Sissejuhatus
Tööstuslikus gaasitootmises on õhueraldusseade (ASU) põhiseade, mida kasutatakse peamiselt selliste gaaside nagu hapnik, lämmastik ja argoon õhust eraldamiseks ja kasutamiseks. Seoses kasvavate energiakulude ja kahe süsinikusisaldusega eesmärkidega on ASUde energiatõhususe parandamine muutunud tööstuse põhifookuseks. Hiljutises uuringus, milles kasutati näiteks 60 000 Nm³/h krüogeenset õhueraldusseadet konkreetses tehases, kasutati protsessi modelleerimiseks ja optimeerimiseks tarkvara Aspen Plus, saavutades märkimisväärset energiasäästu ja majanduslikku kasu, pakkudes tööstuse jaoks väärtuslikku juhtumiuuringut.
Krüogeense õhueraldusseadmete tööpõhimõte
Krüogeense õhueraldusprotsess eraldab peamiselt gaasikomponendid õhust selliste etappide kaudu nagu õhu kokkupressimine, eeljahutamine, soojusvahetus ja destilleerimine. Esmalt survestatakse ja jahutatakse õhku kompressoriga, seejärel jahutatakse sügav-umbes -170 kraadini ekspanderi abil. Seejärel eraldatakse hapnik ja lämmastik kõrg-{5}}- ja madalsurvedestillatsioonitornides.
Ülemine ja alumine torn on sõltumatud, kuid ühendatud torujuhtmetega: kõrgsurvetorn hoiab rõhku ligikaudu 0,55 MPa ja madalrõhutorn ligikaudu 0,14 MPa. Gaas kondenseerub torni ülaosas, tekitades vedelat lämmastikku, millest osa voolab edasi ülemisse torni edasiseks destilleerimiseks, saades kõrge -puhtusastmega lämmastikugaasi või vedela lämmastiku tooteid.
Selle protsessi energiatarbimine koondub peamiselt kokkupressimise, jahutamise ja destilleerimisetappidesse. Seetõttu on energiatõhususe parandamisel võtmetähtsusega soojuskoormuse ja etteandeparameetrite optimeerimine.
Simulatsiooni modelleerimise roll protsesside optimeerimisel
Uurimisrühm kasutas Aspen Plusi õhueraldusseadme digitaalse mudeli koostamiseks, mis hõlmas võtmeseadmeid, nagu kompressorid, soojusvahetid, pumbad ja destilleerimistornid. Simulatsiooni tulemuste võrdlemine disaini spetsifikatsioonidega näitas, et mudeli viga oli 1%, mis näitab selle suurt täpsust ja energiasäästu kontrollimise ja parameetrite optimeerimise potentsiaali. Simulatsioonianalüüs keskendus neljale põhitegurile:
Sööda asukoht
Toitevool
Destillatsioonikolonni töörõhk
Sööda temperatuur
Need parameetrid mõjutavad üheskoos torni soojuskoormust, vedela lämmastiku saagist ja puhtust ning määravad seega süsteemi üldise energiatõhususe.
Protsessi parameetrite mõju energiasäästule
Sööda asukoht
Hoides muid tingimusi konstantsena, leiti uuringus, et söötmiskoha määramine alusele 33 andis madalaima ja stabiilseima torni soojuskoormuse, muutes selle optimaalseks etteandepunktiks.
Toitevool
Toitevoolu kiiruse suurendamine suurendab vedela lämmastiku saagist, kuid vähendab puhtust. Kui madalama torni etteandekiirust reguleeritakse 804 kmol/h, saab saagist suurendada, säilitades samal ajal lämmastiku puhtuse (99,999%).
Temperatuuri reguleerimine
Toitetemperatuur on positiivses korrelatsioonis vedela lämmastiku voolukiirusega, kuid liiga kõrge temperatuur võib mõjutada hapniku ja argooni eraldamist, samas kui liiga madal temperatuur suurendab energiatarbimist. Uuring määras optimaalseks töötemperatuuriks -173 kraadi.
Nende parameetrite reguleerimisega saab õhueraldusseade saavutada suurema väljundi, säilitades samal ajal sama energiatarbimise, saavutades eesmärgi "energiasäästu ja tõhususe parandamine".
Praktiline rakendus ja majandusliku kasu analüüs
See optimeerimislahendus võeti gaasitehases kasutusele 2022. aastal. Tulemused näitasid, et jaam suudab stabiilselt töötada 120% nimikoormusel, suurendades oluliselt toodangut:
Lämmastiku tootmine suurenes 450 kmol/h;
Keskrõhu{0}}vedela lämmastiku tootmine suurenes 625 kmol/h;
Madalrõhuga vedela lämmastiku tootmine suurenes 281 kmol/h.
Samal ajal vähenes destilleerimiskolonni õhusoojuskoormus 7,48%, säästes ligikaudu 721 000 jüaani aastas elektrikulu. Turuhindade põhjal ulatus aastane majanduslik kogukasu ligikaudu 4,6 miljoni jüaanini. See saavutus näitab protsesside optimeerimise olulist väärtust tööstuslike gaasitootjate jaoks.
Järeldused ja mõju tööstusele
See uuring demonstreerib krüogeensete õhueraldusseadmete energiasäästu optimeerimise teaduslikku lähenemisviisi ja praktilisi tulemusi. Täiustatud simulatsioonitarkvara, nagu Aspen Plus, võimaldab varakult ennustada süsteemi jõudlust protsessi kavandamise etapis, vähendades proovi{2}}ja-vigade kulusid.
Gaasitootjate jaoks on sellel digitaalse protsessi optimeerimisel kolm peamist mõju:
Simulatsioonil{0}}põhinevate otsuste-tegemine: simulatsioonimudelid võimaldavad protsesside visualiseerimist ja dünaamilist analüüsi. Energiasääst ja kasumlikkus käivad käsikäes: protsesside optimeerimine mitte ainult ei vähenda energiatarbimist, vaid suurendab otseselt tootmist ja kasumit.
Keskkonnasäästliku tootmise suundumused: ülemaailmse süsinikuheite vähendamise poliitika karmistamisega peab õhueraldustööstus jätkama energiasäästliku{0}muutmise ja intelligentsete uuenduste edendamist.
Tulevikus integreeritakse krüogeensete õhueraldusseadmete optimeerimise suund veelgi AI ennustava juhtimise, digitaalsete kaksiksüsteemide ja integreeritud EPC-tehnoloogiaga, et saavutada täielik elutsükli energiatõhususe juhtimine alates projekteerimisest kuni kasutamiseni.
