外行学空分(42)一一新单塔流程的特点

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" C$ T  @; g% ?$ q    新单塔流程的最大特点是没有任何特点，新单塔流程除了以以氮气为循环工质的开式热泵代替了蒸汽再沸器和冷凝水冷凝器外，就精馏部分而言和组分沸点在环境温度以上的标准常规精馏是完全一致的！相对于目前绝对主流的双塔流程，新单塔流程最大的特点是采用单级精馏塔(这只是相对于双塔流程而言，实际上从精馏角度而言所谓的双塔流程也是单级精馏塔，双塔流程的下塔并不是初级精馏塔而是空气为循环工质的开式热泵的一拖二转换器或者说是一个大冷凝塔！所有的二元物系单热泵及多热泵精馏工艺方案都是单级精馏塔，这是单热泵及多热泵技术相对于双效精馏及多效精馏的最大区别和最大的优势！)，相对于古典单塔流程新单塔流程的特点是可以同时制取氧气和氮气，但这不是特点，因为二元物系可以在单级精馏塔中实现完全精馏分离本来就是精馏的本义，反而是不能实现氧氮二元物系完全精馏分离，只能制氧无法制氮才是很有特点。因此它既没有双塔流程精馏效率低(准确地说是开式热泵供冷供热效率低而不是精馏效率低，但开式热泵供冷供热效率乘以精馏效率的总开式热泵精馏效率双塔流程低于新单塔流程的双热泵工艺方案，所以这种说法也没有错，只是不严密。)又没有古典单塔流程不能同时制取氧气和氮气氧气提取率低的缺点，从而拥有相对于双塔流程和古典单塔流程更大的节能潜力。
    新单塔流程的第二个特点是制冷和精馏相对分开互不干扰，精馏由氮压机和精馏塔承担，空压机（包括优化后的压力空气增压机）则承担空气输送和制冷液化，可以通过空压机出口压力调整深冷空分装置的制冷量！

新单塔专利流程的优势当然也带来特定产品方案的情况下弱势，新单塔专利流程精馏过程是由氮压机独立承担的，而空气只参加精馏过程用于制冷，与双塔流程相比，新单塔专利流程膨胀机的的空气量是双塔流程的6一7倍，当产品方案需要的制冷量很小的时候，空气的压力很低制冷效率很低，例如空气压力2,5αtm的时候(空气压力不可能低于此数，低于此数无法实现冷量平衡)，制冷效率只有双塔流程的三分之一到四分之一，制冷效率低完全抵销了精馏过程效率的提高，此时新单塔专利流程的能耗比双塔流程高百分之十！当空气压力逐步提高至双塔流程的同等水平时，新单塔专利流程的制冷效率也达到双塔流程的水平，新单塔专利流程的制氧能耗就比双塔流程的能耗低百分之二十以上，当然这个时候液体产品数量就会达到百分之二十五左右，如果产品方案的液体产品数量为零，那么应该对新单塔专利流程进行调整优化，通过采用内压缩反增加空气热泵液空回流液，尽量减少空气过膨胀机的数量，提高空气压力提高新单塔专利流程的制冷效率，这样新单塔专利流程在产品方案液体数量接近零的情况下也能拥有相对于双塔流程的制氧能耗优势。

  新单塔流程相对于古典单塔流程和双塔流程最大的特点是没有任何特点！相对于环境温度以上的标准常规精馏而言，只是以以氮气为循环工质的开式热泵代替蒸汽再沸器和冷却水冷凝器而已，而精馏流程两者则是完全一致的。而无论是古典单塔流程还是双塔流程都是很有特点的，古典单塔制氧流程是没有实现完全分离的精馏流程，古典单塔制氮流程则是部分冷凝的开式热泵精馏流程。而双塔流程则是一拖二开式热泵精馏流程。

林德在厦门海沧有一套液体产量较大的内压缩空分，设计液氧单耗(含制氧+液化)是0.85kWh/Nm3。我有这套空分的部分资料，也能通过林德网络查看当前和历史实际运行数据。

可以比较一下，尤氏单塔制氧单耗平均按0.35kWh/Nm3计，液化单耗是1.3kWh/Nm3，那么尤氏单塔生产液氧的单耗是0.35+1.3=1.65kWh/Nm3，尤氏单塔生产液氧的单耗几乎是林德空分的2倍。尤总还没来得及走访林德，看到这个差距，尤总还有信心向林德授权尤氏单塔制氧专利吗？

5 j; t' r; k0 p' _5 q6 l当然，这个0.85kWh/Nm3也是通过折算出来的，这套空分同时生产液氧、液氮、液氩及压力氧气和压力氮气等产品，林德公司有一个能耗折算标准，其中液氧系数按1.00，液氮系数是0.70，液氩系数1.05，压力氧气0.57，压力氮气0.12，将所有产品都折算成液氧后，再计算液氧单耗。

' g  N  F9 C1 m0 n6 G  S尤氏单塔制氧流程的能耗太高，落后太多了，只能跟那些150、250微小型空分比较能耗，完全不是目前正在运行的主流空分的对手。

