外行学空分(43)一一深冷下的氮气压缩

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  深冷空分装置中空压机的功能主要有三个，一是克服阻力实现精馏原料空气的输送，二是膨胀制冷循环工质的压缩，从本质上来说都是复热常温压缩，如果选择深冷空分装置精馏原料空气作为膨胀制冷循环工质，那么其复热过程可以和精馏原料空气和精馏产品换热过程合并。而膨胀制冷循环工质复热常温压缩机也可以和精馏原料空气输送压缩机合并。三是供冷供热开式热泵循环工质的复热常温压缩，用于深冷空分装置的供冷供热开式热泵循环工质有许多的选择。可以是空气，低沸点产品氮 气，也可以是精馏过程的中间产物，如果选择空气作为开式热泵循环工质，那么当开式热泵循环量低于精馏空气输送量时（需要扣除用于膨胀制冷的空气数量），供冷供热开式热泵循环工质的复热过程可以和深冷空分装置中精馏原料空气和精馏产品换热过程合并，热泵循环工质压缩机也可以和空气原料输送压缩机合并，但本质上仍然是供冷供热开式热泵循环工质的复热常温压缩，这样情况下一般也不会选择开式热泵循环工质空气的深冷压缩（现在双空压机单塔制氮工艺方案中，由于空气热泵循环量大于原料空气输送量，第二空压机就是采用深冷压缩，但为了提高氮气产品提取率，其实际组分是富氧空气）。如果供冷供热开式热泵选择空气以外的循环工质，那么开式热泵循环工质的压缩则有复热常温压缩和深冷压缩两个选择，也只有两个选择！
   直到现在我在介绍新单塔流程时，氮气都是在复热后再进行压缩，这当然是出于避免无谓扯皮的考虑。其实氮气完全可以在深冷条件下进行压缩，这无论在理论和实践上都是可行的。也已经有实际的案例！
    其实深冷压缩的案例并不少见，在LNG冷能利用的深冷空分装置中就是采用氮气深冷压缩从而实现LNG冷能转换给深冷空分装置，这个过程本质上是开式热泵液化过程，这里的氮气压缩当然也可以选择复热常温压缩并将其过程和LNG气化复热结合起来，从而提高LNG冷能利用效率（可以利用LNG全部冷能）。
+ D& }; j5 o2 ^! G   双塔流程制取高纯度氮气存在很大的困难，主要原因是氮气纯度受限于下塔液氮的纯度，而下塔的液氮纯度则受限于下塔的理论塔板数和回流液气比！而为了实现双塔流程同时付产高纯度氮气产品，一个解决方案是在上塔顶部增加一个精馏段。用新增设精馏段顶部引出的氮气深冷压缩后在设置在富氧液空入口处或下塔来的液氮入口处的冷凝器中冷凝为液氮过冷后送至新增设的精馏段顶部作为回流液，这样在新增加的精馏段顶部就可以得到高纯度的氮气产品。
0 h# _3 d0 ?$ v4 y* m. Y% X1 l   复热常温压缩和深冷压缩的比较是一个比较复杂的问题，以后再深入分析。总的原则是在压缩比在2左右时，适合深冷压缩，压缩比3以上时宜采用复热常温压缩！

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对于精馏原料输送压缩机，其压缩起始状态只能是环境状态即所谓的死态，膨胀制冷循环工质压缩机的情况也是一样！但开式热泵循环工质压缩机却有复热常温压缩和深冷压缩两个选择也只有两个选择！