单塔制氧专利工程化论证报告 2011-11-11-ZH.pdf

本帖最后由 Sunqh 于 2021-8-19 16:37 编辑

在对于空分的认识方面，尤总有没有感觉自己比2009年时有提高？尤总与杭氧销售人员首次见面时的第一感也是正确的：在一个塔内可以实现氮和氧的精馏分离，但不知这样是否有利。

本帖最后由 Sunqh 于 2021-8-21 23:26 编辑

尤总“氮氩—氧精馏”和“氮—氩氧精馏”的总结很好，以前的不提氩流程可看作是“氮氩—氧精馏”，而目前的提氩流程可看作是“氮—氩氧精馏”。

进入下塔空气中的氩组分，主要存在于下塔底富氧液空中，然后氩组分随富氧液空进入上塔中部。如果不提氩，且要求氧纯度>99.6%，那么上塔的氩组分往上进入氮气中，通过大量污氮气的抽出，氩组分也被排出，同时也有较多氧组分随污氮气被排出，所以空分不提氩也不设增效氩塔时，氧提取率较低。

对于提氩流程，上塔的氩组分往下，先产生氩氧混合组分，可以将上塔下部看作是粗氩塔的提馏段，再在粗氩塔底得到氧气产品，在粗氩塔顶得到氩产品。空分提氩时，污氮气量可以很少，只要满足分子筛再生就行。

无论空分提氩还是不提氩，氧气产量都基本上与进下塔空气量成正比，上塔回流液的瓶颈在上塔下部氩氧分离段。不提氩时，允许进上塔膨胀空气量多，但氧提取率低；提氩时，允许进上塔膨胀空气量少，氧提取率高。两种流程的上塔下部回流比基本相同。

纠正一下尤总的两个认识误区：

1、99.5%氧纯度是50年前才有的，现在都是99.6%和99.8%，钢铁和煤化工一般是99.6%，化工反应气要求99.8%，即使只要求99.6%，也要按99.7%或99.65%计算，因为氧纯度是要求>99.6%，不是=99.6%。氧气纯度与上塔下部回流液量有关；

2、空分提氩时，上塔氩馏分抽出口只有一个，就在上塔提馏段抽出氩氧混合气体，不是两个抽出口，上塔精馏段没有氩馏分抽出口。

本帖最后由 Sunqh 于 2021-8-21 23:23 编辑

从功能上来看，如果上塔下部（氩馏分抽出口以下）是树干，那么上塔中上部和粗氩塔就是树干上的两个分枝。

上塔中上部是一个完整的氮—氩氧精馏塔，其中上塔上部是精馏段，上塔中部是提馏段，这个氮—氩氧精馏塔的顶部得到氮气产品，底部得到氩氧混合组分。

粗氩塔和上塔下部则组成了一个完整的氩—氧精馏塔，塔底得到氧产品，塔顶得到氩产品。

空分提氩时，污氮气不是必不可少，有些空分的污氮气中氧含量只有20ppmO2，如果污氮气中氧含量想要达到10ppm甚至5ppm，这完全没有困难。

氩馏分中的氮也不是必不可少，有些空分的氩馏分中氮含量就接近于0，粗氩塔（这时常称为“超级氩塔”）顶部直接得到氩产品，没有单独的精氩塔。

两个引出口从你以前的帖子中看来的。你还说有个方案，是空气压力提高到与常规双塔流程一样，都是5.6bar，你的空气全部膨胀了，膨胀空气温度从-120度降至-175，也就是你没有-120到-175度之间的空气了，那你怎样组织换热？返流气-175度与空气-120度换热？这样大的温差损失有多大？

最有效的方法就是先常温压缩，再换热降温，然后是膨胀制冷和精馏各工序。

低温气体直接压缩，或低温气体复热后再常温压缩、再次换热降温，这些都不是有效的方法。

本帖最后由 Sunqh 于 2021-8-24 16:31 编辑

只有更高压力的氮气才能被液化。循环氮气的正返流差不多平衡，没有多余的热流可用来回收冷量。你膨胀量太大，空气压力低还好一点，空气压力高的话，空气温降多，窟隆太大，填不平的，结果只有换热损失大增。

川空和开空肯定已经告诉尤总方法不可行，但尤总不相信，那就谁也没办法了。

建模需要有相应软件，也要花很多精力，没有人愿意为显然不成立的东西建模，厦大不了解空分，才会做这事。尤总如果把厦大的论证报告发出来，我肯定能找出不少原则性错误来。

你打别人一个措手不及，别人一时没能回答出你的问题，这并没有什么用，并不能就此证明你是正确的。也有可能川空开空没有明确告诉尤总不可行，同意就赞同，不同意就不表态，中国传统文化。

