산업용 가스 부문에서 널리 사용되는 희유 가스인 아르곤은 주로 공기의 극저온 분리를 통해 얻습니다. 대규모-초저온 공기 분리 장치에 아르곤 시스템이 장착되어 있는지 여부는 장치의 초기 투자 및 장기 에너지 소비에 직접적인 영향을 미칠 뿐만 아니라-공장의 제품 구성을 최적화하고 전반적인 수익성을 향상시키는 데 중요한 영향을 미칩니다. 특히 신규 플랜트의 계획 단계에서는 해당 지역의 아르곤 시장 수급, 투자 비용, 에너지 소비 데이터에 대한 종합적인 분석이 필요하여 프로젝트에 대한 최적의 구성을 선택하고 공기 분리 장치의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있습니다.
아르곤의 특성과 적용 시나리오에 따르면 아르곤은 대기 중에 약 0.932% 존재하며 가장 풍부한 희가스입니다. 화학적 특성은 안정적이고 불연성이며-연소를 촉진하지 않습니다. 제조, 전자, 금속 제련 및 기타 분야에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 아르곤은 알루미늄, 마그네슘, 구리 및 그 합금, 스테인리스강의 용접에서 보호 가스로 자주 사용되며 공기와의 접촉으로 인한 용접 부품의 산화 또는 질화를 효과적으로 방지하여 용접 품질을 보장합니다. 예를 들어, 특정 지역의 대규모 석탄 화학 프로젝트를 위해 계획된 50,000 Nm³/h 산소 생산 공기 분리 장치는 주변 온도 분자체 흡착 정화, 공기 가압, 산소 및 질소 생성물의 내부 압축과 관련된 프로세스를 활용합니다. 이 공정은 구조화된 패킹 상부 타워와 완전 증류 아르곤 생산 공정, 전기 모터로 구동되는 공기 압축기와 결합됩니다. 현재 주류 아르곤 생산 방법인 완전 증류 아르곤 생산 공정은 단순성, 작동 용이성, 안전하고 안정적인 작동, 높은 아르곤 추출 효율과 같은 상당한 이점을 제공합니다. 구체적으로, 아르곤-이 풍부한 부분은 상부 타워의 중간 및 하부 부분에서 추출되어 아르곤 증류 시스템에 공급됩니다. 조 아르곤 컬럼은 처음에 산소와 아르곤을 분리하여 산소 함량이 1.5×10⁻⁶ 미만인 조 아르곤을 생성합니다. 이 조악한 아르곤은 아르곤과 질소의 추가 분리를 위해 정제된 아르곤 컬럼에 공급되어 궁극적으로 아르곤 함량이 99.999%인 고순도 아르곤 제품을 생산합니다. 이 지역의 아르곤 시장에 대한 조사에 따르면 용량이 6,000Nm³/h 이상인 총 9개의 공기 분리 장치(ASU)가 운영 중이거나 건설 중이거나 계획 중인 것으로 나타났습니다. 이들 장치 중 6개는 작동 가능하며 아르곤을 생산할 수 있으며 총 설계 용량은 5,{24}} Nm³/h(84,000 t/a에 해당)입니다. 그러나 일부 프로젝트의 아르곤 시스템의 비활성 또는 표준 이하의 생산과 같은 요인으로 인해 실제 아르곤 생산량은 약 63,000t/a에 달해 전체 지역 생산 능력이 상대적으로 제한됩니다.
비용 및 시장 가격 측면에서 액체 아르곤의 단위 운송 비용은 톤/km당 0.8-1.0위안입니다. 이 계산에 따르면 200km 이내 시장의 이론적 가격 차이는 톤당 약 160위안입니다. 최대 500km 거리의 경우 가격 차이가 톤당 400위안을 초과하여 서로 다른 시장 간의 공급 장벽을 낮추고 교차 연결을 가능하게 합니다. 지역 아르곤 시장 가격은 일년 내내 톤당 800~1,900위안 사이에서 변동합니다. 연간 평균 가격을 톤당 1,000위안으로 계산하면 수익성의 여지가 남아 있습니다.
