Invoering:Industrieën zoals de zware chemie, metallurgie, glas, chemie en elektronica hebben een grote vraag naar zeer zuivere zuurstof (O₂), stikstof (N₂) en argon (Ar). Om de continuïteit, zuiverheid en zuinigheid van de gasvoorziening te garanderen, kiezen steeds meer grote fabrieken ervoor om cryogene luchtscheidingseenheden (ASU's) ter plaatse te installeren- in plaats van te vertrouwen op aangekochte gassen. Het kiezen van de juiste ASU is cruciaal voor het garanderen van een stabiele productie, het besparen van bedrijfskosten en het optimaliseren van het investeringsrendement.
In dit artikel wordt in detail besproken hoe u een ASU voor een specifiek project selecteert uit drie belangrijke dimensies-Capaciteit, Energieverbruik & OPEX, en CAPEX & Totale Investering-en, in combinatie met het EPC & Turnkey-servicemodel van NEWTEK, wordt geïllustreerd hoe u een efficiënte en betrouwbare oplossing kunt bereiken door middel van one-levering, inclusief technisch ontwerp, aanschaf van apparatuur, constructie en installatie, inbedrijfstelling en operationele levering.
1. ASU-basisprincipes en toepasselijke scenario's
Laten we eerst kort het fundamentele werkingsprincipe van een cryogene ASU bekijken. Een cryogene ASU werkt door lucht te comprimeren, te zuiveren (vocht, CO₂ en onzuiverheden te verwijderen), deze af te koelen tot extreem lage temperaturen (ongeveer -180 graden tot -200 graden) en vervolgens de componenten te scheiden op basis van hun kookpuntverschillen in een fractioneringskolom. Stikstof (N₂), zuurstof (O₂) en argon (Ar) kunnen respectievelijk als productgassen (of vloeistoffen) worden geproduceerd. Afhankelijk van de schaal en configuratie van de eenheid (enkele-kolom, dubbele-kolom of drievoudige-kolom met argonterugwinning), zijn ASU's breed toepasbaar in de staalproductie (zuurstofverrijking in de hoogoven, het blazen van converters), petrochemie/vergassing (waarbij grote hoeveelheden zuurstof nodig zijn voor gedeeltelijke oxidatiereacties), glassmeltovens (oxy-brandstof), chemische synthese, elektronica/halfgeleiders (ultra-zeer zuivere stikstof/argon), grootschalige warmtebehandeling en ovens met een inerte atmosfeer. Daarom vormen ASU's vaak de kerninfrastructuur in grote en middelgrote industriële projecten, en hun ontwerp moet in hoge mate worden aangepast op basis van de stroomafwaartse behoeften (gasproductievolume, zuiverheid, druk) en lokale omstandigheden.
2. Capaciteit: bepaling van de ASU-grootte op basis van de vraag.
De belangrijkste overweging bij het selecteren van een ASU is de capaciteit (dwz hoeveel ton/standaard kubieke meter O₂/N₂/Ar hij per dag kan produceren). Deze capaciteit moet aansluiten bij het piekgasverbruik en de verwachte groei van de stroomafwaartse processen.
Het capaciteitsbereik van cryogene ASU's is zeer breed. Volgens gegevens uit de sector kunnen kleine eenheden met één- kolom tientallen tot honderden tonnen zuurstof per dag produceren; dubbele-kolommen/middelgrote- systemen kunnen honderden tot tweeduizend ton per dag bereiken; terwijl grote multi{4}}eenheden (inclusief argonterugwinning) duizenden tot enkele duizenden tonnen O₂-productie per dag kunnen realiseren. Uit gegevens blijkt specifiek dat het capaciteitsbereik van een typische grote industriële ASU ongeveer 100 tot meer dan 5.000 ton O₂/dag kan dekken. Bij het selecteren van de capaciteit moet rekening worden gehouden met de piekbelasting (hoogovens, converters, vergassers en ovens kunnen grote hoeveelheden zuurstof nodig hebben tijdens perioden met hoge{10}} belasting), vereisten voor continu gebruik (24/7) en toekomstig uitbreidingspotentieel (bijvoorbeeld het toevoegen van productielijnen, het vergroten van de capaciteit en veiligheidsback-up/redundantie).