8 Z! l0 E6 N, P; w以上这套空分的产品构成如下：
% j  h# X4 t3 p+ ?6 G6 _7 s/ qGOX                11550Nm3/h，23.1bar，纯度99.8%
0 u; L( p' m$ sLOX                 3500Nm3/h，纯度99.8%
2 u# f& M( J. i+ S3 M3 v# u9 JLIN                  2500Nm3/h，1ppmO2
. q5 {- t- }" J6 z. G1 ALAR                 560Nm3/h，1ppmO2，0.05ppmN2
PGAN             7000Nm3/h，5.1bar，1ppmO2
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+ o7 Y5 v4 _0 y; ~$ _' ~0 K+ r& W尤总对空分现状一无所知。如果要照厦大报告中的制氧单耗算法，这套空分的制氧单耗已经是负数了。

0 ~+ i* O- i; P
我认为林德公司的这一套能耗折算标准基本合理，可以验算一下：
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液氧0.85kWh/Nm3，其中分离能耗0.35kWh/Nm3，液化能耗0.50kWh/Nm3

液氮0.85*0.7=0.595kWh/Nm3，其中分离功耗0.05kWh/Nm3，液化能耗0.545kWh/Nm3，氮气最小液化功0.27kWh/Nm3，液化效率大约50%
5 m6 v3 h" X; a" k) I3 E7 b0 \& o
23.1bar氧气单耗0.85*0.57=0.485kWh/Nm3，其中分离功耗0.35kWh/Nm3，压缩功耗log(23.1)/10=0.136kWh/Nm3，与0.485-0.35=0.135基本相同

0 t4 Y8 ~7 z6 m' R5.1bar氮气单耗0.85*0.12=0.102kWh/Nm3，其中分离功耗0.05kWh/Nm3，压缩功耗log(5.1)/10=0.071kWh/Nm3，与0.102-0.05=0.052接近

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林德在河北廊坊有一套全液体空分，空压机和增压机参数及产品参数如下：
* H+ {  B7 R/ `, K3 p' q+ R' \
空压机，流量57680Nm3/h，出口压力5.79bar(压力都是绝压)
) o: D8 F) p1 K7 k( v( }增压机，流量119633Nm3/h，进口压力5.50bar，出口压力32.65bar

0 f7 Q  d  ^; X) g液氧产量8850Nm3/h
液氮产量10250Nm3/h
液氩产量332Nm3/h

6 F3 M8 |1 }: g: E4 v9 l5 _) T如果空压机和增压机等温效率都是72%，则总功率是：
; @; I* t9 X" }. D(57680*ln(5.79/1)+119633*ln(32.65/5.50))*101.35*300/273.15/3600/72%=13501kW

按林德产品能耗折算标准，液氧系数1.00，液氮0.70，液氩1.05，则全部产品相当于液氧产量是：
  u! L+ d- U  }8 n8 z8850*1.00+10250*0.70+332*1.05=16374Nm3/h

: V: H3 a& c: f% l1 a5 c所以液氧产品单耗是：
13501/16374=0.825kWh/Nm3
) r% m; ?& k: r  {: g
我通过林德网络查了一下这套全液体空分的实际液氧产品单耗，冬季时是0.81kWh/Nm3左右，夏季0.85kWh/Nm3左右，都是包括了制氧单耗和氧气液化单耗两部分，而且是连续5天内的平均值。
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尤总弄出个氧气液化单耗1.3kWh/Nm3，还是对空分了解太少啊！

' f" m" S: W6 R# Q. R6 K3 q

2 l+ ?: _" W/ C' b0 l以上林德廊坊全液体空分的情况，如果认为空压机提供全部分离功耗和液氩产品及其中5%液氧产品的液化功耗，增压机提供其余的液化功耗

增压机功耗：
119633*101.35*ln(32.65/5.50)*300/273.15/3600/72%=9151kW

$ t/ f2 K( h) s; h: }, R4 l扣除5%液氧产品后的最小液化功：
% n* m* g) K; b8850*0.95*0.25+10250*0.27=4869kW
4 L" F% }/ ~) I; d7 a0 J
8 v; n( Y) A0 w2 g: i) F液化效率：
; ^( G3 l  k. `" Y5 T" k4869/9151=53.2%

这个效率比外置液化器效率50%更高，主要是液化与空分的结合，总换热量和冷损都减小，因而效率更高。
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; E/ N* {% y; O. X& s* s, }- n4 a' M

尤总缺乏制冷低温方面的基本常识，才提出了用氮气循环的方法，结果使换热量大增，与以上液化与空分结合的方式相反，尤氏单塔的能耗当然增大。
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& o* C# G4 m' U0 ^4 S看来尤总并不愿意面对现实，但闭门造车是没用的，无稽之谈和胡搅蛮缠也不行。尤总的这个专利流程，在专利有效期内不会有，专利有效期后也不会有，国内不会有，国外也不会有，明显不行么！

基本上来说，能越早认识到尤总是民科的人水平越高，我是看过几个帖子后才知道尤总是民科，而西安交大的空分权威教授是一下子就看出尤总是民科了，权威教授的水平太高！我等只有高山仰止望洋兴叹！