Proizvodnja jekla zahteva kisik kot procesni plin za izboljšanje zgorevanja, obdelavo staljene kovine in oksidacijske reakcije. Sistem za oskrbo s kisikom mora ustrezati delovnim pogojem jeklarne, vključno z vrsto peči, stopnjo porabe kisika, zahtevano čistostjo, dovodnim tlakom in urnikom proizvodnje.
Pri majhnih in srednjih potrebah po kisiku,PSA(Pressure Swing Adsorpcija) generatorji kisika lahko proizvajajo kisik neposredno iz stisnjenega zraka z adsorpcijo na molekularnih sitih. Za večje jeklarne, ki zahtevajo neprekinjeno oskrbo s kisikom na stotine ali tisoče Nm³/h, se pogosto upoštevajo sistemi VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorpcija), ker postopek ločevanja uporablja vakuumsko regeneracijo in strukturo dovoda zraka na osnovi puhala. Izbira med PSA in VPSA je odvisna od potrebe po kisiku, porabe energije, pogojev namestitve in integracije z opremo za proizvodnjo jekla.
Pri proizvodnji jekla kisik ni le kupljen plin. Je del proizvodnega procesa. Sistem kisika mora biti povezan s pečmi, gorilniki, sulicami, zgorevalnimi sistemi ali opremo za obogatitev, hkrati pa ohranjati stabilen pretok in tlak med neprekinjenim delovanjem.
Kako deluje tehnologija generiranja kisika PSA?
PSA kisikgeneratorji ločijo kisik od stisnjenega zraka s ponovnim procesom adsorpcije in regeneracije. Osrednja komponenta sistema je adsorpcijski stolp, napolnjen z zeolitnim molekularnim sitom, ki ima različne adsorpcijske lastnosti za molekule dušika in kisika.
Tipičen sistem za proizvodnjo kisika PSA je sestavljen iz več glavnih komponent:
| Komponenta | funkcija |
|---|---|
| Zračni kompresor | Zagotavlja stisnjen zrak za postopek ločevanja |
| Sistem za obdelavo zraka | Odstranjuje olje, vlago in nečistoče iz stisnjenega zraka |
| Adsorpcijski stolpi | Vsebuje materiale molekularnih sit za ločevanje dušika |
| Molekularno sito | Selektivno adsorbira dušikove molekule |
| Posoda za shranjevanje kisika | Stabilizira pretok in pritisk kisika |
| PLC krmilni sistem | Nadzoruje preklapljanje ventilov in delovanje sistema |
Proces PSA se začne, ko zrak iz okolice vstopi v zračni kompresor. Po stiskanju gre zrak skozi opremo za filtriranje in sušenje, da odstrani onesnaževalce. Ta postopek predobdelave je pomemben, ker lahko olje in vlaga zmanjšata zmogljivost adsorpcije na molekularnih sitih in skrajšata življenjsko dobo materiala.
Prečiščen stisnjen zrak nato vstopi v en adsorpcijski stolp. Pod povečanim pritiskom se molekule dušika ujamejo v molekularno sito, medtem ko molekule kisika prehajajo skozi adsorpcijsko plast. Nastali plin, bogat s kisikom, se zbere in pošlje v rezervoar za shranjevanje kisika.
Po določenem obdobju delovanja se molekularno sito nasiči z dušikom. Sistem nato preklopi pretok zraka v drug adsorpcijski stolp, medtem ko nasičen stolp preide v fazo regeneracije. Z znižanjem tlaka se adsorbirani dušik sprosti, kar omogoči molekularnemu situ, da obnovi svojo adsorpcijsko sposobnost.
S samodejnim preklapljanjem med cikli adsorpcije in regeneracije lahko sistemi PSA neprekinjeno proizvajajo kisik.
Generatorji kisika PSA običajno zagotavljajo ravni čistosti kisika okoli 90–95 %. Končna čistost je odvisna od kakovosti molekularnega sita, delovnega tlaka, pogojev pretoka zraka in konfiguracije sistema.
Kako deluje tehnologija generiranja kisika VPSA?
VPSA kisikgeneratorji uporabljajo isti osnovni princip ločevanja z molekularnimi siti, vendar uporabljajo tehnologijo regeneracije s pomočjo vakuuma. Glavna razlika je v načinu dovajanja zraka in v načinu regeneracije adsorpcijskega materiala.
Namesto uporabe visokotlačnega stisnjenega zraka kot glavne gonilne sile sistemi VPSA običajno uporabljajo puhala za zagotavljanje nizkotlačnega zraka in vakuumske črpalke za odstranjevanje dušika med regeneracijo.
Proces delovanja VPSA vključuje:
Zrak iz okolice vstopa v sistem skozi puhalo.
Zrak prehaja skozi adsorpcijske plasti, ki vsebujejo molekularna sita.
Molekule dušika se adsorbirajo, medtem ko kisik prehaja skozi.
Plin, bogat s kisikom, se zbira kot produkt kisika.
