Ứng dụng máy tạo oxy công nghiệp trong ngành thép và hóa chất

Trong sản xuất thép và sản xuất hóa chất, việc cung cấp oxy liên tục và ổn định sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng, mức tiêu thụ năng lượng và an toàn vận hành. So với việc mua oxy lỏng truyền thống,-máy tạo oxy công nghiệp tại chỗ đang trở thành lựa chọn thiết thực của nhiều nhà sản xuất. Shenger Gas, với tư cách là một công ty trong lĩnh vực tách khí, tập trung vào cách các công nghệ tạo oxy phù hợp với các điều kiện-thực tế khác nhau. Bài viết này xem xét cách máy tạo oxy công nghiệp mang lại giá trị cho ngành thép và hóa chất cũng như những điều cần cân nhắc khi lựa chọn hệ thống.

Công nghiệp thép: Từ làm giàu oxy đến hỗ trợ lò cao

Sản xuất thép tiêu thụ một lượng lớn oxy. Trung bình, sản xuất một tấn thép thô cần khoảng 100 đến 150 mét khối oxy nguyên chất. Các ứng dụng chính bao gồm:

1. Phun lò cao giàu oxy-
Việc bổ sung oxy tinh khiết vào không khí lò cao sẽ làm tăng nhiệt độ đốt cháy ở tuyere, cho phép phun nhiều than nghiền hơn và giảm sử dụng than cốc. Trên thực tế, cứ tăng mức làm giàu oxy lên 1% thì lượng than phun vào sẽ tăng thêm 15–20 kg/tấn sắt và giảm mức tiêu thụ than cốc khoảng 5–8 kg/tấn sắt. Máy tạo oxy công nghiệp cung cấp nồng độ oxy từ 90% đến 99,6%. Cả VPSA (hấp phụ dao động áp suất chân không) và bộ tách khí đông lạnh đều có thể đáp ứng nhu cầu oxy liên tục của lò cao.

2. Sản xuất thép lò oxy cơ bản (BOF)
Quy trình BOF yêu cầu oxy có độ tinh khiết-cao ( Lớn hơn hoặc bằng 99,5%) để khử cacbon và kiểm soát nhiệt độ. Nhu cầu oxy dao động mạnh, với lưu lượng đỉnh đạt 20.000 đến 80.000 Nm³/h. Các bộ phận tách không khí đông lạnh xử lý tốc độ dòng chảy cao và độ tinh khiết cao, trong khi oxy lỏng dự phòng đảm bảo sự ổn định. Sản phẩm phụ nitơ và argon cũng cải thiện tính kinh tế tổng thể.

3. Lò hồ quang điện (EAF) và tinh luyện muôi
Quá trình nấu chảy EAF được hưởng lợi từ quá trình đốt cháy-được hỗ trợ bằng oxy, rút ​​ngắn chu kỳ nấu chảy. Trong lò tinh chế lò nung (LF), oxy hỗ trợ các phản ứng khử lưu huỳnh và khử phospho. Những ứng dụng này yêu cầu cung cấp oxy không liên tục ở mức 0,8–1,2 MPa. Máy tạo oxy VPSA, với khả năng khởi động-dừng linh hoạt và bảo trì dễ dàng hơn, được nhiều nhà máy thép cỡ trung bình-áp dụng.

Mẹo lựa chọn
Đối với các nhà máy thép tích hợp lớn sản xuất trên 3 triệu tấn mỗi năm, việc tách không khí đông lạnh với chất lỏng dự phòng là lựa chọn tiêu chuẩn. Đối với các nhà máy nhỏ hơn dưới 1 triệu tấn hoặc để làm giàu lò gia nhiệt, các đơn vị VPSA có mức đầu tư trả trước thấp hơn 30–40% và chi phí vận hành tổng thể thấp hơn 15–25%.

Công nghiệp hóa chất: Nhu cầu khắt khe về quá trình oxy hóa và khí hóa

Các nhà máy hóa chất có yêu cầu cao hơn về độ tinh khiết, áp suất và độ tin cậy của oxy vì chi phí oxy ảnh hưởng trực tiếp đến lợi nhuận sản phẩm cuối cùng.

1. Sản xuất amoniac và metanol
Trong quá trình sản xuất amoniac dựa trên khí tự nhiên hoặc than đá,-cần có oxy tinh khiết cho quá trình khí hóa oxy hóa một phần để tạo ra khí tổng hợp (CO + H₂). Độ tinh khiết của oxy phải đạt ít nhất 99,5%, với giới hạn chặt chẽ đối với các tạp chất như argon. Sản xuất một tấn amoniac tiêu thụ khoảng 700–850 Nm³ oxy. Các dự án hóa chất lớn thường lắp đặt các thiết bị tách khí đông lạnh, đồng thời cung cấp nitơ để làm sạch và bịt kín.

2. Ethylene oxit/ethylene glycol (EO/EG)
Chất xúc tác dùng để oxy hóa ethylene thành ethylene oxit rất nhạy cảm với độ tinh khiết của oxy. Hàm lượng metan trong oxy phải ở mức dưới 0,1% và tổng lượng lưu huỳnh dưới 0,1 ppm. Loại ứng dụng này yêu cầu sản xuất oxy đông lạnh, sau đó là các bước khử lưu huỳnh và sấy khô bổ sung.

3. Khí hóa than và IGCC
Các công nghệ khí hóa dòng chảy-cuốn theo (chẳng hạn như Shell, GSP hoặc các thiết kế nhiều{1} đầu đốt trái ngược) cần oxy ở mức 4,0–8,5 MPa với lưu lượng ổn định. Tiêu chuẩn ngành là sản xuất oxy đông lạnh kết hợp với-bơm oxy lỏng áp suất cao và bay hơi. Đối với các thiết bị khí hóa tầng-có áp suất cố định-thấp hơn, không khí được làm giàu oxy-90–93% có thể cải thiện cường độ khí hóa. Trong những trường hợp đó, các đơn vị VPSA cung cấp giải pháp thay thế có chi phí thấp hơn.

