У промисловому газовому секторі аргон, широко використовуваний рідкий газ, в основному отримують шляхом кріогенного розділення повітря. Обладнання великомасштабної кріогенної установки поділу повітря аргоновою системою не тільки безпосередньо впливає на початкові інвестиції установки та довгострокове -споживання енергії, але й має вирішальний вплив на оптимізацію асортименту продукції заводу та підвищення загальної прибутковості. Особливо на етапі планування нового заводу необхідний комплексний аналіз пропозиції та попиту на ринку аргону в регіоні, інвестиційних витрат і даних про енергоспоживання, щоб вибрати оптимальну конфігурацію для проекту та повністю розкрити потенціал блоку поділу повітря.
Виходячи з його властивостей і сценаріїв застосування, аргон присутній в атмосфері приблизно на рівні 0,932%, що робить його найпоширенішим рідкісним газом. Його хімічні властивості стабільні, він -незаймистий і не підтримує горіння. Він відіграє важливу роль у виробництві, електроніці, виплавці металу та інших сферах. Наприклад, аргон часто використовується як захисний газ при зварюванні алюмінію, магнію, міді, їх сплавів і нержавіючої сталі, ефективно запобігаючи окисленню або азотуванню зварних деталей через контакт з повітрям, забезпечуючи тим самим якість зварювання. Наприклад, запланована установка поділу повітря для виробництва кисню продуктивністю 50 000 Нм³/год для великомасштабного вугільного хімічного проекту в певному регіоні використовуватиме процес, що передбачає адсорбційне очищення молекулярними ситами при температурі навколишнього середовища, підвищення тиску повітря та внутрішнє стиснення продуктів кисню та азоту. Цей процес поєднуватиметься зі структурованою верхньою вежею ущільнювача та процесом виробництва аргону повної дистиляції з повітряним компресором, що приводиться в рух електродвигуном. Процес виробництва аргону з повною дистиляцією, наразі основний метод виробництва аргону, пропонує значні переваги, такі як простота, легкість експлуатації, безпечна та стабільна робота та висока ефективність вилучення аргону. Зокрема, -збагачену аргоном фракцію витягують із середньої та нижньої частин верхньої вежі та подають у систему дистиляції аргону. Колонка неочищеного аргону спочатку розділяє кисень і аргон, утворюючи неочищений аргон із вмістом кисню менше 1,5×10⁻⁶. Потім цей неочищений аргон подається в колону для очищення аргону для подальшого розділення аргону та азоту, у результаті чого утворюється високо{17}}аргоновий продукт із вмістом аргону 99,999%. Дослідження ринку аргону в регіоні виявило загалом дев’ять блоків поділу повітря (ASU) з продуктивністю 6000 Нм³/год або більше, що працюють, будуються або плануються. Шість із цих установок працюють і здатні виробляти аргон із загальною проектною продуктивністю 5 860 Нм³/год (еквівалент 84 000 т/рік). Однак через такі фактори, як неактивність аргонових систем деяких проектів або неякісне виробництво, фактичне виробництво аргону становить приблизно 63 000 т/рік, що робить загальну регіональну виробничу потужність відносно обмеженою.
З точки зору собівартості та ринкової ціни, собівартість одиниці транспортування рідкого аргону становить 0,8-1,0 юаня за тонну/км. Виходячи з цього розрахунку, теоретична різниця в ціні для ринків у межах 200 км становить приблизно 160 юанів за тонну. Для відстаней до 500 км різниця в ціні перевищує 400 юанів за тонну, що знижує бар’єри поставок між різними ринками та забезпечує перехресне з’єднання. Ціна на регіональному ринку аргону коливається від 800 до 1900 юанів за тонну протягом року. Розрахована на основі середньорічної ціни 1000 юанів за тонну, це залишає простір для прибутковості.
Аналізуючи структуру витрат на виробництво аргону, для блоку поділу повітря класу 50 000 аргон, як побічний продукт, в основному споживає роботу поділу та роботу зрідження, при цьому робота по стисненню повністю амортизується у вартості продуктів кисню та азоту. Теоретична мінімальна робота зрідження для аргону становить 0,2391 кВт·год/Нм³ (фактично розраховується як 0,3 кВт·год/Нм³). Розрахункова робота зрідження становить 560 × 0.3=168 кВт·год/тонну. Робота розділення обчислюється за спеціальною формулою, де R — універсальна газова стала, T — температура навколишнього середовища, n_O₂, n_N₂ і n_Ar представляють кількість кисню, азоту та аргону відповідно, p_O₂, p_N₂ і p_Ar — тиск кожного компонента, а p — загальний тиск. Розрахунки показують, що теоретична мінімальна робота розділення для повного відділення 1 Нм³ повітря становить приблизно 0,01744 кВт·год/Нм³ (розраховується як 0,02 кВт·год/Нм³). Оскільки 8% роботи поділу зосереджено в аргоні, робота поділу обчислюється як 248 000 × 0,02 × 8% × (560 ÷ 1500)=148 кВт·год/т. Загальна вартість виробництва аргону становить приблизно 316 кВт·год/т, що еквівалентно 139 юанів/т. Якщо охоплювати клієнтів у радіусі 200 км та 500 км, після додавання відповідних транспортних витрат загальна вартість аргону становитиме приблизно 299 юанів за тонну та 539 юанів за тонну відповідно, зберігаючи значну перевагу в ціні порівняно з місцевою ринковою ціною на аргон. Крім того, регіон знаходиться всього в 100 км від промислової зони столиці провінції. З просуванням місцевої стратегії розвитку «Зміцнення столиці провінції» обробна промисловість, особливо електроніка та фотоелектрична промисловість, відкриє можливості для розвитку, і попит на аргон продовжить відповідно зростати, забезпечуючи широкі ринкові перспективи для продажу аргону.