Daarom wordt het voor grootschalige metallurgische, petrochemische of glasprojecten over het algemeen aanbevolen om middelgrote tot grote ASU's (honderden tot duizenden tonnen/dag O₂) te configureren om een stabiele aanvoer te garanderen en knelpunten te verminderen. Voor kleinere- schaal- of hulpgastoepassingen (bijvoorbeeld warmtebehandelingsnesten, gelokaliseerde inerte atmosferen, reservecapaciteit) kunnen ook kleine/modulaire eenheden worden overwogen.
3. Energieverbruik en OPEX: belangrijkste factoren
Zodra de capaciteit is bepaald, is het berekenen van de bedrijfskosten (vooral het elektriciteitsverbruik) de volgende cruciale stap in het selectieproces, aangezien OPEX vaak de economie op de lange termijn- bepaalt.
- Bereik energieverbruik
Het typische specifieke energieverbruik van een cryogene ASU valt doorgaans binnen het bereik van ongeveer 250–500 kWh/ton O₂ (of ongeveer 0,3–0,6 kWh/Nm³ O₂).
Sommige oudere of kleinere ontwerpen hebben mogelijk een iets hoger (en slechter) energieverbruik, terwijl moderne energie{0}}besparende ontwerpen die gebruikmaken van geavanceerde warmteterugwinning, turbo-expansie en superieure warmtewisselingssystemen het energieverbruik aanzienlijk kunnen verminderen.
Het feitelijke energieverbruik wordt ook beïnvloed door factoren als de uitgangsdruk, de productzuiverheid en de gasproductiestructuur (of argon/N₂ wordt teruggewonnen). Het verhogen van de leveringsdruk/compressieverhouding of het vereisen van een hogere zuiverheid kan bijvoorbeeld het energieverbruik verhogen.
- Samenstelling van operationele kosten
Afhankelijk van de bron zijn de elektriciteitskosten doorgaans ≈70-80% van de bedrijfskosten (OPEX). Andere kosten omvatten personeel (operatoren, management), onderhoud (revisie van de compressor, onderhoud van de koelbox, vervanging van trays/pakkingen), vervanging van katalysatoren/adsorbens/koelmiddelen (indien van toepassing), evenals smering, verbruiksartikelen, verzekeringen/belastingen, enz. In totaal vertegenwoordigen deze diverse items ongeveer 10-20% van de OPEX. Daarom kunnen de bedrijfskosten van ASU in gebieden met hoge elektriciteitskosten (of hoge lokale industriële elektriciteitsprijzen) een economische last zijn. Omgekeerd, als het project zich in een gebied met lage elektriciteitsprijzen en goedkope/specifieke energie bevindt (bijvoorbeeld de nabijheid van elektriciteitscentrales, gebruik van restwarmte/eigen energie), zal de bedrijfseconomie van de ASU aanzienlijk worden verbeterd.
Economische waarde van bij-productgassen (N₂/Ar/Argon)
Veel ASU's produceren niet alleen zuurstof (O₂), maar ook stikstof (N₂) en (eventueel) argon (Ar). Door productgassen terug te winnen en te verkopen (of binnen de fabriek te gebruiken) kunnen de bedrijfskosten/elektriciteitskosten van de ASU gedeeltelijk worden gecompenseerd. Als we argon als voorbeeld nemen: aangezien het argongehalte in de lucht ongeveer 0,93% bedraagt, kan de economische waarde van teruggewonnen argon (of vloeibaar argon) de netto O₂-kosten aanzienlijk verlagen als er een markt voor is (bijvoorbeeld in het gieten van metalen, elektronica, inerte beschermende gassen, enz.). Daarom moet bij het selecteren en nemen van investeringsbeslissingen uitgebreid rekening worden gehouden met de zuurstofproductie, de gelijktijdige productie en het gebruik van stikstof/argon (interne of marktverkoop) om de algehele economische efficiëntie te maximaliseren.
