河南省中原大化集团有限公司（以下简称：中原大化）年产50万t甲醇大型煤化工项目以煤为原料，采用SHELL煤气化技术。按照煤化工工艺技术的要求，需配置1套制氧能力为52000m 3/ h的空分设备。中原大化通过国际招标来确定空分设备的供货商，后杭氧以优的技术方案和高的性价比中标，于2004年8月28日签订成套空分设备供货合同。
1 52000m3/ h空分设备主要性能指标根据中原大化煤气化装置对产品规格的要求，年产50万t甲醇项目配套空分设备的设计工况的主要参数见；某一工况的主要参数见。
52000m3/ h空分设备设计工况的主要参数产品产量/ （m 3 / h ）纯度压力/MPa温度/备注氧气52000 99 6O 2 4 6 37 5液氧泵内压缩氮气（ 1）32100 10 10 - 6 O 2 0 5 20下塔压力氮气氮气（ 2）9000 10 10 - 6 O 2 8 15 37 5液氮泵内压缩氮气（ 3）20000 10 10 - 6 O 2 0 01 20上塔低压氮气液氮800 10 10 - 6 O 2 0 2 - 191液氩1600 1 10 - 6 O 2、2 10 - 6 N 2 0 15 - 182仪表空气2500常压露点， - 40 0 9 40工厂空气2500常压露点， - 40 0 940 28
52000m3/ h空分设备某一工况的主要参数产品产量/ （ m 3 /h ）纯度压力/ MPa温度/备注氧气43000 99 6 O 2 4 6 37 5液氧泵内压缩氮气（1）60600 10 10 - 6 O 2 0 5 20下塔压力氮气氮气（2）9000 10 10 - 6 O 2 8 15 37 5液氮泵内压缩氮气（3）7000 10 10 - 6 O 2 0 01 20上塔低压氮气液氩1020 1 10 - 6 O 2、2 10 - 6 N 2 0 15 - 182仪表空气2500常压露点， - 40 0 9 40工厂空气2500常压露点， - 40 0 9 40
2流程方案
内压缩流程与外压缩流程主要区别：内压缩流程产品氧是从精馏塔的主冷凝蒸发（纺织业专用蒸发式中央空调系统研制成功）器中抽取液氧、在冷箱内经液氧泵加压并与高压空气进行热交换从而汽化来达到。简单地说，内压缩流程是用液氧泵加上空气增压机取代了外压缩流程的氧压机。
内压缩流程技术主要有3个特点： 外压缩流程是氧气在常温下以气态形式压缩，在这过程中会产生高温，内压缩流程是液氧在低温状态下以液态形式压缩，两者相比，显然是内压缩流程的安全性要高； 氧压机在设计、制造中需要采取的安全措施较多，成本就高，特别是进口氧压机非常昂贵；而采用内压缩流程所需的液氧泵和空气增压机成本相应就低得多；内压缩流程空分设备在生产气体产品的同时还可生产大量的液体产品，在当今市场上液体需求量不断增加的形势下，内压缩流程空分设备在运行成本上就有较大的优势。
石化行业对氧气的压力要求一般比较高，低则4MPa，高的达到9MPa以上；其所需的空分设备规模也很大，一般都在30000m3/ h等级以上。如采用外压缩流程，常规透平氧压机的排气压力就达不到这么高的水平，还需增加活塞氧压机，占地面积大，投资成本就高，安全性也低。因此，采用内压缩流程空分设备对石化行业的用户是好的选择。
另外，通常石化行业对空分设备产品要求比较复杂，要求同时生产不同流量、多种压力等级的氧气和氮气，而在这一点上，内压缩流程比外压缩流程更有优势。当然，在流程选择时是采用单泵还是双泵，是采用空气增压还是氮气循环要遵循一次性投资成本和长期运行费用佳结合的原则。
根据空分设备合同规定的性能指标要求，从运行能耗和投资成本等各方面综合考虑，中原大化52000m3/ h空分设备选择空气增压、膨胀空气进下塔、双泵内压缩流程，即采用空气增压机+液氧（氮）泵并通过换热系统的合理组织来取代氧（氮）压机。其中，氧气（ 52000m 3/ h， 4 6MPa）由液氧泵加压后复热得到，氮气（ 2）（ 9000m3/ h，8 15MPa）由液氮泵加压后复热得到，氮气（ 1）（ 32100m 3/ h/ 60600m 3/ h， 0 5MPa）由下塔直接抽取压力氮复热得到。中原大化52000m 3/ h双泵内压缩流程空分设备流程如所示。
3主要配套机组及设备特点
3 1原料空压机和空气增压机
原料空压机和空气增压机均采用离心机，由1台汽轮机拖动，节省了投资及运行费用。原料空压机的作用是为装置提供带压原料空气，空气增压机的作用是为装置提供膨胀及高压液氧、高压液氮汽化的气源。
