Aplicarea generatoarelor industriale de oxigen în industria siderurgică și chimică

În producția de oțel și producția chimică, o aprovizionare continuă și stabilă cu oxigen afectează direct producția, consumul de energie și siguranța operațională. În comparație cu achiziționarea tradițională de oxigen lichid, generatoarele industriale de oxigen-la fața locului devin o alegere practică pentru mulți producători. Shenger Gas, ca jucător în domeniul separării gazelor, se concentrează asupra modului în care tehnologiile de generare a oxigenului se potrivesc diferitelor condiții-lumii reale. Acest articol analizează modul în care generatoarele industriale de oxigen aduc valoare sectoarelor siderurgice și chimice și ce trebuie luat în considerare atunci când alegeți un sistem.

Industria siderurgică: de la îmbogățirea cu oxigen la suport pentru furnal

Producția de oțel consumă cantități mari de oxigen. În medie, producerea unei tone de oțel brut necesită aproximativ 100 până la 150 de metri cubi de oxigen pur. Principalele aplicații includ:

1. Injecție în furnal-imbogățit cu oxigen
Adăugarea de oxigen pur în aerul furnalului crește temperatura de ardere la tuyeră, permite o injecție mai mare de cărbune pulverizat și reduce consumul de cocs. În practică, fiecare creștere cu 1% a îmbogățirii cu oxigen crește injecția de cărbune cu 15-20 kg per tonă de fier și scade consumul de cocs cu aproximativ 5-8 kg pe tonă de fier. Generatoarele industriale de oxigen asigură o concentrație de oxigen de la 90% la 99,6%. Atât VPSA (vacuum pressure swing adsorbtion) cât și unitățile de separare a aerului criogenic pot satisface cererea continuă de oxigen a furnalelor înalte.

2. Fabricarea oțelului în cuptorul cu oxigen de bază (BOF).
Procesele BOF necesită oxigen de-puritate ridicată (mai mare sau egală cu 99,5%) pentru decarburare și controlul temperaturii. Cererea de oxigen fluctuează brusc, debitele de vârf ajungând la 20.000 până la 80.000 Nm³/h. Unitățile de separare a aerului criogenic gestionează debite mari și puritate ridicată, în timp ce oxigenul lichid de rezervă asigură stabilitatea. Azotul și argonul subprodus îmbunătățesc, de asemenea, economia generală.

3. Cuptor cu arc electric (EAF) și rafinare cu oală
Topirea EAF beneficiază de arderea-asistată de oxigen, scurtând ciclurile de topire. În cuptoarele de rafinare cu oală (LF), oxigenul susține reacțiile de desulfurare și defosforizare. Aceste aplicații necesită alimentare intermitentă cu oxigen la 0,8–1,2 MPa. Generatoarele de oxigen VPSA, cu capacitatea lor flexibilă de pornire-oprire și întreținere mai ușoară, sunt adoptate de multe fabrici siderurgice-medii.

Sfat de selecție
Pentru fabricile mari de oțel integrate care produc peste 3 milioane de tone pe an, separarea criogenică a aerului cu lichid de rezervă este alegerea standard. Pentru fabricile mai mici sub 1 milion de tone sau pentru îmbogățirea cuptorului de încălzire, unitățile VPSA oferă investiții inițiale mai mici cu 30–40% și costuri totale de operare cu 15–25% mai mici.

Industria chimică: cerere rigidă pentru oxidare și gazeificare

Instalațiile chimice sunt mai pretențioase când vine vorba de puritatea, presiunea și fiabilitatea oxigenului, deoarece costul oxigenului afectează direct marjele produsului final.

1. Producția de amoniac și metanol
În producția de amoniac pe bază de gaz natural sau cărbune-, este necesar oxigenul pur pentru gazeificarea prin oxidare parțială pentru a produce gaz de sinteză (CO + H₂). Puritatea oxigenului ar trebui să fie de cel puțin 99,5%, cu limite stricte pentru impurități precum argonul. Producerea unei tone de amoniac consumă aproximativ 700–850 Nm³ de oxigen. Proiectele chimice mari instalează de obicei unități criogenice de separare a aerului, care furnizează și azot pentru purjare și etanșare.

2. Oxid de etilenă / etilen glicol (EO/EG)
Catalizatorul folosit pentru a oxida etilena în oxid de etilenă este foarte sensibil la puritatea oxigenului. Conținutul de metan în oxigen trebuie să rămână sub 0,1%, iar sulful total sub 0,1 ppm. Acest tip de aplicare necesită producerea de oxigen criogenic, urmată de etape suplimentare de desulfurare și uscare.

3. Gazeificarea cărbunelui și IGCC
Tehnologiile de gazeificare cu flux antrenat-(cum ar fi Shell, GSP sau proiecte cu mai multe-arzătoare opuse) au nevoie de oxigen la 4,0–8,5 MPa cu debit stabil. Standardul din industrie este producerea de oxigen criogenic combinată cu pompe de oxigen lichid de înaltă presiune și vaporizare. Pentru gazeificatoarele cu pat fix-cu presiune mai mică-, aerul îmbogățit cu oxigen-90–93% poate îmbunătăți intensitatea gazeificării. În aceste cazuri, unitățile VPSA oferă o alternativă cu costuri mai mici-.

