Optimizacija procesa jedinice za razdvajanje kriogene zrake

Jul 14, 2025

Ostavi poruku

Uz brzi razvoj hemijske industrije, potražnja za industrijskim plinovima poput kisika raste. Kao ključna oprema, operativna efikasnost i ekonomičnost od 50 000 m³ / h Cliogenic jedinice za odvajanje zraka privukli su veliku pažnju. Trenutno su rastuće cijene energije i intenzivirano tržišno takmičenje potaknule kompanije da traže optimizaciju procesa za smanjenje troškova i povećati efikasnost. Ovaj rad zauzima jedinicu hemijskog postrojenja, ugrađuje model uz pomoć Aspen Plus softvera, fokusira se na procesni parametri destilacijskog tornja, određuje ga u analizi osjetljivosti, a cilj je pružiti referencu za poboljšanje performansi jedinice i povećanje ekonomskih koristi.

50.000 m³ / h Kriogena postrojenje za odvajanje zraka usvojena je tvornicom za hemijsku proizvodnju, u stvarnom proizvodnji, avion ulazi u sistem ispravljanja nakon prolaska kroz sistem filtracije, sustav kompresije, sustavu prekrivanja i ekspanzijskim sistemom za postizanje odvajanja plina. Ovaj rad uglavnom analizira proces proizvodnje kisika, a njegov protok proizvodnje je sljedeći:

Air ulazi u kompresor za vazduh nakon uklanjanja nečistoća kroz filter visokog efikasnosti. Komprimirani zrak ulazi u sistem za prekrivanje ploče i zamenjuje toplinu hlađenjem vodom za smanjenje temperature. Tada dio zraka ulazi u sustav kompresije sljedećeg scena, a drugi dio ulazi u toranj ispravljanja nakon daljnjeg liječenja pročišćavanja.

Protok zraka koji ulazi u sustav kompresije sljedećeg scena iznosi oko 4.500 kmina / h. Ovaj dio plina ulazi u Expander nakon izmjene topline, temperatura padne na oko -115 stupnja, pritisak se smanjuje na oko 0,15 MPa putem Expandera, a zatim ulazi u toranj ispravljanja nakon što se izmjena toplote sa temperaturom padaju na oko -165 stepeni.

Toranj za ispravljanje podijeljen je u gornji toranj i donji toranj. Gornji toranj je niskoprezivni toranj s pritiskom od oko 130 kPa, a donji toranj je visokotlačni toranj s pritiskom od oko 580 kPa. Gas nakon razmjene topline i plina iz Expandera šalju se u gornji dio, a srednji dio gornjeg tornja rektifikacijskog tornja respektivno. Plin se više puta ispravlja u toranj ispravljanja. Dušik se dobija na vrhu kule, kiseonik se dobiva na dnu kule, a neki se tekući proizvodi pohranjuju u odgovarajućim spremnicima.

Može se znati iz gornjeg procesa razdvajanja zraka koji stvarni proces proizvodnje uključuje kompresiju, hlađenje, širenje, ispravljanje i druge procese. Kada koristite softver Aspen Plus za simulaciju procesa, primijenjeni moduli i funkcije su sljedeći:

●Kompresor za zrak usvaja kompre komplet;

● Expander prihvata modul Exp;

● izmjenjivač topline usvaja toplotni modul;

● Toranj za ispravljanje usvaja RadFfrac modul;

● pumpa prihvata modul pumpe;

● Separator prihvata sep modul.

U procesu simulacije modela, prema funkcijama različitih jedinica modula, oni su povezani kroz protok materijala, a protok se izvodi u skladu sa procesom proizvodnje kisika. Tijekom simulacije parametri opreme postavljaju se prema vrijednosti dizajna. Pritisak na vrhu gornjeg tornja izglednog tornja postavljen je na 0,132 MPa, pritisak na dnu kule postavljen je na 0,138 MPa, temperatura na vrhu kule postavljena je na -193,5 stepen, a broj ladica je 55. Nakon simulacijske analize, rezultati su prikazani u tablici.

