外行学空分（310）一一新单塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案详解（二）

Yb2021 · 发表于 2023-7-30 07:44:33

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本帖最后由 Yb2021 于 2023-12-29 06:47 编辑

   基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案和基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案从精馏组织方案大的而言是完全一致的，都是采用隔板模型优化后的依次精馏方案，其中基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案，上塔氩馏分引出口以上是氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔，是依次精馏方案的第一精馏塔，粗氩冷凝塔加氩馏分引出口以下的上塔是氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔，是依次精馏方案的第二精馏塔，其中粗氩冷凝塔是氮氩一氧精馏塔的精馏段，氩馏分引出口以下的上塔是氮氩一氧精馏塔的提馏段。而精氩塔则是依次精馏方案的第三精馏塔一一氮一氩氧精馏塔近似氮氩精馏塔，习惯上称为为精氩塔！。
基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案也是经隔板模型优化后的依次精馏方案，其中空分塔氩馏分引出口以上是氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔，是依次精馏方案的第一精馏塔。粗氩冷凝塔加氩馏分引出口以下的空分塔是氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔，是依次精馏方案的第二精馏塔，其中粗氩冷凝塔是氮氩一氧精馏塔的精馏段，氩馏分引出口以下的空分塔是氮氩一氧精馏塔的提馏段，而精氩塔则依次精馏方案的第三精馏塔，是氮一氩氧精馏塔近似氮氩精馏塔或者称为脱氮塔，精氩塔。
基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案采用冷凝一蒸发器设置在空分塔底部的空气，氮气，工艺氩气为循环工质的三开式热泵供冷供热方案，而基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案采用以空气为循环工质的一拖二（多）开式热泵供冷供热方案。从供冷供热方案而言，氮一氩氧精馏塔采用空气，氮气双开式热泵供冷供热方案，氮氩一氧精馏塔采用以工艺氩气为循环工质的单开式热泵供冷供热方案。氮一氩氧精馏塔近似氮氩精馏塔（精氩塔）采用工艺氩气，氮气为循环工质冷凝一蒸发器设置在精氩塔（脱氮塔，依次精馏第三精馏塔，氮一氩氧精馏塔近似氮氩精馏塔）的双开式热泵供冷供热方案。基于双塔流程的氧氩氮三元物系依次精馏工艺方案采用以精馏原料空气为循环工质的一拖多开式热泵供冷供热方案。其中氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔采用以空气为循环工质的的一拖二开式热泵供冷供热方案。氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔采用以压力氮气（由所谓下塔分离而得的压力氮气）冷凝供热，减压后的富氧液空液体在蒸发一冷凝器（粗氩冷凝器）中蒸发气化供冷方案。氮一氩氧精馏塔近似氮氩精馏塔采用以压力氮气在冷凝一蒸发器中冷凝供热，减压后的液氮在蒸发一冷凝器中蒸发气化供冷方案。
精馏技术经历了手工业时代的蒸馏一冷凝技术，工业时代的标准常规精馏及双效精馏和多效精馏技术及单热泵多热泵精馏技术三个阶段，其中第二阶段的改进在于精馏过程本身，精馏塔内增设塔板和填料强化精馏过程的气液相之间的热质交换，相应增加低沸点组分的冷凝回流（蒸馏本身就有回流，又可称为提馏气，回流气），从而实现二元物系高低沸点组分在一个精馏过程中实现完全精馏分离，再也不需要为了取得高纯度低沸点组分（例如水-乙醇二元物系中的乙醇）而重复蒸馏-冷凝，同时大大提高了乙醇的提取率！双效精馏及多效精馏和单热泵及多热泵精馏技术相对于标准常规精馏的改进在于供冷供热方案的改进，标准常规精馏采用公用工程蒸汽和冷却水实现精馏过程的供冷供热，双效精馏及多效精馏除了蒸汽冷凝供热外，还用蒸汽再沸器加热产生的压力较高的低沸点组分产品气体作为精馏塔的供热（通过加压塔和常压塔之间的冷凝器实现），除了用冷却水供冷外，还用减压后的低沸点组分液体和高低沸点组分液体蒸发气化实现精馏过程供冷。而开式热泵精馏技术则是采用以精馏原料气，低沸点组分或高低沸点混合组分为循环工质的开式热泵为精馏塔供冷供热，而精馏过程本身则基本一致（供冷供热方案的不同，当然会导致精馏塔上升气，下降液的组分和数量的变化，这是理所当然毫不奇怪的）！至于为什么采用开式热泵供冷供热精馏方案而不是标准常规的闭式热泵供冷供热精馏方案则可以参阅前面的相关帖子一一开式热泵和闭式热泵。
