परिचय
औद्योगिक गैस उत्पादन में, वायु पृथक्करण इकाई (एएसयू) उपकरण का एक मुख्य टुकड़ा है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से हवा से ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और आर्गन जैसी गैसों को अलग करने और उपयोग करने के लिए किया जाता है। बढ़ती ऊर्जा लागत और "दोहरे कार्बन" लक्ष्यों के साथ, एएसयू की ऊर्जा दक्षता में सुधार उद्योग के लिए एक प्रमुख फोकस बन गया है। एक हालिया अध्ययन में, उदाहरण के तौर पर एक विशिष्ट संयंत्र में 60,000 एनएम³/घंटा क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण इकाई का उपयोग करते हुए, प्रक्रिया को मॉडल और अनुकूलित करने, महत्वपूर्ण ऊर्जा बचत और आर्थिक लाभ प्राप्त करने, उद्योग के लिए एक मूल्यवान केस स्टडी प्रदान करने के लिए एस्पेन प्लस सॉफ़्टवेयर का उपयोग किया गया।
क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण इकाइयों का संचालन सिद्धांत
क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण प्रक्रिया मुख्य रूप से वायु संपीड़न, प्रीकूलिंग, ताप विनिमय और आसवन जैसे चरणों के माध्यम से हवा से गैस घटकों को अलग करती है। हवा को पहले एक कंप्रेसर द्वारा दबाव डाला जाता है और ठंडा किया जाता है, फिर एक विस्तारक द्वारा लगभग 170 डिग्री तक गहराई तक ठंडा किया जाता है। फिर ऑक्सीजन और नाइट्रोजन को उच्च - और निम्न दबाव वाले आसवन टावरों में अलग किया जाता है।
ऊपरी और निचले टावर स्वतंत्र हैं लेकिन पाइपलाइनों द्वारा जुड़े हुए हैं: उच्च दबाव टावर लगभग 0.55 एमपीए का दबाव बनाए रखता है, और निम्न दबाव टावर लगभग 0.14 एमपीए का दबाव बनाए रखता है। तरल नाइट्रोजन का उत्पादन करने के लिए गैस टॉवर के शीर्ष पर संघनित होती है, जिसमें से कुछ आगे आसवन के लिए ऊपरी टॉवर में प्रवाहित होती रहती है, जिससे उच्च शुद्धता वाली नाइट्रोजन गैस या तरल नाइट्रोजन उत्पाद प्राप्त होते हैं।
इस प्रक्रिया में ऊर्जा की खपत मुख्य रूप से संपीड़न, शीतलन और आसवन चरणों में केंद्रित है। इसलिए, ताप भार और फ़ीड मापदंडों का अनुकूलन ऊर्जा दक्षता में सुधार के लिए महत्वपूर्ण है।
प्रक्रिया अनुकूलन में सिमुलेशन मॉडलिंग की भूमिका
अनुसंधान टीम ने वायु पृथक्करण इकाई के एक डिजिटल मॉडल के निर्माण के लिए एस्पेन प्लस का उपयोग किया, जिसमें कंप्रेसर, हीट एक्सचेंजर्स, पंप और आसवन टावर जैसे प्रमुख इकाई उपकरण शामिल थे। डिज़ाइन विशिष्टताओं के साथ सिमुलेशन परिणामों की तुलना करने से पता चला कि मॉडल त्रुटि 1% के भीतर थी, जो इसकी उच्च सटीकता और ऊर्जा बचत सत्यापन और पैरामीटर अनुकूलन की क्षमता को प्रदर्शित करती है। सिमुलेशन विश्लेषण चार प्रमुख कारकों पर केंद्रित है:
फ़ीड स्थान
फ़ीड प्रवाह
आसवन स्तंभ संचालन दबाव
फ़ीड तापमान
ये पैरामीटर सामूहिक रूप से टावर ओवरहेड ताप भार, तरल नाइट्रोजन उपज और शुद्धता को प्रभावित करते हैं, और इस प्रकार समग्र प्रणाली ऊर्जा दक्षता निर्धारित करते हैं।
ऊर्जा बचत पर प्रक्रिया मापदंडों का प्रभाव
फ़ीड स्थान
अन्य स्थितियों को स्थिर रखते हुए, अध्ययन में पाया गया कि फ़ीड स्थान को ट्रे 33 पर सेट करने से टावर ओवरहेड हीट लोड सबसे कम और सबसे स्थिर हो गया, जिससे यह इष्टतम फ़ीड बिंदु बन गया।
