Оптимизация на обработката на криогенна единица за разделяне на въздуха

Jul 14, 2025

Остави съобщение

С бързото развитие на химическата индустрия търсенето на промишлени газове като кислород нараства. Като ключово оборудване, експлоатационната ефективност и икономиката на блока за разделяне на въздуха от 50 000 m³/h привличат много внимание. Понастоящем нарастващите цени на енергията и засилената пазарна конкуренция подтикнаха компаниите да търсят оптимизация на процесите, за да намалят разходите и да повишат ефективността. Настоящият документ приема единицата на химическо растение като изследователски обект, изгражда модел с помощта на софтуера Aspen Plus, фокусира се върху параметрите на процеса на дестилационната кула, определя оптималното решение чрез анализ на чувствителността и го проверява при различни натоварвания, като се стреми да осигури препратка за подобряване на ефективността на звеното и увеличаване на икономическите ползи.

Заводът за отделяне на въздух от 50 000 m³/h, приет от фабрика за производство на химическо производство, в действителното производство въздухът влиза в системата за коригиране след преминаване през системата за филтриране, система за компресия, система за предварително охлаждане и система за разширяване в последователност за постигане на разделяне на газа. Този документ анализира главно процеса на производство на кислород и потокът му на производствен процес е следният:

Въздухът влиза във въздушния компресор след отстраняване на примесите чрез филтър с висока ефективност. Сгъстеният въздух влиза в системата за предварително охлаждане на плочата и обменя топлина с охлаждаща вода, за да намали температурата. След това част от въздуха навлиза в системата за компресия на следващия етап, а другата част влиза в кулата на регулиране след по-нататъшно пречистване.

Въздушният поток, влизащ в системата за компресия на следващия етап, е около 4500 кмол/ч. Тази част от газа влиза в разширителя след топлинен обмен, температурата спада до около -115 градуса, налягането се намалява до около 0,15 MPa през разширителя и след това навлиза в кулата на регенериране след топлинен обмен с падане на температурата до около -165 градуса.

Кулата на коригиране е разделена на горна кула и долна кула. Горната кула е кула с ниско налягане с налягане от около 130 kPa, а долната кула е кула с високо налягане с налягане от около 580 kPa. Газът след топлинен обмен и газ от разширителя се изпращат съответно в горната част и средната част на горната кула на кулата на ректификацията. Газът се отстранява много пъти в кулата на ректификацията. Азотът се получава в горната част на кулата, кислородът се получава в долната част на кулата, а някои течни продукти се съхраняват в съответните резервоари за съхранение.

От горния процес на разделяне на въздуха може да се знае, че действителният производствен процес включва компресия, охлаждане, разширяване, коригиране и други процеси. Когато използвате софтуер Aspen Plus за симулация на процеса, приложените модули и функции са както следва:

●Въздушният компресор приема модула COMPL;

● Разширяващият приема EXP модула;

● Топлообменникът приема модула Heatx;

● Кулата на коригиране приема модула RADFRAC;

● Помпата приема модула на помпата;

● Сепараторът приема SEP модула.

В процеса на симулация на модела, според функциите на различни единични модули, те са свързани чрез материален поток и потокът се изпълнява според процеса на производство на кислород. По време на симулацията параметрите на оборудването се задават според стойностите на дизайна. Налягането в горната част на горната кула на кулата на ректификацията е настроено на 0,132 MPa, налягането в долната част на кулата е настроено на 0,138 MPa, температурата в горната част на кулата е настроена на -193,5 градус, температурата в дъното на кулата е определена на -180,2 градуса, а броят на тавките е 55.

От резултатите от симулацията на модела може да се види, че различни индекси на модела са в основата си на индексите на проектиране на централата за разделяне на криогенния въздух. Разликата между чистотата на течния кислород в горната кула и дизайнерската стойност е 0,8%, колебанието на симулационната стойност е в допустимия диапазон, а симулираният изход на кислород е близък до дизайнерската стойност, с грешки в допустимия диапазон. По този начин се вижда, че моделът, установен този път, може да се използва за анализ на проверката на оптимизацията на процесите [2].

Таблица 1 Резултати от симулацията на модела на потока на процеса на отделяне на въздух

Елемент	Индекс на дизайна	Индекс на симулация
Дебит на отпадъчния течен азот в горната кула/(kmol/h)	4000	4007
Дебит на течен въздух в горната кула/(kmol/h)	5000	5000
Дебит на течен азот в горната кула/(kmol/h)	4000	4000
Чистота на течния въздух в долната кула, \\ (x (\\ ce {o2}) \\) 1%	37	36.1
Чистота на отпадъчния азот в горната кула, \\ (x (\\ ce {n2}) \\) 1%	90	89.87
Дебит на азота от студената кутия/(kmol/h)	2350	2350
Налягане на дъното на горната кула/MPA	0.14	0.14
Най -високо налягане на долната кула/MPA	0.56	0.558
Изход/азотен продукт/(kmol/h)	2400	2400
Средно - Изход на течен азот на налягане/(kmol/h)	2940	2924.38
Изход на течен азот с ниско налягане/(kmol/h)	1360	1336.58

В процеса на разделяне на газа на централата за разделяне на криогенния въздух горната кула на кулата на регенерицията играе ключова роля. Чрез изследванията и теоретичния анализ на оборудването целта за пестене на енергия и намаляване на потреблението може да бъде постигната чрез промяна на параметрите на процеса на горната кула на кулата на регенерицията. Този път модулът за чувствителност на Aspen Plus се използва за анализ подробно различните параметри на процеса на горната кула на кулата на регулиране и се получава оптималната схема за работа на процеса.

