Di sektor gas industri, argon, gas langka yang banyak digunakan, diperoleh terutama melalui pemisahan udara secara kriogenik. Dilengkapi atau tidaknya unit pemisahan udara kriogenik skala besar dengan sistem argon tidak hanya berdampak langsung pada investasi awal unit dan konsumsi energi jangka panjang, namun juga berdampak penting pada optimalisasi bauran produk pabrik dan meningkatkan profitabilitas secara keseluruhan. Terutama selama tahap perencanaan pabrik baru, analisis komprehensif mengenai pasokan dan permintaan pasar argon di wilayah tersebut, biaya investasi, dan data konsumsi energi diperlukan untuk memilih konfigurasi optimal untuk proyek dan sepenuhnya mengeluarkan potensi unit pemisahan udara.
Berdasarkan sifat dan skenario penerapannya, argon terdapat di atmosfer sekitar 0,932%, menjadikannya gas langka yang paling melimpah. Sifat kimianya stabil, tidak-mudah terbakar, dan tidak mendukung pembakaran. Ini memainkan peran penting dalam bidang manufaktur, elektronik, peleburan logam, dan bidang lainnya. Misalnya, argon sering digunakan sebagai gas pelindung dalam pengelasan aluminium, magnesium, tembaga, paduannya, dan baja tahan karat, yang secara efektif mencegah oksidasi atau nitridasi bagian yang dilas karena kontak dengan udara, sehingga menjamin kualitas las. Misalnya, unit pemisahan udara produksi oksigen 50.000 Nm³/jam yang direncanakan untuk proyek kimia batubara skala besar di wilayah tertentu akan menggunakan proses yang melibatkan pemurnian adsorpsi saringan molekuler suhu sekitar, tekanan udara, dan kompresi internal produk oksigen dan nitrogen. Proses ini akan dikombinasikan dengan menara atas pengepakan terstruktur dan proses produksi argon distilasi penuh, dengan kompresor udara yang digerakkan oleh motor listrik. Proses produksi argon distilasi penuh, yang saat ini merupakan metode produksi argon utama, menawarkan keuntungan signifikan seperti kesederhanaan, kemudahan pengoperasian, pengoperasian yang aman dan stabil, serta efisiensi ekstraksi argon yang tinggi. Secara khusus, fraksi kaya argon diekstraksi dari bagian tengah dan bawah menara atas dan dimasukkan ke dalam sistem distilasi argon. Kolom argon mentah awalnya memisahkan oksigen dan argon, menghasilkan argon mentah dengan kandungan oksigen kurang dari 1,5×10⁻⁶. Argon mentah ini kemudian dimasukkan ke dalam kolom argon yang dimurnikan untuk pemisahan lebih lanjut antara argon dan nitrogen, yang pada akhirnya menghasilkan produk argon dengan kemurnian tinggi dengan kandungan argon sebesar 99,999%. Penelitian terhadap pasar argon di kawasan ini mengungkapkan total sembilan unit pemisahan udara (ASU) dengan kapasitas 6.000 Nm³/jam atau lebih besar, sedang beroperasi, sedang dibangun, atau direncanakan. Enam dari unit ini beroperasi dan mampu memproduksi argon, dengan total kapasitas yang dirancang sebesar 5,860 Nm³/jam (setara dengan 84.000 t/a). Namun, karena faktor-faktor seperti tidak aktifnya sistem argon di beberapa proyek atau produksi di bawah standar, produksi argon aktual adalah sekitar 63.000 t/a, sehingga kapasitas produksi regional secara keseluruhan relatif terbatas.
Dari segi biaya dan harga pasar, biaya pengangkutan satuan argon cair adalah 0,8-1,0 yuan per ton/km. Berdasarkan perhitungan ini, perbedaan harga teoritis untuk pasar dalam jarak 200 km adalah sekitar 160 yuan per ton. Untuk jarak hingga 500 km, perbedaan harga melebihi 400 yuan per ton, sehingga menurunkan hambatan pasokan antar pasar yang berbeda dan memungkinkan koneksi silang. Harga pasar argon regional berfluktuasi antara 800 dan 1.900 yuan per ton sepanjang tahun. Dihitung berdasarkan harga rata-rata tahunan sebesar 1.000 yuan per ton, hal ini memberikan ruang untuk profitabilitas.
Menganalisis struktur biaya produksi argon, untuk unit pemisahan udara kelas 50.000, argon, sebagai produk sampingan, terutama menggunakan pekerjaan pemisahan dan pencairan, dengan pekerjaan kompresi diamortisasi sepenuhnya ke dalam biaya produk oksigen dan nitrogen. Usaha pencairan minimum teoritis untuk argon adalah 0,2391 kWh/Nm³ (sebenarnya dihitung sebagai 0,3 kW·h/Nm³). Pekerjaan pencairan yang dihitung adalah 560 × 0.3=168 kWh/ton. Kerja pemisahan dihitung menggunakan rumus tertentu, di mana R adalah konstanta gas universal, T adalah suhu lingkungan, n_O₂, n_N₂, dan n_Ar masing-masing mewakili jumlah oksigen, nitrogen, dan argon, p_O₂, p_N₂, dan p_Ar adalah tekanan masing-masing komponen, dan p adalah tekanan total. Perhitungan menunjukkan bahwa usaha pemisahan minimum teoretis untuk pemisahan sempurna 1 Nm³ udara adalah sekitar 0,01744 kWh/Nm³ (dihitung pada 0,02 kW·h/Nm³). Karena 8% pekerjaan pemisahan terkonsentrasi pada argon, pekerjaan pemisahan dihitung menjadi 248.000 × 0,02 × 8% × (560 1500)=148 kW·h/t. Secara keseluruhan, biaya produksi argon adalah sekitar 316 kWh/t, setara dengan 139 yuan/t. Jika mencakup pelanggan dalam radius 200 km dan 500 km, setelah menambahkan biaya transportasi yang sesuai, total biaya argon masing-masing adalah sekitar 299 yuan/ton dan 539 yuan/ton, sehingga mempertahankan keunggulan biaya yang signifikan dibandingkan dengan harga pasar argon lokal. Selain itu, wilayahnya hanya berjarak 100 km dari kawasan industri ibu kota provinsi. Dengan kemajuan strategi pengembangan lokal "Penguatan Ibu Kota Provinsi", industri manufaktur, khususnya industri elektronik dan fotovoltaik, akan membuka peluang pengembangan, dan permintaan argon akan terus meningkat, memberikan prospek pasar yang luas untuk penjualan argon.
