This guide analyzes 深冷空分制氧成本每吨O₂ across CAPEX, OPEX, power use, and argon credit.Meta Description: 分析深冷空分制氧成本，详细介绍CAPEX、OPEX和能耗（kWh/吨O₂），以及氩气副产品抵消和示例成本模型表格。
深冷空分装置（ASU）通过分馏工艺从液态空气中生产高纯度氧气（O₂）、氮气（N₂）和氩气。这些系统广泛应用于钢铁、化工、能源（如氢气工厂）和电子行业。评估ASU经济性的关键指标是每吨O₂的成本。成本取决于工厂规模（O₂产能）、设备设计、电力消耗（每吨O₂的千瓦时）和副产品销售。大型ASU通过规模效应实现经济性，降低了每吨产能的资本成本。本文分析了深冷ASU的资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX），量化了电力需求，并展示了氩气回收抵消成本的方式。一个示例成本每吨模型表格展示了不同吨/天（TPD）产能、能耗、电力价格和氩气抵消的典型值。
深冷空分装置（ASU）的CAPEX（资本支出）
深冷空分装置（ASU）的CAPEX 深冷空分装置（ASU）的CAPEX（资本支出）主要由压缩机、深冷换热器（冷箱）、蒸馏塔和控制系统组成，还包括安装费用（基础、管道、仪器）。随着产能的增加，成本会有所上升，但每单位产能的成本会逐渐降低。一般来说，现代大型ASU的成本大约为每吨年产氧气$200–$300【THUNDER SAID ENERGY】【cen.acs.org】。例如，Air Liquide最近投入约8.5亿美元建设四条ASU生产线，每天生产9000吨氧气（约330万吨年产量），这意味着每吨产能的成本约为每吨年产氧气$260【cen.acs.org】。较小的模块化单元由于固定费用较高，可能每吨产能的成本更高。在一项调查中，CAPEX从约2500万美元的200吨/天（TPD）工厂到约1.25亿美元的3000吨/天（TPD）工厂不等【Oxygen Generation and Storage: Air Separation Unit】。 在设计ASU时，工程师通常会在更高的CAPEX与更高的效率之间进行权衡：增加换热器面积或额外的制冷可以减少能耗和运营支出【Oxygen Generation and Storage: Air Separation Unit】【THUNDER SAID ENERGY】。实际上，许多供应商提供小型模块化ASU（数百吨/天）和大型工厂（数千吨/天）。扩大板翅表面积通常会降低终生深冷ASU每吨氧气的成本，尽管CAPEX较高，其CAPEX大致与（产能）^0.6–0.7成比例增长。 关键CAPEX驱动因素包括压缩机的大小（占总安装成本的50-80%）、大型铝制板翅冷箱、高压储存和现场基础设施。标准工程实践将CAPEX摊销在15-20年内；按每吨计算，这通常会增加每吨$5–$15的成本（具体取决于利率/内部收益率假设）。尽管增加了CAPEX，但较大的换热器面积仍可以降低终生深冷ASU每吨氧气的成本。
OPEX：电力、劳动力与维护
OPEX: 电力、劳动力与维护 在深冷空分装置（ASU）的运营支出（OPEX）中，电力成本占据主导地位。根据设备的运行生命周期，电力成本通常占70-80%的总运营成本【Oxygen Generation and Storage: Air Separation Unit】【THUNDER SAID ENERGY】。例如，一项关于医疗ASU的DOE/WHO研究发现，约75%的生命周期成本来自能源【Oxygen Generation and Storage: Air Separation Unit】。其余的OPEX包括劳动力、维护、催化剂或吸附剂更换以及少量消耗品（如润滑油）。电力价格是影响深冷ASU每吨氧气成本的最大因素。 典型的工业ASU在高可靠性下连续运行，因此年运行时间通常超过90%。计划性的维护（如冷箱短暂加热）和非规范空气事件会导致少量停机。劳动力和维护费用可能占OPEX的10-20%【Oxygen Generation and Storage: Air Separation Unit】。例如，ASU操作员可能需要配备轮班技师和管理人员，维护则包括定期的压缩机大修和蒸馏塔内填料更换。其他费用（如设施税、保险）相对较小。 总而言之，电力价格和消耗在OPEX中占主导地位，因此ASU工厂通常会谈判低廉的工业电价，或与廉价电力来源共址。
能耗（每吨氧气的千瓦时）
深冷空分装置（ASU）的理论最低能耗约为**51 kWh每吨氧气**（来自空气分离的热力学原理），但实际工厂需要的能量是这个值的几倍。现代ASU通常的能耗在**300–600 kWh每吨氧气**之间。提高交付压力通常会增加深冷ASU每吨氧气的成本。
已发布的数据显示，标准设计的具体能耗范围在**400–700 kWh/t**之间【delion.swiss】, 尽管更新的高效单元能耗可能更低。能耗受多个因素影响，如产品压力（较高的交付压力需要更多的压缩）、产品纯度（例如，>99.5% O₂需要更多的能量）和工厂规模（更大的换热器能提高效率）。例如，交付40 bar氧气的ASU可能使用约500 kWh/t，而较低压力的输出（约7 bar）可能使用约400 kWh/t。在估算每吨电力成本时，将每吨的千瓦时数乘以当地的电力价格。以$0.05–$0.07每千瓦时（工业电价）计算，500 kWh/t的电力成本为每吨氧气$25–$35。因此，典型的**电力成本贡献**可能在每吨氧气$20–$50之间，具体取决于当地的电力价格。（以$0.03/kWh的低价电力可以将其降至每吨不到$15，而昂贵的电网电力可能高达$0.10/kWh或更高。）即使是在一个特定项目中，切换到非高峰时段或灵活的电力合同也可以显著改变OPEX。现有工具可以根据工厂的产能和条件快速估算ASU的电力需求【Calculate the Power of Cryogenic Air Separation Units】，帮助进行成本建模。
