深度剖析深冷空分提氩流程!
2016-01-06 11:28阅读：
空气的主要成分是氮氧氩,其中氩气的含量约占百分之一!氩气作为比氮气更为可靠的惰性气体{氮气在一般情况下可以认为是惰性气体,但在高温和一些情况下却是,它可以氧或者金属发生化学反应!},而氩气则不然,基本上在任何条件下都是惰性的,都不会发生化学反应!因此在高温焊接等领域获得了广泛的运用,但要大规模地生产氩气并不容易,唯一的办法就是通过空气精馏分离取得,而这并不是一个简单的事情,大家知道深冷空分工业化已经有了一百多年的历史,但是完全通过精馏分离而得到氩气却是晚近的事情,这就是所无氢全精馏提氩,被认为是深冷空分技术的一项重大的进步,这是为什么呢?
我们还是从深冷空分传统的双塔流程讲起,由于空气的成分主要是氮气氧气,因此氩气也就不可能在深冷空分主流程中提取,而只能从富氩测出气中提取!双塔流程分为压力不同的上下塔,下塔是一纯精馏塔{一个完整的精馏过程包括精馏和提馏两个部分,它们都是精馏但有时也加以区分,这里精馏的涵义就是对应于提馏而言的!},由于氩在沸点在氧氮之间但接近于氩,因此在下塔中根本就没有氩气的富集区,也就不可能在下塔设置富氩侧出气引出口,当然不能在下塔引出富氩气进行提氩操作还有其它原因就不展开说明了,总而言之在下塔完全不可行!
在双塔流程的上塔以富氧液空为界有上下两个富集区,所以双塔流程的提氩流程一般都有两个侧出气引出口,但都在膨胀空气入口以下的提馏塔!这就够复杂了!但是麻烦还不止这些,由于氩的富集程不高,一般情况下只能达到十倍左右,富氩引出气的数量很大,加上提氩流程和深冷空分主流程还有其它的关联,主流程和提氩流程事实上被紧密地捆绑在一起,不可避免地形成联动效应,于是乎提氩成为了深冷空分难点!
我讲过由于地球环境中不存在低于氧氮沸点以下的温度,因此任何可行的深冷空气精馏分离一定是自热精馏流程,当然也就是彻底的热泵精馏流程!双塔流程也不是例外,但是对于这一点深冷空分技术界并没有能够认识到,当然也就不可能自觉地运用热泵精馏思路来解决精馏提氩问题,那么他们是如何来解决这个问题呢?当然也就只能回到最古典的精
馏流程上来,那就是通过蒸汽冷却水来组织提氩流程,当然这里的蒸汽冷却水并不是实指而是指功能相同的东西,这些当然也只能来自深冷空分主流程!它们是什么什么?
富氩气的成分是氧和氩还有少量的氮气!最主要的工作是实现氧氩分离,但是要实现氧氩精馏分离却存在着很大的实际困难,氧氩的沸点仅相差3K!要实现完全分离需要很大的塔板数或者回流比,塔板数太大阻力随之增加{那个规整填料还没有在深冷空分得到运用!}不可行!回流比太大对主流程冲击太大{蒸汽冷却水只能来自主流程,但那是有限度的,数量太大主流程操作就崩溃了!}也不可行!因此也就只能是有氢提氩,什么是有氢提氩?既然精馏不可能把粗氩中的氧含量降到要求的范围,那就不留点吧,让氢气去把它处理掉的,这当然也是无可奈何的事,后来随着规整填料的出现,这个问题才得到解决,因为规整填料在同样理论塔板数的情况下阻力小得多,这样在阻力允许的情况下就可以有更多塔板数,问题解决了,氢气不再必要!
现在来解释一下来自主流程的蒸汽和冷却水是什么东西!任何精馏过程都需要输入热量到再沸器使高沸点组分液体蒸发作为上升气进行提馏,也需要从冷凝器输出热量使低沸点组分冷凝回流从而实现精馏!提氩当然也不能例外,那么来自主流程的蒸汽是什么呃?就是来自下塔带压力的氮气!冷却水是什么呢?那就是来自下塔的液氮和富氧液空!了解了以上的情况,千变万化的双塔流程提氩流程也就一目了然了!
现在来讲讲单塔热泵空分流程的提氩流程!首先单塔热泵空分流程中只有一个氩的富集区,因此也就只有一个提氩引出口!相对于双塔流程的两个引出口单纯多了!这还仅是一个小问题!最大的问题是来自主流程的蒸汽冷却水也就不需要了!既然单塔热泵空分流程可以通过直接以氮气为循环工质的热泵精馏在单塔内实现氧氮完全分离,提氩流程当然也就可以通过以氩气{实际上是粗氩含有氮气}为循环工质的热泵精馏实现氧氩完全分离,这难道还有什么好奇怪的吗?
