外行学空分(71）一一新单塔流程的提氩

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   新单塔流程的提氩和双塔流程的提氩有很大的不同，首先新单塔流程空分塔中氩的富集区只有一个，而双塔流程的氩富集区有两个（其实双塔流程也只有一个氩富集区，而上塔富氧液空入口处以上的精馏段所谓氩富集区只是一个扰动而已），分别在上塔的精馏段和提馏段，其次目前双塔流程的提氩流程虽然千变万化，但其实是一种常规精馏流程(只不过用富氧液空气化潜热作为粗氩冷凝器的冷源而已！新单塔流程的提氩流程采用和主装置一样的以工艺氩气为循环工质的开式热泵供冷供热精馏工艺方案，其中精氩塔是以工艺氩液体，氮气为循环工质的双开式热泵供冷供热精馏工艺方案，但是不需要设置精氩塔氮气循环工质压缩机及工艺氩气循环工质压缩机了，而是直接从主装置引压力氮气及压力工艺氩气作为精氩塔底部再沸器（或称为冷凝器，以压力氮气冷凝潜热作为热源）的热源，冷凝后的液氮，工艺氩液体过冷节流减压进精氩塔中部，顶部作为回流液，粗氩塔单独设置粗氩压缩机，粗氩冷凝器设置在空分塔底部。压缩比大约在2.2-2.4(这已经考虑了粗氩气中的氮气含量及冷凝器换热温差和静压的影响)。粗氩的压缩既可以是复热后常温压缩，也可以采用深冷条件下压缩，由于粗氩压缩压缩比很小，阻力是一个重大影响因素，一般情况下以深冷条件下压缩为宜。
     新单塔流程的基本流程，如果氮气压缩量为氧气产量的3倍(和厦大论证报告中氧氮二元分析结论)，那么空分塔底部上只能得到含氮0.5%含氩4.5%纯度为95%的氧气，如果空分塔底部上要得到纯度99.5%以上的氧气，氮气压缩量要达到氧气产量的4.7倍，氮气压缩量提高40%以上！当然在这样的情况下，也就有富余的液氮可以作为粗氩冷凝塔的冷凝器冷源实现提氩。在粗氩冷凝器中气化的氮气和空分塔顶部的氮气汇合。
, [0 g7 q/ V' O- Q, v7 `     如果新单塔流程采用冷凝器设置在空分塔底部上空气氮气双开式热泵供冷供热精馏工艺方案，如果氮气的压缩量为氧气产量的2.2倍，进入冷凝器的空气量和氧气产量相等，那么在空分塔底部上只能得到含氩4.5%纯度95%的氧气。如果在空分塔底要得到含氩小于0.5%纯度99.5%以上的氧气，那么在保持氮气压缩量不变的情况下，进入冷凝器的空气数量要增加至空气总量的45%。当然这样情况下也就有富余的液空（14500NM3）可以作为粗氩冷凝器的冷源实现提氩，在粗氩冷凝器中蒸发气化的空气则和膨胀机后的空气汇合进入空分塔。
     如果新单塔流程采用空气冷凝器设置在空分塔底部，氮气冷凝器设置在液空入口处的双热泵工艺方案，那么氮气压缩量为氧气产量的2.2倍，氮气压力为2.1bar，进入塔底的空气数量为氧气产量的3倍，那么在空分塔底部只能得到纯度为95%的氧气产品。如果要在空分塔底部上得到纯度99.5%的氧气，那么进入冷凝器的空气数量要达到氧气产量的4.25倍即占空气总量的85%！当然在这样的情况下也就有富余的液空可以作为粗氩冷凝器的冷源实现提氩。
9 f2 F9 f( i8 p: J$ \+ T# {0 r6 R# W   当然按照基本的精馏组织方案，对于空气这样的氮氩氧三元物系，可以在空分塔中首先进行氮一氩氧精馏分离，得到合格的氮气产品和含氩4.5%的氧氩混合气体，然后再运用以粗氩为循环工质的开式热泵精馏流程实现氧氩精馏分离。但计算后发现粗氩压缩量要达到氧气产量的2.
; F% J% `3 T% [) h( O. w. O0 x3.1-3.2倍，即使采用双热泵工艺方案也无济于事(具体原因后面再分析)。可以参阅后面的三元物系的精馏组织和优化。
! \- [$ s! H" h  c/ w1 W    如果以含氩10%的氩馏分为原料气(和现在双塔流程一样从空分塔底部以上25块理论塔板数处引出)，采用以粗氩为循环工质的开式热泵精馏提氩流程，那么氩馏分引出数量为氧气产量的0.4倍左右，粗氩压缩量为氧气产量的1.4倍左右。这样从空分塔底部得出64%纯度为99.5%的氧气产品，从粗氩精馏塔(不是粗氩冷凝塔)底部上得到36%纯输出为99.5%的氧气产品。两者汇合后作为产品氧气引出。对比粗氩精馏塔的提馏段和空分塔氩馏分引出口以下的精馏过程，两者完全一致！毫无疑问完全可以合并，这样粗氩冷凝器移入空分塔底部，相应地氩馏分引出数量从原来氧气产量的0.4倍提高至氧气产量的1.4倍左右(相当于原来氩馏分引出数量加上提馏段上升气数量)，而粗氩冷凝塔底部的液体也返回空分塔(本来进入粗氩精馏塔中提馏段)。这样优化后和目前双塔流程的粗氩冷凝塔提氩流程一致。当然这样的空分塔是按照氮一氩氧进行精馏组织的，在粗氩压缩机及粗氩冷凝器未投入运行前，空分塔底部只能得到纯度为95%的氧气，只有在粗氩压缩机粗氩冷凝器投入运行后才能得到纯度为99.5%的氧气产品。
: S- j4 X" Y5 B; Z   关于氧氮氩三元物系依次精馏隔板模型优化组织问题，后面有更详细的讨论。

