Pe măsură ce structura energetică globală își accelerează trecerea către alternative cu emisii reduse de-carbon, cerințele pentru puritatea gazelor industriale, stabilitatea aprovizionării și adaptabilitatea proceselor au devenit mult mai stricte în producția de energie nouă. Oxigenul, considerat cândva o utilitate de sprijin, este acum un mediu de proces de bază. Echipamentele industriale de generare a oxigenului -, în special unitățile de adsorbție prin variație de presiune (PSA) și unitățile de separare a aerului criogenic -, sunt din ce în ce mai utilizate în producția de materiale pentru bateriile cu litiu, topirea sticlei fotovoltaice, producția de hidrogen și în domenii conexe. Shenger Gas se concentrează pe tehnologiile de separare industrială. Următoarea discuție subliniază modul în care echipamentele de generare a oxigenului adaugă valoare practică în noile aplicații energetice.
Sinterizarea materialului catodic al bateriei cu litiu: necesitatea unei atmosfere controlate de oxigen
În timpul sinterizării la-temperatură ridicată a materialelor catodice, cum ar fi fosfatul de litiu fier (LFP) și nichel-cobalt-mangan (NCM), concentrația de oxigen din interiorul cuptorului afectează direct cristalinitatea și durata de viață. Când nivelul de oxigen scade sub pragul necesar, defectele rețelei cresc, iar eficiența coulombică inițială scade.
Generatoarele industriale de oxigen pot furniza în mod continuu aer îmbogățit cu oxigen-(puritate 90–95%) sau oxigen de grad industrial-(99,5% sau mai mare) cuptoarelor cu role și cuptoarelor de împingere. În comparație cu alimentarea cu rezervor de oxigen lichid, generarea de oxigen la fața locului-elimină înlocuirea cilindrului și reduce pierderile prin evaporare. Presiunea de ieșire este stabilă în intervalul de 0,3–0,6 MPa, potrivit cerințelor tipice de intrare în cuptor. Un sistem de oxigen PSA cu o capacitate de 50 Nm³/h poate susține în mod fiabil o linie de producție de materiale catodice cu o producție anuală de aproximativ 10.000 de tone metrice.
Topirea sticlei fotovoltaice: alimentare cu oxigen pentru arderea combustibilului oxi-
În producția de sticlă flotată fotovoltaică (PV), temperaturile de topire depășesc adesea 1500 de grade. Arderea convențională a aerului-combustibilului permite ca aproape 78% din azot să transporte căldura fără a participa la reacție, generând în același timp și oxizi de azot. Trecerea la arderea cu oxi-combustibil crește temperatura flăcării, crește eficiența de topire și scurtează stadiul de finisare a sticlei topite.
Generatoarele de oxigen furnizează cuptorului cu 90–93% aer îmbogățit cu oxigen-. Cu controlul etapizat al injecției de oxigen, consumul de combustibil poate fi redus cu 15-25%, iar emisiile de NOx scad la niveluri care respectă standardele de mediu. Topirea sticlei necesită oxigen continuu, cu volum mare-cu fluctuații mici-pe termen scurt. Sistemele de oxigen centrifuge sau mari PSA cu un rezervor tampon sunt mai potrivite pentru a face față variațiilor de presiune în timpul comutării supapelor.
Producția de hidrogen verde și testarea celulelor de combustie: recuperarea oxigenului din electroliză
În electroliza apei pentru producerea de hidrogen, oxigenul este generat ca produs co-la anod. În electrolizoarele alcaline sau PEM, oxigenul produs secundar atinge de obicei o puritate de 99,2% sau mai mare, cu doar urme minore de ceață alcalină sau umiditate. După spălare și uscare, acest oxigen poate fi utilizat direct pentru aerarea apelor uzate sau tăierea metalului în instalațiile din apropiere, creând un flux suplimentar de venituri din ceea ce este adesea ventilat.
