در بخش گاز صنعتی، آرگون، گاز کمیاب پرکاربرد، عمدتاً از طریق جداسازی برودتی هوا به دست میآید. اینکه یک واحد جداسازی هوای برودتی در مقیاس بزرگ مجهز به سیستم آرگون باشد یا نه، نه تنها مستقیماً بر سرمایهگذاری اولیه و مصرف انرژی بلندمدت دستگاه تأثیر میگذارد، بلکه تأثیر مهمی بر بهینهسازی ترکیب محصول کارخانه و بهبود سودآوری کلی دارد. به خصوص در مرحله برنامه ریزی یک کارخانه جدید، تجزیه و تحلیل جامع از عرضه و تقاضای بازار آرگون در منطقه، هزینه های سرمایه گذاری و داده های مصرف انرژی برای انتخاب پیکربندی بهینه برای پروژه و آزادسازی کامل پتانسیل واحد جداسازی هوا ضروری است.
بر اساس خواص و سناریوهای کاربردی آن، آرگون در اتمسفر تقریباً 0.932٪ وجود دارد، که آن را به فراوان ترین گاز کمیاب تبدیل می کند. خواص شیمیایی آن پایدار است، غیرقابل اشتعال-است و از احتراق پشتیبانی نمی کند. نقش مهمی در تولید، الکترونیک، ذوب فلزات و سایر زمینه ها دارد. به عنوان مثال، آرگون اغلب به عنوان یک گاز محافظ در جوشکاری آلومینیوم، منیزیم، مس، آلیاژهای آنها و فولاد ضد زنگ استفاده می شود و به طور موثری از اکسید شدن یا نیتریداسیون قطعات جوش داده شده در اثر تماس با هوا جلوگیری می کند و در نتیجه کیفیت جوش را تضمین می کند. به عنوان مثال، یک واحد جداسازی هوای تولید اکسیژن 50000 نیوتن مکعبی در ساعت برای یک پروژه شیمیایی زغال سنگ در مقیاس بزرگ در یک منطقه خاص، از فرآیندی شامل تصفیه جذب الک مولکولی دمای محیط، فشار هوا، و فشردهسازی داخلی محصولات اکسیژن و نیتروژن استفاده میکند. این فرآیند با برج فوقانی بسته بندی ساختاری و فرآیند تولید آرگون با تقطیر کامل ترکیب می شود که کمپرسور هوا توسط یک موتور الکتریکی هدایت می شود. فرآیند تولید آرگون با تقطیر کامل، که در حال حاضر روش اصلی تولید آرگون است، مزایای قابل توجهی مانند سادگی، سهولت عملیات، عملیات ایمن و پایدار و راندمان استخراج آرگون بالا را ارائه می دهد. به طور خاص، یک بخش غنی از آرگون{12}از قسمتهای میانی و پایینی برج فوقانی استخراج میشود و به سیستم تقطیر آرگون وارد میشود. ستون آرگون خام در ابتدا اکسیژن و آرگون را جدا می کند و آرگون خام با محتوای اکسیژن کمتر از 1.5×10-6 تولید می کند. سپس این آرگون خام برای جداسازی بیشتر آرگون و نیتروژن به یک ستون آرگون تصفیه شده وارد میشود و در نهایت یک محصول آرگون با خلوص{17} بالا با محتوای آرگون 99.999% تولید میشود. تحقیقات در بازار آرگون منطقه مجموعا 9 واحد جداسازی هوا (ASUs) با ظرفیت 6000 نیوتن متر مکعب در ساعت یا بزرگتر، در حال کار، در دست ساخت یا برنامه ریزی را نشان می دهد. شش واحد از این واحدها عملیاتی هستند و قادر به تولید آرگون هستند، با ظرفیت کل طراحی شده 5،{24}} نیوتن متر در ساعت (معادل 84000 تن در ساعت). با این حال، به دلیل عواملی مانند غیرفعال بودن سیستمهای آرگون در برخی پروژهها یا تولید نامرغوب، تولید واقعی آرگون تقریباً 63000 تن در هر سال است که ظرفیت کلی تولید منطقهای را نسبتاً محدود میکند.
