В промишления газов сектор аргонът, широко използван редък газ, се получава предимно чрез криогенно отделяне на въздуха. Дали широкомащабно-устройство за криогенно разделяне на въздуха е оборудвано с аргонова система не само влияе пряко на първоначалната инвестиция на уреда и дългосрочното-потребление на енергия, но също така има решаващо въздействие върху оптимизирането на продуктовия микс на завода и подобряването на общата рентабилност. Особено по време на фазата на планиране на нова инсталация е необходим цялостен анализ на предлагането и търсенето на пазара на аргон в региона, инвестиционните разходи и данните за потреблението на енергия, за да се избере оптималната конфигурация за проекта и да се разгърне напълно потенциалът на въздухоразделителната единица.
Въз основа на неговите свойства и сценарии за приложение аргонът присъства в атмосферата при приблизително 0,932%, което го прави най-разпространеният редък газ. Химичните му свойства са стабилни, той не-е запалим и не поддържа горене. Той играе важна роля в производството, електрониката, топенето на метали и други области. Например аргонът често се използва като защитен газ при заваряване на алуминий, магнезий, мед, техните сплави и неръждаема стомана, като ефективно предотвратява окисляването или азотирането на заварените части поради контакт с въздуха, като по този начин гарантира качеството на заварката. Например, планирана въздушна сепарационна единица за производство на кислород от 50 000 Nm³/h за широкомащабен-химически проект за въглища в определен регион ще използва процес, включващ адсорбционно пречистване с молекулно сито при температура на околната среда, херметизиране на въздуха и вътрешно компресиране на кислородни и азотни продукти. Този процес ще бъде комбиниран със структурирана горна кула за опаковане и процес на производство на пълен дестилационен аргон, като въздушният компресор се задвижва от електрически мотор. Процесът на производство на аргон с пълна дестилация, понастоящем основният метод за производство на аргон, предлага значителни предимства като простота, лекота на работа, безопасна и стабилна работа и висока ефективност на извличане на аргон. По-конкретно, богата на аргон-фракция се извлича от средната и долната част на горната кула и се подава в система за дестилация на аргон. Колоната за суров аргон първоначално разделя кислорода и аргона, произвеждайки суров аргон със съдържание на кислород по-малко от 1,5×10⁻⁶. След това този суров аргон се подава в рафинирана аргонова колона за по-нататъшно разделяне на аргон и азот, като в крайна сметка се получава аргонов продукт с висока-чистота със съдържание на аргон 99,999%. Проучванията на пазара на аргон в региона разкриват общо девет въздушноразделителни единици (ASU) с капацитет от 6000 Nm³/h или по-голям, работещи, в процес на изграждане или планирани. Шест от тези агрегати работят и могат да произвеждат аргон с общ проектиран капацитет от 5 860 Nm³/h (еквивалентно на 84 000 t/год). Въпреки това, поради фактори като неактивността на аргоновите системи на някои проекти или нестандартното производство, действителното производство на аргон е приблизително 63 000 t/a, което прави общия регионален производствен капацитет относително ограничен.
По отношение на себестойността и пазарната цена, единичните транспортни разходи за течен аргон са 0,8-1,0 юана за тон/км. Въз основа на това изчисление, теоретичната разлика в цените за пазари в рамките на 200 км е приблизително 160 юана на тон. За разстояния до 500 км ценовата разлика надхвърля 400 юана на тон, намалявайки бариерите за доставки между различните пазари и позволявайки кръстосана връзка. Регионалната пазарна цена на аргон варира между 800 и 1900 юана за тон през цялата година. Изчислено въз основа на средна годишна цена от 1000 юана за тон, това оставя място за рентабилност.
Анализирайки структурата на производствените разходи на аргона, за 50 000 клас въздушна сепарационна единица, аргонът, като страничен продукт, основно изразходва работа по разделяне и работа по втечняване, като работата по компресията е напълно амортизирана в разходите за кислородни и азотни продукти. Теоретичната минимална работа по втечняване за аргон е 0,2391 kW·h/Nm³ (в действителност изчислена като 0,3 kW·h/Nm³). Изчислената работа по втечняване е 560 × 0.3=168 kW·h/ton. Работата по разделяне се изчислява с помощта на специфична формула, където R е универсалната газова константа, T е температурата на околната среда, n_O₂, n_N₂ и n_Ar представляват съответно количествата кислород, азот и аргон, p_O₂, p_N₂ и p_Ar са наляганията на всеки компонент и p е общото налягане. Изчисленията показват, че теоретичната минимална работа на разделяне за пълно отделяне на 1 Nm³ въздух е приблизително 0,01744 kW·h/Nm³ (изчислено при 0,02 kW·h/Nm³). Тъй като 8% от работата на разделяне е концентрирана в аргон, работата на разделяне се изчислява на 248 000 × 0,02 × 8% × (560 ÷ 1500)=148 kW·h/t. Като цяло, производствените разходи за аргон са приблизително 316 kW·h/t, еквивалентни на 139 юана/t. Ако покриваме клиенти в радиус от 200 км и 500 км, след добавяне на съответните транспортни разходи, общите разходи за аргон са съответно приблизително 299 юана/тон и 539 юана/тон, поддържайки значително предимство в разходите в сравнение с местната пазарна цена на аргон. Освен това районът е само на 100 км от индустриалната зона на столицата на провинцията. С напредъка на местната стратегия за развитие „Укрепване на столицата на провинцията“, производствената промишленост, особено електрониката и фотоволтаичната промишленост, ще открият възможности за развитие и търсенето на аргон ще продължи да нараства съответно, осигурявайки широка пазарна перспектива за продажби на аргон.
