空分设备发展历程
自1903年世界第一套深冷法空分设备建立以来，空分设备经历了100多年的历史，走过了规模从小到大、精馏压力从高到低的发展历程。以林德和法液空为代表的国外空分厂商已将其空分设备从1903年的10m3/h发展到15万m3/h。以杭州杭氧股份有限公司(以下简称“杭氧”)为代表的国内空分厂商已将其空分设备从1953年的30m3/h发展到12万m3/h。成立于1950年的杭氧，是国内空分行业的龙头企业，已生产4000多套空分设备。特别是经过了“七五”到“十二五”30年的快速发展，杭氧自主研发顶尖空分设备技术，创造了多个“国内第一”，特大及大中型空分设备在国内的市场占有率一直保持在50%以上。至2019年4月，杭氧共设计、制造60000m3/h等级及以上空分设备71套，其中80000m3/h等级及以上空分设备30套。2017年神华宁煤的101500m3/h空分设备一次性成功投产并顺利通过了性能考核。杭氧特大型120000m3/h空分设备也已成功开车。目前，杭氧特大型空分设备的产品指标、氧提取率、运行能耗、运行周期等技术性能指标均已经达到国际一流水平。
空分设备在煤化工中的应用
我国“缺油、少气、相对富煤”的现状决定了发展煤化工产业在我国具有举足轻重的地位。煤气化是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。配套的空分设备提供作为气化剂的氧气、合成原料气的氧气和氮气，及输送载气和吹扫气。不同的煤气化工艺由于具有工作温度、工作压力和最终产品的差异，决定了作为空分设备的氧气、氮气的压力和产量等的不同。开发空分新流程、研究可靠的冷箱结构、开发节能技术，推动空分设备成套技术和关键配套部机技术发展，提高空分设备的可靠性、安全性、节能性非常有必要。
目前煤化工空分设备多采用分子筛净化空气，低温液体通过低温液体泵加压、在高压主换热器中气化复热的内压缩流程，关键设备配有增压机产生复热正流气体，高焓降的气体膨胀机和液体膨胀机产生制冷量以获得低温环境，多层低液位的全浴式主冷凝蒸发器和低阻力的规整填料精馏塔使得空分中的氧、氮、氩组分完成低温精馏分离。
煤化工配套空分设备典型案例
作为国家煤炭深加工示范项目的神华宁夏煤业集团公司400万吨煤炭间接液化项目是迄今为止世界上单体投资最多、单套装置规模最大的煤制油项目。该项目以煤为原料，年转化煤炭2036万吨，年产油品405万吨，其中柴油274万吨、石脑油98万吨、液化气33万吨；副产硫磺12.8万吨、混醇7.5万吨和硫酸铵10.7万吨。配套的空分设备包括两个系列、共12套101500Nm3/h氧气空分设备及相应的液体贮存及后备系统。根据后续工艺装置的用气需求，各空分设备必须具备“安全、稳定、长周期、满负荷、优性能”的能力。该项目于2017年3月15日通过杭氧提供的空分生产出合格的氧、氮产品，到2017年8月全部国产空分调试出了合格的氧、氮产品。
神华宁煤10万等级空分设备要求考虑长周期运行时的正常用气以及运行初期的用气情况，满足氧气产品压力高、氮气产品压力等级多、不同工况下氮气产量需求变化大、产品气管网压力波动范围小的用气特点。同时要求考虑极端事故发生后，后备系统能短时间内持续提供一定时间和一定产量的高低压氮气，满足事故状态下全厂氮气需求。
多套空分设备以空分岛的形式对下游工艺进行集中气体供应，项目考虑了两大问题：一是实现单套空分设备的稳定可靠及性能优异；二是实现多套空分集成后空分岛整体系统的安全可靠以及集成优化。流程方案综合了一次性投资成本、运行费用、操作维护难易度、配套单元部机成熟度等维度，单套空分采用了高压产品氧气内压缩、高压氮气产品内压缩和低压氮气产品外压缩的流程。空分岛整体系统流程采用高压产品氧气直接并网、高压氮气产品直接并网、低压氮气并网后经多套氮气压缩机增压的流程。为实现氮气的安全供应，设计了后备氮气系统与空分设备无缝连接系统，保障了空分岛在极端事故状态下下游装置的安全。
煤化工配套空分设备未来发展趋势
一是空分设备规模向着超大型化、集群化方向发展。
随着煤化工行业向着大型化、特大型化、基地园区化方向发展，所需的空分设备氧气总量也越来越大，配套的空分设备规模也越来越大。空分设备向特大型化方向发展，需经常以多套空分设备加复杂后备系统组成的“空分岛”的形式出现。集群化空分岛的体量和单台空分设备的规模必定向更大的方向发展，也要求相关配套设备单台处理能力和效率的进一步提升。
二是空分设备流程形式向着复杂多样化和节能方向发展。
针对不同的煤化工工艺操作压力和后续工艺用气特点，其需要的氧气和氮气产品种类多、纯度高、压力高、气量大且用气特点多样，要求空分设备厂家开发以能耗最低为目标的流程优化模型。
三是空分设备向着精品化、模块化方向发展。
空分设备将从配套单机设备效率、单体结构等方面进行精品化研制设计和制造。配套转动机械设备向着效率更高、处理能力更大的方向发展，配套高压板翅式换热器向着高效高压的方向发展，受限空间下的冷箱构造向着精品化设计方向发展。
四是空分设备向着智能化方向发展。
杭氧采用空分工艺优化计算与多变量预测控制相结合，开发了APC 优化控制系统，其具有自学习和自修正功能，变化范围宽、速度快、过程平稳。该技术的投入应用降低了产品气体放散率约3%，提高了空分设备的节能效果，实现了用户对空分设备的“智能化”和一定范围内的柔性生产需求。
五是空分设备工程项目向着一体化方向发展。
由拥有大量空分设备技术人员的空分设备制造商组成的工程公司来管理整个项目的实施过程，可以帮助用户更好地将空分设备建设、管理好，把控工程质量，缩短工程时间，减少工程中的浪费。工程公司可以根据用户的不同要求提供不同合作模式的服务：(1)交钥匙工程；(2)工程设计+设备成套+设备安装+工程设备；(3)工程设计+设备成套+设备安装(含材料)；(4)工程设计+设备成套+设备安装(不含材料)，从而很好地达到了空分设备工程项目一体化的目标。