4. Investeringskosten (CAPEX en totale projectkosten): schaal en leveringsmethode hebben een aanzienlijke impact
Naast de bedrijfskosten zijn kapitaaluitgaven (CAPEX) een cruciale factor bij ASU-selectiebeslissingen. De installatie- en constructiekosten van ASU's van verschillende afmetingen/ontwerpen/configuraties (of argonterugwinning is inbegrepen, meerdere treinen, meerdere kolommen) variëren enorm.
Sommige brancherapporten geven aan dat de aanschafkosten (PEC) van een kleine/skid-gemonteerde ASU in de miljoenen dollars kunnen liggen; de totale installatiekosten (TPC) na installatie en inbedrijfstelling zullen zelfs nog hoger zijn. Volgens gegevens over een ASU van 200 ton/dag (TPD) is ongeveer 75% van de levenscycluskosten afkomstig van energie; daarom kan de operationele OPEX, zelfs met een lage CAPEX, de uiteindelijke economische levensvatbaarheid bepalen. Gebaseerd op openbaar beschikbare schattingen van de sector, variëren de initiële investeringen (installatie, installatie, inbedrijfstelling, infrastructuur, leidingaansluitingen, gasnetwerken, elektriciteitsvoorzieningen, isolatiekasten, enz.) voor middelgrote (honderdduizenden tonnen/dag) ASU's doorgaans van tientallen miljoenen tot honderden miljoenen Amerikaanse dollars.
Vooral voor grootschalige, complexe systemen met argonterugwinning, meerdere treinen en meerdere gasuitvoer (O₂/N₂/Ar) is de CAPEX hoger, maar de gasproductiekosten per eenheid (na afschrijving van CAPEX + OPEX) zijn vaak lager, wat schaalvoordelen oplevert.
Daarom moet in de vroege stadia van een project (FEED/Investment Assessment-fase) het volgende duidelijk worden gedefinieerd:
Ontwerpcapaciteit (huidige + potentiële toekomstige uitbreiding)
Vereiste zuiverheid (O₂, N₂, Ar) en uitgangsdruk/debiet
Variatie in gasverbruik (continu 24/7 of piek + laag-seizoen)
Of argon/stikstof nodig is als bijproduct en of er gebruiks-/verkoopkanalen zijn
Lokale elektriciteitsprijzen, stabiliteit van de stroomvoorziening/kostenstructuur/stroomcontracten (bijv. beschikbaarheid van goedkope- industriële elektriciteit)
De complexiteit van de technische constructie (civiele techniek, funderingen, leidingwerk, installatie, stroom/koeling/isolatie/veiligheid/instrumentatie)
Alleen door deze factoren uitgebreid in overweging te nemen, kunnen de totale projectinvestering (CAPEX) en de toekomstige bedrijfseconomie (gaskosten per eenheid) redelijk worden geschat.
5. Combineren van het EPC- en kant-en-klare model van NEWTEK - Het bieden van one--oplossingen voor klanten
Wanneer u te maken krijgt met de hierboven genoemde complexe besluitvormings- en technische uitdagingen, is het selecteren van een leverancier met uitgebreide mogelijkheden voor systeemintegratie en het vermogen om EPC (Engineering, Procurement, Construction) + Turnkey (van ontwerp tot inbedrijfstelling en exploitatie) diensten te leveren cruciaal voor het succes van het project. Dit is precies de positionering van NEWTEK.
Waarom EPC en turnkey belangrijk zijn
Unified Design and Engineering Management: ASU-projecten omvatten luchtcompressoren, koelboxen, fractioneringstorens, warmtewisselaars, leidingen, isolatie, besturingssystemen, veiligheidsvoorzieningen, elektrische systemen en infrastructuur. Via EPC kunnen algemene aannemers (zoals NEWTEK) alle disciplines coördineren (proces, constructie, elektriciteit, instrumentatie, civiel en installatie), waardoor interfaceproblemen met meerdere leveranciers, communicatie-/coördinatiekosten en potentiële blinde vlekken in aansprakelijkheid worden vermeden.