4. Tratarea apelor uzate și oxidarea ozonului
Parcurile industriale chimice folosesc frecvent oxidarea ozonului pentru a descompune compușii organici refractari din apele uzate. Generarea de ozon necesită o alimentare cu oxigen. Sunt suficiente debite mici (mai mici sau egale cu 500 Nm³/h) la o puritate de 90–95%. Generatoarele compacte de oxigen PSA sunt potrivite aici - funcționează automat, necesită spațiu redus și pot fi instalate în aer liber.

Indicator cheie de cost
În proiectele chimice, calcularea costului oxigenului pe unitate de produs este esențială. Dacă costurile cu electricitatea depășesc 0,6 yuani/kWh și cererea de oxigen este stabilă, unitățile criogenice prezintă o eficiență mai bună. Dacă electricitatea este mai ieftină și nu există cerere de produse secundare (argon, heliu), generatoarele de oxigen VPSA consumă doar 0,35–0,45 kWh per Nm³ (la puritate de 90%) - o opțiune eficientă din punct de vedere al costului-pentru substanțele chimice fine sau investițiile în fazele-incipiente ale cărbunelui.

Comparația tehnologiilor generatoare de oxigen industrial

În unele proiecte reale, plantele folosesc o combinație: unități criogenice pentru producția principală (puritate ridicată) și VPSA pentru un necesar de oxigen de grad mai scăzut-(de exemplu, tratarea mediului). Aceasta echilibrează costurile de capital și energie.

Trei factori reali-lumii care afectează performanța generatorului de oxigen

Pe baza feedback-ului de la mai multe locații de operare, acești factori merită atenție înainte de selecție:

1. Calitatea aerului de admisie
Fabricile siderurgice și instalațiile chimice eliberează adesea SO₂, NOx, praf și hidrocarburi în aer. Pentru unitățile criogenice, aceasta înseamnă adăugarea de adsorbanți cu sită moleculară și programarea curățării periodice. Pentru sistemele VPSA, sita moleculară cu zeolit ​​are o toleranță limitată la gazele acide. Aerul de admisie trebuie să treacă prin turnuri de desulfurare și filtre-de înaltă eficiență; în caz contrar, viața sită moleculară poate scădea de la 5–8 ani până la 2–3 ani.

2. Rata de aerisire și flexibilitatea sarcinii
Cererea de oxigen a fabricii siderurgice poate varia cu 30-40% între orele de vârf și{2}}în afara orelor de vârf. Unitățile criogenice au nevoie de rezervoare de stocare a oxigenului lichid pentru bărbierirea vârfurilor sau integrarea cu un sistem cu argon. Unitățile VPSA ajustează sarcina între 50% și 100% modificând viteza suflantei și timpul de adsorbție, dar răspunsul durează aproximativ 30 de secunde - suficient de rapid pentru majoritatea morilor.

3. Capacitatea echipajului de întreținere
Separarea criogenică a aerului necesită operatori calificați, care înțeleg turbomașinile, controlul coloanei de distilare și procedurile de siguranță. Antrenamentul durează 6-12 luni. Unitățile PSA și VPSA rulează pe automatizare bazată pe PLC-. Întreținerea zilnică implică în principal schimbarea filtrelor și completarea site-ului molecular, făcându-le potrivite pentru echipele mai mici.

În ultimii doi ani, fluctuațiile prețului energiei și presiunea de a reduce carbonul au împins multe fabrici de oțel și produse chimice să re{0}}evalueze-generarea de oxigen pe amplasament. Două abordări câștigă teren. Unul este folosirea căldurii reziduale din apa de spălare a zgurii de furnal pentru a preîncălzi gazul de regenerare al sitei moleculare, reducând utilizarea aburului. Celălalt este utilizarea în creștere a îmbogățirii cu oxigen de puritate redusă (25%-35%) în cuptoarele de reîncălzire și cuptoarele rotative, ceea ce a determinat cererea pentru multe generatoare de oxigen mici VPSA.

Alegerea unui generator de oxigen nu înseamnă doar compararea prețurilor echipamentelor. Trebuie să luați în considerare puritatea oxigenului, presiunea, variația debitului, costul energiei electrice, pentru ce puteți vinde produse secundare și intervalele de întreținere -, totul în costul final pe tonă de oxigen. Shenger Gas oferă clienților sfaturi destul de simple: mai întâi, urmăriți cu sinceritate datele de utilizare a oxigenului timp de șase luni, apoi decideți calea procesului. În caz contrar, fie plătiți în plus pentru funcții pe care nu le veți folosi niciodată, fie rămâneți blocat cu un blocaj pe care nu îl puteți sparge.