I industrigassektoren opnås argon, en udbredt sjælden gas, primært gennem kryogen separation af luft. Hvorvidt en stor-kryogen luftseparationsenhed er udstyret med et argonsystem eller ej, påvirker ikke kun enhedens initiale investering og langsigtede-energiforbrug, men har også en afgørende indflydelse på optimering af anlæggets produktmix og forbedring af den samlede rentabilitet. Især under planlægningsfasen af et nyt anlæg er en omfattende analyse af argonmarkedets udbud og efterspørgsel i regionen, investeringsomkostninger og energiforbrugsdata nødvendig for at vælge den optimale konfiguration for projektet og fuldt ud frigøre potentialet i luftseparationsenheden.
Baseret på dets egenskaber og anvendelsesscenarier er argon til stede i atmosfæren på cirka 0,932 %, hvilket gør det til den mest udbredte sjældne gas. Dens kemiske egenskaber er stabile, den er ikke-brændbar, og den understøtter ikke forbrænding. Det spiller en vigtig rolle inden for fremstilling, elektronik, metalsmeltning og andre områder. For eksempel bruges argon ofte som en beskyttelsesgas ved svejsning af aluminium, magnesium, kobber, deres legeringer og rustfrit stål, hvilket effektivt forhindrer oxidation eller nitridering af svejsede dele på grund af kontakt med luft og sikrer derved svejsekvaliteten. For eksempel vil en planlagt 50.000 Nm³/h iltproduktionsluftseparationsenhed til et kulkemisk projekt i stor skala i en bestemt region anvende en proces, der involverer rensning af molekylsigteadsorption ved omgivelsestemperatur, tryksætning af luft og intern kompression af ilt- og nitrogenprodukter. Denne proces vil blive kombineret med et struktureret pakning øverste tårn og en fuld destillation argon produktionsproces, med luftkompressoren drevet af en elektrisk motor. Den fulde destillationsargonproduktionsproces, som i øjeblikket er den almindelige argonproduktionsmetode, giver betydelige fordele såsom enkelhed, let betjening, sikker og stabil drift og høj argonekstraktionseffektivitet. Specifikt ekstraheres en{12}}argon-rig fraktion fra den midterste og nederste del af det øvre tårn og føres ind i et argon-destillationssystem. Råargonsøjlen adskiller initialt oxygen og argon og producerer råargon med et oxygenindhold på mindre end 1,5×10⁻⁶. Denne rå argon føres derefter ind i en raffineret argonkolonne til yderligere adskillelse af argon og nitrogen, hvilket i sidste ende producerer et argonprodukt med høj-renhed med et argonindhold på 99,999 %. Forskning i regionens argonmarked afslører i alt ni luftseparationsenheder (ASU'er) med en kapacitet på 6.000 Nm³/h eller større, i drift, under opførelse eller planlagt. Seks af disse enheder er operationelle og i stand til at producere argon med en samlet designet kapacitet på 5,860 Nm³/h (svarende til 84.000 t/a). På grund af faktorer såsom inaktivitet af nogle projekters argonsystemer eller substandard produktion er den faktiske argonproduktion imidlertid ca. 63.000 t/år, hvilket gør den samlede regionale produktionskapacitet relativt begrænset.
Med hensyn til omkostninger og markedspris er enhedstransportomkostningerne for flydende argon 0,8 -1,0 yuan pr. ton/km. Baseret på denne beregning er den teoretiske prisforskel for markeder inden for 200 km ca. 160 yuan pr. ton. For afstande op til 500 km overstiger prisforskellen 400 yuan pr. ton, hvilket sænker forsyningsbarriererne mellem forskellige markeder og muliggør krydsforbindelse. Den regionale argonmarkedspris svinger mellem 800 og 1.900 yuan per ton i løbet af året. Beregnet ud fra en årlig gennemsnitspris på 1.000 yuan per ton, giver dette plads til rentabilitet.
Ved at analysere produktionsomkostningsstrukturen for argon, for en 50.000-klasses luftseparationsenhed, forbruges argon, som et biprodukt, primært separationsarbejde og flydende arbejde, hvor kompressionsarbejdet er fuldt amortiseret i omkostningerne til oxygen- og nitrogenprodukterne. Det teoretiske minimum fortætningsarbejde for argon er 0,2391 kW·h/Nm³ (faktisk beregnet som 0,3 kW·h/Nm³). Det beregnede likvefaktionsarbejde er 560 × 0.3=168 kW·h/ton. Adskillelsesarbejdet beregnes ved hjælp af en specifik formel, hvor R er den universelle gaskonstant, T er omgivelsestemperaturen, n_O₂, n_N₂ og n_Ar repræsenterer mængderne af henholdsvis oxygen, nitrogen og argon, p_O₂, p_N₂ og p_Ar er de samlede tryk for hver af komponenterne, og p_Ar er de samlede tryk. Beregninger viser, at det teoretiske minimumsudskillelsesarbejde for fuldstændig udskillelse af 1 Nm³ luft er ca. 0,01744 kW·h/Nm³ (beregnet til 0,02 kW·h/Nm³). Da 8% af separationsarbejdet er koncentreret i argon, er separationsarbejdet beregnet til at være 248.000 × 0,02 × 8% × (560 ÷ 1500)=148 kW·h/t. Samlet set er produktionsomkostningerne for argon cirka 316 kW·h/t, svarende til 139 yuan/t. Hvis man dækker kunder inden for en radius på 200 km og 500 km, efter tilføjelse af tilsvarende transportomkostninger, er de samlede argonomkostninger henholdsvis ca. 299 yuan/ton og 539 yuan/ton, hvilket bibeholder en betydelig omkostningsfordel sammenlignet med den lokale argonmarkedspris. Desuden er regionen kun 100 km fra industriområdet i provinshovedstaden. Med fremrykningen af den lokale udviklingsstrategi "Strengthening the Provincial Capital" vil fremstillingsindustrien, især elektronik- og solcelleindustrien, indvarsle udviklingsmuligheder, og efterspørgslen efter argon vil fortsætte med at vokse i overensstemmelse hermed, hvilket giver en bred markedsudsigt for argonsalg.