Mengenai risiko dan efisiensi energi produksi argon, proses produksi argon distilasi penuh saat ini sudah matang dan dapat diandalkan, tanpa meningkatkan risiko keselamatan pabrik. Selain itu, penambahan sistem argon dapat meningkatkan efisiensi ekstraksi oksigen dan mencapai penghematan energi yang signifikan. Misalnya, unit pemisahan udara (ASU) kelas 50.000 dapat mengekstraksi sekitar 1.500 Nm³/jam argon (dengan asumsi tingkat ekstraksi 70%). Membandingkan opsi konfigurasi yang berbeda, laju ekstraksi oksigen tanpa sistem argon adalah 90,4%, tanpa penghematan energi, tanpa investasi terkait, dan tanpa pengembalian. Opsi dengan penguat efisiensi meningkatkan laju ekstraksi oksigen hingga 97%, dengan penghematan energi sekitar 5%. Investasi ini menelan biaya 8-10 juta yuan, dengan penghematan energi tahunan sebesar 8 juta yuan dan jangka waktu pengembalian modal satu tahun, namun tidak ada keluaran produk argon atau pendapatan terkait. Opsi dengan sistem argon mencapai tingkat ekstraksi oksigen sebesar 96,4%, dengan penghematan energi sekitar 2,5%, investasi sekitar 15 juta yuan, penghematan energi tahunan sebesar 4 juta yuan, produksi argon tahunan sebesar 21.000 ton, manfaat produk tahunan sebesar 15 juta yuan, dan periode pengembalian modal satu tahun. Selain itu, dapat menghasilkan pendapatan tahunan sebesar 15 juta yuan selama operasi.
Analisis lebih lanjut terhadap data konsumsi energi menunjukkan bahwa lebih dari 90% energi yang dikonsumsi oleh unit pemisahan udara berasal dari kompresor udara dan booster. Mengambil konfigurasi sistem argon sebagai contoh, dengan total daya kompresor dan booster sebesar 40.000 kW, dengan asumsi waktu pengoperasian tahunan sebesar 8.000 jam dan harga listrik yang dianggarkan sebesar 0,44 yuan, penghematan energi dihitung sebesar 40.000 × 8.000 × 0,44 × 2,5% yani 90%=3.91 juta yuan. Mengenai manfaat produksi argon cair, satu unit pemisahan udara menghasilkan 21.000 ton argon cair setiap tahunnya. Berdasarkan harga rata-rata tahunan argon di tingkat lokal sebesar 1.000 yuan per ton, hal ini menghasilkan manfaat tambahan tahunan sebesar lebih dari 15 juta yuan. Dari segi payback period, jika sistem argon dikonfigurasikan tetapi penjualan produk argon cair tidak dilakukan, biaya investasi dapat diperoleh kembali dalam waktu kurang lebih empat tahun; jika penjualan produk argon cair dilakukan secara normal maka investasi dapat diperoleh kembali hanya dalam waktu satu tahun. Perlu dicatat bahwa jika unit pemisahan udara tidak memiliki sistem argon dan menara booster, laju ekstraksi oksigen akan berkurang, volume udara yang diperlukan untuk ditangani oleh kompresor udara akan meningkat secara signifikan, dan konsumsi energi unit kompresor pemisahan udara akan meningkat. Oleh karena itu, bahkan tanpa sistem argon, desain unit pemisahan udara konvensional biasanya memerlukan menara booster untuk mengurangi konsumsi energi kompresor.
Singkatnya, penerapan sistem argon di unit pemisahan udara kriogenik berukuran besar secara teknis sudah matang dan dapat diandalkan, tidak menimbulkan risiko keselamatan tambahan, serta dapat meningkatkan efisiensi ekstraksi oksigen dan mengurangi konsumsi energi. Secara ekonomi, menjual produk argon sesuai dengan permintaan pasar dapat dengan cepat menutup investasi dan meningkatkan profitabilitas pabrik secara signifikan. Selain itu, sistem argon menawarkan kemampuan penyesuaian yang fleksibel, memungkinkan sistem argon yang disempurnakan untuk dialihkan masuk dan keluar berdasarkan fluktuasi pasar. Menara argon mentah kemudian dapat berfungsi sebagai menara booster, yang terus menghemat energi dan memungkinkan penyesuaian dinamis terhadap produksi produk. Untuk wilayah dengan pasar argon yang kuat, peralatan ekstraksi argon direkomendasikan untuk perencanaan unit pemisahan udara kriogenik berukuran besar guna mengoptimalkan manfaat ekonomi dan efisiensi energi.
