Оптимізація процесу кріогенного блоку поділу повітря

Jul 14, 2025

Залишити повідомлення

При швидкому розвитку хімічної промисловості зростає попит на промислові гази, такі як кисень. Як ключове обладнання, ефективність експлуатації та економіка 50 000 м³/год кріогенного відділення поділу повітря привернули багато уваги. В даний час зростання цін на енергію та посилену ринкову конкуренцію спонукали компанії шукати оптимізацію процесів для зниження витрат та підвищення ефективності. Ця стаття приймає одиницю хімічного заводу як об'єкт дослідження, будує модель за допомогою програмного забезпечення Aspen Plus, фокусується на параметрах процесу дистиляційної вежі, визначає оптимальне рішення за допомогою аналізу чутливості та перевіряє його під різними навантаженнями, спрямований на те, щоб забезпечити посилання на підвищення продуктивності одиниці та збільшення економічних вигод.

50 000 м³/год кріогенного заводу для поділу повітря, прийнятого фабрикою хімічного виробництва, у фактичному виробництві повітря потрапляє в систему випрямлення після проходження через систему фільтрації, систему стиснення, систему попереднього охолодження та систему розширення в послідовності для досягнення поділу газу. У цьому документі в основному аналізує процес виробництва кисню, а його виробничий процес потік наступним чином:

Повітря потрапляє в повітряний компресор після видалення домішок через фільтр високої ефективності. Стисне повітря потрапляє в систему попереднього охолодження пластини та обмінюється нагріванням охолоджуючої води для зниження температури. Потім частина повітря потрапляє в систему стиснення наступної стадії, а інша частина потрапляє у прямої вежі після подальшої очисної обробки.

Потік повітря, що входить у систему стиснення наступної стадії, становить близько 4500 кмоль/год. Ця частина газу потрапляє до розширювача після теплообміну, температура знижується приблизно до -115 градусів, тиск знижується приблизно до 0,15 МПа через розширювач, а потім потрапляє у прямої башти після обміну теплом із падінням температури до -165 градусів.

Вежа випрямлення поділяється на верхню вежу та нижню вежу. Верхня вежа-це вежа низького тиску з тиском близько 130 кПа, а нижня вежа-вежа високого тиску з тиском близько 580 кПа. Газ після теплообміну та газу від розширювача відправляються у верхню частину та середню частину верхньої вежі випрямлення відповідно. Газ багато разів випромінюється у випрямленні. Азот отримують у верхній частині вежі, кисень отримують на дні вежі, а деякі рідкі продукти зберігаються у відповідних резервуарах для зберігання.

З вищезазначеного процесу поділу повітря може бути відомий, що фактичний процес виробництва включає стиснення, охолодження, розширення, випрямлення та інші процеси. При використанні програмного забезпечення Aspen Plus для моделювання процесів застосовувані модулі та функції такі:

●Повітряний компресор приймає модуль Comp;

● Розширювач приймає модуль EXP;

● Теплообмінник приймає модуль Heatx;

● Вежа випрямлення приймає модуль RADFRAC;

● Насос приймає модуль насоса;

● Сепаратор приймає модуль SEP.

У процесі моделювання моделі відповідно до функцій різних модулів одиниць вони з'єднані через матеріальний потік, а потік виконується відповідно до процесу виробництва кисню. Під час моделювання параметри обладнання встановлюються відповідно до значень проектування. Тиск у верхній частині верхньої вежі випрямлення встановлюється на 0,132 МПа, тиск у нижній частині вежі встановлюється на 0,138 МПа, температура у верхній частині вежі встановлюється на -193,5 градусів, температура внизу вежі встановлюється на -180,2 градусів, а кількість лотків -55. Після моделювання показано в таблиці.

З результатів моделювання моделі можна побачити, що різні індекси моделі в основному узгоджуються з індексами проектування заводу кріогенного повітря. Різниця між чистотою рідкого кисню у верхній вежі та значенням проектування становить 0,8%, коливання значення моделювання знаходиться в межах допустимого діапазону, а модельований вихід кисню близький до проектного значення, з помилками в межах допустимого діапазону. Таким чином, видно, що модель, встановлена цього часу, може бути використана для аналізу перевірки оптимізації процесів [2].

Таблиця 1 Результати моделювання моделі процесу переробки рослинних заводів

Предмет	Індекс дизайну	Індекс моделювання
Швидкість потоку відходів рідкого азоту у верхню вежу/(кмоль/год)	4000	4007
Швидкість потоку рідкого повітря у верхню вежу/(кмоль/год)	5000	5000
Швидкість потоку рідкого азоту у верхню вежу/(кмоль/год)	4000	4000
Чистота рідкого повітря в нижній вежі, \\ (x (\\ ce {o2}) \\) 1%	37	36.1
Чистота азоту відходів у верхній вежі, \\ (x (\\ ce {n2}) \\) 1%	90	89.87
Швидкість потоку азоту з холодної коробки/(кмоль/год)	2350	2350
Нижній тиск верхньої вежі/МПА	0.14	0.14
Верхній тиск нижньої вежі/МПА	0.56	0.558
Вихід азоту/(KMOL/H)	2400	2400
Середній - тиск рідкий вихід азоту/(кмоль/год)	2940	2924.38
Низький - тиск рідкий вихід азоту/(кмоль/год)	1360	1336.58

У процесі поділу газу на заводі кріогенного поділу повітря верхня вежа випрямлення башти відіграє ключову роль. Завдяки дослідженню та теоретичному аналізі обладнання мета економії енергії та зменшення споживання може бути досягнута шляхом зміни параметрів процесу верхньої вежі прямої вежі. Цього разу модуль чутливості Aspen Plus використовується для детального аналізу різних параметрів процесу верхньої вежі випрямлення та отримується оптимальна схема роботи процесу.

