外行学空分(30)一一热泵精馏提氩流程的优势。

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  提氩和制取高纯气体是目前深冷空分的两个最大的难题，制取高纯气体的问题将在后面的帖子讨论，现在我们先初步讨论一下提氩的问题。
6 i9 E. u: ~! v' A8 w     目前深冷空分采用的是双塔流程（实际上是基于双塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案），其典型的提氩工艺方案是从空分塔提馏段引出含氩10%左右的富氩馏分在粗氩冷凝塔中制取粗氩气体，粗氩塔顶部设置粗氩冷凝器用来自下塔的富氧液空作为粗氩冷凝器的冷源，富氧液空在粗氩冷凝器中吸热气化使粗氩塔顶部工艺氩气冷凝液化作为粗氩冷凝塔回流液，气化后的富氧空气从氩馏分引出口以上，上塔富氧液空入口处以下返回上塔。未冷凝的工艺氩气进入精氩塔进行进一步精馏。粗氩冷凝塔底部的液体返回上塔参与精馏。
4 k% x6 ?! t. }% v" ^" F0 {! L! f       以上的典型提氩工艺方案无论在设计和操作都存在很大的困难，在设计上困难在于氩馏分引出口的确定，只要理论塔板数及提馏段气液比计算出现一定的误差，氩馏分的组分就会发生变化，从而严重影响提氩部分的工艺状况。在操作上最大的困难在于所谓的氮阻，由于富氧空气在氩馏分引出口以上，上塔富氧液空入口处以下返回上塔，富氧空气的数量对富氩馏分的组成形成一个巨大的扰动因素，使无论设计还是操作上都无法确保富氩馏分的稳定，再加上没有认识到基于双塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案本质上是两个精馏塔共底组合而成，氩馏分既是氮一氩氧精馏塔（氩馏分引出口以上的上塔）的高沸点组分产品，又是氮一氩氧精馏塔提馏段的回流上升气，又是氮氩一氧精馏（粗氩冷凝塔加氩馏分引出口以下的上塔）塔的原料气。使氮阻问题成了设计和操作的一个大难题。
     前帖也介绍了双塔流程下另一个提氩工艺方案即粗氩精馏塔工艺方案。同样从空分塔提馏段引出含氩10%的富氩馏分进入粗氩精馏塔，粗氩精馏塔底部设置空气冷凝器(再沸器)用压力空气在其中冷凝放热，一方面自身液化为液空，另一方面使粗氩精馏塔底部的液氧气化，一部分作为上升气，一部分引出与空分塔底部引出的氧气汇合后经主换热器复热后作为产品氧气引出。液空过冷减压后送入设置在粗氩精馏塔顶部的粗氩冷凝器中气化放热，气化后的空气与膨胀机制冷后的空气汇合后进入上塔参与精馏。同时使粗氩精馏塔內的粗氩气冷凝回流。这个工艺方案最大好处是不存在所谓的氮阻问题。
     从空分塔底部以上25块理论塔板数处引出氮含量0.2%-0.5%，含氩10%的氩馏分作为精馏原料气，从粗氩精馏塔顶部引出工艺氩气在主换热器复热至常温后，压缩至2.3bar，在主换热器换热后进入设置在粗氩精馏塔底部的压力工艺氩气冷凝器中冷凝为工艺氩液体，过冷减压后送至粗氩精馏塔顶部作为回流液，从粗氩精馏塔顶部引出工艺氩气作为原料气进入精氩塔进行氮一氩氧近似氮氩精馏产出精氩气体，从粗氩精馏塔底部引出纯度合格的氧气产品，与空分塔底部引出的氧气产品汇合后在主换热器复热至常温。经隔板模型优化后，压力工艺氩气冷凝器移入空分塔底部。粗氩精馏塔提馏段与空分塔氩馏分引出口以下的提馏段合并。
     以上叙述的都是复热常温压缩的开式热泵提氩流程，包括以工艺氩气为循环工质的粗氩精馏塔开式热泵供冷供热精馏流程，以氮气为循环工质的精氩塔开式热泵供冷供热精馏流程。当然两者都是基本的流程，在实际运用时，还可以有复热常温压缩和深冷压缩的不同选择及不设置氮气压缩机而直接采用来自空分塔的压力氮气等。提氩流程是目前深冷空分设计和操作的一大难题，以工艺氩气为循环工质的开式热泵供冷供热精馏提氩流程最大的优势在于极大地降低了提氩流程和主装置的联系，从而避免了相互影响和干扰从而降低了主装置和提氩装置的设计和操作难度。其次无论粗氩塔还是精氩塔的回流比都可以自由设定，从而可以提高氧气氩气产品纯度，及提高氩提取率，第三可以降低制氩能耗。降低提氩能耗这一点可能会引起巨大的争议，原因之一是目前提氩能耗其实是谁也说不清楚的一笔糊涂账！
1 t- f4 N* [$ c3 k1 \9 B    关于氧氮氩三元物系精馏工艺方案可以参阅后面的帖子。这里只是先做一下简单的说明。
   

Sunqh

外行学空分，外行是真的，“学”是假的

Yb2021

提氩和高纯度产品空分产品的制取是目前深冷空分的难题，这都是由于没有认识到深冷空分流程都是开式热泵精馏流程，从而无法运用多热泵技术解决提氩和高纯度空分产品制取。

Sunqh

好处是容易理解，连外行也能想到，不足之处是投资大能耗高，所以实际上不会有这种外行流程。只有外行通过学习思考升级为内行，不会内行都去迁就一个外行。