外行学空分(159)一一那个有利？

Yb2021

     三元物系的精馏组织是建立在二元物系的精馏组织基础上的，但又有二元物系的精馏组织没有涉及的问题，前几个帖子说明了双塔流程的提氩方法，也说明了新单塔流程提氩的开式热泵精馏流程，但无论是双塔流程的粗氩冷凝塔提氩流程，粗氩精馏塔提氩流程，开式热泵精馏提氩流程还是新单塔流程的提氩，都是以含氩10%的氩馏分作为提氩装置的冷凝精馏原料气。能否以含氩4,5%的氩馏分作为提氩装置的精馏原料呢？或者更直接地说，空分塔完全按照氮一氧氩精馏分离塔进行组织，然后把空分塔底部含氩4,5%的氩馏分送入粗氩精馏塔进行精馏分离呢？在没有掌握开式热泵精馏及多热泵技术之前，事实上存在极大的困难，但掌握了开式热泵精馏流程及多热泵技术后，就不再是一个问题了，完全可以成为一个比选的氧氮氩三元物系精馏组织方案。
1 V5 G2 N- }- V  b+ E8 k5 f/ f9 N/ V   这样做的好处是什么呢？首先它完全符合精馏组织的一般原则，使空分精馏组织简单化。其次这样组织空分精馏后，空气中氩组分几乎完全在空分塔底部的氧氩混合气中，同时增加了空分塔精馏段可用的理论塔板数，大大有利于氮气产品纯度及氮提取率的提高。第三，为进一步提高氧气产品纯度创造了有利条件，目前双塔流程氧气产品纯度最高在99,8%左右，进一步提高难度很大，其原因在于空分塔可用于氧氩分离的理论塔板数只有25块左右（氩馏分引出口以下至空分塔底部），气液比也是受到限制的，双塔流程空气全部进入下塔时的气液比就是最大的气液比（小于0.75）。而在粗氩精馏塔中这些限制是不存在的或者更准确地说得到很大的缓解，可用的理论塔板数增加，气液比也不再受空气数量的限制！第四，可以大幅度降低空分塔的能耗，采用这样技术方案后，因为不存在所谓氮阻的问题，氧氩混合气中的氮气含量完全可以放宽到2%以下即可。这样在空分塔塔板数总数有限的情况下，可以降低实际回流比。
     以含氩4,5%的氩馏分作为粗氩精馏塔的原料气进行精馏分离，其能耗当然要高于以氩含量10%的氩馏分作为精馏原料的精馏能耗，但和空分塔降低的能耗降低相比(空分塔近似氧氮精馏的精馏能耗大约是近似氧氩精馏能耗的十倍）粗氩精馏塔能耗的增加，不同工程条件不同产品方案下是不同。
/ x! j0 N! a. W& `* v6 M    以含氩4,5%的氧氩混合气作为粗氩精馏塔的精馏原料当然不能简单地采用单热泵开式热泵供冷供热精馏流程，那样它的粗氩热泵循环压缩量将是氧气产量的3,4倍，这是不可接受的，但如果采用双热泵精馏方案，增加一个以含氩10%的氩馏分为循环工质的热泵，则其能耗可以降低到以含氩10%氩馏分为精馏原料的精馏能耗130%到180%！之所以有这样一个范围，是受冷凝器传热温差的影响，冷凝器传热温差1,5K时，是180%，0,5K时是130%！这就完全可以接受了且在特定情况下非常有利了。
$ u4 p8 R! L7 A) e7 X   如果要提氧气产品纯度，只要提高含氩10%的氩馏分作为循环工质的热泵循环量或增加提馏段理论塔板数即可，完全可以用很低的能耗将氧气产品纯度指标提高至99,9%甚至以上！同时还可以提高氩提取率至95%以上！这种情况下只需要增加少量的能耗即可实现。
7 w. [8 d1 }0 i7 a/ a9 I   现在的双塔流程空分塔按照氮氩一氧进行精馏组织，由于这个原因提氩只能采用粗氩冷凝塔方案，唯一的好处只有一个那就是整个空分装置只需要一台空压机。而不利的地方就很多了，一是氩成分被向上驱赶，不利氮气纯度及氮气提取率的提高，二是不利于氧气纯度的提高，提高氧气纯度对能耗影响很大。在上塔塔板数有限的情况下，提高氧气纯度的办法只有一个，那就是提高进入下塔的空气数量，而提高进入下塔的空气数量必然导致膨胀制冷的空气数量减少，这个代价是巨大的。三，由于空分塔的原因只能采用粗氩冷凝塔流程，这就带来了粗氩冷凝塔氮阻问题及氩提取率低的问题。如果空分塔采用氮一氧氩精馏组织，将空分塔底部上的氧气半成品(含氩4,5%含氮0,5%含氧95%)送入粗氩精馏塔采用双热泵工艺方案进行精馏，则以上的问题都将得到解决，氮气纯度的提高将变得非常容易，氧气纯度达到99,9%甚至于99,9%以上都是非常容易及低能耗的，氩提取率将仅和氧气纯度有关，氩提取率可以轻松地达到90%甚至95%以上。经过认真的综合比较，在现有工程条件下，还是以从空分塔提馏段引出含氩10%的氩馏分进行提氩为有利，以含氩4,5%的氩馏分进行提氩不失为一个可以比选的方案，氧气产品纯度指标越高，则采用不经隔板模型优化的依次精馏工艺方案越有利！

Yb2021

大家可以注意一下一个现象，那就是很多氧氩氮三元模拟计算论文，空分塔底部的氧气纯度都是按照95%设定，这当然不是论文作者不知道现在氧气产品纯度的指标，而是论文作者在对提氩尚未形成可行方案的情况下，根据一般精馏组织原则而设定的。

phwnhmre

学习了！谢谢