Prozessoptimierung der kryogenen Luftseparationseinheit

Jul 14, 2025

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Mit der raschen Entwicklung der chemischen Industrie wächst die Nachfrage nach Industriegasen wie Sauerstoff. Als wichtige Ausrüstung haben die Betriebseffizienz und Wirtschaft der 50.000 m³/h kryogenen Luftabschreckeinheit viel Aufmerksamkeit erregt. Gegenwärtig haben steigende Energiepreise und ein verstärkter Marktwettbewerb Unternehmen dazu veranlasst, die Prozessoptimierung zu beantragen, um die Kosten zu senken und die Effizienz zu steigern. Dieses Papier nimmt die Einheit einer chemischen Anlage als Forschungsobjekt an, baut ein Modell mit Hilfe von Aspen Plus -Software auf, konzentriert sich auf die Prozessparameter des Destillationsturms, bestimmt die optimale Lösung durch Sensitivitätsanalyse und überprüft sie unter unterschiedlichen Belastungen, um einen Hinweis für die Verbesserung der Leistung und die Erhöhung der wirtschaftlichen Vorteile zu liefern.

Die von einer chemischen Produktionsfabrik angewendete 50.000 m³/h kryogene Luftabrechnungstabelle tritt nach dem Durchgang des Filtrationssystems, des Kompressionssystems, des Vorkugelsystems und des Expansionssystems nach dem Durchgang der Filtrationssystem, in der Sequenz die Gasabtrennung ein. Dieses Papier analysiert hauptsächlich den Sauerstoffproduktionsprozess, und sein Produktionsprozessfluss lautet wie folgt:

Luft tritt in den Luftkompressor ein, nachdem die Verunreinigungen durch einen hocheffizienten Filter entfernt wurden. Die Druckluft tritt in das Vorkühlsystem in das Plattenfein und tauscht Wärme mit Kühlwasser aus, um die Temperatur zu verringern. Dann tritt ein Teil der Luft in das Kompressionssystem der nächsten Stufe ein, und der andere Teil tritt nach einer weiteren Reinigungsbehandlung in den Richtigkeitsturm ein.

Der Luftstrom, der in das Kompressionssystem der nächsten Stufe eintritt, beträgt etwa 4.500 kmol/h. Dieser Teil des Gases tritt nach dem Wärmeaustausch in den Expander ein, die Temperatur sinkt auf etwa -115 Grad, der Druck wird durch den Expander auf etwa 0,15 MPa reduziert und dann nach dem Wärmeaustausch in den Richtungsstufe eingeht, wobei die Temperatur auf etwa -165 Grad fällt.

Der Gleichberechtigungsturm ist in einen oberen Turm und einen unteren Turm unterteilt. Der obere Turm ist ein Turm mit niedrigem Druck mit einem Druck von etwa 130 kPa, und der untere Turm ist ein Hochdruckturm mit einem Druck von etwa 580 kPa. Das Gas nach dem Wärmeaustausch und das Gas des Expanders werden in den oberen Teil bzw. in den mittleren Teil des oberen Turms des Richtigturms geschickt. Das Gas wird im Richtigkeitsturm mehrmals korrigiert. Stickstoff wird am oberen Ende des Turms erhalten, Sauerstoff wird am Boden des Turms erhalten, und einige flüssige Produkte werden in den entsprechenden Lagertanks gespeichert.

Aus dem obigen Luftabstandsprozess ist bekannt, dass der tatsächliche Produktionsprozess Komprimierung, Kühlung, Ausdehnung, Berichtigung und andere Prozesse umfasst. Bei der Verwendung von Aspen Plus -Software für die Prozesssimulation sind die angewandten Module und Funktionen wie folgt:

●Der Luftkompressor übernimmt das Kompromodul;

● Der Expander nimmt das Exp -Modul an.

● Der Wärmetauscher nimmt das Heatx -Modul an.

● Der Richtigkeitsturm übernimmt das Radfrac -Modul;

● Die Pumpe nimmt das Pumpenmodul an.

● Das Trennzeichen übernimmt das SEP -Modul.

Im Prozess der Modellsimulation werden sie gemäß den Funktionen verschiedener Einheitsmodule durch den Materialfluss angeschlossen und der Durchfluss entsprechend dem Sauerstoffproduktionsprozess ausgeführt. Während der Simulation werden die Geräteparameter entsprechend den Entwurfswerten festgelegt. Der Druck am oberen Turm des Richtigturms ist auf 0,132 MPa eingestellt. Der Druck am Boden des Turms ist auf 0,138 MPa eingestellt. Die Temperatur am oberen Rand des Turms ist auf -193,5 Grad eingestellt. Die Temperatur am Boden des Turms ist auf -180,2 Grad eingestellt. Nach der Anzahl der Tasten wird die Anzahl der Taste auf die Simulationsanalyse eingestellt.

