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本帖最后由 Yb2021 于 2024-1-1 06:33 编辑
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$ \$ y8 P- ~4 E" N1 Y; U5 o 无论是古典单塔制氧流程,古典单塔制氮流程还是可以同时制取氧氮气的双塔流程都是以深冷空分精馏原料空气为循环工质的开式热泵供冷供热精馏流程,其中古典单塔制氧流程,供冷供热开式热泵循环工质空气在设置在空分塔(常压蒸馏制氧塔)底部的压力空气冷凝器中全部冷凝为液空,经过冷后送至空分塔(常压蒸馏制氧塔)顶部作为回流液,从而在制氧塔底部得到合格的氧气产品。 古典单塔制氮流程和古典单塔制氧流程一样也是以空气为循环工质的供冷供热开式热泵精馏流程,它和古典单塔制氧流程的不同在于古典单塔制氮的供冷供热开式热泵形式,古典单塔制氧流程中开式热泵循环工质空气在设置在制氧塔底部的空气冷凝器中完全冷凝为液空,古典单塔制氮流程的制氮塔和双塔流程的下塔一样是一个冷凝器的放大版!正因为古典单塔制氮流程和双塔流程的下塔一样是冷凝器的放大版,古典单塔制氮流程的制氮塔不可能是常压冷凝塔,制氮塔的压力随着氮提取率的提高,富氧液空中的氧含量升高而升高。同时古典单塔制氮流程的氮气提取率不可能超过70%(现在已经有提取率75%的单塔制氮流程,但和古典单塔制氮流程有很大的区别,其进入制氮塔的空气分为两路,一路带液进入制氮塔中部,一路富氧空气进入制氮塔底部,从而使制氮工艺方底部的富氧液空中的氧含量提高至50%,实际上已经带有精馏塔的特性。
! D! l1 C V8 b/ R& x 双塔流程可以同时制取氧氮气,标准状态氮气的有效能约为标准状态氧气的25%,双塔流程能耗核算时,一般情况下把氮气作为付产品不分摊能耗(这是一个能耗核算问题,双塔流程中氮气产品是否应该分摊能耗,分摊多少是一个可以讨论的问题)。但采用古典单塔制氮流程制氮时,氮气能耗高达0.1kWh以上每标准立方米氮气以上(不包括氮气压缩功耗)),除了氮提取率低外,现在制氮工艺方案的空气开式热泵一膨胀制冷液化效率也是很低的,所以采用古典单塔制氮流程的情况是很少见的,只有在特殊的场景和制取高纯度氮气的情况下才会采用。颇有点买椟还珠的味道。4 J1 I' B0 G+ _( l# D. u/ c1 _( i9 r% ?
无论是古典单塔制氮流程还是标准常规双塔流程一般都不适合采用氮气内压缩工艺方案,在采用古典单塔制氮流程时,如果要获取压力高于制氮塔压力的氮气产品,除了采用外压缩工艺方案外,唯一的办法是提高制氮塔压力,从制氮塔直接引出符合指标的压力氮气产品。而提高制氮塔压力会使与空气平衡的富氧液空中的氧氩含量降低,氮含量升高,一般情况下都会降低氮气提取率。随着制氮塔压力升高,与压力空气组分平衡的富氧液空中的氧含量降低氮含量升高,氮提取率下降!/ [/ C8 z! R. r# P: W8 o! C
目前标准古典单塔制氮工艺方案,主要存在以下的几个问题,一是氮提取率低,一般只能达到60%左右。二是由于采用压力较高的精馏塔,一般情况下无法采用规整填料,只能采用板式塔,实际可用理论塔板数较少,氮气纯度高时,需要较大的回流液气比,而这会导致氮提取率进一步降低。正是由于这个原因在古典单塔制氮工艺方案基础上又发展出了双塔双冷凝制氮工艺方案和双空压机(一个是空气原料压缩机,一个富氧空气循环压缩机)单塔制氮工艺方案。1 F+ n A* [& L7 {! m& n6 u2 T