Integratie van inkoop en supply chain: NEWTEK's mogelijkheden voor resource-integratie (gastechniek + wereldwijde inkoop) zorgen voor een tijdige levering van apparatuur (compressoren, koelboxen, fractioneringstorens), materialen (speciaal staal, isolatiematerialen) en instrumentatiecontrolesystemen, waardoor vertragingen in de levering of compatibiliteitsrisico's veroorzaakt door meerdere inkoopkanalen worden vermeden.
Constructie, installatie en inbedrijfstelling: De installatie en inbedrijfstelling van de ASU (coldbox-isolatie, inbedrijfstelling van het koelsysteem, testen van de luchtdichtheid, thermische circulatie, koppeling van het besturingssysteem en inspectie van het veiligheidssysteem) zijn van cruciaal belang. Het EPC + Turnkey-model garandeert de kwaliteit van de installatie, verkort de bouwtijd op de bouwplaats- en maakt een snelle start- mogelijk.
Interface- en stroomafwaartse procesintegratie: voor grootschalige projecten- zoals metallurgie, chemische technologie, glasproductie en vergassing is de ASU slechts een onderdeel van het totale gastoevoersysteem van de fabriek. NEWTEK kan helpen bij het naadloos integreren van de ASU met stroomafwaartse processen (verbrandingsovens, vergassers, pijpleidingen, opslagtanks en gascompressiesystemen) om on-allocatie, opslag en levering van O₂/N₂/Ar te realiseren.
Projectlevering en operationele ondersteuning: Van inbedrijfstelling, acceptatie en operationele training tot daaropvolgend onderhoud en garantie, het kant-en-klare model biedt gebruikers een 'one- zorgeloze--ervaring-, vooral geschikt voor nieuwe fabrieken zonder uitgebreide ervaring met luchtscheidingssystemen.
Voor klanten die op zoek zijn naar een hoge-efficiëntie, hoge-betrouwbaarheid en hoge-zuiverheid van de gastoevoer, en die projectmanagement- en technische risico's willen beperken (zoals staalfabrieken, petrochemische fabrieken, glasfabrieken en chemische fabrieken), kan de adoptie van het EPC + Turnkey-model van NEWTEK de projectcomplexiteit aanzienlijk verminderen, de projecttijdlijnen verkorten en de kosten optimaliseren.
6. Hoe u een geschikte ASU selecteert in een echt-wereldproject - stap-voor-aanbevelingen
1. Op basis van de voorgaande analyse is het volgende een aanbevolen ASU-selectie-/investerings-/implementatieproces, geschikt voor engineeringmanagers, projectinvesteerders of besluitvormers van fabrieken:-
1.1 Bepaal de gasvraag
1.1.1 Bereken het verbruik van O₂/N₂/Ar door elke proceseenheid in het project (bestaande + verwachte uitbreiding) (debiet, druk, zuiverheid, tijdsverdeling)
1.1.2 Schat de piek- en gemiddelde vraag in en reserveer overtolligheids-/veiligheidsmarges
1.2 Verduidelijk de vereisten voor de gaskwaliteit
1.2.1 O₂-zuiverheid (bijv. 99,5%–99,9%), vereisten voor de zuiverheid van N₂/Ar
1.2.2 Uitgangsdruk, gasvormig of vloeibaar (bijvoorbeeld als opslag van vloeibare zuurstof/vloeibare stikstof vereist is)
1.3 Beoordeel lokale elektriciteitsprijzen/energieomstandigheden
1.3.1 Verkrijgen van industriële elektriciteitsprijzen (dag/nacht/piek/onderhandelde prijs), energiestabiliteit, beschikbaarheid van goedkope/eigendom/afvalwarmte-energie
1.3.2 Bereken de exploitatiekosten per eenheid gas (O₂/N₂) op basis van energiekosten
1.4 Selecteer ASU-schaal en configuratie
1.4.1 Bepalen van de enkele/dubbele/drievoudige treinconfiguratie (inclusief argonterugwinning) op basis van de gasvraag; enkele trein is geschikt voor klein-schaal-/hulpgasgebruik, dubbele/drievoudige trein is geschikt voor grote en middelgrote-grote/meerdere- productvraag
1.4.2 Houd rekening met toekomstige uitbreiding en redundantie (bijvoorbeeld meerdere treinen parallel)
1.5 Selecteer het leverings-/contractmodel
1.5.1 Prioriteit geven aan systeemleveranciers die EPC + Turnkey-diensten kunnen leveren (bijv. NEWTEK)
1.5.2 Van leveranciers eisen dat zij alles--services leveren, van technisch ontwerp, aanschaf van apparatuur, civiele techniek/fundering, installatie, inbedrijfstelling, proefgebruik, bedieningstraining tot levering en bediening
1.6 Economische evaluatie uitvoeren (CAPEX + OPEX + opbrengst uit gas-by-producten)
1.6.1 Schatting van de totale investering (CAPEX), jaarlijkse/levenscyclus bedrijfskosten (voornamelijk elektriciteit + onderhoud + (menselijke hulpbronnen)
1.6.2 Schat de gebruiks-/verkoopopbrengsten van bijproductgas (N₂/Ar) en de nettokosten in vergelijking met gekochte gas-/hulpleveringsopties.