Sunqh

双塔流程的氩富集区两个，新单塔流程氩富集区只有一个，这又从何说起？

0 S; D+ S7 T0 x' V. E首先双塔流程的氩富集区2个，产生原因是什么？因为氩的沸点介于氮和氧之间，氩容易在上塔中部富集，但由于上塔中部液空和空气进料中氩含量相对较低，进料会对上塔氩富集产生稀释作用，所以就产生了进料上方和下方的两个富集区。空分提氩时，污氮气中氩含量低，上方的氩富集区较低，下方氩富集高；不提氩时，污氮气中氩含量高，上方氩富集高，下方低。

* f$ [5 O( Q! {你的新单塔流程的上塔中部有空气进料，同样会产生稀释作用，因而肯定还是进料上方和下方各一个氩富集区，跟双塔流程一样。

5 S5 ^+ g, B+ {# @5 h厦门大学以空气二元计算，得出的循环氮气量可能是空气量的80%左右(我没看到数据)，但这样只能生产95%纯度氧气，是无法提氩的。如果要生产99.6%以上的氧气，循环氮气量需要空气量的95%左右，这时上塔中部的回流液是有多余的，完全可用来给粗氩塔提供回流液，根本不需要什么氩热泵压缩机。

我在网上查了一下，尤总2009年就申请了这个专利，比浙江工业大学2014年的文章还早。10几年了，还不肯对空分稍微了解一点，很难理解。

Yb2021

  对于新单塔流程提氩来说，和双塔流程相北有以下的重大的变化，一是空分塔釆用氮一氧氩进行精馏组织，而双塔流程空分塔则是釆用氮氩一氧进行精馏组织。相应地新单塔流程只在空分塔提馏段有一个氩富集区。二足如论是从空分塔底部引出含氩5%的氧氩混合物还是从空分塔提馏段引出含氩10%的氧氩混合物为提氩原料气，釆用开式热泵精馏提氩均不存在所谓的氮阻问题！三是氩提取率只和氧气中的氩含量有关而不受其它因素的限制，可以达到95%以上甚至更高。