外行学空分(198)一古典单塔制氧流程的新观点(三)

Yb2021

" h+ y2 o, z  O* B# M4 p$ b5 ?; {   前面两个帖子详细说明了无论是在氧氮二元物系还是在氧氮氩三元物系下，古典单塔流程用于精馏的制氧单耗均拥有相对比较双塔流程很大的精馏能耗优势！但是古典单塔流程的缺点实在是太明显了，那就是氧提取率太低无法同时制取氮气，其原因在于古典单塔制氧流程中既没有压力氮气也没有液氮，而从开式热泵精馏流程的角度来说，古典单塔制氧流程中只有一个以空气为循环工质的热泵，而没有以氮气为循环工质的热泵。毫无疑问应该对古典单塔制氧流程进行进一步改进，以克服古典单塔制氧流程存在的缺点，而改进方向就是增加一个以氮气为循环工质的开式热泵。
* r0 c2 ]% X! j3 W# M; @8 w    只要对新单塔流程有一个初步的了解，很容易明白要克服古典单塔制氧流程存在的缺点，必须在古典单塔制氧流程中增加一个以氮气为循环工质的热泵！只要增加一个以氮气为循环工质的开式热泵，那么就可以提高氧提取率实现在制氧的同时制取氮气产品。
, S$ A  s$ P  @% q' Z  E$ Z, ~     要在古典单塔制氧流程中增加一个以氮气为循环工质的热泵，有两个的基本工艺方案，一个是氮气开式热泵冷凝器设置在空分塔底部上的工艺方案，这样情况下氮气压缩机的出口压力为5.4bar，第二个工艺方案是氮气开式热泵冷凝器设置在空分塔液空入口处的工艺方案，这样氮气压缩机出口压力在2,1bar。
/ D# i2 @+ R; f5 ^0 n# S; J' z    以空气数量50000立方米/小时，氧气产量10000立方/小时为例，在二元物系时，采用第一个工艺方案时，氮气压缩量为22000立方米/小时，进入主冷凝器的空气数量为10000立方米/小时。在氧氮氩三元物系时，氮气压缩量及压力保持不变，进入主冷凝嚣的空气数量为22500立方米/小时。
    当采用第二个工艺方案时，在氧氮二元物系下，氮气压缩量为22000立方米/小时，压力为2,1bar，进入主冷凝器的空气数量为30000立方米/小时。在氧氮氩三元物系下，氮气数量及压力保持不变，进入主冷凝嚣的空气数量增加到42500立方米/小时。以上的第一个工艺方案，在目前先进的先进设备性能参数和工程条件下，空分装置中液体产品(液氧)产量可以达到氧气产量的10%-15%，而双塔流程要达到同样的液体产品数量(一般不采双膨胀机制冷工艺方案而直接提高空压机出口压力)空压机出口压力要达到9-10bar！当采用第二个工艺方案时，古典单塔制氧流程改进后的工艺方案空压机加氮压机功耗之和略低(已经考虑冷凝器换热温差及液体静压)于双塔流程的空压机功耗，但液体产品数量略高于双塔流程。从能耗上说不如第一个工艺方案，其原因在于氮气热泵由于受冷凝器换热温差及正返流阻力损失的影响而效率较低！
    简单计算后，可以得到结论在古典单塔制氧流程的基础上增加一个以氮气为循环工质的热泵，既解决了原古典单塔制氧流程无法制取氮气的缺点，又保持了相对于双塔流程的精馏能耗优势！当然这样情况下，古典单塔流程增加一个以氮气为循环工质的热泵，新单塔流程增加一个以空气为循环工质的热泵，两者就统一起来了！