Može se vidjeti iz simulacijskih rezultata modela u tablici da su različiti indeksi modela u osnovi u skladu s dizajnerskim indeksima kriogenog postrojenja za odvajanje zraka. Razlika između čistoće tečnog kisika u gornjem kulu i vrednost dizajna iznosi 0,8%, fluktuacija simulacijskog vrednosti je unutar dozvoljenog raspona, a simulirani izlaz kiseonika je blizu vrednosti dizajna, sa greškom u doplatljivom rasponu. Stoga se vidi da se model utvrđen ovaj put može koristiti za analizu provjere optimizacije procesa [2].

Tabela 1 Simulacijski rezultati modela protoka postrojenja za odvajanje zraka

Predmet	Indeks dizajna	Indeks simulacije
Brzina protoka otpadnog tečnog azota u gornji toranj / (Kmol / h)	4000	4007
Protok tečnog zraka u gornji toranj / (Kmol / h)	5000	5000
Protok tečnog azota u gornji toranj / (Kmol / h)	4000	4000
Čistoća tečnog zraka u donjem toranju, \\ (x (\\ ce {o2}) \\) 1%	37	36.1
Čistoća otpadnog dušika u gornjem toranju, \\ (x (\\ ce {n2}) \\) 1%	90	89.87
Protok azota iz hladne kutije / (Kmol / h)	2350	2350
Donji pritisak gornjeg tornja / MPa	0.14	0.14
Vrhunski pritisak donjeg tornja / MPa	0.56	0.558
Izlaz nitrogenskog proizvoda / (Kmol / h)	2400	2400
Srednji - pritisak tečni azotni izlaz / (Kmol / h)	2940	2924.38
Nizak - tlačni izlaz za tekući azot / (Kmol / h)	1360	1336.58

U procesu odvajanja plina, gornji toranj za razdvajanje zraka, gornji toranj rekcifikacijskog tornja reprodukuje ključnu ulogu. Kroz istraživanje i teorijsku analizu opreme, cilj smanjenja uštede energije i potrošnje može se postići promjenom procesnih parametara gornjeg tornja izvodnog tornja. Ovaj put se modul osjetljivosti Aspen Plus koristi za analizu različitih procesa detaljno parametri gornjeg tornja ispravljanja kula, a dobiva se optimalni program rada procesa.

U procesu simulacije održavanje drugih parametara nepromijenjenim i promjenom položaja uvlačenja, promjena rezultata efikasnosti odvajanja gornjeg tornja prikazana je na slici.

Može se vidjeti s obzirom da se s drugim parametrima nepromijenjenim, mijenjajući položaj feed gornjeg tornja ispravljajućih toranj, efikasnost odvajanja gornjeg kule prvo će se povećati, a zatim smanjiti. Kada je položaj hrane postavljen na 28. ladici, efikasnost odvajanja dostiže najviše. Stoga se vidi da je 28. ladica optimalna pozicija za dovod.

Process Optimization Of Cryogenic Air Separation Unit

Može se vidjeti sa slici 2 da se povećanjem protoka hrane gornjeg tornja postepeno povećava kisik izlaz, ali čistoća pokazuje trend pada, koji je u skladu s teorijskom analizom. Može se vidjeti s figure da je kada se protok hrane gornje kule nalazi ispod 780 kmina / h, čistoća kisika je iznad 99,6%, što ispunjava potražnju na plin hemijske industrije. U ovom trenutku izlaz iznosi 2850 kmina / h, što je znatno viši od početnog protoka hrane od 750 kmina / h i izlaz kiseonika od 2780 kmina / h. Stoga, protok hrane treba kontrolirati na 780 kmina / h, što može povećati proizvodnju uz osiguravanje čistoće kisika.

Održavanje drugih parametara nepromijenjenim i promjenom tlaka gornjeg tornja, promjena potrošnje energije uređaja prikazana je na slici.

