از آنجایی که ساختار انرژی جهانی تغییر خود را به سمت جایگزینهای{0}کم کربن تسریع میکند، الزامات خلوص گاز صنعتی، پایداری عرضه و سازگاری فرآیند به طور قابلتوجهی در تولید انرژیهای جدید سختتر شده است. اکسیژن، که زمانی به عنوان یک ابزار پشتیبانی در نظر گرفته می شد، اکنون یک رسانه اصلی فرآیند است. تجهیزات تولید اکسیژن صنعتی - به ویژه جذب نوسان فشار (PSA) و واحدهای جداسازی هوا برودتی - به طور فزاینده ای در تولید مواد باتری لیتیومی، ذوب شیشه فتوولتائیک، تولید هیدروژن و زمینه های مرتبط به کار گرفته می شوند. Shenger Gas بر فناوری های جداسازی صنعتی تمرکز دارد. بحث زیر نشان میدهد که چگونه تجهیزات تولید اکسیژن ارزش عملی را در کاربردهای انرژی جدید میافزایند.
تف جوشی مواد کاتد باتری لیتیوم: نیاز به اتمسفر اکسیژن کنترل شده
در هنگام پخت{0}در حرارت بالا مواد کاتدی مانند فسفات آهن لیتیوم (LFP) و نیکل{1}}کبالت-منگنز (NCM)، غلظت اکسیژن در داخل کوره مستقیماً بر کریستالی و عمر چرخه تأثیر می گذارد. هنگامی که سطح اکسیژن به زیر آستانه مورد نیاز میرسد، عیوب شبکه افزایش مییابد و بازده کولمبی اولیه کاهش مییابد.
ژنراتورهای اکسیژن صنعتی میتوانند به طور مداوم اکسیژن-هوای غنیشده (با خلوص 90 تا 95 درصد) یا اکسیژن با درجه صنعتی- (99.5 درصد یا بالاتر) را به کورههای غلتکی و کورههای فشاری عرضه کنند. در مقایسه با منبع اکسیژن مایع،-تولید اکسیژن در محل، جایگزینی سیلندر را حذف میکند و تلفات تبخیری را کاهش میدهد. فشار خروجی در محدوده 0.3 تا 0.6 مگاپاسکال پایدار است که با نیازهای ورودی کوره معمولی مطابقت دارد. یک سیستم اکسیژن PSA با ظرفیت 50 نیوتن متر در ساعت می تواند به طور قابل اعتماد یک خط تولید مواد کاتدی با خروجی سالانه تقریباً 10000 تن متریک را پشتیبانی کند.
ذوب شیشه فتوولتائیک: تامین اکسیژن برای اکسی-احتراق سوخت
در تولید شیشه فلوت فتوولتائیک (PV)، دمای ذوب اغلب از 1500 درجه فراتر می رود. احتراق سوخت با هوای معمولی به 78 درصد از نیتروژن اجازه میدهد بدون شرکت در واکنش گرما را از بین ببرد و در عین حال اکسیدهای نیتروژن تولید میکند. تغییر به احتراق سوخت اکسی{5}} دمای شعله را افزایش می دهد، راندمان ذوب را افزایش می دهد و مرحله ریز شدن ذوب شیشه را کوتاه می کند.
ژنراتورهای اکسیژن 90 تا 93 درصد اکسیژن{2}}هوای غنی شده را به کوره میرسانند. با کنترل مرحلهای تزریق اکسیژن، مصرف سوخت را میتوان 15 تا 25 درصد کاهش داد و انتشار NOx به سطوحی کاهش مییابد که استانداردهای زیستمحیطی را برآورده میکند. ذوب شیشه به اکسیژن پیوسته و با حجم زیاد-با نوسانات کوتاه-کوچک نیاز دارد. سیستمهای اکسیژن گریز از مرکز یا بزرگ PSA با مخزن بافر برای کنترل تغییرات فشار در هنگام تعویض سوپاپ مناسبتر هستند.
تولید هیدروژن سبز و آزمایش پیل سوختی: بازیابی اکسیژن از الکترولیز
در الکترولیز آب برای تولید هیدروژن، اکسیژن به عنوان یک محصول مشترک در آند تولید میشود. در الکترولایزرهای قلیایی یا PEM، اکسیژن محصول جانبی معمولاً به خلوص 99.2 درصد یا بالاتر می رسد و تنها آثار جزئی از غبار قلیایی یا رطوبت وجود دارد. پس از شستشو و خشک کردن، این اکسیژن را می توان مستقیماً برای هوادهی فاضلاب یا برش فلز در تأسیسات مجاور استفاده کرد و یک جریان درآمد اضافی از آنچه اغلب تخلیه می شود ایجاد می کند.
