外行学空分(145)一一双塔流程的提氩(二)

Yb2021

       如果把双塔流程的上塔按照氮一氩氧进行精馏组织(这是符合氧氮氩三元物系精馏的一般组织原则)提馏段气液比大于最小气液比5%-10%计算，进入下塔的空气量只需要占总空气量的60%，即使考虑氧提取率，进入下塔的空气数量也只需要达到空气总量的70%，30%以上的空气量可以用于膨胀制冷后进入上塔参与精馏，当然这种情况下上塔底部只能得到95%纯度（含氩4.5%，含氮0.5%）的氧气。
    如果要求空分塔底部的氧气纯度达到99,5%以上，无论是提氩还是不提氩，那么空分塔必须按照氮氩一氧进行精馏组织，进入下塔的空气数量必须达到空气总量的85%以上！
5 [+ K0 w7 |5 k% G    现在我们看一看空分塔按照氮一氩氧进行精馏组织，空分塔底部氧气纯度95%的空分装置，粗氩精馏塔提氩装置投入运行后的变化，双塔流程的精馏塔提氩装置并不是将95%纯度氧气(含氩4,5%)作为精馏原料送入粗氩精馏塔进行精馏分离，而从上塔提馏段（上塔底部以上25块理论塔板数处）引出含氩10%，含氧约90%及少量氮气的氩馏分进入粗氩精馏塔进行氮氩一氧精馏分离，其数量大约为空分装置氧气产量的40%，当氩馏分引出后，在主冷凝器热负荷及回流液数量不变的情况下，上塔底部排出的产品氧气数量减少(部分氧气产品由粗氩精馏塔底部引出)，上升气增加气液比升高约30%，氩馏分引出口至上塔底部的实际回流气液比从0.52提高至0.7以上，氩馏分引出口以下的提馏段由原来的氮一氩氧提馏段变为氮氩一氧提馏段，其结果是上塔底部的氧气产品纯度从95%上升至99,5%(含氩0,5%，含氮微乎其微)，上塔提馏段底部至氩馏分引出口以下从原来的氮一氧氩提馏分离转变为氮氩一氧提馏分离，而氩馏分引出口以上的空分塔仍然是氮一氧氩精馏分离。
   其次提氩装置（精馏塔）投运后，部分膨胀制冷空气转用于粗氩精馏塔加热器(再沸器)，膨胀制冷的空气量恢复至占空气量的15%，粗氩塔加热器中空气冷凝为液空，送至粗氩精馏塔顶部的液空蒸发一冷凝器中蒸发气化，使粗氩精馏塔顶部工艺氩气液化作为回流液，蒸发气化后的空气与膨胀制冷空气汇合后进入上塔参与精馏。
     粗氩精馏塔提氩工艺方案与目前双塔流程粗氩冷凝塔提氩工艺方案相比并无优势，至于蒸发气化后的空气和膨胀制冷空气汇合后进入上塔参与精馏，这是符合精馏的基本原则，至于目前双塔流程粗氩冷凝塔提氩工艺方案，富氧空气从氩馏分引出口以上一块理论塔板数处返回上塔，是精馏门外汉的想当然而已，不是什么无比精妙，不但不能降低氩馏分中的氮气含量（实际上提高了氩馏分中的氮气含量）反而极易造成氩馏分中的氮气含量波动，是造成粗氩冷凝氮阻问题的一个重要因素，出现氮阻问题的最重要原因在于下塔富氧液空送上塔精馏段和粗氩冷凝器之间的数量分配！。
   现在再来比较一下不带提氩装置但要求氧气纯度达到99,5%的空分装置和带提氩装置的空分装置产品情况和工艺参数。提氩装置投入运行后，首先从产品上看，氮气氧气的纯度两者一样，氧气产量略有提高（提氩装置投运后，氧气产量提高的原因在于氧提取率略有提高，其原因在于提氩装置投运后，上塔富氧液空入口处对应气相中的氧含量有所降低）。带提氩装置的空分装置增加一个工艺氩气产品。从工艺参数上看，上塔精馏段带提氩装置的空分装置液氮数量保持不变或略有减少，富氧液空数量不变，氧提取率上升的原因在于提馏段发生的变化。从提馏段来看带提氩装置的空分装置和不带提氩装置的空分装置变化就非常大了。不带提氩装置的空分装置上塔提馏段只有一个回流气液比，整个提馏段都是氮氩一氧精馏分离，最后将氩组分由污氮气中排出！而带提氩装置的空分装置的上塔提馏段则分为两段有两个气液比，第一个是空分塔底部至富氩馏分引出口，第二个是富氩馏分引出口至膨胀制冷空气入口处。其中第一个气液比提氩装置投用前后没有变化。第二个提氩装置投用前后变化就大了，由氮氩一氧精馏分离变为氮一氩氧提馏，实际回流气液比下降，富氧液空入口处的气相中的氧氩含量下降，氧提取率上升！这就保证了氩馏分引出口始终是空分塔氩浓度最高的位置。当然以上的描述是粗略的。