Bancurile de testare R&D pentru celulele de combustie necesită un control precis al concentrației de oxigen la intrarea catodului. Generatoarele mici de oxigen PSA sau sistemele de amestecare cu oxigen-azot permit inginerilor să simuleze diferite altitudini și stoichiometrii ale aerului. Pentru aplicațiile de testare-, punctul de rouă al oxigenului trebuie să fie sub -60 de grade , iar sistemul trebuie să răspundă rapid la modificările cererii de debit.
Tratarea termică a bateriilor cu litiu uzate: piroliza îmbogățită cu oxigen-pentru recuperarea metalelor
După zdrobirea și sortarea bateriilor cu litiu uzate, pulberea de electrod rămasă conține lianți și separatori care trebuie îndepărtați prin piroliză. Într-o atmosferă-imbogățită cu oxigen (30–40% oxigen), piroliza la temperatură joasă-realizează o oxidare mai completă a substanțelor organice, reducând în același timp tendința de a forma dioxine. În etapa ulterioară de topire a cuprului, aluminiului, cobaltului și nichelului, injectarea cu oxigen îmbunătățește agitația băii și scurtează ciclul de topire.
Generatoarele de oxigen în containere sau montate-derapante funcționează bine la unitățile de reciclare-de la fața locului. Acestea necesită mai puțin de 20 de metri pătrați de suprafață și numai conexiuni electrice și de apă - fără evaluări de siguranță sau autorizații asociate cu rezervoarele de stocare a oxigenului lichid.
Criterii cheie de selecție pentru generatoarele industriale de oxigen (pentru centrale energetice noi)
Noile linii de producere a energiei sunt de obicei amplasate în parcuri industriale, unde se așteaptă timp de funcționare ridicat și funcționare nesupravegheată. Factorii cheie de evaluat includ:
- Potrivirea purității: dacă procesul necesită oxigen mai mare sau egal cu 99,5% (de exemplu, anumite etape de sinterizare), este de preferat un sistem PSA criogenic sau în două-etape. Pentru procesele în care puritatea de 93% este suficientă, PSA într-o singură etapă oferă o economie mai bună.
- Controlul punctului de rouă: pentru conducte lungi de conductă sau medii cu variații mari de temperatură, trebuie adăugat un uscător frigorific sau desicant pentru a preveni ca apa lichidă să ajungă la reactoarele cu temperatură înaltă-.
- Consum de energie: PSA consumă aproximativ 0,35–0,45 kWh per Nm³ de oxigen produs. Sistemele criogenice consumă 0,55–0,70 kWh/Nm³ (inclusiv compresia și fracționarea aerului). Pentru utilizare pe scară largă-(mai mare sau egală cu 500 Nm³/h), costul total de proprietate pentru criogenic poate fi mai mic.
- Strategia de redundanță: pentru procesele în care întreruperea oxigenului este inacceptabilă, ar trebui luată în considerare o configurație de N+1 unități sau un rezervor de oxigen lichid de rezervă.
Tendințe din industrie și îmbunătățiri ale echipamentelor
Noile procese de fabricare a energiei continuă să evolueze. De exemplu, sinterizarea catodului bateriei cu ioni de sodiu-necesită o fereastră mai îngustă de concentrație a oxigenului (toleranță de ±0,5%), impunând cerințe mai mari asupra stabilității generatorului. Între timp, pe măsură ce proiectele de hidrogen verde se extind, utilizarea oxigenului produs secundar din electroliză trece de la o opțiune la o necesitate - o instalație de hidrogen de 1.000-tone-pe an produce aproximativ 8.000 de tone de oxigen anual. Aerisirea acelui oxigen reprezintă o pierdere semnificativă de resurse.
Viitoarele echipamente industriale de generare a oxigenului se vor îndrepta către design modular, consum redus de energie și control inteligent. Exemplele includ paturi radiale de adsorbție pentru a reduce rezistența la curgere, modele bazate pe IA-pentru a ajusta sincronizarea ciclului ca răspuns la fluctuațiile cererii și diagnosticarea IoT pentru anomalii de comutare a supapelor. Aceste îmbunătățiri abordează cerințele de bază ale producției de energie noi: stabilitate, curățenie și controlabilitate.
