外行学空分（271）一一开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案和工艺参数的优化（六）

Yb2021

     空分装置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，空气开式热泵精馏是空分装置的核心功能，空气开式热泵一膨胀制冷液化是空分装置的必要功能，是空气开式热泵精馏启动和稳态化运行的前提条件。双塔流程是以空气为循环工质的一拖二开式热泵精馏工艺方案，空压机的出口压力是下塔压力（底部）加主换热器阻力损失，加纯化器阻力损失。毫无疑问所谓全低压工艺方案中空压机出口压力（约5.6bar）对于以空气为循环工质的一拖二开式热泵精馏而言是优化的。但对于空分装置中的另一个必要的功能空气开式热泵一膨胀制冷液化而言，是否是优化和适宜的？毫无疑问是末经优化不适宜的。其中用于液化的正流空气压力只有5.6bar，和空气开式热泵一膨胀制冷液化最优用于正流液化空气压力38bar相差甚远，而用于膨胀制冷的空气压力5.6bar也略显偏低但对开式热泵一膨胀制冷液化效率影响不大。
# D( e8 P/ d6 M* T8 k* J1 T( a     双塔流程除了标准的所谓全低压工艺方案外，还有另外一个所谓的双膨胀工艺方案，两者之间的区别在于所谓的双膨胀工艺方案增加了空气增压机，把纯化后的压力空气（约5.5bar）增压至30-38bar，增压机的空气压缩量则根据制冷量的不同而决定，从占原料空气数量的30%至300%之间，其中增压后的压力空气一部分用于正流液化（液化后空气经节流减压进入下塔或液体膨胀机膨胀后送上塔作为回流液），一部分增压后的压力空气经涡轮增压后用于膨胀制冷，膨胀的背压是双塔流程的下塔压力加阻力。毫无疑问所谓的双膨胀工艺方案不是全低压工艺方案（双塔流程标准工艺方案），两者就开式热泵精馏而言是完全一样的，而空气开式热泵一膨胀制冷液化则存在重大的差异。其中双膨胀工艺方案接近（用于液化正流空气压力略有差别）以空气为循环工质的开式热泵一膨胀制冷液化优化后的的工艺方案及工艺参数。
  \# n7 F! g5 F' j  H3 B7 }% f; l; ~    标准双塔流程全低压工艺方案大型空分装置，空压机出口压力5.6bar，主换热器和主冷凝器换热温差2K，上塔和下塔精馏塔阻力0.1bar，纯化器阻力0.1bar，主换热器正返流阻力0.1bar，散冷损失1.0焦耳每标准立方米空气，采用以下塔富氧液空为冷源的粗氩冷凝塔提氩工艺方案。空压机，涡轮增压机等温效率70%，膨胀机绝热效率85%！除氧氮气和氩气产品外，液氧产量可以达到氧气产量的2%（实际情况下都需要通过提高空压机出口压力，以加大膨胀制冷量才能实现所谓的冷量平衡，并有少量的液体产品）。
   前面已经分析过，标准双塔流程工艺方案，由于正流空气压力过低，严重偏离优化后的以空气为循环工质的空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺参数。现在我们通过增设空气增压机，把纯化后的压力空气（5.5bar）中的3%-5%增压至38bar用于正流液化（进入下塔的未增压的压力空气也会部分带液），那么所谓低温膨胀机进口温度将大幅度升高（升高30k左右），在同样膨胀制冷空气数量及压力下，膨胀制冷量相应提高，而空分装置的散冷损失，热端温差冷损都是不变的，液氧产量从标准双塔流程工艺方案（全低压工艺方案）的2%提高至占氧气产量的10%左右！毫无疑问这是同时从空气开式热泵精馏和空气开式热泵一膨胀制冷液化两个方面同时兼顾的双塔流程新标准工艺方案，它不是所谓的双膨胀工艺方案，但其空气开式热泵一膨胀制冷液化效率却接近于双膨胀工艺方案。
4 ~3 k, @- w8 V5 K* _7 c9 j+ S0 z: D5 }    在采用双塔流程新标准工艺方案后，  如果气体产品单耗保持不变（实际上精馏部分的能耗当然是不变的，但气体产品单耗中的开式热泵一膨胀制冷液化的能耗是降低的），那么气氧液化单耗核算扣除值就是0.25kWh每标准立方米液氧左右，已经低于液氧的冷能！这不是荒唐透顶吗？其实当所谓双膨胀工艺方案气氧液化单耗可以低至0.65KWh每标准立方米液氧，就已经低于同样设备性能参数极限工程条件下气氧液化单耗，已经够荒唐了，只是不那么明显而已！这都是末对双塔流程标准工艺方案（所谓全低压工艺方案）中的空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案工艺参数进行优化，又在基础上以边际气氧液化单耗作为核算扣除值（所谓0.65KWh每标准立方米液氧，实际上是双膨胀工艺方案增压机空气压缩量占原料空气压缩量50%-60%，液氧产量占气氧产量占氧气产量30%-40%下的边际气氧液化单耗）的结果。当然也就说不清楚气氧实际液化功1.25-1.47KWh每标准立方米液氧和液氧核算扣除值0.65KWh每标准立方米液氧之间的巨大差距出现的原因。
     在双塔流程新标准工艺方案下，气氧液化单耗扣除值应该是0.72KWh每标准立方米液氧（相同设备性能参数极限工程条件下气氧液化单耗），如此则经改进后的双塔流程标准工艺方案（既不是所谓的双膨胀工艺方案，也不是所谓的全低压工艺方案，而空压机加增压机的工艺方案），相应气体产品单耗相对于原双塔流程标准工艺方案下降约15%左右。至于原双塔流程标准工艺方案下，气氧液化单耗扣除值应该是多少，大家可以思考一下！