想要得到别人的公正评价，那就先把自己的观点和依据亮出来，最好刊物上公开发表，网络上发表也行。

我私下向他要论证报告，然后我再说这报告如何差劲，岂不是到别人家做客，还说这家的孩子长得太丑？你不肯亮出来就只好算了。

本帖最后由 Sunqh 于 2021-8-25 20:59 编辑

到此为止。这里不少人看杭氧所编的《深冷技术》，没人会看美国的《化学工程》。我心态平和，与尤总无利害冲突，与这个论坛的所有人都没有利害冲突。

“措手不及”主要指杭氧销售人员和西安交大教授这些人，尤总即兴提出单塔流程，杭氧销售人员没能当时就说出尤总方法不可行的理由，那是由于他们没做准备。事实是，不是单塔不能生产氧氮气产品，只是能耗不利。西安交大教授也是，可能当时没看出问题来，还与尤总“相见恨晚”了，但这不能算数，几天甚至几个月后，深思熟虑后的结论，那才算数。

交流学习希望在融洽的氛围中进行，完全没必要带情绪、带节奏
分享《单塔制氧专利工程化论证报告》供参考

本帖最后由 Sunqh 于 2021-8-26 20:54 编辑

好的，谢谢！先要看一下，几天后才发表意见。

先看到下塔塔板数12块，上塔33块，有点离谱了。现双塔流程空分下塔理论板数38块左右，上塔理论塔板数75~80块左右。即使按氧—氮二元计算，上塔理论塔板数会减少一些，但下塔不会减少，下塔本来就跟二元精馏分离很接近。

空气三元计算时，下塔能耗最低时的理论塔板数是40块左右；空气氧氮二元计算时，下塔45块理论塔板数能耗最低。都是指筛板塔，实际塔板数还要除以0.7

上塔二元计算时的理论塔板数大约是三元计算的60%，因此上塔二元计算时，45块左右比较合适，33块少了。

本帖最后由 Sunqh 于 2021-8-30 14:40 编辑

应该说，厦大做这个论证报告是认真的，格式很好，值得学习和借鉴。但如果作者对空分了解更多一点，报告应当能做得更好。以下谈一点我个人看法。

1、        氧气液化单耗。报告中氧气液化单耗取1.3kWh/Nm3，这个取值太大了，目前一般是0.5左右。氧气最小液化功0.25kWh/Nm3，液化流程效率50%，实际液化功0.5。改为0.5后，气体工况与液体工况单耗没有太明显差别。

2、        图中有开空10000和Praxair20000与单塔的比较，图中将液氩当作液氧了，而且假定空压机和增压机等的效率与单塔4空压机相同。应当注意到，单塔实际是生产95%氧气，开空生产99.6%氧气，Praxiar是99.8%氧气。如果单塔也生产99.6%以上，单耗还要增加15%~20%。

3、        作为对照的双塔流程下塔12块塔板，上塔33块，这不是典型流程。一般下塔理论塔板数38块，上塔75。氧氮二元精馏时，上塔45合适。塔板数太少，精馏塔不可逆损失大，适当增加塔板数后损失减少。

4、        将空气当作氧氮二元，实际生产的是95%氧气。如果双塔也是生产95%氧气，那么在下塔38块时，膨胀空气量可以大增，10000空分的液氧产量可达到1400Nm3/h左右，双塔单耗不会比单塔高。

5、        机器效率。脱离机器效率的单耗并无意义，所以要比较双塔和单塔哪个更好时，应该用相同效率的机器才能说明问题。一般氮压机效率不会比空压机更高。正如低温泵效率通常低于水泵，低温空气增压机和氮压机的效率也低于常温压缩机，我见过唯一的一台低温空气增压机的绝热效率是71%，还是进口设备。厦大选取低温空气增压机效率85%和低温氮压机效率83.4%太高了。

6、        单塔的主换热器损失比双塔大，而对照双塔的精馏塔损失更大，主要原因是塔板数太少。另外生产95%低纯氧时，普通的双塔流程确实不是最好，所以开空和川空都开发了低纯氧三塔流程。普通双塔回流液氮量占比45%，液空回流55%。二元计算时，因空气中氮比氧多，所以精馏段回流液是瓶颈，液氮多一些液空少一些较好。但三元精馏时，氩氧精馏的提馏段才是瓶颈，液空回流多一些合适。