В процеса на симулация запазването на други параметри непроменени и промяна на позицията на подаване, резултатът от промяната на ефективността на разделяне на горната кула е показан на фигура.

От фигурата може да се види, че с други параметри непроменени, променяйки позицията на подаване на горната кула на регулификационната кула, ефективността на разделяне на горната кула първо ще се увеличи и след това ще намалее. Когато позицията на захранването е настроена на 28 -та тава, ефективността на разделяне достига най -високо. По този начин се вижда, че 28 -та тава е оптималната позиция на подаване.

Process Optimization Of Cryogenic Air Separation Unit

От фигура 2 може да се види, че с увеличаването на потока на подаването на горната кула, изходът на кислорода постепенно се увеличава, но чистотата показва тенденция надолу, което е в съответствие с теоретичния анализ. От фигурата може да се види, че когато потокът на подаване на горната кула е под 780 kmol/h, чистотата на кислорода е над 99,6%, което отговаря на търсенето на газ на химическата индустрия. Понастоящем изходът е 2850 кмол/ч, което е значително по -високо от първоначалния поток на подаване от 750 кмол/ч и изхода на кислорода от 2780 кмол/ч. Следователно потокът на подаване трябва да се контролира на 780 кмол/ч, което може да увеличи изхода, като същевременно гарантира чистотата на кислорода.

Поддържайки други параметри непроменени и промяна на налягането на горната кула, промяната на консумацията на енергия на устройството е показана на фигура.

От фигурата може да се види, че с увеличаването на налягането на горната кула консумацията на енергия на устройството постепенно се увеличава. Като се има предвид ефектът на разделяне и потреблението на енергия, е подходящо да се зададе налягането на горната кула на 0,135 MPa, което не само може да осигури добър ефект на разделяне, но и да избегне прекомерната консумация на енергия.

Газът, произведен от фабриката, се подава главно на химически предприятия, а полученият кислород се използва при реакции на окисляване при химични реакции. През последните години, поради нарастващите цени на енергията и засилената пазарна конкуренция, пространството за печалба на фабриката постепенно се стесни. В този случай фабриката реши да намали потреблението на енергия и да подобри икономическите ползи чрез подобряване на производствения процес. След изследване и анализ, фабриката, извършена от подобряване на процеса през май 2023 г. Схемата за подобряване е следната: Налягането на горната кула на кулата на регенерицията е настроено на 0,135 MPa, температурата на подаване на горната кула е настроена на -168 градуса, количеството на подаването е нагласено на 780 kmol/h, а захранващите позиции са настроени на 28 -та Трей. Поради подобряването на процеса, консумацията на енергия на кулата на ректификацията е намалена, така че капацитетът за обработка на въздух на криогенното отделение за отделяне на въздух може да бъде по -подходящо увеличен, като по този начин се увеличи изхода на кислорода. В процеса на подобряване на процеса, потокът на захранването на системата за компресия на въздуха се променя едновременно и ефектът на приложението на централата за разделяне на криогенния въздух се анализира при различни товари. Периодът на проверка за всяко натоварване е 15 дни, а производствената ситуация е показана в таблица 2.

От таблица 2 може да се види, че след оптимизиране на процеса максималното натоварване на работното състояние на променливото състояние може да достигне 115% от първоначалното натоварване и в този случай се увеличават както кислородът, така и течният кислород. Освен това, при 115% натоварване, консумацията на енергия на горната кула на кулата на регулиране се променя от оригиналния -7,85 MW до -7,23 MW, със спестяване на енергия от 7,9%. Чрез анализа на електрическата енергия на оборудването е известно, че намаляването на електрическата енергия на оборудването под 115% натоварване е 125 kW · h. Разходите за индустриална електроенергия в района, в който се намира фабриката, е 0,72 юана/(kW · h). Изчислено от оборудването, работещо за 330 дни, годишните разходи за електроенергия могат да бъдат спестени със 712 800 юана. Изчислено от аспекта на продукцията на продукта, след оптимизацията на процеса, изходът на кислорода се е увеличил с 380 кмол/ч, изходът на течния кислород се е увеличил с 420 кмол/ч, а изходът на течния аргон се е увеличил с 25 кмол/ч. Изчислено е, че годишната печалба може да бъде увеличена с 3,2 милиона юана. По този начин се вижда, че подобряването на процеса може да създава 3,9128 милиона юана обезщетения за предприятието годишно.

Таблица 2 Производствена ситуация на централата за отделяне на криогенно въздух при различни натоварвания след оптимизация на процеса

Артикул	80% натоварване	90% натоварване	100% натоварване	110% натоварване	115% натоварване
Сума на захранването (kmol/h)	9850	11000	12150	13300	14000
Изход от кислород (KMOL/H)	2180	2450	2750	3020	3130
Изход на течен кислород (KMOL/H)	2550	2850	3200	3480	3620
Течен изход на аргон (KMOL/H)	95	105	120	135	145

Оптимизация на обработката на криогенна единица за разделяне на въздуха

Изграждане на модела на потока на процеса за инсталация за отделяне на въздух

Процесен поток

Изграждане на модела на потока на процеса

Анализ на оптимизацията на процесите

Връзка между позицията на подаване и ефективността на разделянето

Връзка между потока на подаване и изхода на кислорода и чистотата

Влияние на натиска върху потреблението на енергия

Практическо приложение на схемата за оптимизация на процесите