空分精馏系统最佳氩馏分位置的确定.pdf

纠正尤总的两个认识误区：
1、氩馏分量不是氧气产量的0.4倍，而是氧产量的1.1~1.2倍，如20000空分的典型氩馏分流量是23000左右。氩馏分中的氩有三分之二会返回上塔，所以氩馏分量是尤总设定的3倍。
2、全低压流程空分提氩时，进上塔膨胀空气量大约是参与精馏空气量的11%左右，不是15%，膨胀量15%的话，那就有4%只能旁路到污氮气中去。以前空分不提氩时，进上塔膨胀空气量可达15%~20%。提氩时，进上塔膨胀空气量11%左右最佳。

氩馏分是指含氩10%左右，含氧90%左右，另有几十或数百ppm氮的气体组分，不是指进粗氩冷凝器的富氧液空量，进粗氩冷凝器富氧液空量大约是氩馏分流量的1.2倍。比如20000空分，氧气量20000，氩馏分量23000，进粗氩冷凝器富氧液空量27000左右。

进上塔膨胀空气量11%时，精馏塔氧提取率可达99.9%，氩提取率80%出头。在氧纯度和进下塔空气量不变时，氧产量和氩产量之和基本就确定了。多数情形下，单位Nm3氩产品的价值要高于氧产品，所以在总膨胀量占比15%时，将11%送上塔参与精馏，另4%旁路到污氮气中排放掉反而是合算的。特殊情形下，如氧产品紧俏而氩产品价格很低，这时适当减少旁路增加进上塔膨胀空气量从而增加氧产量是合算的，当然氩产量会相应降低。

是三分之二返回上塔，氩产量是氩馏分中氩总量的三分之一，20000空分氩产量750左右。我在20年前曾推导出一个氩产量与氩馏分之间关系的一个不等式，但这篇文章当时没能在《深冷技术》发表，后发表在2003年的《制氧百年技术交流会论文集》上。2005年有人发表的文章中引用了我的结果和推导方法，但因为“论文集”不算公开发表，连参考文献都没能列出。

这个公式是
Y≤(1-1/α)*V*yA

式中Y是氩产量，α是相对挥发度，V是氩馏分量，yA是氩馏分中氩含量，α=1.5，所以Y≤(V*yA)/3

本帖最后由 Sunqh 于 2021-4-16 08:16 编辑

氩产量限制公式与粗氩塔最小回流比实际是同一事件的不同表述。

如果某20000空分的氩馏分量是23000，氩馏分中氩含量10%，那么当粗氩塔底达到气液平衡时，塔底回流液中的氩含量是6.9%，设粗氩产量是x，那么由氩组分的物料平衡，有23000*10%=x+(23000-x)*6.9%，可解出x=766，这是最小回流时的产量，也就是粗氩产量可能达到的最大值。

而氩馏分量是粗氩产量的23000/766=30(倍)

粗氩塔底回流液返回上塔的位置与氩馏分抽口在同一层。以前西安交大化工系有一位教授说粗氩塔底回流液返回上塔位置比氩馏分抽口高4块理论板最好，杭氧编写的《新编制氩工问答》上说返回上塔位置比氩馏分抽口低1~2块理论板最好，实际几乎都是在同一层。

尤总，我基本与孙先生认识是一致的，如果是95%纯度氧气(含氩4,5%)作为精馏原料送入粗氩塔，因为这股气含氮成分较多，是不适宜的，如果粗氩塔冷凝器采取液氮作冷源，经济性要作计算对比才知道。

考虑到蒸发侧有液位高度2m，取平均为1m，氧纯度为65%，压力为45kPa，泡点温度为87K；冷凝侧压力为24kPa，氮纯度为15%，冷凝温度为88.3K，温差1.3K。

估计尤总考虑实际运行参数还不全面细节，再次重申15%粗氩继续加工到精氩塔后太麻烦。

尤总对空分了解甚少，基本没什么概念。我说一下我们氩馏分、粗氩气和精氩塔的几个参数。

氩馏分中氩含量11%，氮含量200ppm(0.02%)；粗氩气中氧含量1ppm，氮含量0.4%；精氩塔排放废气中氮含量25%，氩含量75%。

如果尤总粗氩气中含氮15%，一方面粗氩塔无法工作，另一方面精氩塔废气排放太多，氩提取率太低，冷气排放损耗也很大。

尤总的方法也能生产纯氧和纯氩，对于一个初学者理解空分还是有点作用的，这一点应该肯定。打个比方，现在的双塔流程空分是一箭多星，尤总的方法是一箭一星，孰优孰劣哪个效率高一目了然。空分发展100多年了，不可能整个行业去迁就某个初学者。

本帖最后由 Sunqh 于 2021-4-19 12:09 编辑

目前的双塔流程，空压机兼原料气压缩机、空气制冷压缩机、主塔(上下塔)精馏热泵压缩机、粗氩塔精馏热泵压缩机，身兼数职。

尤总设想，空压机只是原料气压缩机和制冷压缩机，循环氮压机是主塔热泵压缩机，粗氩塔还要精馏热泵压缩机。因氧产量和氩产量相差很大，粗氩塔上部和下部所需回流液量相差很大，一台压缩机还不够，尤总的说法是要2台。无论是低温增压还是复热后环境温度下增压，有效能损失都很大，效率太低。

可以比较一下，压缩机数量，双塔流程只要一台，尤总的方法要4台；主换热器，尤总的方案是双塔流程的2倍，阻力、冷损大增，价格大增。

尤总可能对下塔、上塔、主换热器的大小也没概念，某空分装置，主换热器重90t，下塔重17t，上塔重53.5t，粗氩塔也是53t，下塔相对而言很小，都是铝材料，设备价格差不多与重量成正比。

目前的双塔流程理论塔板数，粗氩塔底是氩馏分，含氩10%左右，粗氩塔顶是粗氩气；上塔顶是纯氮，上塔底是纯氧。粗氩塔理论塔板数大约是上塔的2.5倍。上塔下部的除氩段(氩10%)到塔底占上塔的40%或更多。如果照尤总的方法将上塔下部的除氩段移至粗氩塔，那么粗氩塔就更高了，当然上塔高度会下降。

粗氩气中氮含量是氩馏分中的20倍，不是30倍。汽液平衡，液相中有氩馏分中1/3的氮回上塔，很容易记，氩是2/3回上塔，氮是1/3回上塔。