Med hensyn til risici og energieffektivitet ved argonproduktion er den nuværende fulddestillationsargonproduktionsproces moden og pålidelig uden at øge anlægssikkerhedsrisici. Desuden kan tilføjelsen af et argonsystem øge effektiviteten af iltudvindingen og opnå betydelige energibesparelser. For eksempel kan en 50.000-klasses luftseparationsenhed (ASU) udvinde ca. 1.500 Nm³/h argon (under forudsætning af en udsugningshastighed på 70%). Ved at sammenligne de forskellige konfigurationsmuligheder er iltudvindingshastigheden uden argonsystemet 90,4 %, uden energibesparelser, ingen tilknyttet investering og ingen afkast. Muligheden med effektivitetsforstærkeren øger iltudvindingshastigheden til 97 %, med ca. 5 % energibesparelse. Investeringen koster 8-10 millioner yuan med en årlig energibesparelse på 8 millioner yuan og en tilbagebetalingsperiode på et år, men der er ingen argonproduktproduktion eller tilhørende indtægter. Optionen med argonsystemet opnår en iltudvindingshastighed på 96,4%, med cirka 2,5% energibesparelser, en investering på cirka 15 millioner yuan, en årlig energibesparelse på 4 millioner yuan, en årlig argonproduktion på 21.000 tons, en årlig produktfordel på 15 millioner yuan og en tilbagebetalingsperiode på et år. Desuden kan det generere en årlig omsætning på 15 millioner yuan under drift.
Yderligere analyse af energiforbrugsdata viser, at over 90 % af den energi, der forbruges af en luftseparationsenhed, kommer fra luftkompressoren og boosteren. Tager man konfigurationen af et argonsystem som et eksempel, med en samlet kompressor og boostereffekt på 40.000 kW, forudsat en årlig driftstid på 8.000 timer og en budgetteret elpris på 0,44 yuan, er energibesparelserne beregnet til 40.000 × 8.000 × 8.000 × 4÷ 0,5 % 4÷ 9,5 %.=3.91 millioner yuan. Hvad angår fordelene ved produktion af flydende argon, producerer en enkelt luftseparationsenhed 21.000 tons flydende argon årligt. Baseret på den lokale gennemsnitlige årlige pris på argon på 1.000 yuan pr. ton, genererer dette over 15 millioner yuan i yderligere årlige fordele. Med hensyn til tilbagebetalingsperioden, hvis argonsystemet er konfigureret, men salg af flydende argonprodukter ikke udføres, kan investeringsomkostningerne inddrives på cirka fire år; hvis salget af flydende argon-produkter udføres normalt, kan investeringen inddrives på blot et år. Det er værd at bemærke, at hvis luftseparationsenheden mangler et argonsystem og et boostertårn, vil iltudvindingshastigheden blive reduceret, den luftmængde, der skal håndteres af luftkompressoren, vil stige betydeligt, og energiforbruget i luftseparationskompressorenheden vil stige. Derfor, selv uden et argonsystem, kræver konventionelle luftseparationsenheder typisk et boostertårn for at reducere kompressorens energiforbrug.
Sammenfattende er anvendelsen af et argonsystem i store kryogene luftseparationsenheder teknisk modent og pålideligt, udgør ingen yderligere sikkerhedsrisici og kan forbedre iltudvindingseffektiviteten og reducere energiforbruget. Økonomisk kan salg af argonprodukter i overensstemmelse med markedets efterspørgsel hurtigt tjene investeringerne tilbage og forbedre anlæggets rentabilitet markant. Ydermere tilbyder argonsystemet fleksible justeringsmuligheder, så det raffinerede argonsystem kan skiftes ind og ud baseret på markedsudsving. Det rå argontårn kan derefter fungere som et boostertårn, der fortsætter med at spare energi og muliggør dynamiske justeringer af produktproduktionen. For regioner med et robust argonmarked anbefales argonudvindingsudstyr til planlægning af store kryogene luftseparationsenheder for at optimere både økonomiske fordele og energieffektivitet.