新单塔流程的制氮工艺方案和标准新单塔流程同时制取氧氮气的工艺方案并无重大的改变,只需要对工艺参数略加调整即可实现,它肯定是一个氮一氩氧(近似氮一氧精馏塔)精馏塔而不是氮氩一氧精馏塔!具体工艺方案简单叙述如下,标准干空气50000NM3经两段压缩至4,3bar,纯化后压力4,2bar,其中5000NM3在压力空气增压机中增压至38bar,在主换热器换热液化后节流减压进入设置在制氮塔底部的压力空气冷凝器中,其中40000NM3经涡轮增压后在主换热器换热后进入膨胀机膨胀制冷后进入精馏塔(常压制氮塔)参与精馏,另外5000NM3压力空气在主换热器换热后部分带液进入设置在制氮塔底部的空气冷凝器中冷凝为液空,经过冷后送至制氮塔中部作为回流液。4 q; g5 ~6 o4 N5 n$ T
从制氮塔顶部引出合格氮气63000立方米与液空液氮换热后,在主换热器复热至常温,其中34000立方米作为产品氮气,另外29000立方米压缩至5.3bar,冷却至常温后在主换热器与返流气换热后进入设置在制氮塔底部的氮气冷凝器中冷凝为液氮,其中引出4000NM3液氮,其余25000NM3过冷后送至制氮塔顶部作为回流液。制氮塔底部引出含氧约85%的粗氧气在主换热器换热后作为纯化器的再生气或作其它用途。
' z9 _7 b( a, h: {6 m 空压机压缩功耗3000Kwh每小时,氮气压缩机压缩功耗1850Kwh,压力空气增压机压缩功耗500KWh,每立方米标准状态氮气电耗为0.06Kwh。氮气提取率95%以上!& r( u8 l4 D5 t' O E
新单塔流程还有一个低液体产品比例的制氮工艺方案,具体叙述如下,标准状态干空气50000NM3两段压缩至4.2bar,纯化后的压力4.1bar,其中2000NM3压力空气在压力空气增压机中增压至38bar在主换热器换热液化后节流减压进入设置在制氮塔底部的压力空气冷凝器中,其中20000NM3压力空气经涡轮增压在主换热器换热后进入膨胀机膨胀制冷后进入制氮塔参与精馏。其余压力空气28000NM3经主换热器换热后部分带液节流减压进入设置在制氮塔底部的空气冷凝器中冷凝为液空,过冷后送至制氮塔中部作为回流液。从制氮塔顶部引出的返流氮气63000NM3在主换热器换热后,其中36500NM3作为产品氮气,另外26500立NM3压缩至2.1bar,经主换热器换热后进入设置在制氮塔液空入口处的氮气冷凝器中冷凝为液氮,其中1500NM3液氮作为产品引出,其余液氮25000NM3过冷后送至制氮塔顶部作为回流液,从制氮塔底部引出含氧约85%(其余为氮和氩)的氧气在主换热器换热后作为纯化器再生气或其它用途。空压机压缩功耗耗3000KWh,氮压机压缩功耗700KWh,压力空气增压机压缩功耗200KWh两者均已考虑机械效率和电机效率,也对空气进口状况进行了调整。核算出的氮气单耗0.07KWh。5 b9 F: S- u: b2 C' R6 E$ Y
空压机出口压力之所以设定在4.3bar综合考虑了膨胀制冷效率和纯化器的压力需要,另外在新单塔制氮流程低液体产品工艺方案的基础上,通过增加空气增压机和高温膨胀,增加氮气压缩量新单塔流程均可以非常方便地采用氮气内压缩流程及制取大比例液氮产品。
. Y. ?8 u: _+ ]# U. z' q8 N, ^ 和新单塔流程标准工艺方案及双塔流程全低压工艺方案,古典单塔标准制氮工艺方案一样,新单塔流程制氮工艺方案也存在空气开式热泵一膨胀制冷液化效率低的问题,通过采用部分空气增压液化进入空气冷凝器并相应增加氮气压缩量(液氮产品数量增加,需要相应提高氮气压缩量以保证精馏状况不变),可以提高空气开式热泵一膨胀制冷液化效率,从而提高液氮产量,进一步降低制氮能耗0.02-0.025KWh每标准立方米气氮。
" K3 G( _/ m) W0 p) z 至于新单塔流程制氮工艺方案可以非常方便地采用内压缩工艺方案制取压力氮气产品。由于是常压精馏塔,可以采用规整填料,从而可以不降低氮提取率的情况下制取高纯度氮气产品。
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