По отношение на рисковете и енергийната ефективност на производството на аргон, настоящият процес на производство на аргон с пълна дестилация е зрял и надежден, без да увеличава рисковете за безопасността на инсталацията. Освен това, добавянето на аргонова система може да увеличи ефективността на извличане на кислород и да постигне значителни икономии на енергия. Например, устройство за разделяне на въздух от 50 000 класа (ASU) може да извлече приблизително 1500 Nm³/h аргон (приемайки 70% степен на извличане). Сравнявайки различните опции за конфигурация, степента на извличане на кислород без аргонова система е 90,4%, без икономия на енергия, без свързани инвестиции и без възвращаемост. Опцията с усилвател на ефективността увеличава степента на извличане на кислород до 97%, с приблизително 5% икономия на енергия. Инвестицията струва 8-10 милиона юана, с годишно спестяване на енергия от 8 милиона юана и период на изплащане от една година, но няма производство на аргон или свързани приходи. Вариантът с аргоновата система постига степен на извличане на кислород от 96,4%, с приблизително 2,5% спестяване на енергия, инвестиция от приблизително 15 милиона юана, годишно спестяване на енергия от 4 милиона юана, годишно производство на аргон от 21 000 тона, годишна продуктова полза от 15 милиона юана и период на изплащане от една година. Освен това, той може да генерира годишен приход от 15 милиона юана по време на работа.
По-нататъшният анализ на данните за потреблението на енергия разкрива, че над 90% от енергията, консумирана от единица за разделяне на въздух, идва от въздушния компресор и бустера. Вземайки за пример конфигурацията на аргонова система с обща мощност на компресора и бустера от 40 000 kW, приемайки годишно работно време от 8 000 часа и предвидена цена на електроенергията от 0,44 юана, спестяванията на енергия се изчисляват на 40 000 × 8 000 × 0,44 × 2,5% ÷ 90%=3.91 милиона юана. Що се отнася до ползите от производството на течен аргон, една единица за разделяне на въздуха произвежда 21 000 тона течен аргон годишно. Въз основа на местната средна годишна цена на аргона от 1000 юана за тон, това генерира над 15 милиона юана допълнителни годишни ползи. По отношение на периода на изплащане, ако аргоновата система е конфигурирана, но не се извършват продажби на продукти с течен аргон, инвестиционните разходи могат да бъдат възстановени за приблизително четири години; ако продажбите на продукта с течен аргон се извършват нормално, инвестицията може да се възстанови само за една година. Струва си да се отбележи, че ако въздушният разделител няма аргонова система и бустерна кула, скоростта на извличане на кислород ще бъде намалена, обемът на въздуха, необходим за обработка от въздушния компресор, ще се увеличи значително и консумацията на енергия на компресорния модул за разделяне на въздуха ще се увеличи. Следователно, дори и без аргонова система, конвенционалните конструкции на агрегати за разделяне на въздух обикновено изискват бустерна кула, за да се намали консумацията на енергия от компресора.
В обобщение, разполагането на аргонова система в големи криогенни агрегати за разделяне на въздух е технически зряло и надеждно, не създава допълнителни рискове за безопасността и може да подобри ефективността на извличане на кислород и да намали консумацията на енергия. Икономически, продажбата на аргонови продукти в съответствие с пазарното търсене може бързо да възвърне инвестициите и значително да подобри рентабилността на завода. Освен това, аргоновата система предлага гъвкави възможности за регулиране, позволявайки на рафинираната аргонова система да се включва и изключва въз основа на пазарните колебания. След това кулата със суров аргон може да функционира като бустерна кула, като продължава да пести енергия и позволява динамични корекции на производството на продукта. За региони със стабилен пазар на аргон се препоръчва оборудване за извличане на аргон за планиране на големи криогенни агрегати за разделяне на въздуха, за да се оптимизират както икономическите ползи, така и енергийната ефективност.
