کاربرد اکسیژن سازهای صنعتی در صنایع فولاد و صنایع شیمیایی

در فولادسازی و تولید مواد شیمیایی، تامین مداوم و پایدار اکسیژن به طور مستقیم بر خروجی، مصرف انرژی و ایمنی عملیاتی تاثیر می گذارد. در مقایسه با خرید سنتی اکسیژن مایع،-ژنراتورهای صنعتی اکسیژن در سایت به یک انتخاب عملی برای بسیاری از تولیدکنندگان تبدیل شده‌اند. Shenger Gas، به‌عنوان یک بازیگر در زمینه جداسازی گاز، بر چگونگی تطبیق فناوری‌های تولید اکسیژن با شرایط{3}}جهان واقعی تمرکز می‌کند. این مقاله به بررسی این موضوع می‌پردازد که چگونه ژنراتورهای اکسیژن صنعتی برای بخش‌های فولادی و شیمیایی ارزش می‌آورند و در هنگام انتخاب یک سیستم چه مواردی را باید در نظر گرفت.

صنعت فولاد: از غنی سازی اکسیژن تا پشتیبانی از کوره بلند

تولید فولاد مقادیر زیادی اکسیژن مصرف می کند. تولید یک تن فولاد خام به طور متوسط ​​به 100 تا 150 متر مکعب اکسیژن خالص نیاز دارد. برنامه های اصلی عبارتند از:

1. تزریق کوره بلند غنی شده با اکسیژن
افزودن اکسیژن خالص به هوای کوره بلند، دمای احتراق در لوله را افزایش می‌دهد، امکان تزریق بیشتر زغال‌سنگ پودر شده را فراهم می‌کند و مصرف کک را کاهش می‌دهد. در عمل، هر 1% افزایش در غنی‌سازی اکسیژن، تزریق زغال سنگ را 15 تا 20 کیلوگرم در هر تن آهن افزایش می‌دهد و مصرف کک را حدود 5 تا 8 کیلوگرم در هر تن آهن کاهش می‌دهد. اکسیژن سازهای صنعتی 90% تا 99.6% غلظت اکسیژن را تامین می کنند. هر دو واحد VPSA (جذب نوسان فشار خلاء) و واحد جداسازی هوای برودتی می‌توانند نیاز مداوم اکسیژن کوره‌های بلند را برآورده کنند.

2. فولادسازی کوره اکسیژن پایه (BOF).
فرآیندهای BOF برای دفع کربن و کنترل دما به اکسیژن با خلوص{0} بالا (بیشتر یا برابر با 99.5٪) نیاز دارند. تقاضای اکسیژن به شدت در نوسان است و پیک جریان به 20000 تا 80000 نیوتن متر مکعب در ساعت می رسد. واحدهای جداسازی هوا برودتی با نرخ جریان بالا و خلوص بالا مدیریت می‌کنند، در حالی که پشتیبان‌گیری از اکسیژن مایع پایداری را تضمین می‌کند. نیتروژن و آرگون محصول جانبی نیز اقتصاد کلی را بهبود می بخشد.

3. کوره قوس الکتریکی (EAF) و پالایش ملاقه
ذوب EAF از احتراق با کمک اکسیژن- و کوتاه شدن چرخه ذوب سود می برد. در کوره های پالایش ملاقه ای (LF)، اکسیژن از واکنش های گوگرد زدایی و فسفرزدایی پشتیبانی می کند. این کاربردها به تامین متناوب اکسیژن در 0.8-1.2 مگاپاسکال نیاز دارند. ژنراتورهای اکسیژن VPSA، با قابلیت شروع انعطاف پذیر-توقف و نگهداری آسان تر، توسط بسیاری از کارخانه های فولادی با اندازه متوسط- استفاده می شوند.

نکته انتخاب
برای کارخانه های فولادی یکپارچه بزرگ که بیش از 3 میلیون تن در سال تولید می کنند، جداسازی هوای برودتی با پشتیبان مایع انتخاب استاندارد است. واحدهای VPSA برای کارخانه‌های کوچک‌تر با ظرفیت کمتر از 1 میلیون تن، یا برای غنی‌سازی کوره‌های گرمایشی، 30 تا 40 درصد سرمایه‌گذاری اولیه کمتر و 15 تا 25 درصد هزینه‌های عملیاتی کلی کمتر را ارائه می‌کنند.

