外行学空分(56)一一常温压缩和深冷压缩

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    深冷气体压缩制冷液化制取液体产品，自膨胀制冷成为了主导工艺方案后，深冷气体（不仅包括深冷空分还包括液氢，液化天然气）就有了标准的制冷液化工艺方案。需要液化的深冷气体加压后进入主换热器与返流气换热并液化，液化后的深冷气体经过冷后在液体膨胀机中膨胀输出功用于发电，同时会有部分气化作为返流气体。未气化的常压深冷气体液体作为产品引出。膨胀制冷循环工质压缩后经涡轮增压后进入主换热器中与返流气换热然后进入膨胀机膨胀制冷，膨胀制冷后的循环工质形成很大的温降和焓降，返流与需要液化的深冷压力气体换热并使之液化，自身复热至常温后进入下一个循环。膨胀制冷循环工质复热常温压缩是常规标准方案，但当空气开式热泵一膨胀制冷液化和深冷空分结合起来的时候，情况有可能出现不同的情况，但那是特殊情况下的因地制宜。
     无论是古典单塔流程双塔流程还是新单塔流程都是完全自热开式热泵精馏流程！它们之间的区别仅仅在于开式热泵供冷供热方案的不同，仅仅在于开式热泵的循环工质和热泵形式的不同，古典单塔流程采用采用以空气为循环工质的直接热泵，双塔流程采用以空气为循环工质的一拖二热泵，新单塔流程采用以氮气为循环工质的直接热泵而己。新单塔流程中开式热泵循环工质氮气既可以复热后压缩，也可以考虑不复热或复热至一定温度直接在深冷条件下压缩，无论是复热常温压缩还是深冷压缩都是热泵循环工质压缩的常态！什么样的情况下我们会考虑热泵循环工质氮气深冷压缩呢？什么样的情况下，深冷条件下氮气压缩才有利呢？下面进行一下简单的分析。
, F6 z- R: R+ G4 }9 D2 q4 s4 f  深冷条件下压缩利弊是什么？当然是相对于复热常温压缩而言，利是可以大幅度降低压缩功耗，以氮气温度100K为例，机械效率一样的情况下，常温压缩的功耗是深冷条件下压缩功耗的三倍，复热常温压缩的正返流换热阻力也是一个有利因素但是比较次要的，最大的弊处当然就是冷量冷能损失，在产品方案(指空分装置的液体产品数量)不变的情况下，深冷条件下氮气压缩产生的冷损需要通过提高空压机出口压力咸加大膨胀空气数量增加制冷量来加以平衡消除或者通过减少液体产品数量加以平衡。真正的问题是与深冷条件下氮气压缩减少的功耗与为了消除深冷条件下压缩所产生的冷损而增加的空压机功耗谁大谁小。
2 R: M/ _3 u1 W- @9 w/ q* N: B! M     有深冷空分专家提出一个问题，那就是无论是古典单塔流程还是双塔流程都只有一台空压机，无论是膨胀制冷还是热泵精馏（他是勉强认可深冷空分流程是完全自热精开式热泵精馏流程。按他的语言深冷空分是一个大热泵）都既不是复热常温压缩也不是深冷压缩！这是怎么回事呢？
   深冷空分既可以分为空气开式热泵一膨胀制冷液化和空气开式热泵精馏两部分，也可以分为膨胀制冷，开式热泵液化，精馏，开式热泵供冷供热四个部分。当选择精馏原料空气作为膨胀制冷和供冷供热开式热泵的循环工质的时候，如果膨胀制冷和供冷供热开式热泵的循环工质压缩量（也可以称为膨胀制冷及热泵循环量）小于精馏原料空气输送量的时候，膨胀制冷和热泵循环工质的复热及压缩可以和精馏原料空气和精馏产品（氧气，氮气，污氮气）换热及精馏原料空气压缩输送过程合并，这样膨胀制冷及热泵循环工质的压缩看起来既不是深冷压缩也不是复热常温压缩！但这只是表象，其实古典单塔流程和双塔流程的膨胀制冷和热泵循环工质的压缩是复热常温压缩，只不过他们的复热过程和精馏原料空气和精馏产品换热过程合并而已！当膨胀制冷循环工质循环量（压缩量）超过精馏原料空气输送量时（例如全液体空分），超过精馏原料空气输送量的膨胀制冷循环工质就是明明白白的复热常温压缩。
   新单塔流程的基本工艺方案，空气热泵看起来也是既不是复热常温压缩也不是深冷压缩，但实际上是复热常温压缩！新单塔流程的氮气热泵当然也就只能是复热常温压缩，但在有利条件下也可以选择深冷压缩。
    关于深冷压缩的过程有效能效率其实就是深冷压缩的绝热效率。在热泵循环工质压缩比小于2时，以深冷压缩为有利！当压缩比大于3时，以复热常温压缩为有利！

Sunqh

尤总的“新单塔热泵流程”其实是一个更一般的精馏流程，如果先有这种单塔热泵流程，而后才有人发明了双塔流程，那么我要说双塔流程是一个精妙的技术革新。反过来，已经有双塔流程，还有人要“发明”单塔热泵流程，那就不知道怎么说才好了。以我对空分的了解，尤总的这种流程，单耗至少要比常规双塔流程高出20%，还是说氮气常温增压，如果低温增压，估计要高出50%或更多。厦门大学未发表的文章，按尤总的说法，只能去跟老式的高压节流小空分比较能耗，完全不是现代双塔流程的对手，文章中氮压机效率还弄出个不切实际的92%和93%。

Sunqh

不瞞尤总说，我20多年前也曾设想过这种流程，但我很快意识到这种单塔热泵流程不如双塔流程。尤总好几年了，还没想明白，这就是专业差异，隔行隔山，钻研是好事，但钻研本专业内的事，成功的可能性更大一些。
我并不想打击你的积极性，不同意尤总的观点，尤总就说对方刻薄，这有点不合适吧？如此，那大家只好什么都不说了。

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[quote]Sunqh 发表于 2020-8-8 09:44
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Yb2021

   复热常温压缩和深冷压缩是深冷开式热泵循环和深冷膨胀制冷循环的二选一是循环的应有之义！不能以特殊而否定一般。