Ievads
Rūpnieciskajā gāzes ražošanā gaisa atdalīšanas iekārta (ASU) ir galvenā iekārta, ko galvenokārt izmanto, lai atdalītu un izmantotu gāzes, piemēram, skābekli, slāpekli un argonu no gaisa. Pieaugot enerģijas izmaksām un "dubultā oglekļa" mērķiem, ASU energoefektivitātes uzlabošana ir kļuvusi par galveno nozares uzmanību. Nesen veiktā pētījumā, kurā kā piemērs tika izmantota 60 000 Nm³/h kriogēnā gaisa atdalīšanas iekārta konkrētā rūpnīcā, tika izmantota programmatūra Aspen Plus, lai modelētu un optimizētu procesu, panākot ievērojamus enerģijas ietaupījumus un ekonomiskus ieguvumus, nodrošinot nozarei vērtīgu gadījuma izpēti.
Kriogēnās gaisa atdalīšanas iekārtu darbības princips
Kriogēnās gaisa atdalīšanas process galvenokārt atdala gāzes komponentus no gaisa, izmantojot tādas darbības kā gaisa saspiešana, iepriekšēja dzesēšana, siltuma apmaiņa un destilācija. Gaiss vispirms tiek saspiests un atdzesēts ar kompresoru, pēc tam dziļi-atdzesē līdz aptuveni -170 grādiem ar paplašinātāju. Pēc tam skābeklis un slāpeklis tiek atdalīti augsta- un zema spiediena destilācijas torņos.
Augšējais un apakšējais tornis ir neatkarīgi, bet savienoti ar cauruļvadiem: augstspiediena tornis uztur aptuveni 0,55 MPa spiedienu, bet zemspiediena tornis — aptuveni 0,14 MPa. Gāze kondensējas torņa augšdaļā, veidojot šķidru slāpekli, no kura daļa turpina ieplūst augšējā tornī tālākai destilācijai, radot augstas -tīrības pakāpes slāpekļa gāzi vai šķidrā slāpekļa produktus.
Enerģijas patēriņš šajā procesā galvenokārt tiek koncentrēts saspiešanas, dzesēšanas un destilācijas stadijās. Tāpēc siltuma slodzes un padeves parametru optimizēšana ir galvenais, lai uzlabotu energoefektivitāti.
Simulācijas modelēšanas loma procesu optimizācijā
Pētnieku grupa izmantoja Aspen Plus, lai izveidotu gaisa atdalīšanas iekārtas digitālo modeli, kas ietver galveno iekārtu aprīkojumu, piemēram, kompresorus, siltummaiņus, sūkņus un destilācijas torņus. Salīdzinot simulācijas rezultātus ar konstrukcijas specifikācijām, atklājās, ka modeļa kļūda bija 1% robežās, parādot tā augsto precizitāti un enerģijas taupīšanas verifikācijas un parametru optimizācijas potenciālu. Simulācijas analīze koncentrējās uz četriem galvenajiem faktoriem:
Padeves vieta
Barības plūsma
Destilācijas kolonnas darba spiediens
Barības temperatūra
Šie parametri kopā ietekmē torņa augšējo siltuma slodzi, šķidrā slāpekļa iznākumu un tīrību, un tādējādi nosaka kopējo sistēmas energoefektivitāti.
Procesa parametru ietekme uz enerģijas ietaupījumu
Padeves vieta
Saglabājot citus apstākļus nemainīgus, pētījumā konstatēts, ka, iestatot padeves vietu 33. paplātē, tika iegūta viszemākā un stabilākā torņa virs galvas siltuma slodze, padarot to par optimālo padeves punktu.
Barības plūsma
Palielinot padeves plūsmas ātrumu, palielinās šķidrā slāpekļa iznākums, bet samazinās tīrība. Ja apakšējā torņa padeves ātrums tiek kontrolēts pie 804 kmol/h, ražu var palielināt, vienlaikus saglabājot slāpekļa tīrību (99,999%).
Temperatūras kontrole
Padeves temperatūra pozitīvi korelē ar šķidrā slāpekļa plūsmas ātrumu, bet pārāk augsta temperatūra var ietekmēt skābekļa un argona atdalīšanu, savukārt pārāk zema temperatūra palielina enerģijas patēriņu. Pētījumā par optimālo darba temperatūru tika noteikti -173 grādi.
Pielāgojot šos parametrus, gaisa atdalīšanas iekārta var sasniegt lielāku jaudu, vienlaikus saglabājot tādu pašu enerģijas patēriņu, sasniedzot "enerģijas taupīšanas un efektivitātes uzlabošanas" mērķi.
Praktiskā pielietojuma un ekonomisko ieguvumu analīze
Šis optimizācijas risinājums tika ieviests gāzes stacijā 2022. gadā. Rezultāti liecināja, ka stacija varētu stabili darboties ar 120% no nominālās slodzes, būtiski palielinot ražošanas apjomu:
Slāpekļa ražošana palielinājās par 450 kmol/h;
Vidēja spiediena šķidrā slāpekļa ražošana palielinājās par 625 kmol/h;
Zema spiediena šķidrā slāpekļa ražošana palielinājās par 281 kmol/h.
Tajā pašā laikā destilācijas kolonnas virszemes siltuma slodze samazinājās par 7,48%, ietaupot aptuveni 721 000 juaņu ikgadējās elektroenerģijas izmaksās. Pamatojoties uz tirgus cenām, kopējais gada ekonomiskais ieguvums sasniedza aptuveni 4,6 miljonus juaņu. Šis sasniegums parāda procesu optimizācijas būtisko vērtību rūpnieciskās gāzes ražotājiem.
Secinājumi un nozares ietekme
Šis pētījums parāda zinātnisko pieeju un praktiskos rezultātus par enerģijas taupīšanas{0}optimizāciju kriogēnās gaisa atdalīšanas iekārtās. Uzlabotā simulācijas programmatūra, piemēram, Aspen Plus, ļauj agrīni prognozēt sistēmas veiktspēju procesa izstrādes fāzē, samazinot izmēģinājuma{2}}un-kļūdu izmaksas.
Gāzes ražotājiem šī digitālā procesa optimizācija piedāvā trīs galvenās sekas:
Simulācijas{0}}lēmumu-pieņemšana: simulācijas modeļi nodrošina procesu vizualizāciju un dinamisku analīzi. Enerģijas taupīšana un rentabilitāte iet roku rokā: procesa optimizācija ne tikai samazina enerģijas patēriņu, bet arī tieši palielina ražošanu un peļņu.
Zaļās ražošanas tendences: pastiprinot globālās oglekļa emisiju samazināšanas politikas, gaisa atdalīšanas nozarei ir jāturpina veicināt enerģijas taupīšanas{0}pārveidošanu un viedus uzlabojumus.
Nākotnē kriogēno gaisa atdalīšanas vienību optimizācijas virziens tiks vēl vairāk integrēts ar AI prognozējošo vadību, digitālajām dvīņu sistēmām un integrētu EPC inženieriju, lai sasniegtu pilnu dzīves cikla energoefektivitātes pārvaldību no projektēšanas līdz ekspluatācijai.
