外行学空分(28)一一深冷空分提氩流程分析(2)

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( n/ j, k4 l* o- p9 \3 i& o  粗氩作为精氩塔的原料气进入精氩塔进行氮氩精馏分离(实际上是粗氩脱氮)以进一步提高氩气纯度，精氩塔底设置再沸器（也可以称为压力氮气冷凝一蒸发器），用来自深冷空分主装置的压力氮气（也有用富氧液空显热作为热源）作为热源加热精氩塔底部的液氩使其气化，部分作为精氩塔提馏段回流提馏上升气，部分作为精氩产品引出，压力氮气自身液化为液氮节流减压进入精氩塔顶部作为回流液（实际设计中精氩塔顶部设置蒸发一冷凝器，液氮在其中蒸发气化后的氮气和污氮气汇合），精氩塔本质上是以氮气为循环工质的开式热泵精馏流程（实际中形式上更接近是闭式热泵，或者是用压力氮气作为蒸汽，减压液氮作为冷源），只不过因为需要的压力氮气数量少而不设置单独的氮气压缩机而直接用来自空分塔下塔的压力氮气而已。
( X- {2 D) a1 |: `+ `    精氩塔也可以按照常规精馏布局进行组织，精氩塔底部的再沸器(又叫做冷凝器)用来自下塔的富氧液空的显热加热精氩塔内的精氩使之气化作为上升气，精氩塔顶部设置冷凝器用减压后的富氧液空作为冷源使精氩塔顶部的气相液化作为回流液。富氧空气返回上塔参与精馏。
  B. R3 X) o" E' `7 e   精氩塔由于处理的气量少，相应地来自深冷空分主装置的压力氮气数量也少(双塔流程大约需要增加进入下塔的空气数量2%即进入下塔的空气数量从占空气总量的85%增至87%)，因此对深冷空分主装置的影响和干扰倒不是特别大，但对于双塔流程来说液氮数量对于氧提取率影响很大，而从下塔引出压力氮气势必减少送入上塔的液氮数量，也是一个不可忽略的问题。
' R, @- ]; ], ~2 E& t, O    与深冷空分主装置是完全的开式热泵精馏流程不同，提氩装置中除精氩塔是以氮气为循环工质的开式热泵精馏流程（有的工艺方案精氩塔顶部设置冷凝器，以液氮为冷源则是类似于以氮气为循环工质的闭式热泵），粗氩冷凝塔和粗氩精馏塔塔提氩都是常规精馏流程，与一般常规精馏用蒸汽冷却水不同在于提氩流程用来自深冷空分主装置的压力气体和液体作为热源和冷源，但这并无本质不同。
; u- s' k# @6 ^% t+ S   精氩塔的难点在于精氩塔压力的控制，双塔流程的富氩馏分中的氮气含量在正常情况下是非常低的，一股的做法是通过控制废气排放阀开度实现对精氩塔压力的稳定，由于富氩馏分中的氮气含量极低，就会出现两种情况，一是废气排放阀长时间全关，精氩塔压力也上来，二是废气排放阀长时间全开，精氩塔压力也下不来！其原因在于废气排放阀通量很小，当氩馏分中的氮气含量变化时，废气排放阀最小流量大于需要的废气排放量时，精氩塔压力在废气排放阀全关时也上不来！当精氩塔冷凝器冷凝不足或氮氩数量大（氩馏分中的氮气含量变化）时，废气中的氩含量很高，这个时候废气排放阀全开精氩塔压力也下不来！
   实际上精氩塔压力的控制必须同时从废气排放阀开度和精氩塔热负荷两个方面同时着手。一方面通过废气排放阀开度控制废气中的氮气含量，一方面通过控制冷凝器换热温度（即液氮蒸发气化侧压力）控制冷凝温度从而稳定精氩塔压力，当然从根本上说，还是要保证进入粗氩冷凝塔的氩馏分及工艺氩气中的氮气含量稳定才能稳定精氩塔压力！
   另外由于精氩塔是目前上塔加粗氩冷凝塔精氩塔中压力最低的位置，所以精氩塔废气排放阀一般是对空排放，以避免出现抬高上塔精馏压力的情况，这其实也是在精氩塔顶部设置液氮蒸发器的一个非常重要的原因（从精馏角度而言，这个液氮蒸发器是完全不必要，液氮完全可以直接加入精氩塔顶部作为回流液），但这也带来一个非常麻烦的问题，那就是所谓的氩固问题。

Yb2021

精氩塔的压力控制和下塔压力控制的情况很相似，下塔冷凝器中的不凝气体和精氩塔中的氮气作用很相似，主冷凝器中的不凝气体含量升高。会抬高下塔压力，但通过加大不凝气体排放量，一般情况下并不能降低下塔压力，因为下塔压力实际上是由氮气冷凝温度决定了，当不凝气体含量很低对氮气冷凝温度几乎没有影响！