Konstruktion af processtrømningsmodel af luftseparationsenhed

1.1 Processtrøm
En gasproduktionsanlæg bruger en 60.000 m3/h kryogen luftseparationsenhed. I den faktiske produktionsproces kommer luft ind i destillationssystemet gennem komprimeringssystemet, forkøling og ekspansionssystem for at opnå gasseparation. Denne artikel analyserer hovedsageligt nitrogenproduktionsprocessen, og dens produktionsprocesstrøm er som følger:
1) Luften passerer gennem filteret og kommer ind i luftkompressoren. Den komprimerede luft omdirigeres gennem plade-fin varmeveksler, den ene del kommer ind i det næste trin gaskomprimeringssystem, og den anden del udveksler varme med kølemediet og kommer ind i destillationstårnet;
2) Luftstrømningshastigheden, der kommer ind i det næste trin gaskomprimeringssystem, er ca. 5.000 kmol/t. Denne del af gassen kommer ind i ekspanderen efter varmeudveksling, og temperaturen er omkring -120 grad. Derefter er det depressuriseret af ekspanderen, trykket er ca. 0,14 MPa, og varmeudveksling udføres, og temperaturen reduceres til ca. -170 grad
Gå ind i destillationstårnet;
3) Destillationstårnet er opdelt i to dele, de øvre og nedre dele, som er uafhængige af hinanden og forbundet med hinanden gennem ventiler og rørledninger. Det øverste tårn er et lavtrykstårn med et tryk på ca. 140 kPa, og det nedre tårn er et højtrykstårn med et tryk på 550 kPa gassen efter varmeudveksling og gassen fra ekspanderen sendes henholdsvis tilbage til midten og bunden af det nedre tårn i destillationstårnet. Gassen omdannes delvist til flydende nitrogen gennem den øverste kondensator og opbevares i den flydende nitrogentank, og den anden del kommer ind i det øverste tårn for yderligere destillation.

1.2 Konstruktion af processtrømningsmodel

Det kan ses fra ovennævnte luftseparationsproces, at den faktiske produktionsproces inkluderer komprimering, ekspansion, adskillelse og andre processer. Når du bruger Aspen Plus -software til processimulering, er de anvendte moduler og funktioner som følger:
1) Luftkompressoren bruger COMPR-ICON2-modulet;
2) ekspanderen bruger COMPR-ICON3-modulet;
3) varmeveksleren bruger HeatX -modulet;
4) Destillationstårnet bruger RADFRAC -modulet;
5) pumpen bruger pumpemodulet;
6) Splitteren bruger FaPlit -modulet.
Under model -simuleringsprocessen er materialestrømmen forbundet til hinanden i henhold til funktionerne i forskellige enhedsmoduler, og processen udføres i henhold til produktionsprocessen for ilt. Under simuleringen blev udstyrsparametrene indstillet i henhold til designværdierne, hvor det øverste tryk i destillationstårnet blev indstillet til 0,558 MPa, det nederste tryk blev indstillet til 0,564 MPa, toptemperaturen blev indstillet til -177,62 grad, bundtemperaturen blev indstillet til -173.
65 grad, og antallet af plader var 49. Efter simuleringsanalyse er resultaterne vist i tabel 1.

Fra simuleringsresultaterne af modellen i tabel 1 kan det ses, at de forskellige indikatorer for modellen dybest set er i overensstemmelse med designindikatorerne for den kryogene luftseparationsenhed. Forskellen mellem den flydende luftrenhed af det nedre tårn og designværdien er 0,9%, og svingningen af simuleringsværdien er inden for det tilladte interval. Den simulerede nitrogenudgang er også tæt på designværdien, og fejlen er inden for det tilladte interval. Det kan ses, at modellen etableret denne gang kan bruges til procesoptimeringsverifikationsanalyse1.