7、        单耗对照表中，34有少量液空回流，12只有液氮回流，34精馏塔损失明显小一些，所以液氮和液空回流配合才是最好。

单塔流程的氮气常温压缩与低温压缩比较，低温压缩单耗高11%。如果考虑到低温氮压机效率选取太高，低温增压更不可行。

单塔1单耗高，单塔4单耗低，主要是机器效率相差较大引起的。

机器效率相同时，开空10000单耗反而比Praxair低，外压缩流程比内压缩能耗低

这个氧气液化单耗有问题，目前先进水平是0.5kWh/Nm3左右，氧气分离单耗0.35kWh/Nm3左右。电价0.60元/kWh，加上水费，折算0.65，1吨液氧700Nm3，水电成本(0.5+0.35)*700*0.65=387元/吨，还有液氧损耗、税费、管理费、机器折旧等，成本400多一点。实际价格500~600元/吨左右，小赚一点，最低时液氧价格低至接近400，但很少低于400

如果液化单耗1.3，仅水电成本就是(1.3+0.35)*700*0.65=751元/吨，销售价500~600，根本没法生存。

膨胀空气进上塔外压缩流程确实不适合生产很多液体产品，当需要更多液体产品时，一般用膨胀空气进下塔的内压缩流程，如果液化氧单耗按1.3kWh/Nm3计，以上Praxair20000空分单耗比论证报告中最好的单塔4还低20%

我是说，新单塔工况1分离空气量50000而回流液氮量32800等条件下，当精馏分离的空气是氮—氧二元组分时，氧纯度可以达到99.5%。但如果分离的是实际空气即氮—氩—氧三元组分，在分离空气量同样为50000而回流液氮量32800时，氧纯度只有95%左右，因为氩组分绝大部分会存在于氧气中。

双塔流程在分离空气量一定且回流液氮和液空量都一定时，当精馏分离的是实际空气即三元组分时，氧纯度是95%。如果分离的是氮—氧二元组分，那么在同样的回流液体量等条件下，氧气纯度也能达到99.5%。所以说，二元的99.5%，实际相当于三元的95%

关于机器效率。绝热效率是指在绝热条件下，可逆压缩功与实际压缩功的比值。常温压缩时，实际上压缩机气缸会向环境散热，压缩过程中气体温度会比绝热过程低一些，压缩功耗会小一些，这样可逆压缩功与实际压缩功的比值即绝热效率也会升高一点。低温压缩时，压缩气体得到环境热量，气体温度比绝热稍高一点，压缩功耗增大，从而使得绝热效率下降一点，所以通常情况下低温增压过程的绝热效率会比常温压缩差一些。

另一个原因是，绝大部分压缩机都是常温压缩，对常温压缩气体的热物性等研究更为透彻，相关试验也更加方便，机器设计制造等更为成熟，效率就会高一些。而低温气体增压机是特制产品，研究试验较少，就很难达到常温压缩机的性能。

应该说，尤总的方法确实可以减少精馏塔损失，但使用这种方法本身是要付出代价的，得到和失去的哪个更多？目前来看，我认为得不偿失。

液氮+液空回流比单一液氮回流更合理，双塔空分中虽是液氮+液空回流，但液氮和液空的比例并不能随心所欲，外压缩基本上是45%液氮+55%液空，内压缩大约是36%液氮+74%液空，这个比例并不能随意改变，液空纯度也不能随意改变，只有39%和21%两种液空，但这个比例和液空纯度不一定就是最佳。

尤总的方法可以任意确定液氮和液空回流比例，液空纯度也能根据需要选择，通过合理的回流液比例及液空纯度等，可以将精馏塔损失减少一些。问题只是这种方法本身需要代价。

  关于氮一氧氩空分塔和氮氩一氧空分塔先去谬赞了，这是氧氩氮三元物系精馏组织的最基本的问题，当然也是根本性的问题！目前双塔流程无论提氩还是不提氩都是按照氮氩一氧进行精馏流程组织的。不存在不提氩是按照氮氩一氧进行精馏组织，提氩时是按照氮一氧氩进行精馏组织的问题，这点还请先去再思考一下。只要从空分塔顶底部分别取出双高氧氮产品，空分塔就必须按照氮氩一氧进行精馏组织！至于先去所讲空分塔氩馏分引出口以下可以认为是粗氩冷凝塔的提馏段，这个和污氮口以上是氮氩精馏段一样。不影响空分塔是氮氩一氧空分塔的定性。双塔流程的空分塔当然也可以按照氮一氧氩进行精馏组织，其配套的只能是常规布局的粗氩精馏塔，具体内容可以参问有关双塔流程的提氩帖子。至于氧气纯度指标是我外行了，先去是正确的。至于氩馏分引出口问题，好象我没有讲过两个引出口，先生可以再回忆一下。我记得我讲到新单塔流程只有一个氩富集区时，先去反驳得很激烈。

