外行学空分(35)一一新单塔流程和双塔流程的比较(3)氮压机

   氮压机是新单塔流程独有的设备，这当然并不是说目前深冷空分装置中完全没有用到氮压机，但目前基于双塔流程的空分装置中的氮压机一般仅是用于空分装置产品之一氮气的加压，属于空分装置的外围设备并不参予精馏过程的开式热泵供冷供热，实际上在目前双塔流程工艺方案中已经有用于精馏过程的氮压机（用在基于双塔流程的空分装置上塔以制取高纯度氮气产品），它本质上也是以氮气为循环工质的供冷供热开式热泵热泵循环工质压缩机，而不是空分装置产品氮气压缩机。
    基于新单塔流程空分装置中的氮压机（扩大而言热泵循环工质压缩机）是开式热泵供冷供热精馏工艺方案的必要核心设备之一，氮压机和精馏塔及压力氮气冷凝器，液氮节流减压阀构成了新单塔流程开式热泵供冷供热精馏工艺方案的最基本核心必要设备，新单塔流程的基本流程开式热泵精馏的能耗完全由氮气压缩机承担，在空分塔按照氮一氩氧进行精馏组织时，其压缩量相当于双塔流程空压机的60%，氮压机出口压力在目前工程条件下为5.4bαr，功率相当于双塔流程空压机的55%！综合考虑精馏效率和制冷效率新单塔流程的基本工艺方案是设置压力空气增压机（压力空气增压机为提高空气开式热泵一膨胀制冷效率而设置，其压缩功耗不属于开式热泵供冷供热精馏功耗）的氮气空气双热泵工艺方案或者空气，氮气，工艺氩气叁开式热泵精馏工艺方案|，以空气，氮气双开式热泵精馏工艺方案为例，其中空压机的出口压力4.3bar，当空分塔按照氮一氩氧进行精馏组织时，空气热泵循环量是空气压缩量的16%-20%，氮气热泵循环量是空气压缩量的44%，空气和氮气冷凝器均设置在空分塔底部，当空分塔按照氮氩一氧进行精馏组织的时候，空气热泵循环量由空压机压缩量的20%增加至45%-60%，氮气压缩量则保持不变。真实空气组成下，氮一氩氧精馏塔是近似氧氮精馏塔，可以制取纯度合格的氮气产品，但氧气产品纯度只能达到95%左右（含有4%-5%），氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔。氧气产品纯度可以达到99.5%以上，通过污氮气引出可以保证氮气产品纯度合格，但氮气产品提取率将无法达到按近100%！它们都可以作氧氩氮三元物系依次精馏第一精馏塔，但己经不是氧氮二元物系精馏分离。其中氮一氩氧精馏塔是近似氧氮精馏塔，氮氩一氧精馏塔是近似氧氩精馏塔，两者不能混为一谈，关于氧氩氮三元物系精馏工艺方案后面将进行详细讨论。
   还有一个可以比选的新单塔流程氮气，空气双热泵工艺方案，当空分塔按照氮一氩氧进行精馏组织时，空气热泵循环量为空气压缩量的60%，冷凝器设置在空分塔底部，氮气热泵循环量为空气压缩量的44%，氮压机出口压力为压力2.1bar，氮气冷凝器设置在空分塔液空入口处。当空分塔按照氮氩一氧进行精馏组织的时候，空气热泵循环量从空气压缩量的60%提高至85%-100%，氮压机出口压力，压缩量及氮气冷凝器设置位置则保持不变。
) D+ Y+ x" {! e; {: J   其实任何深冷空分流程要实现氧氮完全分离，空分塔一定要有液氮作为回流液，因为开式热泵供冷温度决定于开式热泵循环工质的组成液体在精馏塔压力下的蒸发气化温度！，也就是必须有以氮气为循环工质的开式热泵，双塔流程之所以不需要单独设置的氮气压缩机，那是因为双塔流程通过压缩空气然后空气冷凝分离出压力气氮并冷凝为液氮作为回流液而已。就精馏而言，新单塔流程的基本工艺方案和标准常规精馏完全一致，只不过是用以氮气为循环工质的开式热泵代替了蒸汽再沸器和冷却水冷凝器而已！至于双塔流程则是以空气为循环工质的一拖二开式热泵精馏工艺方案，其形式上和组分沸点在环境温度以上的二元物系双效精馏非常接近但并不是双效精馏工艺方案。

  只要认识到所有的深冷空分精馏过程都是完全自热精馏流程，那么用于开式热泵循环工质压缩机就是题中应有之义，用于深冷空分的开式热泵既可以以深冷空分精馏原料空气为循环工质，也可以以深冷空分低沸点产品氮气，深冷空分精馏中间产物作为开式热泵循环工质，也就有相应的开式热泵循环工质压缩机。

“当空分塔按照氮氩一氧进行精馏组织时，其压缩量相当于双塔流程空压机压缩量95%，压缩功耗相当于双塔流程空压机压缩功耗的85%，”
- \) F; H2 h. B# Z1 f' U——————来自尤总帖子。

/ B' ?' z! Y: F# h& R8 v+ k你循环氮压机功耗已经占双塔流程空压机功耗的85%了，你还有空压机功耗，总功耗怎么可能比双塔流程空压机功耗还低？
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以前估算液氧单耗时，一般是按3倍气氧单耗，如果气氧单耗0.35kWh/Nm3，那么液氧单耗就是1.05kWh/Nm3，而其中的氧气液化单耗=1.05-0.35=0.70 kWh/Nm3，但这个是估算。

现提供一篇杭氧毛总1990年的文章，《现代大型氮液化流程》，其中有提到选取合适的膨胀机前温度和氮气预冷温度时，氮气液化单耗可达0.53kWh/Nm3左右，氮气最小液化功0.27 kWh/Nm3，液化效率已经稍微超过50%了。

2 v' h# |% v9 ^4 Q7 z" m比如要发射3颗卫星，一颗高度200千米，一颗300千米，还有一颗400千米。一种方法是用一枚400千米的火箭发射，200千米释放一颗，300千米释放一颗，最后400千米再释放一颗，这是双塔流程。

还有一种方法是用三枚火箭，一枚200千米，一枚300千米，一枚400千米，这是尤氏单塔的方法，哪个效率高？
+ S; a) m& H5 \: D7 L) n  G* k' b, r" h
发明家都要先做学生，即使能考上中国科技大学的人也不能例外！