Constructie van het processtroommodel van luchtscheidingseenheid

1.1 Processtroom
Een gasproductiefabriek maakt gebruik van een cryogene luchtscheidingseenheid van 60.000 m3/u. In het werkelijke productieproces komt lucht in het destillatiesysteem via het compressiesysteem, het voor- en expansiesysteem van het compressiesysteem om gasscheiding te bereiken. Dit artikel analyseert voornamelijk het stikstofproductieproces en de productieprocesstroom is als volgt:
1) De lucht gaat door het filter en komt de luchtcompressor binnen. De gecomprimeerde lucht wordt omgeleid door de warmtewisselaar van de plaatvin, het ene deel komt het volgende fase gascompressiesysteem binnen en het andere deel ruilt verwarmt met het koelmedium en komt de destillatietoren binnen;
2) Het luchtstroomsnelheid dat het volgende fase gascompressiesysteem binnenkomt, is ongeveer 5.000 kmol/u. Dit deel van het gas komt de expander binnen na de warmte -uitwisseling en de temperatuur is ongeveer -120 graden. Daarna wordt het onder druk gezet door de expander, de druk is ongeveer 0,14 MPa en wordt warmte -uitwisseling uitgevoerd en wordt de temperatuur verlaagd tot ongeveer -170 graden
Ga de destillatietoren binnen;
3) De destillatietoren is verdeeld in twee delen, de bovenste en onderste delen, die onafhankelijk van elkaar zijn en met elkaar verbonden via kleppen en pijpleidingen. De bovenste toren is een lagedruktoren met een druk van ongeveer 140 kPa, en de onderste toren is een hogedruktoren met een druk van 550 kPa Het gas na warmte-uitwisseling en het gas van de expander wordt respectievelijk teruggestuurd naar het midden en bodem van de onderste toren van de distillatietoren. Het gas wordt gedeeltelijk omgezet in vloeibare stikstof door de bovenste condensor en bewaard in de vloeibare stikstoftank, en het andere deel komt de bovenste toren binnen voor verdere destillatie.

1.2 Constructie van het processtroommodel

Uit het bovenstaande luchtscheidingsproces kan worden gezien dat het werkelijke productieproces compressie, uitbreiding, scheiding en andere processen omvat. Bij het gebruik van Aspen Plus -software voor processimulatie zijn de gebruikte modules en functies als volgt:
1) De luchtcompressor gebruikt de Comp-ICON2-module;
2) de expander gebruikt de Comp-ICON3-module;
3) De warmtewisselaar gebruikt de Heatx -module;
4) de destillatietoren gebruikt de Radfrac -module;
5) de pomp gebruikt de pompmodule;
6) De splitter gebruikt de faplit -module.
Tijdens het modelsimulatieproces is de materiaalstroom met elkaar verbonden volgens de functies van verschillende eenheidsmodules en wordt het proces uitgevoerd volgens het productieproces van zuurstof. Tijdens de simulatie werden de apparatuurparameters ingesteld volgens de ontwerpwaarden, waarbij de bovendruk van de destillatietoren werd ingesteld op 0,558 MPa, de onderdruk werd ingesteld op 0,564 MPa, de bovenste temperatuur werd ingesteld op -177,62 graden, de bodemtemperatuur werd ingesteld op -173.
65 graden, en het aantal platen was 49. Na simulatieanalyse worden de resultaten weergegeven in tabel 1.

Uit de simulatieresultaten van het model in tabel 1 is te zien dat de verschillende indicatoren van het model in principe consistent zijn met de ontwerpindicatoren van de cryogene luchtscheidingseenheid. Het verschil tussen de vloeibare luchtzuiverheid van de onderste toren en de ontwerpwaarde is 0,9%, en de fluctuatie van de simulatiewaarde ligt binnen het toegestane bereik. De gesimuleerde stikstofuitgang ligt ook dicht bij de ontwerpwaarde en de fout ligt binnen het toegestane bereik. Het is te zien dat het deze keer dat deze keer is vastgesteld, kan worden gebruikt voor analyse van de verificatie van procesoptimalisatie1.

