外行学空分（289）一一空分的氧氮氩三元物系精馏工艺方案（九）

Yb2021

" A# U3 C. I* _2 p
     前面几个帖子分别讨论了氧氮二元物系精馏工艺方案及近似氧氮二元物系精馏工艺方案和氧氮氩三元物系精馏工艺方案的重大区别，又讨论了基于双塔流程的氧氮氩三元物系标准精馏工艺方案和基于新单塔流程的氧氮氩三元物系基本精馏工艺方案。又讨论基于双塔流程的氧氮氩三元物系标准精馏工艺方案和基于新单塔流程的氧氮氩三元物系基本精馏工艺方案的异同之处。又讨论了不同液体产品数量比例下基于新单塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案的调整。现在讨论一下基于新单塔流程的氧氮氩三元物系基本精馏工艺方案和基于双塔流程的氧氮氩三元物系标准精馏工艺方案的比较。
* G9 e. m: T8 Y7 u; n5 M8 m    要进入两者比较之前，首先必须先对几个问题做一下说明。
     一，下面所有的讨论如果不加说明的话，均以处理标准状态干空气50000NM3每小时为基准。计算空压机压缩功耗时，实际空气的进口状态温度，相对湿度需要进行调整，一般而言比以标准状态干空气计算的结果要大300KWh。
6 V8 x3 L% l" w* Y; ?    二，设备性能参数均为压缩等温效率70%，膨胀机绝热效率85%，实际工程条件为换热器换热温差2K，纯化器，主换热器，精馏塔的阻力为0.1bar，空分装置散冷损失25KWh每小时。
& u8 Y# L$ `& J    三，由于空分装置的能耗核算非常混乱，比较时只比较氧氮氩三元物系一一空气精馏分离的总能耗而不进行具体产品的分摊，也不计算用于补偿散冷损失及主换热器冷热端换热温差造成的冷量冷能损耗的开式热泵一膨胀制冷液化功耗。
    四，由于压缩计算的影响因素很多，非常专业！为了简化起见，以每立方米标准状态干空气两段压缩至5.6bar，压缩功耗0.07KWh为基准，按照相同等温效率的原则确定每立方米标准状态氮气两段压缩至5.4bar，压缩功耗0.063KWh，每标准立方米氮气压缩至2.1bar，压缩功耗0.025KWh，每标准立方米干空气两段压缩至4.3bar，压缩功耗0.06KWh。每标准立方米工艺氩气一段压缩至2.3bar，压缩功耗0.04kWh。
  f4 Z7 ^5 W; ~6 Y    首先比较一下基于双塔流程的氧氮氩三元物系标准精馏工艺方案和基于新单塔流程的氧氮氩三元物系基本精馏工艺方案中用于开式热泵精馏的压缩功耗。
    基于双塔流程的氧氮氩三元物系标准精馏工艺方案有两种情况，一是空气数量的90%进入下塔，氧气产品纯度99.5%-99.7%，氩提取率75%-90%！二是空气全部进入下塔，氧气产品纯度99.8%，氩提取率90%以上。
. o0 U8 u4 c9 X* M# k1 D& m    基于双塔流程的氧氮氩三元物系标准精馏工艺方案第一种情况下，用于开式热泵精馏的循环工质压缩功耗3150KWh，第二种情况下用于开式热泵精馏循环工质压缩功耗3500KWh。其实在第一种情况下，为了实现空分装置的所谓冷量平衡（实际上塔深冷液体平衡），空压机出口压力不是5.6bar，而是在6.6bar以上，空压机压缩功耗增加的10%！
    基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气基本精馏工艺方案也有两种情况，一是空气数量的20%进入设置在空分塔底部的空气冷凝器（包括增压至38bar的压力空气），22000NM3复热至常温后的氮气两段压缩至5.4bar在主换热器换热后进入设置在空分塔底部的氮气冷凝器中，14000NM3工艺氩气复热至常温压缩（或者深冷压缩）至2.3bar在主换热器换热后其中13580NM3工艺氩气进入设置在空分塔底部的工艺氩气冷凝器中，另420NM3压力工艺氩液体去精氩塔底部的工艺氩气冷凝器，这种情况下气氧纯度99.5%-99.7%，氩提取率75%-90%！第二种情况，其它不变工艺氩气压缩量增加4000NM3至18000NM3，这样气氧纯度99.8%，氩提取率90%以上。第一种情况用于开式热泵精馏的循环工质压缩功耗2550kWh！第二种情况用于开式热泵精馏循环工质压缩功耗2700KW！而对应的基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案中用于开式热泵精馏的压缩功耗为3150KWh-3500KWh！
' Z' J4 r& I' j) Q0 G5 U6 y. K    空分装置中气体产品的单耗不仅包括用于开式热泵精馏的循环工质压缩功耗，还包括用于补偿主换热器冷热端换热温差造成的冷能损失及空分装置散冷损失，两者合计共130-140KWh（是冷能损失不是冷量损失，冷能损失是冷量的2.2倍左右），如果开式热泵一膨胀制冷液化效率30%-35%，这部分的功耗约400KWh！另外由于实际空气中含有水份，一般情况下空压机压缩功耗增加300kWh！
0 ]+ R; a! _' H9 C3 ~% Z& F   
) y" Z, K+ `& ~( F  a   

Yb2021

   对于环境温度以上的精馏过程而言，蒸汽冷却水是公用工程，在此基础上有了标准常规精馏，双效精馏及多效精馏。
2 g6 x- j6 l+ E, S    对于环境温度以下的精馏过程，无法运用蒸汽冷却水这样的公用工程组织精馏过程，只能以精馏原料气，低沸点组分及精馏中间产物为循环工质的开式热泵替代蒸汽冷却水这样的公用工程供冷供热组织精馏过程，开式热泵中的压力气体其作用相当于蒸汽，低压液体作用相当于冷却水！

Yb2021

   空分装置都是开式热泵一膨胀制冷液化和开式热泵精馏的联合装置，基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏和基于新单塔流程的氧氮氩一一空气精馏的能耗比较，首先必须把用于开式热泵精馏的开式热泵循环工质压缩功耗分离出来进行比较！