У процесі моделювання, зберігаючи інші параметри незмінними та змінюючи положення подачі, результат зміни ефективності розділення верхньої вежі показаний на малюнку.

З фігури видно, що з іншими параметрами незмінними, змінюючи положення подачі верхньої вежі випрямлення, ефективність розділення верхньої вежі спочатку збільшиться, а потім зменшиться. Коли положення подачі встановлюється на 28 -му підносі, ефективність поділу досягає найвищої. Таким чином, видно, що 28 -й піднос є оптимальним положенням подачі.

Process Optimization Of Cryogenic Air Separation Unit

З рисунку 2 видно, що зі збільшенням потоку подачі верхньої вежі вихід поступово збільшується, але чистота показує тенденцію вниз, що відповідає теоретичному аналізу. З фігури видно, що при подачі потоку верхньої вежі нижче 780 кмоль/год, чистота кисню вище 99,6%, що відповідає вимогам газу хімічної промисловості. У цей час вихід становить 2850 кмоль/год, що значно вище, ніж початковий потік подачі 750 кмоль/год та вихід кисню 2780 кмоль/год. Тому потік подачі повинен контролюватися при 780 кмоль/год, що може збільшити вихід, забезпечуючи чистоту кисню.

Зберігаючи інші параметри незмінними та змінюючи тиск верхньої вежі, зміна споживання енергії пристрою показана на малюнку.

З фігури видно, що зі збільшенням тиску верхньої вежі споживання енергії пристрою поступово збільшується. Враховуючи ефект поділу та споживання енергії всебічно, доцільно встановити тиск верхньої вежі на 0,135 МПа, що може не лише забезпечити хороший ефект розділення, але й уникати надмірного споживання енергії.

Газ, що виробляється заводом, в основному постачається на хімічні підприємства, а вироблений кисень використовується в реакціях окислення в хімічних реакціях. Останніми роками, завдяки зростанню цін на енергію та посиленою конкуренцією на ринку, простір прибутку фабрики поступово звузився. У цьому випадку фабрика вирішила зменшити споживання енергії та покращити економічні вигоди, покращуючи виробничий процес. Після досліджень та аналізу фабрика здійснила вдосконалення процесу в травні 2023 року. Схема вдосконалення полягає в наступному: тиск верхньої вежі прямої вежі встановлюється на 0,135 МПа, температура подачі верхньої вежі встановлюється на -168 градусів, кількість подачі верхньої вежі регулюється на 780 кмоль/год, а положення подачі встановлюється на 28 -й трю. Через покращення процесу споживання енергії випрямлення вежі було зменшено, тому потужність повітряної обробки кріогенної установки для поділу повітря може бути належним чином збільшена, тим самим збільшуючи вихід кисню. У процесі вдосконалення процесу потік подачі системи стиснення повітря змінюється одночасно, а ефект застосування рослини кріогенного поділу повітря аналізується під різними навантаженнями. Період перевірки для кожного навантаження становить 15 днів, а виробнича ситуація показана в таблиці 2.

З таблиці 2 видно, що після оптимізації процесу максимальне навантаження на робочий стан змінного може досягти 115% від початкового навантаження, і в цьому випадку виходи кисню, і рідкого кисню збільшуються. Більше того, менше 115% навантаження, споживання енергії верхньої вежі випрямлення змінюється з початкової -7,85 МВт -7,23 МВт, з енергозбереженням 7,9%. За допомогою аналізу електричної енергії обладнання відомо, що зменшення електричної енергії обладнання під 115% навантаження становить 125 кВт · год. Вартість промислової електроенергії в районі, де знаходиться фабрика, становить 0,72 юаня/(кВт · год). Обчислюється обладнанням, що працює протягом 330 днів, щорічна вартість електроенергії може бути заощаджена на 712 800 юанів. Розрахований з аспекту виходу продукту, після оптимізації процесу, вихід кисню збільшився на 380 кмоль/год, вихід рідкого кисню збільшився на 420 кмоль/год, а вихід рідкого аргону збільшився на 25 кмоль/год. Обчислюється, що річний прибуток можна збільшити на 3,2 мільйона юанів. Таким чином, видно, що вдосконалення процесу може створювати 3,9128 мільйонів юанів пільг для підприємства щорічно.

Таблиця 2 Виробнича ситуація з кріогенного заводу поділу повітря при різних навантаженнях після оптимізації процесів

Предмет	80% навантаження	90% навантаження	100% навантаження	110% навантаження	115% навантаження
Сума подачі (KMOL/H)	9850	11000	12150	13300	14000
Випуск кисню (KMOL/H)	2180	2450	2750	3020	3130
Рідкий кисневий вихід (KMOL/H)	2550	2850	3200	3480	3620
Рідкий аргон (KMOL/H)	95	105	120	135	145

Оптимізація процесу кріогенного блоку поділу повітря

Побудова моделі технологічного потоку для заводу для поділу повітря

Потік процесу

Побудова моделі технологічного потоку

Аналіз оптимізації процесів

Зв'язок між положенням корму та ефективністю поділу

Зв'язок між потоком корму та виходом кисню та чистотою

Вплив тиску на споживання енергії

Практичне застосування схеми оптимізації процесів