2 Procesoptimalisatie -analyse

In het gasscheidingsproces van de cryogene luchtscheidingseenheid is de onderste toren van de destillatietoren de kernapparatuur. Volgens het onderzoek naar de apparatuur en de hulptheoretische analyse kan het doel van energiebesparing en consumptiereductie worden bereikt door de procesparameters van de lagere toren van de destillatietoren te wijzigen. Deze keer werd de Aspen Plus -gevoeligheidsmodule gebruikt om een gedetailleerde analyse uit te voeren van de verschillende procesparameters van de lagere toren van de destillatietoren, en het optimale procesoperatieplan werd verkregen.
2.1
Relatie tussen voedingspositie en warmtebelasting
Tijdens het simulatieproces werden andere parameters ongewijzigd gehouden, werd de voedingspositie gewijzigd en veranderde de warmtebelasting aan de bovenkant van de toren. De resultaten worden getoond in figuur 1. Zoals getoond in figuur 1, wanneer de andere parameters ongewijzigd blijven, door de voedingspositie van de onderste toren van de destillatietoren te wijzigen, zal de warmtebelasting aan de bovenkant van de toren geleidelijk afnemen totdat de voedingspositie wordt ingesteld op de 33e torenplaat en de warmtebelasting aan de bovenkant van de toren in de stower constant. Het is te zien dat de 33e torenplaat de beste voedingspositie is.
2.2 Relatie tussen voedingsstroomsnelheid en stikstofproductie en zuiverheid door de voedingsstroomsnelheid van de lagere toren te veranderen en andere parameters ongewijzigd te houden, de veranderingen in de productie en zuiverheid van vloeibare stikstof aan de top van de destillatietoren worden getoond in figuur 2. Zoals getoond in de voeding van de voedingsstroom van de lagere torens van de lagere torens, is de productie van de productie van de vloeistof van de vloeistof. de theorie. Zoals getoond in de figuur, wanneer de voedingsstroomsnelheid van de onderste toren lager is dan 804 kmol/u, is de zuiverheid van vloeibare stikstof boven 99,999%, die voldoet aan de gasvraag van de metallurgische industrie. Op dit moment is de output 3.230 kmol/u, wat heel verschilt van de initiële stroomvoedingsstroomsnelheid van 761,3 kmol/u en de vloeibare stikstofuitgang van 3.187,38 kmol/u. Het is te zien dat de voedingsstroomsnelheid moet worden geregeld tot 804 kmol/u, wat de output kan verhogen en tegelijkertijd de zuiverheid van stikstof kan waarborgen.
2.3 Effect van temperatuur op producten
Door andere parameters ongewijzigd te houden, wordt de verandering van vloeibare stikstofstroomsnelheid gecontroleerd door de temperatuur te veranderen en de resultaten worden weergegeven in figuur 3. Zoals getoond in figuur 3, is de vloeistofstikstofstroomsnelheid positief gecorreleerd met de voederetemperatuur, maar met de verandering van temperatuur is de verandering van vloeibare stikstofuitgang relatief klein en heeft het weinig effect op de werking van de productieresultaten. Daarom is het geschikter om de voertemperatuur in te stellen op -173 graden. Als de temperatuur te hoog is, heeft dit invloed op het daaropvolgende luchtscheidingsapparaat om zuurstof, argon, enz. Te scheiden; Als de temperatuur te laag is, is het energieverbruik relatief groot, wat niet voldoet aan het doel van energiebesparing en consumptiereductie.

3 Praktische toepassing van procesoptimalisatieschema

Het gas dat door een bepaalde fabriek wordt geproduceerd, wordt voornamelijk verkocht aan metallurgische ondernemingen, en de geproduceerde stikstof wordt direct geleverd aan metallurgische ondernemingen als een beschermend gas. In de afgelopen jaren, met de daling van de markteconomie en de stijging van de arbeidskosten, zijn de economische voordelen van de fabriek lager en lager geworden. Onder dergelijke omstandigheden stelde de fabriek voor om de productieprocessituatie te wijzigen om het kinetische energieverbruik van de apparatuur te verminderen en dus de economische voordelen te vergroten. Na onderzoek en analyse is de fabriek die procesverbeteringen in maart 2022 heeft uitgevoerd. Het verbeteringsplan is: de destillatietorendruk is ingesteld op 0,56 MPa, de voedingstemperatuur van de lagere toren is ingesteld op -173 graden, de hoeveelheid onderste torenvoeders wordt aangepast aan 804 kmol/h en de voedingspositie is ingesteld op de 33e tower. Vanwege de procesverbetering zal de warmtebelasting van de destillatietoren worden verminderd, zodat de luchtverwerkingscapaciteit van de cryogene luchtscheidingseenheid op de juiste manier kan worden verhoogd, waardoor de output van stikstof wordt verhoogd. Daarom wordt tijdens de procesverbetering de voedingsstroomsnelheid van het luchtcompressiesysteem tegelijkertijd gewijzigd en wordt het toepassingseffect van de cryogene luchtscheidingseenheid onder verschillende belastingen geanalyseerd. De verificatiecyclus van elke belasting is 10 dagen en de productiesituatie wordt weergegeven in tabel 2.
Uit tabel 2 kan worden gezien dat na de procesoptimalisatie de maximale belasting van de variabele werkconditie 120% van de oorspronkelijke belasting kan bereiken, en de output van stikstof en vloeibare stikstof wordt in dit geval verhoogd. Bovendien veranderde de warmtebelasting aan de bovenkant van de destillatietoren bij 120% belasting van -8,29 MW tot -7,67 MW, waardoor 7,48% energie wordt bespaard. Na het analyseren van het vermogen van de apparatuur, is te zien dat het vermogen van de apparatuur onder de 120% belasting wordt verminderd met 132 kW · H. De industriële elektriciteitskosten in het gebied waar de fabriek zich bevindt, is 0,69 yuan (/ kw · h). Volgens de apparatuurbewerking voor 330 dagen kunnen de jaarlijkse stroomkosten worden bespaard met 721.000 yuan. In termen van productuitgang, na procesoptimalisatie, nam de stikstofoutput toe met 450,54 kmol/u, de vloeibare stikstofproductie van gemiddeld druk nam toe met 625,48 kmol/u en de lage druk van de vloeistofstikstof van lage druk nam toe met 281,34 kmol/h. Na berekening kan de winst het hele jaar door met 3,876 miljoen yuan worden verhoogd. Het is te zien dat de procesverbetering het hele jaar door 4.597 miljoen yuan inkomsten voor de onderneming kan creëren.