1.7 Risicobeoordeling en projectmanagement
1.7.1 Houd rekening met de levertijd van apparatuur, bouwperiode, complexiteit van de inbedrijfstelling, operationele stabiliteit, onderhoudsgemak, veiligheid en wettelijke vereisten (drukvat/koeling/veiligheid).
1.7.2 Als het gasverbruik fluctueert of de vraag toeneemt, overweeg dan een modulair/gefaseerd uitbreidingsontwerp (meerdere-treinen) om het eenmalige investeringsrisico te verminderen.
7. Samenvatting - Evenwicht tussen capaciteit, energieverbruik, investeringen en servicevermogen
Het kiezen van een geschikte ASU is een uitgebreide afweging-tussen capaciteit (voldoen aan de vraag), energieverbruik (bedrijfseconomie), investeringskosten (CAPEX en financieringskosten), projectimplementatie en exploitatie- en onderhoudsondersteuning.
Voor kleine of middelgrote-gebruikers (hulpgas, lokaal gebruik, flexibele vraag) kunnen enkele-rij/modulaire kleine ASU's of PSA/membraansystemen voldoende zijn. Wanneer de vraag echter stabiel is, de schaal groot is en de eisen aan zuiverheid, productdiversiteit en betrouwbaarheid hoog zijn, zijn cryogene ASU's de beste keuze.
Binnen cryogene ASU's is de juiste selectie (capaciteit/aantal kolommen/warmteterugwinning) cruciaal.
Bijproductgasconfiguratie en energiebesparing (uitstekend compressie/koeling/warmte-uitwisselingsontwerp) zijn essentieel voor het verlagen van de gaskosten per eenheid (O₂/N₂/Ar).
Hoewel de kapitaaluitgaven niet laag zijn, is het met een goed ontwerp, een hoge bezettingsgraad van de apparatuur (24/7 continu bedrijf) en een volledige benutting van de waarde van de bijproducten (stikstof, argon) eenvoudig om de gaskosten per eenheid binnen een concurrerend bereik te beheersen via operationele afschrijvingen over meerdere- jaar.
Ten slotte kan het kiezen van een leverancier met volledige EPC + kant-en-klare servicemogelijkheden (zoals NEWTEK) de complexiteit van projecten, bouw- en inbedrijfstellingsproblemen, trans-disciplinaire coördinatiekosten en risico's aanzienlijk verminderen, waardoor klanten een werkelijk 'design-to-operate-geïntegreerde, zorgeloze- oplossing krijgen.
Voor bedrijven die van plan zijn grootschalige chemische/metallurgische/glas/vergassings-/energieprojecten te bouwen of uit te breiden, zijn de juiste selectie, een redelijk ontwerp en professionele EPC + kant-en-klare contracten van cruciaal belang om de succesvolle, economische en efficiënte werking van ASU-projecten te garanderen.