50,000급 공기 분리 장치에 대한 아르곤의 생산 비용 구조를 분석하면 부산물인 아르곤은 주로 분리 작업과 액화 작업을 소비하며, 압축 작업은 산소 및 질소 제품의 비용으로 전액 상각됩니다. 아르곤의 이론적 최소 액화 작업은 0.2391 kW·h/Nm3입니다(실제로 계산하면 0.3 kW·h/Nm3로 계산됨). 계산된 액화 작업량은 560 × 0.3=168 kW·h/ton입니다. 분리 작업은 특정 공식을 사용하여 계산됩니다. 여기서 R은 보편적인 기체 상수, T는 주위 온도, n_O2, n_N2, n_Ar은 각각 산소, 질소, 아르곤의 양을 나타내며, p_O2, p_N2, p_Ar은 각 성분의 압력, p는 전체 압력을 나타냅니다. 계산에 따르면 1Nm3의 공기를 완전히 분리하기 위한 이론적 최소 분리 작업은 약 0.01744kW·h/Nm3(0.02kW·h/Nm3로 계산)입니다. 분리 작업량의 8%가 아르곤에 집중되어 있으므로 분리 작업량은 248,000 × 0.02 × 8% × (560 ¼ 1500)=148 kW·h/t로 계산됩니다. 전체적으로 아르곤 생산 비용은 약 316kW·h/t로 139위안/t에 해당한다. 반경 200km 및 500km 내의 고객을 대상으로 해당 운송 비용을 추가하면 총 아르곤 비용은 각각 약 299위안/톤 및 539위안/톤으로 현지 아르곤 시장 가격에 비해 상당한 비용 우위를 유지합니다. 또한, 이 지역은 지방 수도의 산업 지역에서 불과 100km 떨어져 있습니다. 지역의 "지방 수도 강화" 개발 전략이 발전함에 따라 제조 산업, 특히 전자 및 광전지 산업은 개발 기회를 가져올 것이며 이에 따라 아르곤 수요가 계속 증가하여 아르곤 판매에 대한 광범위한 시장 전망을 제공할 것입니다.
아르곤 생산의 위험과 에너지 효율성과 관련하여 현재의 완전 증류 아르곤 생산 공정은 공장 안전 위험을 증가시키지 않으면서 성숙하고 신뢰할 수 있습니다. 또한 아르곤 시스템을 추가하면 산소 추출 효율이 향상되고 상당한 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 50,000등급 공기 분리 장치(ASU)는 약 1,500Nm³/h의 아르곤을 추출할 수 있습니다(추출률 70% 가정). 다양한 구성 옵션을 비교해 보면 아르곤 시스템이 없는 산소 추출률은 90.4%이며 에너지 절약도 없고 관련 투자도 없고 수익도 없습니다. 효율성 부스터 옵션을 사용하면 산소 추출률이 97%로 증가하고 약 5%의 에너지가 절약됩니다. 투자 비용은 800만~1000만 위안이고 연간 에너지 절감액은 800만 위안이며 투자 회수 기간은 1년이지만 아르곤 제품 생산량이나 관련 수익은 없습니다. 아르곤 시스템 옵션은 산소 추출율 96.4%, 에너지 절감 약 2.5%, 투자 약 1,500만 위안, 연간 에너지 절감 400만 위안, 연간 아르곤 생산량 21,000톤, 연간 제품 이익 1,500만 위안, 투자 회수 기간 1년을 달성합니다. 또한, 운영 기간 동안 연간 1500만 위안의 수익을 창출할 수 있습니다.
에너지 소비 데이터를 추가로 분석한 결과, 공기 분리 장치에서 소비되는 에너지의 90% 이상이 공기 압축기와 부스터에서 나오는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 총 압축기 및 부스터 전력이 40,000kW인 아르곤 시스템의 구성을 고려하면, 연간 작동 시간이 8,000시간이고 예산 전기 가격이 0.44위안이라고 가정하면 에너지 절감액은 40,000 × 8,000 × 0.44 × 2.5% ¼ 90%=3.91백만 위안으로 계산됩니다. 액체 아르곤 생산의 이점과 관련하여 단일 공기 분리 장치는 연간 21,000톤의 액체 아르곤을 생산합니다. 현지 아르곤 평균 연간 가격 1톤당 1,000위안을 기준으로 하면 연간 1,500만 위안 이상의 추가 이익이 창출됩니다. 투자회수 기간 측면에서는 아르곤 시스템을 구성했지만 액체 아르곤 제품 판매를 하지 않을 경우 약 4년 안에 투자비를 회수할 수 있다. 액체아르곤 제품 판매가 정상적으로 이뤄지면 1년 안에 투자금을 회수할 수 있다. 공기 분리 장치에 아르곤 시스템과 부스터 타워가 없으면 산소 추출 속도가 감소하고 공기 압축기에서 처리하는 데 필요한 공기량이 크게 증가하며 공기 분리 압축기 장치의 에너지 소비가 증가한다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 따라서 아르곤 시스템이 없더라도 기존 공기 분리 장치 설계에는 일반적으로 압축기 에너지 소비를 줄이기 위해 부스터 타워가 필요합니다.
요약하면, 대형 극저온 공기 분리 장치에 아르곤 시스템을 배치하는 것은 기술적으로 성숙하고 신뢰할 수 있으며 추가적인 안전 위험을 초래하지 않으며 산소 추출 효율을 향상시키고 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 경제적으로 시장 수요에 맞춰 아르곤 제품을 판매하면 투자금을 빠르게 회수하고 공장 수익성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한 아르곤 시스템은 유연한 조정 기능을 제공하므로 시장 변동에 따라 정제된 아르곤 시스템을 전환하거나 전환할 수 있습니다. 그런 다음 조질 아르곤 타워는 부스터 타워로 기능하여 에너지를 지속적으로 절약하고 제품 생산을 동적으로 조정할 수 있습니다. 아르곤 시장이 활발한 지역의 경우 경제적 이점과 에너지 효율성을 모두 최적화하기 위해 대형 극저온 공기 분리 장치 계획에 아르곤 추출 장비를 권장합니다.