صنایع شیمیایی: تقاضای سخت برای اکسیداسیون و گازسازی

وقتی صحبت از خلوص، فشار و قابلیت اطمینان اکسیژن به میان می‌آید، کارخانه‌های شیمیایی خواستار بیشتری هستند، زیرا هزینه اکسیژن مستقیماً بر حاشیه محصول نهایی تأثیر می‌گذارد.

1. تولید آمونیاک و متانول
در تولید آمونیاک مبتنی بر گاز طبیعی یا زغال‌سنگ{0}}، اکسیژن خالص برای تبدیل به گاز اکسیداسیون جزئی برای تولید گاز سنتز (CO + H2) مورد نیاز است. خلوص اکسیژن باید حداقل 99.5٪ باشد، با محدودیت های محدود برای ناخالصی هایی مانند آرگون. تولید یک تن آمونیاک حدود 700 تا 850 نیوتن متر مکعب اکسیژن مصرف می کند. پروژه‌های شیمیایی بزرگ معمولاً واحدهای جداسازی هوای برودتی را نصب می‌کنند که نیتروژن را برای تصفیه و آب‌بندی نیز تامین می‌کنند.

2. اتیلن اکسید / اتیلن گلیکول (EO/EG)
کاتالیست مورد استفاده برای اکسید کردن اتیلن به اکسید اتیلن به خلوص اکسیژن بسیار حساس است. محتوای متان در اکسیژن باید کمتر از 0.1٪ و گوگرد کل زیر 0.1 ppm باشد. این نوع کاربرد به تولید اکسیژن برودتی و به دنبال آن مراحل گوگرد زدایی و خشک کردن اضافی نیاز دارد.

3. تبدیل به گاز زغال سنگ و IGCC
فن‌آوری‌های{0}}گازسازی جریانی (مانند شل، GSP یا طرح‌های چند مشعل مخالف) به اکسیژن در 4.0 تا 8.5 مگاپاسکال با جریان پایدار نیاز دارند. استاندارد صنعت، تولید اکسیژن برودتی همراه با پمپ‌های اکسیژن مایع با فشار بالا و تبخیر است. برای گازی‌کننده‌های بستر ثابت با فشار پایین‌تر، 90 تا 93 درصد اکسیژن-هوای غنی‌شده می‌تواند شدت تبدیل به گاز را بهبود بخشد. در این موارد، واحدهای VPSA جایگزینی ارزان‌تر- ارائه می‌کنند.

4. تصفیه فاضلاب و اکسیداسیون ازن
پارک های صنعتی شیمیایی اغلب از اکسیداسیون ازن برای تجزیه ترکیبات آلی نسوز در فاضلاب استفاده می کنند. تولید ازن به تغذیه اکسیژن نیاز دارد. جریان های کوچک (کمتر یا مساوی 500 نیوتن متر مکعب در ساعت) با خلوص 90 تا 95 درصد کافی است. ژنراتورهای اکسیژن فشرده PSA در اینجا مناسب هستند - آنها به طور خودکار کار می کنند، به فضای کمی نیاز دارند و می توانند در فضای باز نصب شوند.

شاخص کلیدی هزینه
در پروژه های شیمیایی، محاسبه هزینه اکسیژن برای هر واحد محصول ضروری است. اگر هزینه های برق از 0.6 یوان در کیلووات ساعت بیشتر شود و نیاز اکسیژن پایدار باشد، واحدهای برودتی کارایی بهتری نشان می دهند. اگر برق ارزان‌تر باشد و تقاضا برای محصولات جانبی (آرگون، هلیوم) وجود نداشته باشد، ژنراتورهای اکسیژن VPSA فقط 0.35-0.45 کیلووات ساعت در هر نیوتن متر مکعب مصرف می‌کنند (با خلوص 90%) - یک گزینه مقرون‌به‌صرفه-برای مواد شیمیایی خوب یا سرمایه‌گذاری اولیه{8}شیمیایی است.