Sunqh

进上塔膨胀空气量11%时，精馏塔氧提取率可达99.9%，氩提取率80%出头。在氧纯度和进下塔空气量不变时，氧产量和氩产量之和基本就确定了。多数情形下，单位Nm3氩产品的价值要高于氧产品，所以在总膨胀量占比15%时，将11%送上塔参与精馏，另4%旁路到污氮气中排放掉反而是合算的。特殊情形下，如氧产品紧俏而氩产品价格很低，这时适当减少旁路增加进上塔膨胀空气量从而增加氧产量是合算的，当然氩产量会相应降低。

Sunqh

氩馏分是指含氩10%左右，含氧90%左右，另有几十或数百ppm氮的气体组分，不是指进粗氩冷凝器的富氧液空量，进粗氩冷凝器富氧液空量大约是氩馏分流量的1.2倍。比如20000空分，氧气量20000，氩馏分量23000，进粗氩冷凝器富氧液空量27000左右。

Sunqh

纠正尤总的两个认识误区：
1、氩馏分量不是氧气产量的0.4倍，而是氧产量的1.1~1.2倍，如20000空分的典型氩馏分流量是23000左右。氩馏分中的氩有三分之二会返回上塔，所以氩馏分量是尤总设定的3倍。
2、全低压流程空分提氩时，进上塔膨胀空气量大约是参与精馏空气量的11%左右，不是15%，膨胀量15%的话，那就有4%只能旁路到污氮气中去。以前空分不提氩时，进上塔膨胀空气量可达15%~20%。提氩时，进上塔膨胀空气量11%左右最佳。

Yb2021

  先生所讲的氩馏分应该是指富氧液空吧？我帖中所讲的氩馏分是指含氩约10%的富氩馏分，它是上塔氩富集区引出作为粗氩塔的精馏原料，先生再思考核对一下！
    至于过膨胀机的空气数量帖子中只是约数，也许应该在前面加一个大约表述得就清楚了。先生所讲的情况肯定是更准确的。

Yb2021

    请先生将前后讲法和数据捋一捋，如果先生所讲的氩馏分不是指富氧液空而是含氩10%的富氩馏分，那么氩馏分的三分之一返回上塔该如何理解？如果20000空分引出口富氩馏分(含氩10%)23000，即使三分之一返回上塔，氩产量也将达到1500以上，20000空分能产1500氩气产品吗？以上的疑问请先生思考一下。

Sunqh

是三分之二返回上塔，氩产量是氩馏分中氩总量的三分之一，20000空分氩产量750左右。我在20年前曾推导出一个氩产量与氩馏分之间关系的一个不等式，但这篇文章当时没能在《深冷技术》发表，后发表在2003年的《制氧百年技术交流会论文集》上。2005年有人发表的文章中引用了我的结果和推导方法，但因为“论文集”不算公开发表，连参考文献都没能列出。
: Q% a1 i+ l2 F* _# D0 n, z, v( g
这个公式是
9 P9 I6 h; [$ n) ]: }Y≤(1-1/α)*V*yA

式中Y是氩产量，α是相对挥发度，V是氩馏分量，yA是氩馏分中氩含量，α=1.5，所以Y≤(V*yA)/3

Yb2021

    请先生再思考一下，进入粗氩塔的氩组分三分之二返回上塔？返回上塔的氩组分其成分是什么？从上塔何处进入？

Sunqh

氩产量限制公式与粗氩塔最小回流比实际是同一事件的不同表述。
+ H' l, A( z: m0 w/ g7 _2 O
如果某20000空分的氩馏分量是23000，氩馏分中氩含量10%，那么当粗氩塔底达到气液平衡时，塔底回流液中的氩含量是6.9%，设粗氩产量是x，那么由氩组分的物料平衡，有23000*10%=x+(23000-x)*6.9%，可解出x=766，这是最小回流时的产量，也就是粗氩产量可能达到的最大值。

: i3 B: s. j; G: ~, G7 a8 u而氩馏分量是粗氩产量的23000/766=30(倍)

粗氩塔底回流液返回上塔的位置与氩馏分抽口在同一层。以前西安交大化工系有一位教授说粗氩塔底回流液返回上塔位置比氩馏分抽口高4块理论板最好，杭氧编写的《新编制氩工问答》上说返回上塔位置比氩馏分抽口低1~2块理论板最好，实际几乎都是在同一层。

Yb2021

  先生的意思我已经理解，请先生把帖子的內容再认真地看一遍，帖子中的提氩流程是粗氩塔而不是粗氩冷凝塔！粗氩塔是一个完整的氧氩精馏分离塔，所以它从上塔引出的富氩馏分只有空分装置氧气产量的大约0,4倍，同时也没有回流液返回上塔的事情，至于粗氩冷凝塔和粗氩塔提氩流程的利弊有机会我 们再交流。