外行学空分(34)一一新单塔流程和双塔流程的比较(2)空压机

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: o) e4 N& Z/ J   空压机是新单塔流程和双塔流程共同拥有的设备，但作用和配备是不同的，双塔流程中，空压机的作用共有叁项，一是约85%的压缩空气气量经主换热器换后进入下塔作为热泵循环工质供精馏之用，也可以粗略地说空压机85%的能耗用于空气的开式热泵供冷供热，就这个意义上，空压机是双塔流程的以空气为循环工质的一拖二开式热泵循环工质复热常温压缩机。二是约15%的压缩空气气量经主换热器换热后进入膨胀机膨胀制冷后进入上塔参与精馏，所制冷量用于补偿深冷空分系统的散冷损失和主换热器的热端温差损失及液体产品带走的冷量，从这个意义上，空压机又是膨胀机制冷循环工质复热常温压缩机。第叁项作用是精馏原料空气的输送压缩机，包涵在前两项功能中。双塔流程的标准工艺方案空压机出口压力决定于下塔底部压力加上主换热器正流阻力和纯化器阻力，在目前实际工程条件下一般在5.6bar，这样空压机压力下，双塔流程标准工艺方案液体产品数量很少接近零。在小型装置及其它需要冷量较多的情况下，需要更高的空压机出口压力或者设置增压机及高温膨胀机采用所谓的双膨胀工艺方案。
   新单塔流程的基本流程空压机作用也是三项，一是空气原料的输送压缩机，二是以空气为循环工质的膨胀制冷循环工质复热常温压缩机，三是以空气为循环工质的供冷供热开式热泵循环工质复热常温压缩机。其压力在目前工程条件下是3.9-4.3bar（以压力空气冷凝终未温度计算为4.3bar，如果以空气冷凝平均温度计算则在3.9bar左右）。如果不选择空气氮气双热泵精馏工艺方案，那么新单塔流程的空压机只承担两项功能，一是膨胀制冷循环工质复热常温压缩机，二是原料空气的输送。这虽然是新单塔流程的本义，但就开式热泵供冷供热精馏工艺方案而言它并不有利。大家很容易存在一个误解，似乎空压机的出口压力越低新单塔流程的能耗越低，其实在新单塔流程中情况正好相反，空压机的出口压力越低则空气开式热泵一膨胀制冷液化的效率越低，空分装置的能耗越高！因为空分装置实际上是空气开式热泵精馏和空气开式热泵一膨胀制冷液化的联合装置。空分装置中能耗水平既决定于空气开式热泵精馏的效率也决定于空气开式热泵一膨胀制冷液化效率！新单塔流程的基本流程在低制冷量(低液体产品比例的产品方案)下，需要进行调整，其调整的方向是尽可能减少用于膨胀制冷的空气数量，尽可能保持空压机出口有较高的压力，避免开式热泵一膨胀制冷液化的效率明显下降，其具体的办法有用部分压力空气作为热泵循环工质形成双热泵精馏工艺方案从而减少氮气压缩量，把空气热泵冷凝器设置在液空入口处以加大空气热泵循环量，同时降低氮气热泵的循环量和压缩比，采用内压缩流程深冷压缩等方案降等，最后的办法才是采用深冷压缩及降低空压机出口压力降低膨胀制冷量。至于制取高比例液体产品则和双塔流程一样，需要增加增压机和高温膨胀机。
   对于空压机在深冷空分流程中的作用，以上的叙述没有涉及空压机的第四个非常重要的作用，那就是空压机同时也是空气开式热泵一膨胀制冷液化的空气开式热泵液化循环工质压缩机，其优化的用于开式热泵一膨胀制冷液化的开式热泵循环工质的压力是空气的临界压力（38bar），只有用于液化的开式热泵一膨胀制冷液化中开式热泵循环工质压力等于或接近空气临界压力，空气开式热泵一膨胀制冷液化效率才会比较高，而用于液化的开式热泵一膨胀制冷液化的开式热泵循环工质的压力显著低于空气临界压力，将导致开式热泵一膨胀制冷液化效率很低。其实双塔流程的全低工艺方案也存在同样的问题，只是没有这么突出而已！空气增压机是所有优化的空分流程必须的配备。关于这个问题将在后面详细讨论。也正是由于这个原因，新单塔流程必须采用空气，氮气双开式热泵供冷供热方案！

Yb2021

  双塔流程的标准空压机出口压力5.6bar，新单塔流程的标准空压机出口压力4.2-4.3bar。