Endüstriyel gaz sektöründe yaygın olarak kullanılan nadir bir gaz olan argon, öncelikle havanın kriyojenik olarak ayrıştırılması yoluyla elde edilir. Büyük-ölçekli bir kriyojenik hava ayırma ünitesinin argon sistemiyle donatılıp donatılmaması, yalnızca ünitenin ilk yatırımını ve uzun-vadeli enerji tüketimini doğrudan etkilemekle kalmaz, aynı zamanda tesisin ürün karışımını optimize etme ve genel karlılığı artırma üzerinde de önemli bir etkiye sahiptir. Özellikle yeni bir tesisin planlama aşamasında, proje için en uygun konfigürasyonu seçmek ve hava ayırma ünitesinin potansiyelini tam olarak ortaya çıkarmak için bölgedeki argon piyasası arz ve talebinin, yatırım maliyetlerinin ve enerji tüketim verilerinin kapsamlı bir analizi gereklidir.
Özelliklerine ve uygulama senaryolarına göre argon, atmosferde yaklaşık %0,932 oranında bulunur ve bu da onu en bol bulunan nadir gaz yapar. Kimyasal özellikleri stabildir,-yanıcı değildir ve yanmayı desteklemez. İmalat, elektronik, metal eritme ve diğer alanlarda önemli bir rol oynar. Örneğin, argon genellikle alüminyum, magnezyum, bakır, bunların alaşımları ve paslanmaz çeliğin kaynağında koruyucu gaz olarak kullanılır ve kaynaklı parçaların havayla teması nedeniyle oksidasyonu veya nitridasyonunu etkili bir şekilde önler ve böylece kaynak kalitesini garanti eder. Örneğin, belirli bir bölgede büyük-ölçekli bir kömür kimyasal projesi için planlanan 50.000 Nm³/saat oksijen üretimli hava ayırma ünitesi, ortam sıcaklığında moleküler elek adsorpsiyonlu saflaştırma, hava basınçlandırma ve oksijen ve nitrojen ürünlerinin dahili sıkıştırılmasını içeren bir süreçten yararlanacaktır. Bu süreç, hava kompresörünün bir elektrik motoruyla çalıştırıldığı, yapısal bir paketleme üst kulesi ve tam damıtmalı argon üretim süreciyle birleştirilecek. Şu anda ana argon üretim yöntemi olan tam damıtma argon üretim süreci, basitlik, kullanım kolaylığı, güvenli ve istikrarlı çalışma ve yüksek argon ekstraksiyon verimliliği gibi önemli avantajlar sunmaktadır. Spesifik olarak, üst kulenin orta ve alt kısımlarından argon-zengin bir kısım çıkarılır ve bir argon damıtma sistemine beslenir. Ham argon kolonu başlangıçta oksijeni ve argonu ayırarak oksijen içeriği 1,5×10⁻⁶'den az olan ham argon üretir. Bu ham argon daha sonra argon ve nitrojenin daha fazla ayrılması için rafine bir argon kolonuna beslenir ve sonuçta %99,999 argon içeriğine sahip yüksek{17}}saflıkta bir argon ürünü üretilir. Bölgenin argon pazarına yönelik araştırmalar, 6.000 Nm³/saat veya daha büyük kapasiteye sahip, çalışır durumda, yapım aşamasında veya planlanmış toplam dokuz hava ayırma ünitesinin (ASU) ortaya çıktığını ortaya koyuyor. Bu ünitelerden altısı çalışır durumdadır ve toplam 5,860 Nm³/saat (84.000 t/yıl'a eşdeğer) tasarım kapasitesiyle argon üretme kapasitesine sahiptir. Ancak, bazı projelerdeki argon sistemlerinin devre dışı kalması veya standartların altında üretim gibi faktörler nedeniyle, fiili argon üretimi yaklaşık 63.000 ton/yıl olup, bu durum bölgesel üretim kapasitesini nispeten sınırlı kılmaktadır.
