Увод
У индустријској производњи гаса, јединица за одвајање ваздуха (АСУ) је основни део опреме, који се првенствено користи за одвајање и коришћење гасова као што су кисеоник, азот и аргон из ваздуха. Са растућим трошковима енергије и циљевима „двоструког угљеника“, побољшање енергетске ефикасности АСУ-а постало је кључни фокус индустрије. Недавна студија, користећи јединицу за криогену сепарацију ваздуха од 60.000 Нм³/х у одређеном постројењу као пример, користила је софтвер Аспен Плус за моделирање и оптимизацију процеса, постижући значајне уштеде енергије и економске користи, пружајући вредну студију случаја за индустрију.
Принцип рада криогених јединица за одвајање ваздуха
Процес криогеног одвајања ваздуха првенствено одваја компоненте гаса од ваздуха кроз кораке као што су компресија ваздуха, претходно хлађење, размена топлоте и дестилација. Ваздух је прво под притиском и хлађен компресором, а затим дубоко-охлађен на приближно -170 степени експандером. Кисеоник и азот се затим раздвајају у кулама за дестилацију високог- и ниског притиска.
Горњи и доњи торањ су независни, али повезани цевоводима: торањ високог{0}}торањ одржава притисак од приближно 0,55 МПа, а ниски{2}}торањ приближно 0,14 МПа. Гас се кондензује на врху торња да би произвео течни азот, од којих део наставља да тече у горњи торањ ради даље дестилације, дајући азотни гас високе{5}}чистоће или течни азот.
Потрошња енергије у овом процесу је првенствено концентрисана у фазама компресије, хлађења и дестилације. Стога је оптимизација топлотног оптерећења и параметара напајања кључна за побољшање енергетске ефикасности.
Улога симулационог моделирања у оптимизацији процеса
Истраживачки тим је користио Аспен Плус да конструише дигитални модел јединице за одвајање ваздуха, који обухвата кључну опрему јединице као што су компресори, измењивачи топлоте, пумпе и куле за дестилацију. Упоређивање резултата симулације са спецификацијама дизајна открило је да је грешка модела била унутар 1%, што показује његову високу тачност и потенцијал за-верификацију уштеде енергије и оптимизацију параметара. Анализа симулације се фокусирала на четири кључна фактора:
Локација фееда
Проток хране
Радни притисак дестилационе колоне
Температура хране
Ови параметри заједно утичу на топлотно оптерећење торња, принос течног азота и чистоћу, и на тај начин одређују укупну енергетску ефикасност система.
Утицај параметара процеса на уштеду енергије
Локација фееда
Одржавајући остале услове константним, студија је открила да је постављање локације за пуњење на послужавнику 33 резултирало најнижим и најстабилнијим топлотним оптерећењем торња, што га чини оптималном тачком напајања.
Проток хране
Повећање протока хране повећава принос течног азота, али смањује чистоћу. Када се доња брзина напајања торња контролише на 804 кмол/х, принос се може повећати уз одржавање чистоће азота (99,999%).
Контрола температуре
Температура напајања је у позитивној корелацији са протоком течног азота, али превисоке температуре могу утицати на одвајање кисеоника и аргона, док претерано ниске температуре повећавају потрошњу енергије. Студија је утврдила да је -173 степена оптимална радна температура.
Подешавањем ових параметара, јединица за одвајање ваздуха може постићи већи учинак уз одржавање исте потрошње енергије, постижући циљ „уштеде енергије и побољшања ефикасности“.
Практична примена и анализа економске користи
Ово решење за оптимизацију је имплементирано у гасном постројењу 2022. Резултати су показали да постројење може стабилно да ради при 120% свог номиналног оптерећења, значајно повећавајући производњу:
Производња азота повећана за 450 кмол/х;
Производња течног азота средњег{0}}притиска повећана за 625 кмол/х;
Производња течног азота под ниским{0}}притиском је повећана за 281 кмол/х.
Истовремено, горње топлотно оптерећење дестилационе колоне је смањено за 7,48%, уштедећи приближно 721.000 јуана у годишњим трошковима електричне енергије. На основу тржишних цена, укупна годишња економска корист достигла је приближно 4,6 милиона јуана. Ово достигнуће показује значајну вредност оптимизације процеса за произвођаче индустријског гаса.
Закључци и импликације на индустрију
Ова студија показује научни приступ и практичне резултате оптимизације{0}}уштеде енергије у јединицама за криогену сепарацију ваздуха. Напредни софтвер за симулацију као што је Аспен Плус омогућава рано предвиђање перформанси система током фазе пројектовања процеса, смањујући пробне-и-трошкове грешке.
За произвођаче гаса, ова дигитална оптимизација процеса нуди три кључне импликације:
Доношење одлука{0}}вођено симулацијом{1}}: Симулациони модели омогућавају визуелизацију процеса и динамичку анализу. Уштеда енергије и профитабилност иду руку под руку: оптимизација процеса не само да смањује потрошњу енергије већ и директно повећава производњу и профит.
Трендови зелене производње: Уз пооштравање глобалних политика смањења емисије угљеника, индустрија одвајања ваздуха мора да настави да промовише трансформацију{0}}уштеде енергије и интелигентне надоградње.
У будућности, правац оптимизације криогених јединица за одвајање ваздуха ће бити даље интегрисан са АИ предиктивном контролом, дигиталним двоструким системима и интегрисаним ЕПЦ инжењерингом како би се постигло управљање енергетском ефикасношћу пуног животног циклуса од дизајна до рада.