Može se vidjeti sa cifre da se povećanjem pritiska gornjeg tornja potrošnja energije uređaja postepeno povećava. S obzirom na efekt razdvajanja i potrošnje energije, pogodno je postaviti pritisak gornjeg tornja na 0,135 MPa, koji ne samo ne samo osigurati dobar odvajanje, već i izbjegavajte pretjeranu potrošnju energije.

Gas koji proizvodi fabrike uglavnom se isporučuju na hemijska preduzeća, a proizvedeni kisik koristi se u oksidacijskim reakcijama u hemijskim reakcijama. Posljednjih godina, zbog rastuće cijene energije i intenziviranog tržišnog natjecanja, profitni prostor fabrike postepeno je suzio. U ovom slučaju, tvornica je odlučila smanjiti potrošnju energije i poboljšati ekonomske koristi poboljšavajući proces proizvodnje. Nakon istraživanja i analize, fabrika je izvršila poboljšanje procesa u maju 2023. godine. Pritisak gornjeg tornja ispravljanja je postavljen na 0,135 MPa, temperatura donošenja gornjeg tornja postavljena je na -168, a količina donošenja gornjeg tornja prilagođena je 780 kmina u 28. ladici. Zbog poboljšanja procesa, smanjena je potrošnja energije iz pražnjenja kule, tako da se kapacitet za rukovanje zrakom kriogenog zračnog za odvajanja može na odgovarajući način povećati, čime se povećava izlaz kisika. U procesu poboljšanja procesa, protok hrane za kompresiju zraka istovremeno se mijenja, a efekt aplikacije kriogenog postrojenja za odvajanje zraka analizira se pod različitim opterećenjima. Period verifikacije za svako opterećenje je 15 dana, a proizvodna situacija prikazana je u tablici 2.

Može se vidjeti iz tablice 2 da nakon optimizacije procesa, maksimalna varijabilna opterećenja radnog stanja može dostići 115% prvobitnog opterećenja, a u ovom se slučaju povećavaju i kiseonik i tečni izlazi kisika. Štaviše, ispod 115% opterećenja, potrošnja energije Gornje tornje iz pražnjenja toranj mijenja se iz originala -7,85 MW do -7,23 MW, sa uštedom energije od 7,9%. Kroz analizu električne energije opreme, poznato je da je električno smanjenje opreme pod 115% opterećenja 125 kW · h. Industrijski trošak električne energije u području u kojem se nalazi tvornica je 0,72 Yuan / (kW · h). Izračunato od strane opreme koja djeluje 330 dana, godišnja trošak električne energije može se sačuvati za 712.800 juana. Izračunato sa aspekta proizvodnje proizvoda, nakon optimizacije procesa, izlaz kisika povećan je za 380 Kmol / h, tečni kisik porastao je za 420 kmina / h, a tečni argonski izlaz porastao je za 25 Kmol / h. Izračunava se da se godišnji dobit može povećati za 3,2 miliona juana. Stoga se vidi da poboljšanje procesa može godišnje stvoriti 3.9128 milijuna juana prednosti za preduzeće.

Tabela 2 Proizvodna situacija postrojenja za razdvajanje kriogenog zraka pod različitim opterećenjima nakon optimizacije procesa

Predmet	80% opterećenja	90% opterećenja	100% opterećenje	110% opterećenja	115% opterećenja
Iznos hrane (Kmol / h)	9850	11000	12150	13300	14000
Izlaz kisika (Kmol / h)	2180	2450	2750	3020	3130
Izlaz tečnog kisika (Kmol / h)	2550	2850	3200	3480	3620
Tečni argonski izlaz (Kmol / h)	95	105	120	135	145

Optimizacija procesa jedinice za razdvajanje kriogene zrake

Izgradnja modela protoka procesa za postrojenje za odvajanje zraka

Protok procesa

Izgradnja modela protoka procesa

Analiza optimizacije procesa

Odnos između položaja hrane i efikasnosti odvajanja

Odnos između protoka hrane i izlaza kisika i čistoće

Uticaj pritiska na potrošnju energije

Praktična primjena sheme optimizacije procesa