Maliyet ve piyasa fiyatı açısından, sıvı argonun birim taşıma maliyeti ton/km başına 0,8-1,0 yuan'dır. Bu hesaplamaya göre 200 km içindeki pazarlar için teorik fiyat farkı ton başına yaklaşık 160 yuan'dır. 500 km'ye kadar olan mesafeler için fiyat farkı ton başına 400 yuan'ı aşıyor, bu da farklı pazarlar arasındaki arz engellerini azaltıyor ve çapraz bağlantıyı mümkün kılıyor. Bölgesel argon piyasası fiyatı yıl boyunca ton başına 800 ila 1.900 yuan arasında dalgalanıyor. Ton başına yıllık ortalama 1.000 yuan fiyat temel alınarak hesaplandığında bu, karlılık için yer bırakıyor.
Argonun üretim maliyet yapısını analiz ettiğimizde, 50.000 sınıflı bir hava ayırma ünitesi için argon, bir yan ürün olarak öncelikle ayırma işi ve sıvılaştırma işini tüketir ve sıkıştırma işi tamamen oksijen ve nitrojen ürünlerinin maliyetlerine amortismana tabi tutulur. Argon için teorik minimum sıvılaştırma işi 0,2391 kW·h/Nm³'tür (gerçekte 0,3 kW·h/Nm³ olarak hesaplanmıştır). Hesaplanan sıvılaştırma işi 560 × 0.3=168 kW·h/ton'dur. Ayırma işi belirli bir formül kullanılarak hesaplanır; burada R evrensel gaz sabitidir, T ortam sıcaklığıdır, n_O₂, n_N₂ ve n_Ar sırasıyla oksijen, nitrojen ve argon miktarlarını temsil eder, p_O₂, p_N₂ ve p_Ar her bir bileşenin basıncıdır ve p toplam basınçtır. Hesaplamalar, 1 Nm³ havanın tamamen ayrılması için teorik minimum ayırma işinin yaklaşık 0,01744 kW·h/Nm³ (0,02 kW·h/Nm³ olarak hesaplanmıştır) olduğunu göstermektedir. Ayırma işinin %8'i argonda yoğunlaştığından ayırma işi 248.000 × 0,02 × %8 × (560 ÷ 1500)=148 kW·h/t olarak hesaplanır. Genel olarak argonun üretim maliyeti yaklaşık 316 kW·s/t olup, bu da 139 yuan/t'ye eşdeğerdir. 200 km ve 500 km yarıçapındaki müşterileri kapsıyorsa, karşılık gelen nakliye maliyetleri eklendikten sonra, toplam argon maliyeti sırasıyla yaklaşık 299 yuan/ton ve 539 yuan/ton olur ve yerel argon piyasa fiyatına kıyasla önemli bir maliyet avantajı sağlar. Ayrıca bölge, eyalet başkentinin sanayi bölgesine sadece 100 km uzaklıktadır. Yerel "Eyalet Başkentinin Güçlendirilmesi" kalkınma stratejisinin ilerlemesiyle imalat sanayi, özellikle elektronik ve fotovoltaik endüstrileri, kalkınma fırsatlarını başlatacak ve argona olan talep buna uygun olarak artmaya devam edecek ve argon satışları için geniş bir pazar beklentisi sağlayacak.
