外行学空分(47)一一新单塔流程精馏工艺组织方案的说明。

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    前帖对基于新单塔流程标准氧氮氩三元物系（空气）精馏组织工艺方案进行了简单的描述，现在对工艺方案进行一下解释。
    首先是空分塔的精馏组织，空气是一个氧氮氩三元物系，在一个精馏塔中不可能实现氧氮氩三元物系的完全分离，根据氧氮氩三元物系的组成及特性，氮是第一组分，氧是第二组分，氩是第三组分，氩的沸点在氧氮之间，但和氧比较接近。根据标准常规三元物系依次精馏工艺方案的组织原则，空分塔依次精馏第一精馏塔应该按照氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔，在空分塔顶部得到合格的氮气产品，在空分塔底部得到氧氩混合气体，再将氧氩混合气体在依次精馏第二精馏塔氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔中进行精馏分离，从而得到合格的氧气产品和粗氩产品（含有少量氮气）。粗氩气再在氮一氩氧精馏塔近似氮氩精馏塔中进行精馏分离脱氮得到精氩产品。
, C% a' U. z$ |* A& e    空分塔当然也可以按照氮氩一氧（近似氧氩精馏塔）进行精馏工艺方案组织（这是不符合氮氩氧三元物系空气的组成和特性，一般情况下是不合理不利的，不排除在特定情况下采用这样的工艺方案），这样在空分塔底部可以得到纯度合格的氧气产品(纯度99,5%，含氩0,5%)，而在空分塔顶部得到氩氮混合气体(合氩约1,25%)，再将氮氩混合气体在另一个精馏塔中进行精馏分离得到合格的氮气产品和粗氩产品，同样还需要一个精馏塔对粗氩气进行脱氧才能得到合格的精氩产品。由于氮气是低价值的产品，不需要追求高的提取率，如果不需要提取氩气产品，则可以通过引出含氩污氮气，就可以在空分塔底部顶部分别得到合格的氧气产品和氮气产品，是一种特殊情况。
    以上是按照氧氮氩三元物系（空气）一般依次精馏工艺方案组织原则进行的论述，氧氮氩三元物系（空气）的精馏分离还有一个隔板模型的优化组织方案，一个主塔加一个侧塔可以实现三元物系的完全精馏分离（实际上是两个精馏塔的组合，其中空分塔底部至氩馏分引出口加上粗氩冷凝塔是氮氩一氧精馏塔，氩馏分引出口以上至空分塔顶部是氮一氩氧精馏塔），这样的精馏组织方案既紧凑又能节约精馏能耗。按照空气的组成和特性应按照隔板四型（共底方案）进行氧氮氩三元物系的精馏分离。按照这样的优化组织方案，空分塔按照氮氩一氧进行精馏组织，以每小时处理50000立方米的新单塔流程而言，采用以氮气为循环工质的单热泵工艺方案时，氮气压缩量需要达到54000立方米，同时从空分塔提馏段(空分塔底部以上25块理论塔板数处)引出含氩10%，含氧89,5%，含氮0.2-0,5%的富氩馏分在侧塔粗氩冷凝塔中进行精馏分离得到合格的氩产品。粗氩冷凝器用液氮作为冷源，其数量为20000-23000立方米。气化后的氮气和空分塔顶部氮气汇合后经主换热器换热后作为产品氮气或作为氮气开式热泵的循环工质。
, m. S+ X% w( b" g. @8 A$ q& ^7 n    如果采用氮气空气双热泵工艺方案，则氮气压缩量是22000立方米，进空气冷凝器的空气数量为22500-300000立方米（分别对应基于双塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案中85%空气及全部空气进入下塔的情况），其中14000-20000立方米液空作为粗氩冷凝的冷源，气化后的空气与膨胀机制冷后的空气汇合后进入空分塔参与精馏。毫无疑问空分塔采用空气氮气双热泵工艺方案优于氮气单热泵工艺方案。还有第三个精馏组织方案，那就是空气，氮气，工艺氩气三开式热泵供冷供热方案，能耗更低，更加节能！
   无论是采用氮气单热泵工艺方案还是氮气空气双热泵工艺方案，新单塔流程的空分塔氩馏分引出口以下都是按照氮氩一氧提馏段进行精馏组织的，从而保证氧气产品纯度达到99,5%（含氩0.5%以下，含氮微乎其微）以上！而氩馏分引出口以上则是按照氮一氩氧进行精馏组织，这样就能保证氩馏分引出口始终是空分塔中氩组分含量最高的位置，既有利于氮气纯度的提高(影响氮气纯度的主要是氩而不是氧)，也有利于提高氩提取率。
" `# H8 S9 o4 ?0 _/ e. @; g   最后一个就是粗氩冷凝塔同样也可以采用以粗氩气为循环工质的开式热泵供冷供热方案，粗氩气压缩量为14000NM3，其中13580深冷压缩后的粗氩气送入设置在空分塔底部上的粗氩冷凝器中冷凝为粗氩液体，粗氩液体送至粗氩塔顶部作为回流液，从而在粗氩塔顶部得到粗氩产品。另外经压缩后粗氩气420NM3送入设置在精氩塔底部的冷凝器中冷凝为粗氩液体送至精氩塔中部作为回流液，同时精氩塔底部设置氮气冷凝器，压力氮气约100立方米在其中冷凝为液氮送至精氩塔顶部作为回流液，从而大大减少用于精氩塔的压力氮气数量。
( t  E9 ]8 _1 Z3 w; M4 d     从以上的说明，可以看出基于新单塔流程的氧氮氩三元物系（空气）的精馏工艺方案，可以采用以氮气为循环工质的单热泵工艺方案（供冷供热方案），也可以采用空气，氮气双热泵工艺方案，及氮气，空气，粗氩气三热泵工艺方案，从开式热泵精馏有效能效率而言，三热泵工艺方案优于双热泵工艺方案，双热泵工艺方案优于单热泵工艺方案！
    如果在不提氩的情况下，要求氧气产品纯度达到99.5%（含氩0.5%以下，含氮微乎其微）以上，同时得到合格的氮气产品，那么空分塔就不是近似氧氮精馏分离而是近似氧氩精馏分离（氮氩一氧精馏塔），实际上是氧氮氩三元物系（空气）精馏工艺方案的简化版！当然也存在单热泵，双热泵，叁热泵工艺方案的区别，毫无疑问叁热泵工艺方案是基本优化的工艺方案，和基于新单塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案的区别仅仅在于基于新单塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案第三个热泵采用粗氩气为开式热泵循环工质，而简化版的工艺方案采用氧氩混合气体（含氩4.5%，含氮0.5%，其余为氧）为循环工质的开式热泵供冷供热方案！

Yb2021

空分塔的精馏组织是深冷空分精馏的核心问题。