外行学空分（266）一一开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案和工艺参数的优化

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    空分装置是空气开式热泵一膨胀制冷液化装置和空气开式热泵精馏装置的联合装置。其中空气开式热泵精馏部分是深冷空分装置的核心功能，而空气开式热泵一膨胀制冷液化部分是深冷空分装置的必要功能部分，由于空气开式热泵精馏是空分装置的核心功能，空分气体产品的单耗既包涵空气开式热泵精馏的能耗，也包涵部分空气开式热泵一膨胀制冷液化的能耗（空分装置中的开式热泵一膨胀制冷液化部分产生的液空，部分用于空分装置的冷热端换热温差及散冷损失形成的冷量冷能损失，这部分空气开式热泵一膨胀制冷液化的能耗计入空分气体产品的单耗），空气开式热泵精馏和空气开式热泵一膨胀制冷液化效率的高低共同决定性空分气体产品的单耗水平。
2 c& v+ ?* F# y& ?- v* w2 m    从深冷空分技术的发展历史而言，深冷空分的技术进步最显著的表现就是空压机出口压力的不断降低，由所谓的高压流程而中压流程，目前则是所谓的全低压流程。其实所谓的全低压流程，只是描述双塔流程的标准工艺方案，在这样的工艺方案下，液体产品数量接近在氧气产量的10%以下，空气开式热泵一膨胀制冷液化的能耗几乎完全包涵在空分气体产品单耗中！而对于采用内压缩工艺方案和液体产品数量较大的产品方案（内压缩的部分压力能由冷能转化而来），则需要采用所谓的双膨胀工艺方案，虽然空压机出口压力仍然在6bar以下，但却增设所谓的空气增压机，而增压机的出口压力则是30-40bar之间甚至更高，当然也就不是所谓的全低压流程了，一个被忽略的问题是全低压工艺方案（双塔流程标准工艺方案）和双塔流程双膨胀工艺方案（空压机加增压机工艺方案）之间开式热泵精馏的有效能效率完全一致，而空气开式热泵一膨胀制冷液化的有效能效率则存在重大的差距！
5 K  M6 `: z# x& h% r/ F# n   其实对于空气开式热泵精馏而言，对于空压机出口压力的要求从来都是在6bar以下（由纯化器阻力正返流阻力，主冷凝器换热温差，上塔液氧纯度及液氧侧静压及上下塔塔阻力决定），而之所以有高压流程，中压流程，全低压流程的区分，其原因在于制冷液化工艺方案和制冷量的不同，和开式热泵精馏的工艺方案和效率无关，开式热泵精馏的工艺方案有所谓的单热泵精馏和双热泵精馏及多热泵精馏工艺方案，而开式热泵精馏的效率则决定开式热泵精馏的工艺方案和理论塔板数及精馏塔阻力。在采用等温焓差制冷的情况下，空分装置采用所谓高压流程，随着膨胀机制冷（所谓的卡皮查循环）的运用和效率的不断提高，空压机出口压力不断降低，所谓的高压流程完全退出了深冷空分的历史舞台。目前深冷空分双塔流程一般都称为全低压流程，其实这是一个大而化之的说法，采用所谓单膨胀工艺方案的深冷空分流程当然可以称之为全低压空分流程，而采用双膨胀工艺方案的深冷空分装置，增压机的出口压力达到30bar以上，增压机毫无疑问也是空压机，所谓双膨胀工艺方案毫无疑问是中压流程！增压机和空压机的唯一区别仅仅在于是将原料空气一次性加压至30bar以上，还是先用空压机加压至5.6bar，空气纯化后再增压至30bar以上（增压机的压缩量可以小于空压机压缩量也可以大于空压机压缩量）。从严格意义上说，只有采用单膨胀工艺方案（膨胀制冷后的空气进入上塔）双塔流程空分装置才是所谓的全低压流程，而采用双膨胀工艺方案或单高温膨胀工艺方案的空分装置并不是所谓的全低压流程，而是中压流程，或者更准确地说是中低压结合的空分流程。这是从空压机出口压力对空分流程进行划分，是表面的也是肤浅的。
- J7 h' U  M1 S7 f! L   空分装置是空气开式热泵精馏和空气开式热泵一膨胀制冷液化的联合装置，无论是全低压空分流程还是中低压空分流程对于开式热泵精馏而言都是一样的，但是对空气开式热泵一膨胀制冷液化而言则有非常重要的区别，全低压流程和中低压流程空气开式热泵一膨胀制冷液化效率是否存在重大的差距，这是一个没有深入讨论的问题。这个问题的关健在于空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案和工艺参数的优化。

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   这是空分原理极为重要的基础性问题。