Rhagymadrodd
Mewn cynhyrchu nwy diwydiannol, mae'r uned gwahanu aer (ASU) yn ddarn craidd o offer, a ddefnyddir yn bennaf i wahanu a defnyddio nwyon fel ocsigen, nitrogen, ac argon o aer. Gyda chostau ynni cynyddol a'r nodau "carbon deuol", mae gwella effeithlonrwydd ynni ASUs wedi dod yn ffocws allweddol i'r diwydiant. Defnyddiodd astudiaeth ddiweddar, gan ddefnyddio uned gwahanu aer cryogenig 60,000 Nm³/h mewn ffatri benodol fel enghraifft, feddalwedd Aspen Plus i fodelu a gwneud y gorau o'r broses, gan gyflawni arbedion ynni sylweddol a buddion economaidd, gan ddarparu astudiaeth achos werthfawr i'r diwydiant.
Egwyddor Weithredol Unedau Gwahanu Aer Cryogenig
Mae'r broses gwahanu aer cryogenig yn bennaf yn gwahanu cydrannau nwy o aer trwy gamau megis cywasgu aer, rhag-oeri, cyfnewid gwres a distyllu. Yn gyntaf mae'r aer yn cael ei dan bwysau a'i oeri gan gywasgydd, yna'n cael ei oeri'n ddwfn i tua -170 gradd gan ehangwr. Yna mae ocsigen a nitrogen yn cael eu gwahanu mewn tyrau distylliad uchel a gwasgedd isel.
Mae'r tyrau uchaf ac isaf yn annibynnol ond wedi'u cysylltu gan biblinellau: mae'r tŵr pwysedd uchel yn cynnal gwasgedd o tua 0.55 MPa, a'r tŵr gwasgedd isel tua 0.14 MPa. Mae'r nwy yn cyddwyso ar ben y tŵr i gynhyrchu nitrogen hylifol, ac mae peth ohono'n parhau i lifo i'r tŵr uchaf i'w ddistyllu ymhellach, gan gynhyrchu nwy nitrogen purdeb uchel neu gynhyrchion nitrogen hylifol.
Mae'r defnydd o ynni yn y broses hon wedi'i ganoli'n bennaf yn y camau cywasgu, oeri a distyllu. Felly, mae optimeiddio'r llwyth gwres a'r paramedrau porthiant yn allweddol i wella effeithlonrwydd ynni.
Rôl Modelu Efelychu mewn Optimeiddio Proses
Defnyddiodd y tîm ymchwil Aspen Plus i adeiladu model digidol o'r uned gwahanu aer, gan gwmpasu offer uned allweddol megis cywasgwyr, cyfnewidwyr gwres, pympiau, a thyrau distyllu. Wrth gymharu'r canlyniadau efelychu â manylebau dylunio, gwelwyd bod gwall y model o fewn 1%, gan ddangos ei gywirdeb uchel a'i botensial ar gyfer-gwirio arbed ynni ac optimeiddio paramedr. Roedd y dadansoddiad efelychu yn canolbwyntio ar bedwar ffactor allweddol:
Lleoliad porthiant
Llif porthiant
Pwysau gweithredu colofn distyllu
Tymheredd bwydo
Mae'r paramedrau hyn gyda'i gilydd yn dylanwadu ar lwyth gwres uwchben y twr, cynnyrch nitrogen hylifol, a phurdeb, ac felly'n pennu effeithlonrwydd ynni cyffredinol y system.
Effaith Paramedrau Proses ar Arbedion Ynni
Lleoliad porthiant
Gan gadw amodau eraill yn gyson, canfu'r astudiaeth fod gosod y lleoliad porthiant ar hambwrdd 33 yn arwain at y llwyth gwres uwchben twr isaf a mwyaf sefydlog, gan ei wneud y pwynt bwydo gorau posibl.
Llif porthiant
Mae cynyddu'r gyfradd llif porthiant yn cynyddu cynnyrch nitrogen hylifol ond yn lleihau purdeb. Pan reolir y gyfradd porthiant twr is ar 804 kmol/h, gellir cynyddu'r cynnyrch wrth gynnal purdeb nitrogen (99.999%).
Rheoli tymheredd
Mae tymheredd porthiant yn cydberthyn yn gadarnhaol â chyfradd llif nitrogen hylifol, ond gall tymheredd rhy uchel effeithio ar wahanu ocsigen ac argon, tra bod tymheredd rhy isel yn cynyddu'r defnydd o ynni. Penderfynodd yr astudiaeth mai -173 gradd oedd y tymheredd gweithredu gorau posibl.
Trwy addasu'r paramedrau hyn, gall yr uned gwahanu aer gyflawni allbwn uwch tra'n cynnal yr un defnydd o ynni, gan gyrraedd y nod o "cadwraeth ynni a gwella effeithlonrwydd."
Cymhwysiad Ymarferol a Dadansoddiad Budd Economaidd
Gweithredwyd yr ateb optimeiddio hwn mewn gwaith nwy yn 2022. Dangosodd y canlyniadau y gallai'r gwaith weithredu'n sefydlog ar 120% o'i lwyth graddedig, gan gynyddu cynhyrchiant yn sylweddol:
Cynyddodd cynhyrchiant nitrogen 450 kmol/h;
Cynyddodd cynhyrchiant nitrogen hylifol gwasgedd canolig 625 kmol/a;
Cynyddodd cynhyrchiant nitrogen hylifol gwasgedd isel 281 kmol/h.
Ar yr un pryd, gostyngodd llwyth gwres uwchben y golofn distyllu 7.48%, gan arbed tua 721,000 yuan mewn costau trydan blynyddol. Yn seiliedig ar brisiau'r farchnad, cyrhaeddodd cyfanswm y budd economaidd blynyddol tua 4.6 miliwn yuan. Mae'r cyflawniad hwn yn dangos gwerth sylweddol optimeiddio prosesau ar gyfer cynhyrchwyr nwy diwydiannol.
Casgliadau a Goblygiadau Diwydiant
Mae'r astudiaeth hon yn dangos y dull gwyddonol a chanlyniadau ymarferol optimeiddio arbed ynni mewn unedau gwahanu aer cryogenig. Mae meddalwedd efelychu uwch fel Aspen Plus yn caniatáu ar gyfer rhagfynegi perfformiad system yn gynnar yn ystod y cam dylunio proses, gan leihau costau treialu a gwallau.
Ar gyfer cynhyrchwyr nwy, mae'r optimeiddio prosesau digidol hwn yn cynnig tri goblygiadau allweddol:
Gwneud penderfyniadau a yrrir gan efelychu-: Mae modelau efelychu yn galluogi delweddu prosesau a dadansoddi deinamig. Mae cadwraeth ynni a phroffidioldeb yn mynd law yn llaw: Mae optimeiddio prosesau nid yn unig yn lleihau'r defnydd o ynni ond hefyd yn cynyddu cynhyrchiant ac elw yn uniongyrchol.
Tueddiadau gweithgynhyrchu gwyrdd: Gyda pholisïau lleihau allyriadau carbon byd-eang yn tynhau, rhaid i'r diwydiant gwahanu aer barhau i hyrwyddo trawsnewid arbed ynni ac uwchraddio deallus.
Yn y dyfodol, bydd cyfeiriad optimeiddio unedau gwahanu aer cryogenig yn cael ei integreiddio ymhellach â rheolaeth ragfynegol AI, systemau gefeilliaid digidol, a pheirianneg EPC integredig i gyflawni rheolaeth effeithlonrwydd ynni cylch bywyd llawn o ddylunio i weithrediad.