میزهای آزمایش تحقیق و توسعه پیل سوختی به کنترل دقیق غلظت اکسیژن ورودی کاتد نیاز دارند. ژنراتورهای کوچک اکسیژن PSA یا سیستمهای اختلاط اکسیژن-به مهندسان امکان شبیهسازی ارتفاعات مختلف و استوکیومتری هوا را میدهند. برای کاربردهای درجه آزمایش، نقطه شبنم اکسیژن باید کمتر از -60 درجه باشد و سیستم باید به سرعت به تغییرات تقاضای جریان پاسخ دهد.
عملیات حرارتی باتریهای لیتیومی مصرفشده: اکسیژن-پیرولیز غنیشده برای بازیابی فلز
پس از خرد کردن و دستهبندی باتریهای لیتیومی مصرفشده، پودر الکترود باقیمانده حاوی چسبها و جداکنندههایی است که باید از طریق پیرولیز حذف شوند. تحت یک اتمسفر غنی شده با اکسیژن (30-40٪ اکسیژن)، تجزیه در دمای پایین{4} باعث اکسیداسیون کاملتر مواد آلی می شود و در عین حال تمایل به تشکیل دیوکسین ها را کاهش می دهد. در مرحله ذوب بعدی مس، آلومینیوم، کبالت و نیکل، لنسینگ اکسیژن باعث افزایش هم زدن حمام و کوتاه شدن چرخه ذوب می شود.
ژنراتورهای اکسیژن نصب شده در ظرف{0}}در{1}}تجهیزات بازیافت سایت به خوبی کار می کنند. آنها به کمتر از 20 متر مربع فضا نیاز دارند و فقط به اتصالات برق و آب نیاز دارند - بدون ارزیابی ایمنی یا مجوز مرتبط با مخازن ذخیره اکسیژن مایع.
معیارهای انتخاب کلیدی برای ژنراتورهای اکسیژن صنعتی (برای نیروگاه های انرژی نو)
خطوط تولید انرژی جدید معمولاً در پارکهای صنعتی قرار میگیرند که در آن زمان بالا و عملیات بدون مراقبت انتظار میرود. عوامل کلیدی برای ارزیابی عبارتند از:
- تطبیق خلوص: اگر فرآیند به اکسیژن بیشتر یا مساوی 99.5٪ نیاز دارد (به عنوان مثال، مراحل خاصی از پخت)، سیستم PSA برودتی یا دو مرحلهای ترجیح داده میشود. برای فرآیندهایی که خلوص 93 درصد کافی است، PSA یک مرحلهای- اقتصاد بهتری ارائه میدهد.
- کنترل نقطه شبنم: برای لوله کشی طولانی یا محیط هایی با نوسانات دمایی زیاد، باید یک خشک کن یخچال دار یا خشک کن اضافه شود تا از رسیدن آب مایع به راکتورهای{0} دمای بالا جلوگیری کند.
- مصرف برق: PSA تقریباً 0.35-0.45 کیلووات ساعت به ازای هر نیوتن متر مکعب اکسیژن تولید شده مصرف می کند. سیستم های برودتی 0.55-0.70 کیلووات ساعت بر نیوتن متر مکعب مصرف می کنند (شامل فشرده سازی هوا و شکنش). برای استفاده در مقیاس بزرگ (بیش از یا مساوی 500 نیوتن متر در ساعت)، هزینه کل مالکیت برای برودتی ممکن است کمتر باشد.
- استراتژی افزونگی: برای فرآیندهایی که وقفه اکسیژن غیرقابل قبول است، باید یک پیکربندی واحد N+1 یا یک مخزن اکسیژن مایع پشتیبان در نظر گرفته شود.
روندهای صنعت و ارتقاء تجهیزات
فرآیندهای جدید تولید انرژی همچنان در حال تکامل هستند. برای مثال، تف جوشی کاتد باتری یونی سدیم به یک پنجره غلظت اکسیژن باریکتر (تحمل در محدوده ± 0.5٪) نیاز دارد که نیازهای بیشتری را برای پایداری ژنراتور ایجاد می کند. در همین حال، با بزرگتر شدن پروژههای هیدروژن سبز، استفاده از اکسیژن محصول جانبی حاصل از الکترولیز از یک گزینه به یک ضرورت تغییر میکند - یک تأسیسات هیدروژنی 1000-تن-سالانه تقریباً 8000 تن اکسیژن در سال تولید میکند. تخلیه آن اکسیژن نشان دهنده از دست دادن منابع قابل توجه است.
تجهیزات تولید اکسیژن صنعتی آینده به سمت طراحی مدولار، مصرف انرژی کمتر و کنترل هوشمند حرکت خواهند کرد. نمونهها شامل بسترهای جذب شعاعی برای کاهش مقاومت جریان، مدلهای مبتنی بر هوش مصنوعی{1}}برای تنظیم زمانبندی چرخه در پاسخ به نوسانات تقاضا، و تشخیص اینترنت اشیا برای ناهنجاریهای سوئیچینگ دریچهها هستند. این پیشرفتها نیازمندیهای اصلی تولید انرژیهای جدید را شامل میشوند: ثبات، تمیزی و قابلیت کنترل.