2 Processoptimeringsanalyse

I gasseparationsprocessen for kryogen luftseparationsenhed er det nedre tårn i destillationstårnet kerneudstyret. I henhold til forskningen på udstyret og hjælpedoretisk analyse kan formålet med energibesparelse og forbrugsreduktion opnås ved at ændre procesparametrene for det nedre tårn i destillationstårnet. Denne gang blev Aspen Plus -følsomhedsmodulet anvendt til at udføre en detaljeret analyse af de forskellige procesparametre for det nedre tårn i destillationstårnet, og den optimale procesoperationsplan blev opnået.
2.1
Forholdet mellem foderposition og varmebelastning
Under simuleringsprocessen blev andre parametre holdt uændrede, foderpositionen blev ændret, og varmebelastningen øverst på tårnet ændrede sig. Resultaterne er vist i figur 1. Som vist i figur 1, når de andre parametre forbliver uændrede, ved at ændre foderpositionen for det nedre tårn på destillationstårnet, forbliver varmebelastningen øverst i tårnet gradvist, indtil foderpositionen er indstillet til det 33. tårnplade og varmenbelastningen øverst i tårnet grundlæggende grundlæggende. Det kan ses, at den 33. tårnplade er den bedste foderposition.
2.2 Relationship between feed flow rate and nitrogen production and purity By changing the feed flow rate of the lower tower and keeping other parameters unchanged, the changes in the production and purity of liquid nitrogen at the top of the distillation tower are shown in Figure 2. As shown in Figure 2, with the increase of the feed flow rate of the lower tower, the production of liquid nitrogen is gradually increasing, but at the same time the purity is faldende, hvilket også er i overensstemmelse med teorien. Som vist på figuren, når foderstrømningshastigheden for det nedre tårn er under 804 kmol/t, er renheden af flydende nitrogen over 99,999%, der imødekommer gasbehovet i den metallurgiske industri. På dette tidspunkt er output 3.230 kmol/t, hvilket er meget forskelligt fra den indledende strømningsfoderstrømningshastighed på 761,3 kmol/t og den flydende nitrogenudgang på 3.187,38 kmol/t. Det kan ses, at foderstrømningshastigheden skal kontrolleres til 804 kmol/t, hvilket kan øge output og samtidig sikre nitrogens renhed.
2.3 Effekt af temperatur på produkter
Hold andre parametre uændret, ændringen af flydende nitrogenstrømningshastighed kontrolleres ved at ændre temperaturen, og resultaterne er vist i figur 3. som vist i figur 3, er flydende nitrogenstrømningshastighed positivt korreleret med tilføringstemperaturen, men med ændringen af temperaturen er ændringen af flydende nitrogenudgang relativt lille, og den har lidt indflydelse på den faktiske produktionsresultat. Derfor er det mere passende at indstille tilføringstemperaturen i -173 grad. Hvis temperaturen er for høj, vil den påvirke den efterfølgende luftseparationsindretning til at adskille ilt, argon osv.; Hvis temperaturen er for lav, er energiforbruget relativt stort, hvilket ikke opfylder formålet med energibesparelse og reduktion af forbrug.

3 Praktisk anvendelse af procesoptimeringsplan

Den gas produceret af en bestemt fabrik sælges hovedsageligt til metallurgiske virksomheder, og det producerede nitrogen leveres direkte til metallurgiske virksomheder som en beskyttende gas. I de senere år, med tilbagegangen i markedsøkonomien og stigningen i arbejdsomkostningerne, er de økonomiske fordele ved fabrikken blevet lavere og lavere. Under sådanne omstændigheder foreslog fabrikken at ændre produktionsprocessens situation for at reducere udstyrets kinetiske energiforbrug og dermed øge de økonomiske fordele. Efter forskning og analyse udførte fabriksforbedringerne i marts 2022. Forbedringsplanen er: Destillationstårntrykket indstilles til 0,56 MPa, det nedre tårnfodertemperatur indstilles til -173 grad, det nedre tårnfoderbeløb justeres til 804 kmol/h, og tilførselspositionen er indstillet i 33rd tårnpladen. På grund af procesforbedring reduceres varmebelastningen af destillationstårnet, så lufthåndteringskapaciteten for den kryogene luftseparationsenhed kan øges passende, hvilket øger nitrogenets output. Derfor under processen forbedring ændres tilførselsstrømningshastigheden for luftkomprimeringssystemet på samme tid, og påføringseffekten af den kryogene luftseparationsenhed analyseres under forskellige belastninger. Verifikationscyklussen for hver belastning er 10 dage, og produktionssituationen er vist i tabel 2.
Det kan ses fra tabel 2, at den maksimale belastning af den variable arbejdsforhold kan nå 120% af den oprindelige belastning efter processenoptimering, og output fra nitrogen og flydende nitrogen øges i dette tilfælde. Ved 120% belastning ændrede varmebelastningen øverst på destillationstårnet endvidere fra -8,29 MW til -7,67 MW, hvilket sparer 7,48% af energien. Efter at have analyseret udstyrets kraft, kan det ses, at udstyrets effekt under 120% belastning reduceres med 132 kW · h. De industrielle elektricitetsomkostninger i det område, hvor fabrikken er placeret, er 0,69 yuan (/ kW · H). I henhold til udstyrsdriften i 330 dage kan de årlige strømomkostninger spares med 721.000 yuan. Med hensyn til produktudgang, efter procesoptimering, steg nitrogenudgangen med 450,54 kmol/h, steg det medium-tryk flydende nitrogenudgang med 625,48 kmol/t, og det lavtryksvæskede nitrogenudgang steg med 281,34 kmol/t. Efter beregning kan overskuddet øges med 3,876 millioner yuan hele året. Det kan ses, at procesforbedringen kan skabe 4,597 millioner yuan af indkomst for virksomheden hele året.