外行学空分(85)一一热泵技术在精馏中的运用(4)

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6 I; J8 x2 p" k& h    理论上所有的二元物系混合物（液体或者气体）都可以采用彻底的开式热泵供冷供热方案实现精馏过程的供冷供热。但实际上完全彻底的开式热泵供冷供热方案，会带来一个非常重要的问题，那就是热量平衡或者冷量平衡的问题！对于组分沸点在环境温度以上的精馏过程，可以非常方便地采用标准常规精馏工艺方案，双效精馏及多效精馏工艺方案，以及在标准常规精馏工艺方案基础上的单热泵及多热泵精馏技术，采用彻底开式热泵即完全自热精馏工艺方案既无必要性也有实际的困难。
      组分沸点远低于环境温度以下的精馏过程，无法采用标准常规精馏工艺方案，双效及多效精馏工艺方案及标准常规精馏工艺方案基础上的单热泵及多热泵精馏工艺方案！准一可行的是彻底开式热泵供冷供热即完全自热精馏工艺方案。根据热泵循环工质及热泵形式的不同，组分沸点远低于环境温度的二元物系混合气体共有三个单开式热泵完全自热精馏根工艺方案，分别是以精馏原料为循环工质的开式热泵精馏工艺方案（对应深冷空分中的古典单塔制氧工艺方案），以低沸点组分产品为循环工质的单热泵精馏工艺方案（对于深冷空分中的新单塔流程），以精馏原料为循环工质的一拖二开式热泵精馏工艺方案（对应深冷空分中的双塔流程）！这三个单热泵精馏工艺方案称为二元物系彻底开式热泵即完全自热精馏工艺方案的根流程！
      上面描述了组分沸点远低于环境温度的二元物系混合气体的三个彻底开式热泵完全自热精馏根流程（工艺方案），但要实际运用尚需解决一个具体问题，那就是设备问题，主要是热泵循环工质压缩机！
3 t) n9 o- i) |0 {* n% o   典型的热泵热泵循环工质压缩机的进口状态都是热泵低温低压换热器（蒸发器）的出口气体状态（从精馏塔直接引出气相相当于热泵低压低温换热器的出口），但是开式热泵精馏流程采用的循环工质是精馏原料或中间产物及低沸点纯组分，热泵低压低温换热器即蒸发器（开式热泵中不存在低温低压换热器，热泵循环工质直接从精馏塔气相引出，相当于从低压低温换热器出口引出）的出口温度可能和环境温度相距甚远，一般情况下都没有成熟可用的热泵循环工质压缩机，都需要专门设计制造，这其实是组分沸点在环境温度以上的精馏过程单热泵及多热泵精馏工艺方案替代标准常规精馏流程，双效精馏及多效精馏流程的一大难题。对于组分沸点远低于环境温度的二元物系混合气体精馏过程而言，只需要增加一台复热换热器就可以在不影响热泵运行的情况下将热泵压缩机的进口状况变为常温状态，这种情况下都有成熟可用的压缩机可供选用，这其实也是深冷空分成为第一个实现工业化运用的开式热泵精馏流程的一大背景。同时深冷压缩机也比高温热泵循环工质压缩机设计制造的难度小得多！
   第二个问题其实就是能耗和工程造价的问题，这个问题的答案很简单，二元混合物高沸点组分和低沸点纯组分的沸点越接近越适合采用开式热泵精馏工艺方案，这种情况下热泵压缩机的压缩比很小，同样数量的输入功可以驱动更多的热量流动。空气正是沸点相近的二元混合物，这其实也是深冷空分流程成为第一个实现工业化的开式热泵精馏流程的的另一个重要背景，当然还有另外一个重要的背景，那就是逼上梁山，因为除了采用完全自热开式热泵精馏技术工艺方案外，深冷空分没有其它可行的低成本大规模生产的精馏组织工艺方案。