外行学空分(74)一一新单塔流程和双塔流程比较的四个层次(3)

13605980246

, ]( V5 S+ G1 e1 T+ |7 ]7 M  F    新单塔流程能否实现氧氮完全分离是新单塔流程和双塔流程比较的第一个层次的问题，如果不能则第二层次第三层次的问题也就无从提起无从讨论了！热泵精馏效率是新单塔流程和双塔流程比较的第二个层次的问题，热泵精馏效率是深冷空分流程核心竞争力的体现，如果新单塔流程热泵精馏效率低于双塔流程，那么新单塔流程的实际意义就小多了，当然也不是毫无意义！其实在新单塔流程采双开式热泵供冷供热精馏工艺方案后就可以确保新单塔流程的热泵精馏效率高于双塔流程的热泵精馏效率(就精馏而言双塔流程是双开式热泵供冷供热精馏工艺方案）。
& V& i( U" j2 }& W; F  解决了第一第二层次的问题是否就可以认为新单塔流程优于双塔流程呢？还不够充分，还有第三个层次的问题，那就是制冷和液化的问题。
. z+ P" F1 b2 m! Z     一个完整的深冷空分装置，都有两个必不可少的组成部分，一是空气精馏分离系统。二是空气开式热泵一膨胀制冷液化分系统。新单塔流程和双塔流程的能耗比较仅仅进行热泵精馏效率的比较是不充分，还需要考虑新单塔流程和双塔流程对制冷（液化）系统效率的影响及制冷（液化）系统对精馏系统的约束条件。
7 _; I- M0 O9 s% L9 ?8 \8 i   深冷空分装置能耗的降低，是热泵精馏效率（虽然在很长的一段时间，深冷空分技术人员并没有认识到所有的深冷空分精馏流程都是开式热泵精馏流程）和制冷（液化）效率提高的结果，而在一百多年的深冷空分技术发展历史上，制冷（液化）效率的提高相对于开式热泵精馏效率的提高对深冷空分装置能耗降低的作用更大。
      深冷空分装置的制冷（液化）工艺方案经历了等温焓差制冷（液化）工艺方案阶段，在这一阶段要求的空气压力很高才能产生足够的冷量实现冷量平衡。其压力大大高于双塔流程下塔的压力，在这样情况下毫无疑问双塔流程拥有相对于新单塔流程确定无疑的能耗优势！
     后来深冷空分装置的制冷（液化）工艺方案从等温焓差而变为膨胀制冷（液化）工艺方案，而且随着膨胀制冷（液化）效率的不断提高，空气压力从高压而中压，从中压而低压！这个时候新单塔流程的优势才逐步凸显出来。
/ [' M5 r& k# |( b     膨胀制冷（液化）效率的影响因素有用于液化的空气和用于膨胀制冷的空气的压缩机效率，膨胀制冷循环工质的正返流阻力，液体膨胀机的效率及用于液化的空气压力。在其它条件不变的情况下，膨胀制冷循环工质的正返流阻力及用于液化的空气压力对膨胀制冷（液化）效率有显著的影响。标准新单塔流程用于液化和用于膨胀制冷的空气压力4.0bar，而标准双塔流程的空气压力用于液化和膨胀制冷的空气压力为5.4bar（均未考虑涡轮增压）。毫无疑问新单塔流程双热泵工艺方案相对于双塔流程标准工艺方案对于膨胀制冷（液化）效率有不利的影响。
   但是也应该指出，新单塔流程相对于双塔流程也有有利的影响，那就是新单塔流程双热泵工艺方案相对于双塔流程，其返流气中氮气的数量大幅度增加。这就使新单塔流程双热泵工艺方案中压力空气进入空分塔底部空气冷凝器时的带液量大大高于双塔流程进入下塔的空气中的带液量！
   总而言之，新单塔流程对膨胀制冷（液化）既有不利的影响（主要是空气压力低，正返流阻力的影响变大），也有有利的影响（主要是返流氮气数量增加，提高了压力空气带液量）。综合考虑后，新单塔流程双热泵工艺方案相对于标准双塔流程工艺方案，对制冷效率的影响是正面有利的。
9 @# J) ~+ @3 m5 t( q/ e    深冷空分装置的制冷（液化）有两个基本的工艺方案，一是制冷膨胀空气进入上塔或空分塔参与精馏的所谓低温膨胀方案，二是膨胀制冷空气进入下塔或空分塔底部空气冷凝器的高温膨胀方案。深冷空分教科书中既有压力为6bar的空气采用开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案时，空气液化率只有3%-5%的说法，及气氧实际液化功为1.25-1.47KWh每标准立方米气氧的数据，同时又有在采用双膨胀工艺方案时，液氧核算扣除值可以低至0.65KWh每标准立方米液氧的说法，毫无疑问三者之间存在着不可调和的矛盾之处！
    这个问题的实质在于空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案中用于正流液化空气压力对于空气开式热泵一膨胀制冷液化效率有极大的影响。只要在空分装置增设压力空气增压机，增压机出口压力空气压力38bar，就可以保证空分装置中的空气开式热泵一膨胀制冷液化效率达到稳定的高效率！关于这个问题可以参阅后面的相关帖子！也只有在空分装置中增加压力空气增压机后，空分装置能耗核算中的液体产品核算扣除值的问题才能得到解决！

Yb2021

  如果只考虑复热常温压缩的热端温差，而不考虑新单塔流程对进入空气冷凝器带液量（相对于双塔流程进入下塔空气的带液量），那么就会得出新单塔流程对空分装置冷量平衡有不利影响，如果同时考虑两个因素，就会认识到新单塔流程对干空分装置的冷量平衡是中性的。