4. Xử lý nước thải và oxy hóa ozone
Các khu công nghiệp hóa chất thường xuyên sử dụng quá trình oxy hóa ozone để phân hủy các hợp chất hữu cơ khó cháy trong nước thải. Việc tạo ra ôzôn cần có nguồn cấp oxy. Dòng chảy nhỏ (Nhỏ hơn hoặc bằng 500 Nm³/h) ở độ tinh khiết 90–95% là đủ. Máy tạo oxy PSA nhỏ gọn rất phù hợp ở đây - chúng chạy tự động, cần ít không gian và có thể lắp đặt ngoài trời.

Chỉ số chi phí chính
Trong các dự án hóa chất, việc tính toán chi phí oxy trên một đơn vị sản phẩm là điều cần thiết. Nếu chi phí điện vượt quá 0,6 nhân dân tệ/kWh và nhu cầu oxy ổn định, các thiết bị đông lạnh sẽ cho thấy hiệu quả tốt hơn. Nếu điện rẻ hơn và không có nhu cầu về sản phẩm phụ (argon, helium), thì máy tạo oxy VPSA chỉ tiêu thụ 0,35–0,45 kWh mỗi Nm³ (ở độ tinh khiết 90%) - một lựa chọn-hiệu quả về mặt chi phí cho hóa chất tinh khiết hoặc đầu tư hóa chất than-giai đoạn đầu.

So sánh các công nghệ tạo oxy công nghiệp

Trong một số dự án thực tế, các nhà máy sử dụng kết hợp: thiết bị đông lạnh cho sản xuất chính (độ tinh khiết cao) và VPSA cho nhu cầu oxy cấp thấp hơn (ví dụ: xử lý môi trường). Điều này cân bằng chi phí vốn và năng lượng.

Ba yếu tố thực tế{0}}trên thế giới ảnh hưởng đến hiệu suất của máy tạo oxy

Dựa trên phản hồi từ nhiều cơ sở điều hành, những yếu tố này đáng được chú ý trước khi lựa chọn:

1. Chất lượng không khí đầu vào
Các nhà máy thép và cơ sở hóa chất thường thải ra SO₂, NOx, bụi và hydrocarbon vào không khí. Đối với các thiết bị đông lạnh, điều này có nghĩa là bổ sung thêm các chất hấp phụ rây phân tử và lên lịch làm sạch định kỳ. Đối với hệ thống VPSA, sàng phân tử zeolite có khả năng chịu đựng hạn chế đối với khí axit. Không khí vào phải đi qua tháp khử lưu huỳnh và bộ lọc hiệu suất cao; nếu không, tuổi thọ của sàng phân tử có thể giảm từ 5–8 năm xuống còn 2–3 năm.

2. Tốc độ thông hơi và tải linh hoạt
Nhu cầu oxy của nhà máy thép có thể dao động 30–40% giữa giờ cao điểm và giờ thấp điểm. Các thiết bị đông lạnh cần bình chứa oxy lỏng để cạo tối đa hoặc tích hợp với hệ thống argon. Các thiết bị VPSA điều chỉnh tải từ 50% đến 100% bằng cách thay đổi tốc độ quạt gió và thời gian hấp phụ, nhưng phản hồi mất khoảng 30 giây - đủ nhanh đối với hầu hết các nhà máy.

3. Năng lực của đội bảo trì
Việc tách không khí đông lạnh đòi hỏi người vận hành có tay nghề cao, hiểu rõ về máy tuabin, điều khiển cột chưng cất và các quy trình giảm nhẹ an toàn. Quá trình đào tạo mất 6–12 tháng. Các đơn vị PSA và VPSA chạy trên nền tảng tự động hóa dựa trên PLC{4}}. Bảo trì hàng ngày chủ yếu liên quan đến việc thay đổi bộ lọc và nạp thêm sàng phân tử, khiến chúng phù hợp với các nhóm nhỏ hơn.

Trong hai năm qua, sự biến động về giá năng lượng và áp lực cắt giảm lượng khí thải carbon đã thúc đẩy nhiều nhà máy thép và hóa chất phải-đánh giá lại-việc sản xuất oxy tại chỗ. Hai cách tiếp cận đang thu hút được sự chú ý. Một là sử dụng nhiệt thải từ nước xả xỉ lò cao để làm nóng sơ bộ khí tái sinh rây phân tử, cắt giảm sử dụng hơi nước. Vấn đề còn lại là việc sử dụng ngày càng nhiều-làm giàu oxy có độ tinh khiết thấp (25%-35%) trong lò hâm nóng và lò quay, điều này đã thúc đẩy nhu cầu về nhiều máy tạo oxy VPSA nhỏ.

Việc chọn máy tạo oxy không chỉ là so sánh giá thiết bị. Bạn cần tính đến độ tinh khiết oxy, áp suất, sự thay đổi dòng chảy, chi phí điện, giá bán sản phẩm phụ và khoảng thời gian bảo trì -, tất cả đều tạo thành chi phí cuối cùng cho mỗi tấn oxy. Shenger Gas đưa ra lời khuyên khá đơn giản cho khách hàng: trước tiên, hãy theo dõi trung thực dữ liệu sử dụng oxy của bạn trong sáu tháng, sau đó quyết định lộ trình xử lý. Nếu không, bạn sẽ phải trả quá nhiều tiền cho những tính năng mà bạn sẽ không bao giờ sử dụng hoặc bạn sẽ mắc kẹt với một nút cổ chai mà bạn không thể giải quyết được.