फ़ीड प्रवाह
फ़ीड प्रवाह दर बढ़ाने से तरल नाइट्रोजन की उपज बढ़ जाती है लेकिन शुद्धता कम हो जाती है। जब निचली टावर फ़ीड दर को 804 किमीओल/घंटा पर नियंत्रित किया जाता है, तो नाइट्रोजन शुद्धता (99.999%) बनाए रखते हुए उपज बढ़ाई जा सकती है।
तापमान नियंत्रण
फ़ीड तापमान का तरल नाइट्रोजन प्रवाह दर के साथ सकारात्मक संबंध होता है, लेकिन अत्यधिक उच्च तापमान ऑक्सीजन और आर्गन पृथक्करण को प्रभावित कर सकता है, जबकि अत्यधिक कम तापमान ऊर्जा की खपत को बढ़ाता है। अध्ययन ने -173 डिग्री को इष्टतम ऑपरेटिंग तापमान निर्धारित किया।
इन मापदंडों को समायोजित करके, वायु पृथक्करण इकाई "ऊर्जा संरक्षण और दक्षता में सुधार" के लक्ष्य को प्राप्त करते हुए, समान ऊर्जा खपत को बनाए रखते हुए उच्च आउटपुट प्राप्त कर सकती है।
व्यावहारिक अनुप्रयोग और आर्थिक लाभ विश्लेषण
यह अनुकूलन समाधान 2022 में एक गैस संयंत्र में लागू किया गया था। परिणामों से पता चला कि संयंत्र अपने रेटेड लोड के 120% पर स्थिर रूप से काम कर सकता है, जिससे उत्पादन में उल्लेखनीय वृद्धि हो सकती है:
नाइट्रोजन उत्पादन में 450 किमीोल/घंटा की वृद्धि हुई;
मध्यम - दबाव वाले तरल नाइट्रोजन उत्पादन में 625 किमीोल/घंटा की वृद्धि हुई;
निम्न -दबाव वाले तरल नाइट्रोजन उत्पादन में 281 किमीोल/घंटा की वृद्धि हुई।
इसी समय, आसवन स्तंभ ओवरहेड ताप भार में 7.48% की कमी आई, जिससे वार्षिक बिजली लागत में लगभग 721,000 युआन की बचत हुई। बाजार कीमतों के आधार पर, कुल वार्षिक आर्थिक लाभ लगभग 4.6 मिलियन युआन तक पहुंच गया। यह उपलब्धि औद्योगिक गैस उत्पादकों के लिए प्रक्रिया अनुकूलन के महत्वपूर्ण मूल्य को दर्शाती है।
निष्कर्ष और उद्योग निहितार्थ
यह अध्ययन क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण इकाइयों में ऊर्जा बचत अनुकूलन के वैज्ञानिक दृष्टिकोण और व्यावहारिक परिणामों को प्रदर्शित करता है। एस्पेन प्लस जैसे उन्नत सिमुलेशन सॉफ्टवेयर प्रक्रिया डिजाइन चरण के दौरान सिस्टम प्रदर्शन की प्रारंभिक भविष्यवाणी की अनुमति देता है, जिससे परीक्षण और त्रुटि लागत कम हो जाती है।
गैस उत्पादकों के लिए, यह डिजिटल प्रक्रिया अनुकूलन तीन प्रमुख निहितार्थ प्रस्तुत करता है:
सिमुलेशन-संचालित निर्णय{{1}निर्माण: सिमुलेशन मॉडल प्रक्रिया विज़ुअलाइज़ेशन और गतिशील विश्लेषण को सक्षम करते हैं। ऊर्जा संरक्षण और लाभप्रदता साथ-साथ चलते हैं: प्रक्रिया अनुकूलन न केवल ऊर्जा की खपत को कम करता है बल्कि सीधे उत्पादन और मुनाफे को भी बढ़ाता है।
हरित विनिर्माण रुझान: वैश्विक कार्बन उत्सर्जन कटौती नीतियों को सख्त करने के साथ, वायु पृथक्करण उद्योग को ऊर्जा बचत परिवर्तन और बुद्धिमान उन्नयन को बढ़ावा देना जारी रखना चाहिए।
भविष्य में, डिजाइन से संचालन तक पूर्ण जीवनचक्र ऊर्जा दक्षता प्रबंधन प्राप्त करने के लिए क्रायोजेनिक वायु पृथक्करण इकाइयों की अनुकूलन दिशा को एआई पूर्वानुमानित नियंत्रण, डिजिटल ट्विन सिस्टम और एकीकृत ईपीसी इंजीनियरिंग के साथ एकीकृत किया जाएगा।