   二元物系组分常压下沸点在环境温度以上的精馏塔一般采用在保留蒸汽再沸器和冷却水冷凝器基础上的单热泵及多热泵精馏技术，开式热泵循环工质从精馏塔直接引出气相组分（低沸点组分或高低沸点组分混合气体）压缩后在设置在精馏塔底部的冷凝器（与精馏塔底部的蒸汽再沸器并列）中冷凝为液体，节流减压后进入精馏塔作为回流液，从而大幅度降低蒸汽再沸器和冷却水冷凝器的蒸汽和冷却水等公用工程的消耗。
组分沸点在环境温度以下的精馏过程无法采用公用工程蒸汽再沸器和冷却水冷凝器为精馏过程供冷供热，只能采用完全自热精馏过程即完全开式热泵供冷供热方案（理论上也可以采用闭式热泵供冷供热，但只适用于组分沸点在环境温度附近的精馏过程，供冷供热效率和流程简化均不如开式热泵）。其中基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案是以空气为循环工质的一拖二开式热泵供冷供热方案（供热为96K的压力氮气冷凝潜热，供冷为79K的液氮蒸发气化潜热及84K的富氧液空（氧含量约40%）蒸发气化潜热，96K的压力氮气冷凝潜热等于79K液氮蒸发潜热和84K富氧液空蒸汽潜热之和！）！而基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案则采用以空气，氮气，工艺氩气为循环工质的三开式热泵供冷供热方案。其中供热是96K的压力空气，压力氮气，压力工艺氩气冷凝潜热，三者冷凝潜热之和等于基于双塔流程的压力氮气冷凝潜热。供冷则为减压后的79K的液氮蒸发气化潜热，82K的液空蒸发气化潜热，88K的工艺氩气蒸发气化潜热。
与以空气为循环工质的开式热泵供冷供热方案不同（以空气为循环工质的开式热泵供冷供热方案的开式热泵循环工质复热常温压缩可以和精馏原料空气压缩合并，而其复热过程可以和精馏原料和精馏产品换热过程合并），以氮气，工艺氩气为循环工质的开式热泵供冷供热方案的开式热泵循环工质压缩只能在复热常温压缩和深冷压缩中二选一，两者之间各有利弊，复热常温压缩需要增加复热换热器（可以和主换热器合并，但主换热器换热面积增加），同时增加压缩功耗，深冷压缩不需要复热换热器，同时可以降低压缩功耗，但给空分装置带来与深冷压缩功耗等量的冷损！综合考虑，工艺氩气（压缩比2.3），冷凝器设置在空分塔液空入口处的氮气压缩（压缩比为2）适宜采用深冷压缩。冷凝器设置在空分塔底部的氮气压缩（压缩比5.4）适宜采用复热常温压缩！
空分装置中的气体单耗包括三个部分，一是精馏原料空气的输送功耗，二是开式热泵供冷供热功耗，三是补偿空分装置的散冷损失及主换热器冷热端换热温差造成的冷能冷能损失的开式热泵一膨胀制冷液化功耗。毫无疑问其中最主要的部分是开式热泵供冷供热的功耗。
   基于双塔流程的氧氩氮三元物系精馏工艺方案，是经隔板模型优化后的依次精馏工艺方案，其中依次精馏第一精馏塔是氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔，采用以空气为循环工质的一拖二开式热泵供冷供热，粗氩冷凝塔是依次精馏第二精馏塔氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔的精馏段（氩馏分引出口以下的上塔是氮氩一氧精馏塔提馏段！氮氩一氧精馏塔由下塔压力氮气冷凝潜热供热，由富氧液空蒸发气化潜热供冷。
基于双塔流程的氧氮氩三元物系精馏过程，经历了多个发展阶段，在膨胀制冷技术出现之前，压力空气全部带液节流减压进入下塔，分离为液氮和富氧液空过冷后全部送上塔顶部及中部作为回流液。上塔提馏段回流气液比在0.7-0.75之间，不但大于高于氮一氩氧精馏塔提馏段最小回流气液比，而且也大于氮氩一氧精馏塔提馏段最小回流气液比！但由于尚未采用规整填料，上塔提馏段理论塔板数很少，氧气产品纯度只能达到95%以上（其中含氩4%-5%，氮气含量微乎其微），由于下塔理论塔板数也很少，加上压力空气带液节流减压进入下塔，富氧液空中的氧含量很低（38%左右），下塔分离的液氮数量小，上塔富氧液空至污氮气引出口之间的实际回流液气比小于最小回流液气比，污氮气中的氧含量较高，氧气产品提取率只能达到95%左右，甚至膨胀制冷空气无法全部进入下塔参与精馏。
   膨胀制冷技术出现后，部分压力空气用于膨胀制冷，进入下塔的压力空气数量减少，虽然这个阶段通过塔板改进，上塔理论塔板数有所增加，但由于进入下塔压力空气数量减少，上塔提馏段回流气液比变小，氧气产品纯度并没有显著提高。而上塔污氮气引出口至富氧液空入口处之间的实际回流液气比变小，虽然通过塔板改进，理论塔板数有所增加，但氧气产品提取率并没有显著提高。
规整填料的使用是空气精馏技术的一大进步（下塔一般无法采用规整填料），上塔的理论塔板数大幅度增加，不但膨胀制冷空气可以全部进入上塔参与精馏，而且由于上塔提馏段理论塔板数的大幅度增加，氧气产品纯度突破95%达到99.5%以上。实际上双塔流程的上塔从氮一氩氧精馏塔向氮氩一氧精馏塔转变。
   增效塔方案的运用。即使上塔采用规整填料后，富氧液空入口处至污氮气引出量之间的理论塔板数大幅度增加，但由于富氧液空入口处至污氮气引出口之间的实际回流液气比依然小于最小回流液气比，污氮气中的氧气含量依然较高，氧气产品提取率有进一步提高的空间。增效塔从上塔提馏段引出氩馏分在增效塔中分离，增效塔顶部设置富氧液空蒸发一冷凝器。蒸发气化后的富氧空气返回上塔参与精馏。由于增效塔的运用，使富氧液空入口处的气相中的氧含量降低，富氧液空入口处至污氮气引出口之间的最小回流液气比降低，富氧液空至污氮引出口之间的实际回流液气比大于最小回流液气比，污氮气中的氧含量降低，氧气产品提取率上升！同时增效塔的运用也提高了氧气产品纯度。增效塔本质上就是粗氩冷凝塔的简化版！

