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带氮气循环增压机的液氧泵内压缩流程(一)
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  林德工程(杭州)有限公司  张 燕,杨学申  
  

1 氮气循环增压内压缩流程优缺点
  德国林德公司于20世纪70年代开发了第一台液氧泵内压缩流程的空分设备。但这套用于印度Navmada一家化肥厂的35100m3/h空分设备,不是目前通用的利用空气增压机产生的高压空气作为热源在主换热器内汽化高压液氧,而是采用氮气循环增压机,将压力塔顶部的气氮经换热器复热后,再经氮气循环增压机压缩成高压氮气,高压氮气进入高压换热器汽化液氧,而自身被液化后再循环进入压力塔。时隔3年后的1979年,林德公司向我国的浙江镇海炼油厂、宁夏化工厂和乌鲁木齐化肥厂提供的3套28000m3/h空分设备中,又一次推出了采用氮气循环增压机的液氧泵内压缩流程。
  当时不采用目前普遍使用的采用空气增压机的内压缩流程,而采用氮气循环增压机的内压缩流程的主要原因有两个:
  (1)这3套28000m3/h空分设备采用的还是切换式换热器冻结法清除空气中的水分和二氧化碳的流程。空气进冷箱之前还没有一股干燥并含极微量二氧化碳的空气,如采用未净化的空气作为增压空气,那么这股空气在与返流的低温介质进行热交换时,空气中的水分及二氧化碳必然会冻结在高压空气通道中。而将出冷箱的低压氮气压缩至所需的压力,再送入主换热器,就避免了这个问题。
  (2)由于这3套空分设备要求的生产能力:压力为9.6MPa的氧气28000m3/h和压力为8.OMPa的氮气37000m3/h。经当时计算,氮气出循环增压机的压力达12MPa。因而采用氮气循环增压机不仅解决了汽化高压液氧的热源,还满足了用户对高压氮气的要求,比采用空气增压机节省了1台大流量的高压氮压机,大大节省了设备的投资。
  但是,如果能有一股从原料空气压缩机来的净化空气作为汽化高压液氧的热源,那么采用氮气循环增压内压缩流程有很大的缺点,即与空气增压内压缩流程相比,它的能耗较高,主要有以下几点原因: ·
  (1)氮气用于换热和冷凝,其性能比空气差。例如空气冷凝温度比氮气冷凝温度高,如果要达到同样的冷凝温度,就要使氮气的增压压力高于空气的增压压力;空气的冷凝热也要比氮气的高,汽化同样的高压液氧所需的氮气量也要比空气量大。
  (2)空气增压流程气体在主换热器内的不复热损失要小于氮气循环增压流程的不复热损失。因为采用空气增压流程,这部分空气仅仅是1次进入主换热器,因而它的不复热损失仅仅是1次;而氮气循环增压流程,其氮气作为原料空气的一部分进入主换热器,形成了第一次的不复热损失,出主换热器的氮气增压后又进入主换热器,造成了第二次的不复热损失。
  (3)由于氮气循环增压流程需要从精馏塔中抽取大量的氮气作为蒸发氧气的气源,其气量相比于空气循环要大得多。直接从中压塔顶部抽取的氮气量太多,会影响精馏塔内的回流比,破坏原先良好的精馏效率,导致产品氧气、氩气的提取率迅速下降,空气压缩机流量增大,整套装置能耗增高。正因为氮气循环增压流程具有能耗高的缺点,在出现了常温吸附净化空气流程后,空气增压的内压缩流程代替了氮气循环增压的内压缩流程。

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