Що стосується ризиків та енергоефективності виробництва аргону, поточний процес виробництва аргону з повною дистиляцією є зрілим і надійним, не збільшуючи ризики для безпеки підприємства. Крім того, додавання аргонової системи може підвищити ефективність вилучення кисню та досягти значної економії енергії. Наприклад, блок поділу повітря (ASU) класу 50 000 може витягти приблизно 1500 Нм³/год аргону (за умови 70% вилучення). Порівнюючи різні варіанти конфігурації, швидкість вилучення кисню без аргонової системи становить 90,4%, без економії енергії, без пов’язаних інвестицій і без повернення. Варіант із підсилювачем ефективності збільшує ступінь вилучення кисню до 97%, з приблизно 5% економією енергії. Інвестиція коштує 8-10 мільйонів юанів, щорічна економія енергії становить 8 мільйонів юанів і період окупності один рік, але немає виробництва аргонового продукту або пов’язаного з цим доходу. У варіанті з аргоновою системою рівень вилучення кисню становить 96,4%, приблизно 2,5% економії енергії, інвестиції приблизно 15 мільйонів юанів, річна економія енергії 4 мільйони юанів, річне виробництво аргону 21 000 тонн, річна вигода від продукції 15 мільйонів юанів і період окупності один рік. Крім того, він може генерувати річний дохід у 15 мільйонів юанів під час роботи.
Подальший аналіз даних про енергоспоживання показує, що понад 90% енергії, споживаної блоком поділу повітря, надходить від повітряного компресора та бустера. Взявши для прикладу конфігурацію аргонової системи із загальною потужністю компресора та підсилювача 40 000 кВт, припускаючи, що річна тривалість роботи становить 8 000 годин і бюджетна ціна електроенергії 0,44 юаня, економія енергії становитиме 40 000 × 8 000 × 0,44 × 2,5% ÷ 90%=3.91 мільйонів юань. Що стосується переваг виробництва рідкого аргону, одна установка поділу повітря виробляє 21 000 тонн рідкого аргону на рік. Виходячи з місцевої середньорічної ціни аргону в 1000 юанів за тонну, це генерує понад 15 мільйонів юанів додаткових щорічних вигод. З точки зору терміну окупності, якщо аргонова система налаштована, але продаж продукції з рідкого аргону не здійснюється, інвестиційні витрати можуть бути відшкодовані приблизно за чотири роки; якщо збут продукції з рідкого аргону здійснюється нормально, інвестиції можуть окупитися лише за рік. Варто зазначити, що якщо в повітророзподільному блоці немає аргонової системи та допоміжної вежі, швидкість вилучення кисню буде знижена, об’єм повітря, необхідний для обробки повітряним компресором, значно збільшиться, а енергоспоживання повітророздільного компресорного блоку збільшиться. Таким чином, навіть без аргонової системи, звичайні конструкції блоків поділу повітря зазвичай вимагають підкачувальну башту для зменшення споживання енергії компресором.
Таким чином, розгортання аргонової системи у великих кріогенних установках поділу повітря є технічно зрілим і надійним, не створює додаткових ризиків для безпеки та може підвищити ефективність вилучення кисню та зменшити споживання енергії. З економічного погляду продаж аргонової продукції відповідно до ринкового попиту може швидко окупити інвестиції та значно підвищити прибутковість заводу. Крім того, система аргону пропонує гнучкі можливості регулювання, що дозволяє вмикати та вимикати вдосконалену систему аргону залежно від коливань ринку. Башта сирого аргону може функціонувати як розгінна башта, продовжуючи економити енергію та забезпечуючи динамічні коригування виробництва продукції. Для регіонів із потужним ринком аргону рекомендується використовувати обладнання для екстракції аргону для планування великої кріогенної установки поділу повітря для оптимізації як економічної вигоди, так і енергоефективності.