از نظر هزینه و قیمت بازار، هزینه حمل و نقل واحد آرگون مایع 0.8-1.0 یوان در هر تن/کیلومتر است. بر اساس این محاسبه، تفاوت نظری قیمت برای بازارهای 200 کیلومتری تقریباً 160 یوان در هر تن است. برای مسافت های تا 500 کیلومتر، تفاوت قیمت از 400 یوان در هر تن فراتر می رود که موانع عرضه را بین بازارهای مختلف کاهش می دهد و اتصال متقابل را امکان پذیر می کند. قیمت آرگون در بازار منطقه ای بین 800 تا 1900 یوان در هر تن در طول سال در نوسان است. محاسبه شده بر اساس میانگین قیمت سالانه 1000 یوان در هر تن، این امر فضایی را برای سودآوری باز می گذارد.
تجزیه و تحلیل ساختار هزینه تولید آرگون، برای یک واحد جداسازی هوا با کلاس 50000، آرگون، به عنوان یک محصول جانبی، در درجه اول کار جداسازی و مایع سازی را مصرف می کند، با کار فشرده سازی به طور کامل به هزینه های محصولات اکسیژن و نیتروژن مستهلک می شود. حداقل کار مایع سازی نظری برای آرگون 0.2391 kW·h/Nm³ است (در واقع 0.3 kW·h/Nm³ محاسبه می شود). کار مایع سازی محاسبه شده 560 × 0.3=168 کیلووات ساعت در تن است. کار جداسازی با استفاده از یک فرمول خاص محاسبه میشود، که در آن R ثابت گاز جهانی، T دمای محیط، n_O2، n_N2 و n_Ar به ترتیب مقادیر اکسیژن، نیتروژن و آرگون را نشان میدهند، p_O2، p_N2، و p_Ar فشار کل هر جزء است و p. محاسبات نشان می دهد که حداقل کار جداسازی نظری برای جداسازی کامل 1 نیوتن متر مکعب هوا تقریباً 0.01744 kW·h/Nm³ است (محاسبه شده با 0.02 kW·h/Nm³). از آنجایی که 8 درصد از کار جداسازی در آرگون متمرکز است، کار جداسازی 248000 × 0.02 × 8 درصد × (560 ÷ 1500)=148 کیلووات ساعت در تن محاسبه شده است. به طور کلی، هزینه تولید آرگون تقریباً 316 کیلووات ساعت در تن است که معادل 139 یوان در تن است. اگر مشتریان را در شعاع 200 کیلومتر و 500 کیلومتر تحت پوشش قرار دهید، پس از اضافه کردن هزینه های حمل و نقل مربوطه، هزینه کل آرگون به ترتیب تقریباً 299 یوان/تن و 539 یوان/تن است که مزیت هزینه قابل توجهی را در مقایسه با قیمت بازار محلی آرگون حفظ می کند. علاوه بر این، این منطقه تنها 100 کیلومتر با منطقه صنعتی مرکز استان فاصله دارد. با پیشبرد استراتژی توسعه محلی «تقویت پایتخت استان»، صنعت تولید، به ویژه صنایع الکترونیک و فتوولتائیک، فرصتهای توسعه را به وجود میآورد و تقاضا برای آرگون به رشد خود ادامه میدهد و چشمانداز بازار گستردهای را برای فروش آرگون فراهم میکند.