Sunqh · 发表于 2023-8-1 08:43:56

比如总结，应该就是几句话的事，尤总还能弄出个1、2、3……8、9、10个长篇，大秀语文。我觉得，可能还是数学与技术的关系更大一点，语文与管理的关系更大。尤总早30年的话，就是个文艺青年。不过尤总多少还是有点进步的，停止缴纳专利年费，每年省下了好几千，这就是进步。

Sunqh · 发表于 2023-8-1 08:36:39

只能说并不是我们做的每件事都有意义。我有时好奇，民科靠什么生存？后来想，民科应该也是有其他工作要做的，玩民科，也许就跟人打牌下棋拉个二胡唱几句京戏，娱乐而已，不一定非要有什么积极意义。

我记得很早前这个网站注册后就能发言，后来不知何时起要手机验证后才能发言，我也就好几年没有发言，只是偶尔上来看看，看有没有自己需要的资料。3年前看到尤总的新奇言论，我才手机验证后发言。本意是想看看一个名校毕业生如何看待空分问题，且作为空分前辈或能指点一二。在看过尤总的三四个帖子后，知道尤总对空分的了解太肤浅，认识错误很多。开始想要纠正尤总的错误，但我不得不承认，对民科实在是一点办法都没有。有时还想看看尤总有什么新的奇葩言论，但很失望，不过就是那么几句翻来覆去，玩文字游戏。