本帖最后由 Sunqh 于 2021-9-3 11:02 编辑

西交低温室陈芹元1985年文章《空分产品能耗成本计算方法的探讨》截图，网上能找到。

用相关软件一下子就能算出氧气最小液化功是0.25kWh/Nm3左右。得到压力有效能的效率是75%~80%，最小液化功相当于冷量有效能，它由压力有效能转换而来，所以冷量有效能的效率低于压力有效能效率，目前空分产品中液氧和液氮的冷量有效能效率50%左右，液化氢气和氦气的冷量有效能效率还要低很多。空分产品中的分离功由冷量有效能转换而来，所以分离功有效能效率更低，目前是20%~25%。

尤总一再抱怨空分效率低，那是分离功有效能效率，当然要比压力有效能和冷量有效能效率低很多。压力有效能是稻草+稻谷，冷量有效能是稻谷，分离功有效能是白米，亩产当然是一个比一个低了。

最小液化功与环境温度的选取有关，所以查不同资料的氧气最小液化功可能有少许差异，但都是0.25kWh/Nm3左右，这不是错误，选取的环境条件不同而已。

1997年的文章，王催春译自“Linde Reports on Science and Technology”，网上能找到。

宝钢液化氧气来自管网，钢厂管网氧气都是常温，没有低温的，因为是间断用氧，管网压力最高30，最低20atm以下。

事实胜雄辩。《制氧技术》第2版365页，3000t/d肯定错了，3000Nm3/h或300t/d

尤总引用的氧液化单耗在《制氧技术》上确实有，但那是50年前的单耗。

本帖最后由 Sunqh 于 2021-9-4 10:36 编辑

目前国产液化装置的单耗仍比进口设备高一些，宝钢的是进口，《制氧技术》上这个可能是杭氧的。另外，在内压缩流程中多生产液氧产品的边际能耗经常比外置液化装置更低。

以上王催春翻译的文章来自于1989年的“林德科技报告”，可惜我没能找到原文。

是尤总渐入佳境，我是无可奈何了。“30αtm压力氧气的有效能大约是1,25Kwh”从何而来？明明30atm压力氧气的有效能是0.15kWh/Nm3，其中分离功有效能0.05kWh/Nm3，压力有效能0.1kWh/Nm3，压力有效能折算成实际压缩功0.15kWh/Nm3左右，宝钢的单耗加上氧气压缩功，就与《制氧技术》书上的0.648接近了。

外置液化装置生产液氧不是效率最高的，由于氧气的压缩和膨胀很危险，液化氧气都需要用氮气作为媒介，压缩和膨胀的都是氮气，氧气和氮气、液氮换热得到液氧，多了这一层转换，效率就会下降一些。

如果将液化装置与空分装置联合，膨胀机产生的冷量提供给空分装置，空分装置直接抽出液氧产品，这样效率更高，可以做到0.5kWh/Nm3以下。

尤总搞合成氨的，对空分没有什么概念。我们30atm氧气生产成本0.29元/Nm3左右，销售价0.35，还能赚钱。如果有效能就1.25kWh/Nm3，电价0.6多，那不是要亏死了？

本帖最后由 Sunqh 于 2021-9-6 08:19 编辑

环境压力101.3kPa，温度300K时，近似将30atm氧气当作理想气体。

30atm氧气的压力有效能是101.3*300/273.15*ln(30)/3600=0.105kWh/Nm3，怎么会估算出0.125来？

氧气分离功是101.3*300/273.15*ln(1/0.21)/3600=0.048kWh/Nm3

我并不知道“林德科技报告”中的液化效率50%从何而来，尤总的计算不知所云，我不好说什么。

液化装置损失主要有压缩损失，膨胀损失，换热损失等，几种损失应该是相加不是相乘。液化装置生产液氧时，换热器内部温差很大，不可逆损失大。液化装置与所有空分装置结合都能提高流程效率，无论是外压缩流程、内压缩流程，还是尤总的新单塔流程，其中与内压缩流程结合的效率最佳。

本帖最后由 Sunqh 于 2021-9-9 20:57 编辑

宝钢2#液化装置，文章中注明了，氧气压力最高25atm，流量8800Nm3/h，另有流量4500Nm3/h压力6atm氮气降压至1.15atm，氧气和氮气压缩的等温效率都取0.7，循环氮压机功耗4322kW，则总功耗是：

