话题 | 外行学空分(148)一一双塔流程的提氩(五)

前几个帖子介绍了以氮一氧氩空分塔配合常规精馏的粗氩塔的提氩流程，也简单分析了氮氩一氧空分塔配合粗氩冷凝塔的提氩流程。其实空分塔和提氩流程是互相制约的，如果空分塔采用氮氩一氧空分塔，则进入下塔的空气数量必须达到空气总量的80一85%，就没有足够的压力空气可以用于常规精馏的提氩装置了，提氩只能采用粗氩冷凝塔流程。如果空分塔采用氮一氧氩空分塔，那么进入下塔的空气数量只需要达到空气总量的60一70%，就有足够的空气量可以用于常规精馏布局的提氩流程的再沸器作为热源。之所以现在采用的是氮氩一氧空分塔配合粗氩冷凝塔的提氩流程，而氮一氧氩空分塔配合粗氩塔(常规精馏)的提氩流程，那就是一个路径依赖的问题了。粗氩冷凝塔其实就是所谓增效塔的升级版！在规整填料出现全精馏提氩成为可行之前，深冷空分流程已经完成了从氮一氧氩空分塔向氮氩一氧空分塔的转变。
    现在我们已经知道所有的深冷空分流程都是开式热泵精馏流程，当然提氩流程也可以采用开式热泵精馏流程！先讲两个问题，一是开式热泵精馏流程的提氩以含氩10%的氩馏分为提氩流程的原料气，之所以不采用含氧95%的氧氩混合气直接作为提氩流程的原料气，是因为存在一定的困难，以含氧95%的氧氩混合气直接作为提氩装置的原料气存在的困难和解决的办法，后面会有专题的叙述(可以解决，但和以富氩馏分为原料气相在现在工程条件下能耗较高。)，先不展开了。第二个问题是空分塔的氧气产品是否进入粗氩塔作为上升气，这个问题其实无关紧要，送入粗氩塔则氧气产品全部从粗氩塔产出，还送入粗氩塔则空分塔和粗氩塔氧气产品的比例大约是六比四，两者汇合后离开空分装置。但以送入粗氩塔作为上升气为有利。
    提氩的开式热泵精馏流程当然采用粗氩作为热泵循环工质，其压缩量及压力因粗氩中的氮气含量不同而变化，粗氩中的氮气含量高则需要的压缩量及压力都需要相应提高，总的要求是粗氩塔底部的氧气气化量达到空分装置的氧气产量的1,2倍，以满足粗氩塔提馏段气液比的要求，大约压缩量是空分装置的氧气产量的1,3倍压缩比约为2左右。其能耗大约是空分塔精馏能耗的10%！(如果是深冷压缩，应以压缩功耗的4倍计算能耗，如果是复热常温压缩当然以实际功耗计算能耗，考虑到复热的阻力以深冷条件下压缩为有利。)无论空分塔氧气产品是否送入粗氩塔作为上升气以上的粗氩压缩量及压缩比均不会发生变化。 
    其实任何一个精馏塔都存在一个精馏段液气比和提馏段气液比如何协调的问题，只是程度不同而已，如果严重不协调将导致精馏塔的精馏效率大幅度下降！无论是空分塔还是粗氩塔精氩塔都存在这个问题！只不过以富氩馏分为粗氩塔精馏原料气比以含氩95%的氧氩混合气直接作为粗氩塔原料气略好一些而已！这个问题可以通过增设热泵而得到解决！例如开式热泵粗氩塔流程中增加一个以含氩25%的气体为循环工质的热泵，其压缩量和空分装置的氧气产量相同，则粗氩压缩量可以降低到空分装置的氧气产量的0,4倍，其能耗可以比单热泵精馏降低40%左右！