外行学空分(29)一一提氩热泵精馏流程

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+ z% ]2 h" z# W+ B# G9 ~  d   既然氧氮二元物系空气可以用开式热泵供冷供热精馏工艺方案实现氧氮二元物系完全分离，从开式热泵供冷供热方案的不同可以分为以精馏原料气空气，精馏产品低沸点组分氮气为循环工质的双开式热泵供冷供热精馏工艺方案和以精馏原料空气为循环工质的一拖二开式热泵供冷供热精馏工艺方案两个基本工艺方案。空气氧氮氩三元物系就精馏组织而言。都是氧氩氮三元物系经隔板模型优化的依次精馏组织方案，其中空分塔氩馏分引出口以上是氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔，粗氩冷凝塔加上氩馏分引出口以下的空分塔是氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔，而精氩塔则是氮一氩氧精馏塔近似氮氩精馏塔。
& \. z7 Z& B0 ?0 O: j     就开式热泵供冷供热方案而言，则分为以氮气为循环工质的单开式热泵供冷供热方案，以空气，氮气为循环工质的双开式热泵供冷供热方案和以空气，氮气，工艺氩气为循环工质的三开式热泵供冷供热方案，还有以空气为循环工质的一拖多开式热泵供冷供热方案！
       就提氩部分精馏工艺方案现叙述如下，从深冷空分塔提馏段的富氩气体(含氩10%，含氮0,2%，含氧89,5%)进入粗氩塔进行精馏分离，粗氩塔底部设有压力工艺氩气冷凝器，经复热常温压缩并与返流工艺氩气进行换热后的压力工艺氩气在设置在粗氩精馏塔底部的压力工艺氩气冷凝器中加热粗氩精馏塔内的液氧使其气化，一部分作为上升气参加精馏，另一部分气氧与空分塔底部引出的氧气汇合后经主换热器换热后作为产品氧气引出。压力粗氩自身液化过冷节流减压后进入粗氩塔顶部作为回流液。粗氩塔顶部的粗氩一部分进入精氩塔进一步精馏，一部分去复热换热器复热至常压后再压缩至2.3bar进入下一轮开式热泵供冷供热循环。
     当粗氩塔采用以工艺氩气为循环工质的开式热泵供冷供热精馏工艺方案后，精氩塔则采用以工艺氩气为循环工质和以氮气为循环工质的双热泵供冷供热精馏工艺方案，具体叙述如下，精氩塔底部设置压力氮气和压力粗氩气两个冷凝器，分别用来自下塔的压力氮气和粗氩塔热泵压缩机压缩后的压力工艺氩气在其中冷凝，使精氩塔底部的液氩气化，一部分作为精氩塔回流上升气，一部分作为精氩产品引出。液化后的压力氮气液体和压力粗氩气液体过冷后减压送至精氩塔顶部和中部作为回流液。精氩塔顶部的废气（含有少量氩的氮气）经废气排放阀后与污氮气汇合在主换热器回收冷量。
  ]' ~/ c, h* m3 G5 `; ]9 q( g2 l   当然以上只是基本的流程，还可以进行进一步的优化，第一个优化是工艺氩气压缩由复热常温压缩改为深冷压缩，不但可以省去粗氩气复热换热器，而且由于粗氩气压缩比较小，深冷压缩相对于复热常温压缩能耗上(已经考虑深冷压缩造成的冷损)是有利的！第二个优化是精氩塔采用双热泵工艺方案，一个是以粗氩为循环工质的开式热泵，一个是以氮气为循环工质的开式热泵。其中以工艺氩气为循环工质的开式热泵，工艺氩气压缩和粗氩塔粗氩气压缩含并，至于以氮气为循环工质的开式热泵则直接用压力氮气而不另设氮气压缩机。第三个优化则是空分塔氩馏分引出口以下的提馏段和粗氩精馏塔提馏段合并，粗氩塔底部的粗氩气冷凝器移入空分塔底部。
8 f6 O7 Z/ A: u1 p/ d6 f0 E  s: T    如果氧氮二元物系精馏优化基本方案是空气氮气双热泵精馏工艺方案，那么氧氮氩三元物系的精馏优化精馏方案就是空气氮气工艺氩气为循环工质的叁热泵供冷供热方案及经隔板模型优化的氧氩氮三元物系依次精馏组织方案一一主侧塔工艺方案。
1 L/ a+ l, w% o. O   其实无论是基于双塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案还是基于新单塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案，其第一个精馏塔都是氮一氩氧精馏塔，而第二个精馏塔则是氮氩一氧精馏塔。其中基于双塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案中，上塔顶至氩馏分引出口是氮一氩氧精馏塔。而粗氩冷凝塔加上塔氩馏分引出口以下至上塔底部是第二个精馏塔一一氮氩一氧精馏塔。基于新单塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案空分塔顶部至氩馏分引出口是第一精馏塔一一氮一氩氧精馏塔。粗氩冷凝塔加空分塔氩馏分引出口以下至空分塔底部是第二精馏塔一一氮氩一氧精馏塔！而氩馏分既是第一精馏塔的高沸点组分产品又是第二精馏塔的原料气！

Yb2021

    只要深刻理解所有环境温度以下的精馏过程都必须采用开式热泵精馏流程，那么提氩采用以粗氩气为循环工质的开式热泵精馏流程也就顺理成章了。至于是采用依次精馏的粗氩精馏塔方案还是空分塔加粗氩冷凝塔方案，那是一个三元物系精馏组织问题，可以参考所谓的隔板模型，以加深理解。