Aus den Simulationsergebnissen des Modells in der Tabelle ist ersichtlich, dass verschiedene Indizes des Modells im Grunde genommen mit den Entwurfsindizes der kryogenen Luftabrechnungsanlage übereinstimmen. Die Differenz zwischen der Reinheit des flüssigen Sauerstoffs im oberen Turm und dem Konstruktionswert beträgt 0,8%, die Schwankung des Simulationswerts liegt innerhalb des zulässigen Bereichs, und der simulierte Sauerstoffausgang liegt nahe am Konstruktionswert, wobei Fehler innerhalb des zulässigen Bereichs sind. Somit ist ersichtlich, dass das dieser Zeitpunkt festgelegte Modell zur Analyse der Prozessoptimierungsüberprüfung verwendet werden kann [2].

Tabelle 1 Simulationsergebnisse des Luftrennungsanlagenprozessflussmodells

Artikel	Designindex	Simulationsindex
Durchflussrate von Abfallflüssigkeitsstickstoff in den oberen Turm/(kmol/h)	4000	4007
Durchflussrate von flüssiger Luft in den oberen Turm/(kmol/h)	5000	5000
Durchflussrate des flüssigen Stickstoffs in den oberen Turm/(kmol/h)	4000	4000
Reinheit der flüssigen Luft im unteren Turm, \\ (x (\\ ce {o2}) \\) 1%	37	36.1
Reinheit von Abfallstickstoff im oberen Turm, \\ (x (\\ ce {n2}) \\) 1%	90	89.87
Durchflussrate des Stickstoffs aus dem Kaltbox/(kmol/h)	2350	2350
Bodendruck des oberen Turms/MPA	0.14	0.14
Oberdruck des unteren Turms/MPA	0.56	0.558
Stickstoffproduktausgabe/(KMOL/H)	2400	2400
Mittelgroßer Druck flüssiger Stickstoffausgang/(kmol/h)	2940	2924.38
Niedriger Druck flüssiger Stickstoffausgang/(kmol/h)	1360	1336.58

Beim Gastrennprozess der kryogenen Luftabrechnungspflanze spielt der obere Turm des Gleichberechungslups eine Schlüsselrolle. Durch die Forschung und theoretische Analyse des Geräts kann das Ziel der Energieeinsparung und des Verbrauchs reduziert werden, indem die Prozessparameter des oberen Turms des Gleichberechungsläufs geändert werden. Dieses Mal wird das Sensitivitätsmodul von Aspen Plus verwendet, um die verschiedenen Prozessparameter des oberen Turms des Richtigturms im Detail zu analysieren, und das optimale Prozessbetriebsschema wird erhalten.

Beim Simulationsprozess ist in Abbildung Abbildung dargestellt, wenn andere Parameter unverändert und die Änderung der Futterposition die Änderung der Trennungseffizienz des oberen Turms dargestellt.

Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass mit anderen Parametern unverändert die Futterposition des oberen Turms des Richtigturms die Trennungseffizienz des oberen Turms zunächst zunimmt und dann abnimmt. Wenn die Futterposition auf das 28. Tablett eingestellt ist, erreicht die Trennungseffizienz am höchsten. Somit ist ersichtlich, dass das 28. Tablett die optimale Futterposition ist.

Process Optimization Of Cryogenic Air Separation Unit

Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass der Sauerstoffausgang mit zunehmender Zunahme des Vorschubflusses des oberen Turms allmählich zunimmt, die Reinheit jedoch einen Abwärtstrend zeigt, der mit der theoretischen Analyse übereinstimmt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Reinheit von Sauerstoff über 99,6%liegt, wenn der Futterstrom des oberen Turms unter 780 kmol/h liegt, was dem Gasbedarf der chemischen Industrie entspricht. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Ausgang 2850 kmol/h, was signifikant höher ist Daher sollte der Vorschubfluss bei 780 kmol/h gesteuert werden, was den Ausgang erhöhen kann und gleichzeitig die Sauerstoffreinheit sicherstellt.

Wenn Sie andere Parameter unverändert halten und den Druck des oberen Turms ändern, ist die Änderung des Energieverbrauchs des Geräts in Abbildung dargestellt.

Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass mit dem Anstieg des Drucks des oberen Turms der Energieverbrauch des Geräts allmählich zunimmt. Unter Berücksichtigung des Trennungseffekts und des Energieverbrauchs ist es angebracht, den Druck des oberen Turms auf 0,135 MPa einzustellen, was nicht nur einen guten Trenneffekt gewährleisten, sondern auch übermäßigen Energieverbrauch vermeiden kann.

Das von der Fabrik erzeugte Gas wird hauptsächlich an chemische Unternehmen geliefert, und der produzierte Sauerstoff wird bei Oxidationsreaktionen bei chemischen Reaktionen verwendet. In den letzten Jahren hat sich der Gewinnbereich der Fabrik aufgrund der steigenden Energiepreise und des verstärkten Marktwettbewerbs allmählich eingeschränkt. In diesem Fall beschloss die Fabrik, den Energieverbrauch zu verringern und den wirtschaftlichen Nutzen zu verbessern, indem der Produktionsprozess verbessert wurde. Nach der Forschung und Analyse führte die Fabrik im Mai 2023 die Prozessverbesserung durch. Das Verbesserungsschema lautet wie folgt: Der Druck des oberen Turms des Richtigturms ist auf 0,135 MPa eingestellt. Die Futtertemperatur des oberen Turms ist auf -168 Grad eingestellt. Die Futtermenge des oberen Turms wird auf 780 kmol/h angepasst. Aufgrund der Prozessverbesserung wurde der Energieverbrauch des Gleichberechungslupturms verringert, so Im Prozess der Prozessverbesserung wird der Vorschubfluss des Luftkompressionssystems gleichzeitig geändert, und der Anwendungseffekt der kryogenen Lufttrennanlage wird unter verschiedenen Lasten analysiert. Die Überprüfungszeit für jede Last beträgt 15 Tage und die Produktionssituation ist in Tabelle 2 aufgeführt.

Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass nach der Prozessoptimierung die maximale Variable -Betriebszustandslast 115% der ursprünglichen Last erreichen kann, und in diesem Fall werden sowohl Sauerstoff- als auch flüssige Sauerstoffausgänge erhöht. Darüber hinaus ändert sich unter 115% Last der Energieverbrauch des oberen Turms des Richtigturms von den ursprünglichen -7,85 MW auf -7,23 MW mit einer Energieeinsparung von 7,9%. Durch die Analyse der elektrischen Energie der Geräte ist bekannt, dass die elektrische Energieverringerung der Geräte unter 115% 125 kW · h beträgt. Die industriellen Stromkosten in dem Gebiet, in dem sich die Fabrik befindet, beträgt 0,72 Yuan/(KW · H). Berechnet durch die für 330 Tage betriebene Geräte können die jährlichen Stromkosten von 712.800 Yuan eingespart werden. Aus dem Aspekt des Produktausgangs berechnet nach der Prozessoptimierung hat der Sauerstoffausgang um 380 kmol/h erhöht, der flüssige Sauerstoffausgang hat um 420 kmol/h erhöht und der flüssige Argonausgang hat um 25 kmol/h erhöht. Es wird berechnet, dass der jährliche Gewinn um 3,2 Millionen Yuan erhöht werden kann. Es ist daher zu erkennen, dass die Prozessverbesserung jährlich 3,9128 Millionen Yuan von Vorteilen für das Unternehmen schaffen kann.

Tabelle 2 Produktionssituation der kryogenen Luftabstandsanlage unter verschiedenen Belastungen nach der Prozessoptimierung

Gegenstand	80% Last	90% Last	100% Last	110% Last	115% Last
Futtermenge (kmol/h)	9850	11000	12150	13300	14000
Sauerstoffausgang (kmol/h)	2180	2450	2750	3020	3130
Flüssiger Sauerstoffausgang (kmol/h)	2550	2850	3200	3480	3620
Flüssiger Argonausgang (kmol/h)	95	105	120	135	145

Prozessoptimierung der kryogenen Luftseparationseinheit

Konstruktion des Prozessflussmodells für die Lufttrennanlage

Prozessfluss

Konstruktion des Prozessflussmodells

Prozessoptimierungsanalyse

Beziehung zwischen Futterposition und Trennungseffizienz

Beziehung zwischen Futterfluss und Sauerstoffausgang und Reinheit

Einfluss des Drucks auf den Energieverbrauch

Praktische Anwendung des Prozessoptimierungsschemas