外行学空分（291）一一空气的氧氮氩三元物系精馏工艺方案（十一）

Yb2021

     五，除了外供液空，液氮，液氧以维持空气精馏过程稳态化运行的空分装置（这个在空分装置膨胀机出现故障时可以短时间维持空分装置的运行，作为空分装置是不完整的）外，所有的空分装置都是空气开式热泵精馏和以空气为循环工质的开式热泵一膨胀制冷液化的联合装置。空气开式热泵精馏毫无疑问是空气精馏分离过程的核心部分，但以空气为循环工质的开式热泵一膨胀制冷液化也是空气精馏分离的必要组成部分。空气精馏分离过程的能耗水平既决定于空气开式热泵精馏的效率（主要方面），也受到空气开式热泵一膨胀制冷液化效率的重大影响（次要方面）。
    六，空气开式热泵精馏和空气开式热泵一膨胀制冷液化对空压机的出口压力的要求是不同的。对于空气开式热泵精馏而言，如果不选择以空气为循环工质的开式热泵，那么空压机的作用仅仅是空气精馏原料气的输送设备，在目前实际工程条件下，空压机出口压力可以低至1.3bar，如果选择以空气为循环工质的开式热泵精馏，那么在目前实际工程条件下，空压机出口压力在4.0-5.6bar之间（其中双塔流程空压机出口压力5.6bar，新单塔流程空气，氮气双热泵工艺方案空压机出口压力为4.0-4.3bar）。对于开式热泵一膨胀制冷液化而言，开式热泵液化和膨胀制冷对空压机的出口压力的要求也是不同的，用于液化的开式热泵空气压力在实际工程条件下（如果是无阻力无换热温差无散冷损失则用于液化和膨胀制冷的空气压力对开式热泵一膨胀制冷液化效率无影响，开式热泵一膨胀制冷液化效率只决定于空压机，涡轮增压机及膨胀机的设备性能参数）效率最高的是38bar（空气临界压力），而目前的膨胀机实际上类似于航空发动机的涡喷发动机，是两级膨胀（喷嘴一级，叶轮一级），膨胀比在10以内！如果采用轴流式的膨胀机（类似于航空涡扇发动机）则膨胀比不受10以内的限制！在目前实际设备性能参数及工程条件下，开式热泵一膨胀制冷液化效率随着空压机出口压力的升高而升高。空压机出口压力6bar，在目前设备性能参数及实际工程条件下，空气开式热泵一膨胀制冷液化效率在20%左右。空气液化率只有4%-5%！如果空压机出口压力提高至36-38bar，在目前设备性能参数及实际工程条件下开式热泵一膨胀制冷液化效率可以达到30%-35%！空气液化率可以达到18%左右，空气液化率是前者的四倍左右。而开式热泵一膨胀制冷液化效率是前者的一倍左右！如果空压机出口压力保持6bar，增设增压机将空压机出口压力空气中约10%-15%增压至38bar，用于正流空气液化（具体需要增压的空气数量以全部液化为准），其余未增压的压力空气经涡轮增压后用于膨胀制冷。则空气液化率可以达到8%-10%左右。虽然压缩功耗增加10%-15%，但空气液化率增加近一倍，液化效率达到30%-35%！任何空分装置，不论是制氮，制氧还是氧氮氩三元物系精馏分离，都需要以空气为循环工质的开式热泵一膨胀制冷部分，以补偿主换热器热端温差造成的冷损及散冷损失并生产液体产品，空气增压机（出口压力38bar，空气临界压力）都是必要时配备！
七，空分装置中有所谓的高温膨胀机和低温膨胀机之分别，空分装置中同时采用高温膨胀机和低温膨胀机的称为双膨胀工艺方案。从膨胀机制冷效率（不是制冷系数）分析，在设备性能参数一样极限工程条件下，的情况下，高温膨胀机的制冷效率显著低于低温膨胀机制冷效率！膨胀机进口温度越高，膨胀机制冷效率越低！即使在在实际工程条件下，大体上也是如此！相关内容请参阅有关膨胀机制冷效率的帖子。
4 N$ q1 H' E# U7 ^$ @% V' A   八，空分装置是开式热泵精馏和开式热泵一膨胀制冷液化的联合装置，而开式热泵精馏和开式热泵一膨胀制冷液化对空压机出口压力的要求是不同的，开式热泵精馏对空压机出口压力的要求是4.0bar-5.6bar之间，而开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案中对正流空气压力的优化工艺参数是38bar（空气临界压力），要求的空压力出口压力在38bar左右，两者之间差距甚大！为了协调两者之间不同的要求。需要分别设置空压机和增压机，空压机出口压力4.0bar-5.6bar满足开式热泵精馏对空压机出口压力的要求，增压机出口压力在38bar左右，满足开式热泵一膨胀制冷液化对用于液化的正流空气压力的要求。有关的内容请参阅双塔流程全低压工艺方案的缺陷的帖子！