با توجه به خطرات و کارایی انرژی تولید آرگون، فرآیند فعلی تولید آرگون با تقطیر کامل بدون افزایش خطرات ایمنی کارخانه بالغ و قابل اعتماد است. علاوه بر این، افزودن یک سیستم آرگون می تواند راندمان استخراج اکسیژن را افزایش داده و به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی دست یابد. به عنوان مثال، یک واحد جداسازی هوای کلاس 50000 (ASU) می تواند تقریباً 1500 نیوتن متر مکعب در ساعت آرگون استخراج کند (با فرض نرخ استخراج 70٪). با مقایسه گزینه های پیکربندی مختلف، نرخ استخراج اکسیژن بدون سیستم آرگون 90.4٪ است، بدون صرفه جویی در انرژی، سرمایه گذاری مرتبط و بدون بازگشت. گزینه ای با تقویت کننده بهره وری نرخ استخراج اکسیژن را تا 97% افزایش می دهد و تقریباً 5% صرفه جویی در انرژی دارد. هزینه سرمایه گذاری 8 تا 10 میلیون یوان، با صرفه جویی در انرژی سالانه 8 میلیون یوان و دوره بازپرداخت یک ساله است، اما خروجی محصول آرگون یا درآمد مرتبط وجود ندارد. آپشن با سیستم آرگون به نرخ استخراج اکسیژن 96.4٪ با تقریباً 2.5٪ صرفه جویی در انرژی، سرمایه گذاری تقریباً 15 میلیون یوان، صرفه جویی در انرژی سالانه 4 میلیون یوان، تولید سالانه آرگون 21000 تن، سود محصول سالانه 15 میلیون یوان و دوره بازپرداخت یک ساله دست می یابد. علاوه بر این، می تواند درآمد سالانه 15 میلیون یوان در طول عملیات ایجاد کند.
تجزیه و تحلیل بیشتر داده های مصرف انرژی نشان می دهد که بیش از 90 درصد انرژی مصرف شده توسط یک واحد جداسازی هوا از کمپرسور و تقویت کننده هوا می آید. با در نظر گرفتن پیکربندی یک سیستم آرگون به عنوان مثال، با کل کمپرسور و قدرت تقویت کننده 40000 کیلووات، با فرض زمان کارکرد سالانه 8000 ساعت و قیمت برق بودجه ای 0.44 یوان، صرفه جویی در انرژی برابر با 40000 × 8.000 × 200 × 4000 % محاسبه می شود.=3.91 میلیون یوان. با توجه به مزایای تولید آرگون مایع، یک واحد جداسازی هوا سالانه 21000 تن آرگون مایع تولید می کند. بر اساس میانگین قیمت سالانه محلی آرگون 1000 یوان در هر تن، این بیش از 15 میلیون یوان مزایای سالانه اضافی ایجاد می کند. از نظر دوره بازپرداخت، اگر سیستم آرگون پیکربندی شده باشد اما فروش محصول آرگون مایع انجام نشود، هزینه سرمایه گذاری را می توان در حدود چهار سال بازیابی کرد. اگر فروش محصولات آرگون مایع به طور معمول انجام شود، سرمایه گذاری می تواند تنها در یک سال بازیابی شود. شایان ذکر است که اگر واحد جداسازی هوا فاقد سیستم آرگون و برج تقویت کننده باشد، میزان استخراج اکسیژن کاهش می یابد، حجم هوای مورد نیاز برای جابجایی توسط کمپرسور هوا به میزان قابل توجهی افزایش می یابد و مصرف انرژی واحد کمپرسور جداسازی هوا افزایش می یابد. بنابراین، حتی بدون سیستم آرگون، طرح های واحد جداسازی هوای معمولی معمولاً به یک برج تقویت کننده برای کاهش مصرف انرژی کمپرسور نیاز دارند.
به طور خلاصه، استقرار یک سیستم آرگون در واحدهای جداسازی هوای برودتی بزرگ از نظر فنی بالغ و قابل اعتماد است، خطرات ایمنی اضافی ایجاد نمی کند و می تواند کارایی استخراج اکسیژن را بهبود بخشد و مصرف انرژی را کاهش دهد. از نظر اقتصادی، فروش محصولات آرگون مطابق با تقاضای بازار می تواند به سرعت سرمایه گذاری را جبران کند و به طور قابل توجهی سودآوری کارخانه را بهبود بخشد. علاوه بر این، سیستم آرگون قابلیت های تنظیم انعطاف پذیری را ارائه می دهد که به سیستم آرگون تصفیه شده اجازه می دهد تا بر اساس نوسانات بازار وارد و خارج شود. سپس برج آرگون خام می تواند به عنوان یک برج تقویت کننده عمل کند و به صرفه جویی در انرژی ادامه دهد و تنظیمات پویا را در تولید محصول امکان پذیر کند. برای مناطقی که بازار آرگون قوی دارند، تجهیزات استخراج آرگون برای برنامه ریزی واحد جداسازی هوای برودتی بزرگ برای بهینه سازی منافع اقتصادی و بهره وری انرژی توصیه می شود.