Argon üretiminin riskleri ve enerji verimliliği açısından, mevcut tam damıtmalı argon üretim süreci, tesis güvenliği risklerini artırmadan olgun ve güvenilirdir. Ayrıca argon sisteminin eklenmesi oksijen ekstraksiyon verimliliğini artırabilir ve önemli miktarda enerji tasarrufu sağlayabilir. Örneğin, 50.000 sınıfı bir hava ayırma ünitesi (ASU), yaklaşık 1.500 Nm³/saat argonu çıkarabilir (%70 ekstraksiyon oranı varsayılarak). Farklı konfigürasyon seçenekleri karşılaştırıldığında, argon sistemi olmadan oksijen ekstraksiyon oranı %90,4'tür; enerji tasarrufu, ilgili yatırım ve geri dönüş yoktur. Verimlilik artırıcı seçeneği, oksijen ekstraksiyon oranını %97'ye çıkararak yaklaşık %5 enerji tasarrufu sağlar. Yatırımın maliyeti 8-10 milyon yuan olup, yıllık 8 milyon yuan enerji tasarrufu ve bir yıllık geri ödeme süresi vardır, ancak argon ürünü üretimi veya ilgili gelir yoktur. Argon sistemi seçeneği, yaklaşık %2,5 enerji tasarrufu, yaklaşık 15 milyon yuan yatırım, yıllık 4 milyon yuan enerji tasarrufu, yıllık 21.000 ton argon üretimi, 15 milyon yuan yıllık ürün faydası ve bir yıllık geri ödeme süresiyle %96,4 oksijen çıkarma oranına ulaşır. Ayrıca işletme sırasında yıllık 15 milyon yuan gelir elde edilebilir.
Enerji tüketimi verilerinin daha ayrıntılı analizi, bir hava ayırma ünitesi tarafından tüketilen enerjinin %90'ından fazlasının hava kompresörü ve yükselticiden geldiğini ortaya koymaktadır. Toplam kompresör ve güçlendirici gücü 40.000 kW olan bir argon sisteminin konfigürasyonunu örnek olarak alırsak, yıllık çalışma süresinin 8.000 saat olduğunu ve bütçelenen elektrik fiyatının 0,44 yuan olduğunu varsayarsak, enerji tasarrufunun 40.000 × 8.000 × %0,44 × %2,5 ÷ %90=3.91 milyon yuan olduğu hesaplanır. Sıvı argon üretiminin faydalarına bakıldığında, tek bir hava ayrıştırma ünitesi yılda 21.000 ton sıvı argon üretmektedir. Argonun ton başına 1.000 yuan'lik yerel yıllık ortalama fiyatı baz alındığında, bu, yıllık 15 milyon yuan'ın üzerinde ek fayda sağlıyor. Geri ödeme süresi açısından ise argon sisteminin yapılandırılması ancak sıvı argon ürünü satışının yapılmaması durumunda yatırım maliyeti yaklaşık dört yılda geri kazanılabilir; Sıvı argon ürünü satışları normal bir şekilde gerçekleştirilirse yatırımın geri dönüşü sadece bir yıl içinde gerçekleşebilir. Hava ayırma ünitesinde argon sistemi ve takviye kulesi yoksa, oksijen ekstraksiyon oranının azalacağı, hava kompresörü tarafından taşınması gereken hava hacminin önemli ölçüde artacağı ve hava ayırma kompresörü ünitesinin enerji tüketiminin artacağı unutulmamalıdır. Bu nedenle, bir argon sistemi olmasa bile, geleneksel hava ayırma ünitesi tasarımları, kompresörün enerji tüketimini azaltmak için tipik olarak bir takviye kulesi gerektirir.
Özetle, büyük kriyojenik hava ayırma ünitelerinde bir argon sisteminin kullanılması teknik açıdan olgun ve güvenilirdir, hiçbir ek güvenlik riski oluşturmaz ve oksijen ekstraksiyon verimliliğini artırabilir ve enerji tüketimini azaltabilir. Argon ürünlerinin pazar talebine uygun olarak satılması, ekonomik olarak yatırımın karşılığını hızla alabilir ve tesis karlılığını önemli ölçüde artırabilir. Ayrıca, argon sistemi esnek ayarlama yetenekleri sunarak, rafine edilmiş argon sisteminin piyasa dalgalanmalarına göre açılıp kapatılmasına olanak tanır. Ham argon kulesi daha sonra bir destek kulesi olarak işlev görebilir, enerji tasarrufu sağlamaya devam edebilir ve ürün üretiminde dinamik ayarlamalara olanak sağlayabilir. Argon pazarının güçlü olduğu bölgelerde, hem ekonomik faydaları hem de enerji verimliliğini optimize etmek amacıyla büyük kriyojenik hava ayırma ünitesi planlaması için argon ekstraksiyon ekipmanı önerilir.
