外行学空分(206)一一99,8%和99,5%纯度的氧气能耗相差多少？

Yb2021

& x4 z) ?' _  i7 e, C3 b( I    99,8%纯度（含氩0.2%以下）的氧气和99,5%纯度（含氩0.5%以下）的氧气能耗相差多少？不是一个很容易回答的问题！相同数量的99,8%，99,5%纯度的氧气有效能差距可以说微乎其微！但是我们知道实际上制取99,8%纯度的氧气和制取99,5%纯度的氧气能耗差距很大，究竟是多少呢？则众说纷纭，我们现在讨论一下。
    首先必须明确一个问题，那就是氧气95%，99.5%纯度的具体涵义是什么？是指含氮0.5%，0.2%还是指含氩0.2%，0.5%？如果是含氮0.5%，0.2%那是氧氮二元物系精馏过程，如果是含氩0.5%，0.2%那是近似氧氩精馏过程实际上是氧氮氩三元物系精馏问题，两者性质是完全不同的。
1 }8 F( \/ c" |* |6 Q  s" y, t: G/ h    目前双塔流程当空气进入下塔的数量达到空气总量的85%以上，氩组分引出口至空分塔底部理论塔板数25块左右，空分塔底部的氧气纯度可以达到99,5%（含氩0.5%以下，含氮微乎其微）以上。要进一步提高氧气的纯度，有两个也只有两个方向，一是增加氩组分引出口和空分塔之间的理论塔板数，但这受到工程条件及上塔理论塔板数分配的限制！二是提高氩组分引出口至空分塔底部的回流气液比！
    目前双塔流程的氧气最高纯度是99,8%（这不考虑另设高纯度氧气精馏塔的情况），其做法是取消低温膨胀机制冷，空分装置的制冷量全部由增压机和高温膨胀机提供，高温膨胀机制冷后的空气全部进入下塔，这样氩馏分引出口至空分塔底部的回流气液比达到0,74左右。
# r5 }% W2 E/ c' G& a    用这样的工艺方案提高氧气纯度，把氧气纯度从99,5%提高至99,8%，低温膨胀机的那部分空气数量的压缩功耗就是代价，折合每立方米氧气0.035-0,05Kwh左右。当然空气已经全部进入下塔，氩组分引出口至空分塔底部的气液比达到了双塔流程的最大，这个时候的氧气纯度是99,8%！要进一步提高氧气纯度只有两个办法，一是增加氩组分引出口至空分塔底部的理论塔板数。二是降低氧提取率降低氧产量，降低氧提取率，这样在其它条件不变的情况下，氧取出减少，上升氧气相应增加回流气液比升高，氧气纯度可以进一步提高。由于这两个办法受限于工程条件和代价均不可行，双塔流程的氧气纯度遂止步于99,8%。
    有没有更好的工艺方案，可以将氧气产品纯度提高到99,8%以上甚至更高呢，当然有！这必须用到多热泵精馏技术，具体来说，就是在空分塔提馏段增加一个热泵，把氩组分引出口至空分塔底部的气液比提高即可！即在双塔流程的上塔底部和新单塔流程的空分塔底的增加一个冷凝器，从上塔或空分塔提馏段引出含氩10%的氩组分，深冷压缩至1,6bar在设置在上塔(空分塔)底部的冷凝器中冷凝，液体送至空分塔氩组分引出口以上二至三块理论塔板数处加入，压缩量根据需要达到的氧气纯度而定！以时产氧气10000NM3为例，含氩10%的氩组分压缩量为6000NM3，压缩功耗40Kwh，合能耗160Kwh(复热至100K左右深冷压缩，深冷压缩功耗乘以4作为实际能耗)，折算每立方米气氧0,016Kwh单耗，比现有双塔流程低0,034Kwh。如果要把氧气纯度提高到99,8%以上，只要增加压缩量即可实现，当然采用以粗氩为循环工质的开式热泵提氩流程的时候，也可以通过增加粗氩压缩量达到同样的效果，只不过相对于这个工艺方案能耗高一些而已！无论采用上述的任何一个工艺方案，都可以将双塔流程的氧气产品纯度提高至99.8%以上，而且进入下塔的空气数量只需要达到空气总量的85%-87%，无需全部进入下塔，低温膨胀机可以保留。
9 X1 B6 F9 }" e8 I' O+ J" f    理论上只要实际回流气液比大于最小回流气液比，只要增加理论塔板数，产品纯度就可以无限提高。但是实际上理论塔板数总是有限的，在给定理论塔板数下，只能通过提高实际回流比来提高产品纯度。在同样理论塔板数下，不同的工艺方案，单热泵精馏还是多热泵精馏，其能耗的差距极大。

流星群1

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Yb2021

谬赞了，我是一个空分的外行，甚至被空分专家斥为民科！