101.3*300/273.15*(8800*ln(25)+4500*ln(6/1.15))/3600/0.7+4322=5901kW

氧气液化单耗5901/8800=0.671kWh/Nm3

氧气最小液化功0.253kWh/Nm3，则流程效率是：0.253/0.671=37.7%

氮气原料压力6atm，压缩功10000*101.3*300/273.15*ln(6)/3600/0.7=791kW

循环氮压机功耗4791kkW，所以总功耗是4791+791=5582kW，产量10000Nm3/h，液化单耗就是0.558kWh/Nm3

氮气最小液化功0.275 kWh/Nm3，则流程效率是0.275/0.558=49.3%

液氮的液化效率与“林德科技报告”中的50%接近，但氧气的液化效率比“林德科技报告”中低一些。

液化装置与空分装置结合能提高效率，主要是换热量减少。

液化氮效率比液化氧高，原因是液氮是直接得到的，而液氧是通过与液氮换热间接得到的。同时对于氧气的液化而言，25atm压力并非最佳，这些压力能难以得到充分利用，换热器中温差很大，不可逆损失也很大。

尤总还没弄清氧氮气纯度，就先申请专利了，未免性急了点。

尤总应该庆幸中船并没有“示范工程”，如果示范工程了，几个亿花出去了，结果是什么？

除极少数富氧装置外，氧气纯度都是>=99.6%，氮气纯度都是<10ppmO2，哪有什么氧纯度99.5%或氮纯度99.9%？

本帖最后由 Sunqh 于 2021-9-10 09:10 编辑

宝钢2#液化装置性能参数是从网上复制来的，它既能生产液氮，也能生产液氧，或同时生产液氮和液氧。液氧产量8800时液氮是0，液氮产量10000时液氧是0

4500是为了过冷液氧产品，有4500Nm3/h的氮气，进料压力 6atm绝压，返回压力1.15atm绝压，我将这部分能耗也算上了。

尤总的“专利”，法液空“不发表意见”，川空开空杭氧西交都不认同，本空分之家也没有一个人同意，只有个别起哄的，那不能算数，那个上电视的“诺贝尔哥”，也有几个演员什么的为他喝彩呢！

本帖最后由 Sunqh 于 2021-9-10 16:54 编辑

尤总最后一句说对了。不过网上有专门的民科吧，各种自以为天才的都到那边表演了。技术交流论坛，水平高的水平低的都能发表意见，但民科也来凑热闹，这就有点煞风景了。

本帖最后由 Sunqh 于 2021-9-26 16:33 编辑

本人2009年发表了一篇计算内压缩流程空分设备生产液氧产品边际能耗的文章，以下是文章中的局部截图。图中表明，在内压缩流程中生产液氧产品的单耗与液氮和液氧产量比例等有关，但氧气液化单耗基本都在0.3~0.4kWh/Nm3之间，加上氧气压缩功耗0.15kWh/Nm3，氧气液化单耗多数情况下略低于0.5kWh/Nm3，当然没包括氧气的分离功耗。厦门大学选取氧气液化单耗1.3kWh/Nm3太高了。

分析的都很有道理，还是需要一些数据支撑自己的观点。

尤总心态超级强，可谓宠辱不惊！

林德一套液体空分，中压流程，内压缩

本帖最后由 Sunqh 于 2021-12-8 21:05 编辑

氧气7000，压力30bar，液氧3000，液氮6000，液氩350

工艺空气量73682，压力21.25bar

空压机出口与工艺空气阻力按0.15bar，空压机效率按厦大报告中的75%，则分离和液化电耗是：

73682*300/273.15*101.3*ln(21.4)/3600/0.75-7000*300/273.15*101.3*ln(30)/3600/0.75=8320kW

如果氧气单耗按0.35kWh/Nm3扣除，其他氩和氮气等都不折算分离功了，则液化电耗是：

8320-(7000+3000)*0.35=4820kW

液体总量3000+6000+325=9325Nm3/h，则液化单耗是：

4820/9325=0.517kWh/Nm3

氮气最小液化功比氧气大一点，氩最小，液化效率是：

(3000*0.25+6000*0.27+350*0.24)/4820=51%

林德说液化效率50%左右是有大量实例支撑的，不是尤总无中生有。在空分方面，尤总无基础、无资料、无工具，三无，只有胡思乱想，哪能解决空分技术问题？

尤总可以与厦大报告中的结果比较一下单耗，这个是真正99.6%氧，还提氩了。厦大报告中的二元99.6%，实际只有95%氧纯度。

要想发明，必先学习，了解情况后再说。

这是林德在福建漳州的一套液体空分，尤总有兴趣的话，可以去看一下。当然，前提条件是人家允许你去看，以尤总的人脉，应该问题不大。