3 2空气预冷系统
空气预冷系统采用带水冷塔的新型高效空气预冷系统，其作用是冷却和洗涤原料空气。空冷塔的上段和水冷塔采用特殊设计的散堆填料，具有传热传质效率高、操作弹性大和阻力变小的特点。目前杭氧已具备设计制造300000m 3/ h空气预冷系统的能力，该空气预冷系统主要着眼于系统的进一步优化设计。另外，因该套空分设备所有部机均通过火车或汽车运输，故空冷塔、水冷塔的运输问题在设计时已得到慎重考虑。
3 3分子筛纯化系统
分子筛纯化系统采用长周期、双层净化技术及切换系统无冲击切换技术，其作用是吸附空气中的水分、乙炔、二氧化碳和氧化亚氮（部分吸附）等。分子筛吸附器采用双层床结构，底层活性氧化铝可有效地保护分子筛，延长分子筛使用寿命；同时采用双层床，再生温度降低，再生能耗减少。因处理空气量较大，运输问题同样需考虑。
3 4精馏塔系统
精馏塔系统是本套空分设备的核心系统，其作用是利用低温精馏来分离原料空气中的氧、氮及氩。上塔、粗氩（塔、粗氩）塔和精氩塔均采用规整填料塔，具有氧提取率高、能耗低、工艺先进、运行安全可靠及操作维护方便等优点；下塔采用专用于大型空分设备的四溢流塔板技术；而膨胀机、高压换热器及低温液体泵则采用进口产品，确保装置运行的可靠性。
（ 1）下塔、主冷凝蒸发器及上塔复合布置，既减少了占地面积，又取消了流程液氧泵。以往空分设备下塔和主冷凝蒸发器都是复合出厂的，考虑到该套空分设备为公路或铁路运输，在设计时特别注意这个问题，设计、制造和运输3方协调后，基本可保证复合出厂，到现场就位后，再与上塔复合。
（ 2）本套空分设备有低压、高压两组换热器，为便于检修，分别设置单独冷箱与主冷箱隔开，为防止与主冷箱连接处型钢在低温下冷缩变形，换热器冷箱与主冷箱分开布置，采用过桥连接。
（ 3）本套空分设备共有液氧产品泵、液氮产品泵和液氩流程泵3种泵， 1用1备（ 1台运转，另1台在线冷备） ，共6台，保证了运行的连续性。为便于检修及从安全角度考虑， 6台泵均单独布置，即设置单独隔箱，置于主冷箱外。
（ 4）对部分重要的高压、低温液体阀门采用独立隔箱，方便维修。
4主要技术难点及特点
（ 1）国内首次进行化工型50000m3/ h等级内压缩流程空分设备的研制，无实际经验，在项目成套设计上进行攻关。中原大化52000m 3/ h双泵内压缩流程空分设备的空气预处理系统跟常规的外压缩系统一样，由原料空压机、空气预冷系统和分子筛纯化系统组成，不同之处在于换热系统和精馏塔系统，包括1台空气增压机、1台中压膨胀机、1套中高压换热器、2台高压液氧泵、2台高压液氮泵和精馏塔，这些机器和单元设备无类似经验可借鉴，在成套设计上存在相当大的难度。
（ 2）在大型低温设备加工技术上进行攻关。由于空分设备等级规模的增大，很多设备的单体质量、尺寸及壁厚都相应增加，尤其是大型有色金属容器的加工，如大直径厚壁封头的旋压成形，大直径精馏塔组装等方面存在困难。
（ 3）对大型化工型内压缩流程计算模块进行优化。
（ 4）对大型冶金型内压缩流程的优化组织进行研究。
（ 5）对大型化工型内压缩流程的操作技术进行研究。内压缩流程和外压缩流程空分设备存在较大的区别，在操作技术方面需进行深入研究，尤其是空气增压机、中压膨胀机和中高压液氧泵的操作。
5结束
中原大化52000m3/ h双泵内压缩流程空分设备是目前国内大的国产内压缩流程空分设备。通过该项目的实施，使杭氧在大型空分设备，特别是大型化工型空分设备的流程选择、配套机组的选型等方面积累了大量的实践经验，标志着我国空分行业完全有能力自行设计、制造50000m 3/ h等级的大型空分设备。实现50000m 3/ h等级空分设备国产化，可以使我国空分设备的设计、制造水平及综合开发能力提高到一个新的水平，同时带动相关行业的技术进步，如透平压缩机行业。50000m 3/ h等级空分设备国产化，并不断提高国产化程度，可使我国在国内外空分市场中的竞争力不断增强，推动我国空分行业上质量、上水平及上等级，提高我国重大技术装备的整体水平。
总之，实现50000m3 / h等级空分设备国产化，不仅可以为国家节约大量外汇，为用户带来巨大的经济效益，同时还可以提高我国重大工业装备的设计制造水平，并具备参与国际竞争的能力，为60000 80000m3 / h或更大的空分设备国产化奠定坚实的基础。
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