氩气回收与抵消
大气中的氩气（约占空气体积的0.93%）与氧气共同分馏，并可以作为有价值的副产品回收。在多塔ASU中，氩气从中间塔柱中提取并进行净化。典型的氩气产量约为氧气产量质量的5–6%（因为空气中氩气约占1%体积）。回收氩气需要额外的制冷和塔级，但通常是经济上合理的。氩气（和氮气）的销售可以降低氧气的净成本。在成本模型中，经常应用“氩气抵消”：每吨氧气生产的氩气价值会从氧气成本中扣除。（在实际操作中，工厂的“厂外”合同有时会将氧气/氮气价格降低，作为交换，买方获取氩气（抵消）或自己提供氩气【THUNDER SAID ENERGY】。）粗略估算，如果氩气的市场价格为每吨$500–$60，那么每生产一吨氧气可回收50–60公斤氩气，约为每吨氧气提供$25–$35的抵消。在许多分析中，氩气抵消的范围假设为每吨氧气$10–$20（扣除回收成本后）。这一抵消可以显著降低电力成本：在下面的示例模型中，更高的氩气抵消显著降低了每吨的净成本。氩气副产品抵消可以大幅降低深冷ASU每吨氧气的净成本。
示例模型：低温空分装置每吨氧气成本
下表展示了ASU规模、能耗、电力价格和氩气抵消如何在一个简单的成本模型中相互作用。表中展示了示例ASU的产能（每吨氧气/天）、假设的能耗（每吨氧气的千瓦时）、电力成本（$/kWh）和氩气抵消（$/吨氧气）。计算了每吨电力成本和净能耗成本（应用氩气抵消后的费用）。（该模型为了简化，省略了CAPEX摊销和固定运营维护成本，重点关注主要的可变因素。） **深冷ASU每吨氧气成本模型**，在不同电力价格和氩气抵消假设下的变化。
| 工厂产能（TPD O₂） | 能源消耗量（千瓦时/吨氧气） | $/kWh | 氩气信用额（美元/吨O₂） | 能源成本（美元/吨氧气） | 净能源成本（美元/吨氧气） |
|---|---|---|---|---|---|
| 500 | 600 | 0.06 | 5 | 36.0 | 31.0 |
| 1,000 | 500 | 0.05 | 10 | 25.0 | 15.0 |
| 3,000 | 450 | 0.04 | 15 | 18.0 | 3.0 |
| 9,000 | 400 | 0.03 | 20 | 12.0 | -8.0 |
在这个示例中，较大的工厂运行更高效，并能够获得更便宜的电力。每吨的能源成本从500吨/天（TPD）时的$36下降到9,000吨/天（TPD）时的$12。在9,000吨/天的情况下，氩气抵消甚至超过了原始电力成本，产生了负的“净能耗”成本（意味着氩气副产品的价值已足够覆盖电费）。实际工厂还会包括**CAPEX摊销**（例如，每吨增加$5–$15用于资本支出）以及其他运营和维护费用，以计算每吨氧气的总成本。
摘要和资源
总而言之，每吨 O₂ 的低温空分装置成本由三个主要部分决定：工厂资本支出（按吨产能摊销）、电力使用（每吨千瓦时和美元/千瓦时）以及副产品收益（氩气和氮气）。行业基准表明，每吨年产能的资本支出约为200-300美元，每吨氧气的发电量约为0.4-0.6兆瓦时(THIUNDER SAID ENERGY)（delion.swiss）.在典型的工业电价下，电力成本通常占每吨氧气成本的 20 至 40 美元，使其成为最大的运营成本驱动因素。(氧气发生与储存：空气分离装置)。氩气回收可以节省每吨氧气成本的 10 至 20 美元，从而降低净成本。因此，优化空气分离装置需要在更高的资本投入（更大的换热器、额外的制冷设备）与更低的能耗之间取得平衡。系统正常运行时间和利用率也会影响经济效益，因为闲置产能仍然会产生资本成本。
为了进行更深入的分析，建议下载**可编辑的电子表格模型**和完整的**PDF报告**。这些资源让用户可以输入自己的假设（如工厂规模、电力价格、CAPEX、氩气价格等），并立即查看每吨氧气的成本，适用于工程研究和投资比较。具有廉价电力的项目通常能够实现更低的深冷ASU每吨氧气成本。
来源： 行业内数据和关于深冷ASU的技术文献 [THUNDER SAID ENERGY](https://thundersaidenergy.com/downloads/cryogenic-air-separation-the-economics/#:~:text=Capexcostsofairseparation,around200Tpaofoxygencapacity) [Oxygen Generation and Storage: Air Separation Unit](https://media.path.org/documents/O2_generation_and_storage_air_separation_unit_v1.pdf#:~:text=shouldbebuiltatthe,intolongtermcontractswithmedical) [delion.swiss](https://www.delion.swiss/technology/air-separation#:~:text=Capacityfrom500Nm3hto,120000Nm3h) [cen.acs.org](https://cen.acs.org/business/Air-Liquide-spend-850-million/102/i20#:~:text=AirLiquidesprojectisdesigned,purchaseofrenewablepowerAir) 这些来源用于填充成本假设并验证典型的范围。