مقایسه فناوری های اکسیژن ساز صنعتی

در برخی پروژه‌های واقعی، گیاهان از ترکیبی استفاده می‌کنند: واحدهای برودتی برای تولید اصلی (با خلوص بالا) و VPSA برای تقاضای اکسیژن با درجه پایین‌تر (مثلاً تصفیه محیطی). این باعث تعادل هزینه های سرمایه و انرژی می شود.

سه عامل واقعی-جهانی که بر عملکرد ژنراتور اکسیژن تأثیر می‌گذارند

بر اساس بازخورد از چندین سایت عملیاتی، این عوامل قبل از انتخاب شایسته توجه هستند:

1. کیفیت هوای ورودی
کارخانه های فولاد و تاسیسات شیمیایی اغلب SO2، NOx، گرد و غبار و هیدروکربن ها را در هوا آزاد می کنند. برای واحدهای برودتی، این به معنای افزودن جاذب های غربال مولکولی و برنامه ریزی تمیز کردن دوره ای است. برای سیستم های VPSA، غربال مولکولی زئولیت تحمل محدودی نسبت به گازهای اسیدی دارد. هوای ورودی باید از برج‌های گوگردزدایی و فیلترهای{3}}با راندمان بالا عبور کند. در غیر این صورت، عمر غربال مولکولی ممکن است از 5 تا 8 سال به 2 تا 3 سال کاهش یابد.

2. سرعت هواگیری و انعطاف پذیری بار
تقاضای اکسیژن کارخانه فولاد می تواند بین ساعات اوج مصرف و خاموشی 30 تا 40 درصد تغییر کند. واحدهای برودتی به مخازن ذخیره اکسیژن مایع برای حداکثر تراشیدن یا ادغام با سیستم آرگون نیاز دارند. واحدهای VPSA با تغییر سرعت دمنده و زمان جذب، بار را بین 50% و 100% تنظیم می‌کنند، اما پاسخ به اندازه کافی برای اکثر آسیاب‌ها به اندازه کافی سریع حدود 30 ثانیه - طول می‌کشد.

3. قابلیت خدمه تعمیر و نگهداری
جداسازی هوای برودتی به اپراتورهای ماهری نیاز دارد که ماشین‌های توربوماشین، کنترل ستون تقطیر و روش‌های امداد ایمنی را درک کنند. آموزش 6 تا 12 ماه طول می کشد. واحدهای PSA و VPSA بر اساس اتوماسیون مبتنی بر PLC{4}} اجرا می‌شوند. تعمیر و نگهداری روزانه عمدتاً شامل تعویض فیلترها و پر کردن الک مولکولی است که آنها را برای تیم های کوچکتر مناسب می کند.

در دو سال گذشته، نوسانات قیمت انرژی و فشار برای کاهش کربن، بسیاری از کارخانه‌های فولاد و مواد شیمیایی را وادار به ارزیابی مجدد در-تولید اکسیژن در سایت کرده است. دو رویکرد در حال جلب توجه است. یکی استفاده از گرمای هدر رفته از آب شستشوی سرباره کوره بلند برای پیش گرم کردن گاز بازسازی غربال مولکولی و کاهش استفاده از بخار است. مورد دیگر، استفاده رو به رشد از غنی‌سازی اکسیژن با خلوص پایین (25%-35%) در کوره‌های گرمایش مجدد و کوره‌های دوار است که تقاضا برای بسیاری از ژنراتورهای کوچک اکسیژن VPSA را افزایش داده است.

انتخاب یک ژنراتور اکسیژن فقط به مقایسه قیمت تجهیزات نیست. شما باید خلوص اکسیژن، فشار، تغییرات جریان، هزینه برق، آنچه را که می‌توانید محصولات جانبی بفروشید و فواصل نگهداری - را در هزینه نهایی هر تن اکسیژن لحاظ کنید. Shenger Gas توصیه های کاملاً ساده ای به مشتریان ارائه می دهد: ابتدا صادقانه داده های مصرف اکسیژن خود را به مدت شش ماه پیگیری کنید، سپس در مورد مسیر فرآیند تصمیم بگیرید. در غیر این صورت، یا برای ویژگی‌هایی که هرگز استفاده نخواهید کرد، اضافه پرداخت می‌کنید، یا در تنگنای گیر می‌افتید که نمی‌توانید آن را بشکنید.