增压机的末级冷却器冷却后送入冷箱。经高压主换热器，与被液氧泵加压的液氧换热冷却变为液体，再节流进入下塔。

进入下塔的空气经下塔的初步分离，在下塔底部获得38％左右的富氧液空，在下塔顶部得到纯氮气。得到的纯氮气一部分抽出，通过高压主换热器复热回收冷量后，作为产品送出冷箱；另一部分进入冷凝蒸发器，与上塔底部的液氧进行热交换，液氧被蒸发而氮气被冷凝，冷凝后的液氮再回到下塔作回流液。

从下塔抽出的富氧液空、贫液空、污液氮、液氮经过冷器过冷及阀门节流后，分别进入上塔，参与上塔的精馏。在上塔底部得到含氧量99. 6％以上的液氧。该液氧抽出后，经液氧泵加压，再通过主换热器与高压空气进行热交换，得到高压氧气，送出冷箱去用户。从上塔顶部抽出的污氮气，经过过冷器及主换热器复热后出冷箱，其中一部分进入蒸汽加热器加热，然后作为分子筛吸附器的再生气；另一部分送入水冷却塔，回收污氮气的富余冷量。

3、方案比较及分析

利用ASPEN软件，对3个方案进行模拟计算，得出3个方案的加工空气量和增压空气量，依此对压缩机及各单体设备进行选型，从而估算出3个方案的能耗和投资，具体的方案比较参数列于表2和表3。

三个空分配套方案装置的总占地（长×宽）如下：方案1为340×120m；方案2为350×122 m；方案3为360×140 m。根据前述3个空分配套方案的相关数据以及设计和运行经验，作如下几方面综合比较。

（1）技术可靠性。不管是采用3个方案中的哪一个，流程设计和设备设计都已非常成熟。

（2）能耗。3套8万m³/h空分方案的总消耗及运行成本略低。

（3）投资。3套8万m³/h空分方案的总投资略低。

（4）占地面积。3个方案基本一致，差距不大。

（5）操作性。采用6套4万m³/h空分（方案2）调节性会更好，调整范围更大。

三大机组的运行业绩方面看：采用4万m³/h空分（方案1）中，进口机组在国内均有多台运行业绩。国产机组中空压机，如陕鼓的EIZ125机型的空压机已经运行多套；增压机，比如陕鼓EG多轴增压机已用于河南永煤龙宇化工二期开车中；采用8万m³/h空分（方案3）中，进口机组在国内虽有多台业绩，但空压机运行结果都不理想。国产机组中空压机、陕鼓EIZ160机型的空压机已做了一台样机，且通过了机械试车，但还没有订货合同，增压机还没有国产产品。因此，若采用4万m³/h空分（方案1），可采用全国产机组或进口机组；若采用8万m³/h空分（方案3），配套进口机组或国产机组，运行业绩都不多，可靠性都不太好，另外进口机组一旦出问题，备件昂贵且供货周期长。

4、结论

通过详细计算及论证可知，三种空分装置方案都是安全可靠的，三套8万m³/h空分（方案3）无论从能耗、运行费用以及设备投资方面都有一定优势。但目前国内杭氧、开空、川空等三大空分厂家都还没有运行业绩。若采用进口产品，则投资会大幅增加。4套6万m³/h空分（方案2）各项数据适中，且杭氧与开空都有成功运行业绩，所以如果采用国产空分装置，则4套6万m³/h空分（方案2）是较为合理的配套方案。但最终如何选择，业主还需根据自身情况，结合气化炉配套方案，合理地选择配套空分装置方案。