外行学空分(63)一一深冷条件下压缩的重要性

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   深冷空分中膨胀制冷循环工质的压缩只有一个选择那就是复热常温压缩，但深冷空分中的供冷供热开式热泵循环工质的压缩却有两个选择，一是复热常温压缩，二是在深冷压缩。在环境以上温度的精馏过程中供冷供热开式热泵循环工质的压缩无法采用常温压缩（在环境温度以上的精馏过程，无论是精馏原料，产品还是中间产物在环境温度下均呈液态而无法压缩），只有高温压缩一个选择，正是高温热泵压缩机在设计制造上的困难，大大阻碍了单热泵及多热泵技术在环境温度以上的精馏过程中的广泛运用。
, N; W) Z" m) H, Z9 {      目前深冷空分供冷供热开式热泵深冷条件下的压缩已经有了实际案例，在液化天然气冷能利用空分装置中通过深冷压缩氮气与液化天然气换热，一方面使液天然气气化同时使压力氮气液体，液氮返回深冷空分装置制取液体产品。另外在双塔流程空分装置中制取高纯氮气产品时，也有在上塔精馏段设置压力氮气冷凝器，从上塔顶部引出高纯氮气经深冷压缩在设置在精馏塔中的冷凝器中冷凝为液氮减压后送至上塔顶部作为回流液的实际案例。另外在双空压机单塔制氮工艺方案中，空气增压机（实际上是富氧空气压缩机）也是采用深冷压缩。这就说明深冷压缩的热泵压缩机在设计制造上并不存在不可克服的困难，相对于复热常温压缩也不是绝对不利的！
    目前深冷空分双塔流程中运用深冷压缩的案例还是很少，这当然也是有原因的，首先是认识问题，深冷空分技术人员既然没有认识到所有的深冷空分流程都是开式热泵供冷供热精馏流程，当然也就不可能运用单热泵及多热泵技术以提高精馏过程效率，当然也就没有深冷压缩的必要！只有逼上梁山的情况下才会采用深冷压缩工艺方案，例如双空气单塔制氮工艺方案中的富氧空气深冷压缩工艺方案，舍此就没有办法提高氮气产品提取率（其实也可以采用复热常温富氧空气压缩机），制取高纯度氮气产品时在上塔采用氮气深冷压缩工艺方案（舍此就无法解决双塔流程制取高纯度氮气产品和氧提取率之间的矛盾，同样也可以采用氮气复热常温压缩）！其次深冷空分采用的双塔流程冷量紧张是一个大问题，虽然常温压缩和深冷压缩在能耗上是基本等效的，但却会造成大量的冷损，因此在双塔流程下考虑深冷条件下压缩一般人都会认为是一个愚蠢的想法，至于为了付产高纯度氮气产品，而在双塔流程的上塔采用氮气深冷压缩工艺方案，那是逼上梁山的结果，舍此无路可行！
    空分技术网上曾经有人提出一个问题，为什么在化工精馏领域广泛运用的节能技术一一热泵技术在深冷空分中看不到运用的实例？当然也无人能够给予一个合理的回答，其实这是一个伪问题，前帖已经指出无论是古典单塔流程还是绝对主流的双塔流程都是以空气为循环工质的热泵精流程，而且是世界上第一次热泵精馏的大规模工业化应用的实例，只是这种情况既不为深冷空分技术人员也不为化工精馏技术人员所认知而己！这真是一个前生缘分深厚，今生见面不相识的悲剧！
% ]) h% S& m$ T( `* R   当然这个问题也不是毫无意义的，因为即使是彻底的热泵精馏流程依然可以采用单热泵和多热泵精馏技术进行改进以提高精溜效率降低能耗，为什么在节能从来是第一主题的深冷空分技术至今也看不到单热泵和多热泵技术运用的实例？这当然也是有原因的。双塔流程如果采用单热泵和多热泵技术进行改进，只能设置在上塔，效果是可以大幅降低进入下塔的空气数量，提高用于膨胀制冷的空气数量。其利弊是非常值得探讨的。
% u3 Y* T: N7 U' a' {' E3 _  \$ T   新单塔流程的空分塔其实相当于双塔流程的上塔，只不过用氮压机直接取代了下塔的功能而已！当然也可以采用单热泵和多热泵技术对新单塔流程进行进一步改进以提高精馏效率和降低能耗，新单塔流程采用单热泵和多热泵技术进行改进的条件比双塔流程要好得多，首先是新单塔流程冷量充足，合理地消耗冷量可以提高新单塔流程制冷和精馏的协调性，从而有利于降低整体能耗，其次采用单热泵和多热泵技术对新单塔流程进行改进可以大幅度降低氮气压缩量，直接降低深冷空分装置的能耗。另外深冷条件下压缩对于提氩流程采用以工艺氩液体为循环工质的开式热泵精馏流程及制取高纯氧氮气产品也是非常重要的。
+ v5 |6 P0 c+ z" f  V, M    空分装置是空气开式热泵一膨胀制冷液化和空气开式热泵精馏的联合装置，空气开式热泵一膨胀制冷液化部分基本上不存在深冷压缩的问题（除了膨胀制冷输出功用于正流液化压力空气涡轮增压外）！开式热泵精馏部分为了提高精馏过程有效能效率及降低制取高纯度气体产品，就需要设置供冷供热温差很小的开式热泵，这样的供冷供热开式热泵循环工质压缩比很小，如果采用复热常温压缩，一方面需要复热换热器增加工程造价，一方面复热换热的循环工质正返流阻力损失在热泵循环工质压缩比中占很大的比例，大幅度降低开式热泵供冷供热有效能效率！在这样情况下采用深冷压缩是极端重要的！

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   深冷空分中如果选择空气（精馏原料气）作为膨胀制冷循环工质和开式热泵循环工质当然就不可能采用深冷压缩！一旦选择空气以外的低沸点产品（氮气）及中间产物作为开式热泵循环工质，那么深冷压缩和复热常温压缩就是一个二选一的问题。