Vakuumske črpalke med regeneracijo odstranijo dušik iz molekularnega sita.
Cikli adsorpcije in regeneracije se samodejno nadaljujejo.
Ker sistemi VPSA delujejo pod pogoji nižjega tlaka, zmanjšujejo odvisnost od visokotlačne opreme za kompresijo zraka. Zaradi te metode delovanja je VPSA primeren za aplikacije, ki zahtevajo veliko zmogljivost proizvodnje kisika in neprekinjeno delovanje.
V velikih obratih za proizvodnjo jekla so sistemi VPSA pogosto zasnovani z več adsorpcijskimi enotami, puhali z veliko zmogljivostjo, vakuumsko opremo in centraliziranimi nadzornimi sistemi. Te konfiguracije omogočajo sistemu zagotavljanje stabilnega izhoda kisika za procese z visoko porabo.
Kakšne so glavne razlike med generatorji kisika PSA in VPSA?
Čeprav generatorji kisika PSA in VPSA temeljijo na podobni adsorpcijski tehnologiji, njihove sistemske zasnove povzročajo razlike v obsegu uporabe in značilnostih delovanja.
| Primerjalni predmet | Generator kisika PSA | Generator kisika VPSA |
|---|---|---|
| Vir zraka | Stisnjen zrak | Nizkotlačni zrak iz puhala |
| Metoda regeneracije | Znižanje tlaka | Vakuumska regeneracija |
| Glavna oprema | Kompresor, sušilnik, filtri | Ventilator, vakuumska črpalka |
| Delovni tlak | Višji pritisk | Nižji pritisk |
| Zmogljivost sistema | Majhna do srednja zmogljivost | Srednje do zelo velika zmogljivost |
| Prostor za namestitev | Bolj kompakten | Zahteva večjo površino |
| Energijska učinkovitost | Primerno za zmerno moč | Primerno za veliko kontinuirano proizvodnjo |
| Tipična uporaba | Splošna industrijska uporaba kisika | Velika jeklarska in težka industrija |
Glavna razlika ni sposobnost ločevanja kisika, ampak obseg sistema in pogoji delovanja. Sistemi PSA so običajno izbrani, ko je potreba po kisiku zmerna in je pomembna prilagodljivost namestitve. Sistemi VPSA so primernejši, ko poraba kisika doseže velik industrijski obseg in poraba energije postane glavni dejavnik.
Potrebe po kisiku v obsežni proizvodnji jekla
Proizvodnja jekla vključuje več procesov, kjer ima kisik ključno vlogo.
Pri izdelavi jekla s kisikom se kisik vbrizga v staljeno železo, da oksidira ogljik in odstrani neželene elemente. Hitrost pretoka kisika, čistost in stabilnost vplivajo na proces rafiniranja.
Ker operacije BOF zahtevajo stalno oskrbo s kisikom med proizvodnimi cikli, morajo sistemi za proizvodnjo kisika vzdrževati stabilne pogoje proizvodnje.
Delovanje v plavžih lahko uporablja obogatitev s kisikom za povečanje koncentracije kisika v dovodu zraka. To lahko vpliva na pogoje zgorevanja in delovanje peči.
Velike jeklarne običajno potrebujejo znatne količine kisika za postopke obogatitve, zaradi česar so visoko zmogljivi sistemi za proizvodnjo kisika pomembni.
Elektroobločne peči uporabljajo električno energijo za taljenje jeklenih odpadkov. Kisik se lahko uporablja za podporo gorenju, oksidacijo ogljika in optimizacijo procesa.
Potreba po kisiku je odvisna od velikosti peči, stopnje proizvodnje in načinov delovanja.
Kisik se uporablja tudi pri izdelavi jekla, rezanju in termični obdelavi. V primerjavi s primarnimi postopki izdelave jekla te aplikacije običajno zahtevajo manjše količine kisika, vendar še vedno zahtevajo stabilno kakovost oskrbe.
Zakaj se sistemi VPSA pogosto uporabljajo za velike jeklarne?
Za velike jeklarne je poraba kisika eden najpomembnejših dejavnikov pri izbiri proizvodne tehnologije.
Sistemi VPSA se pogosto obravnavajo kot aplikacije v velikem obsegu, ker je njihova zasnova osredotočena na proizvodnjo kisika v velikih količinah. Uporaba puhal in vakuumske regeneracije omogoča sistemu učinkovito delovanje v pogojih, ko je potreba po kisiku daljša obdobja visoka.
Veliki jeklarski objekti imajo običajno:
- Neprekinjeni urniki proizvodnje
- Visoka poraba kisika
- Stroge zahteve za stabilnost oskrbe
- Dolgi delovni čas opreme
- Zahteva po znižanih operativnih stroških
Pod temi pogoji mora oprema za proizvodnjo kisika uravnotežiti proizvodno zmogljivost in porabo energije.
Vendar bi morala končna izbira med PSA in VPSA temeljiti na dejanskih pogojih obrata in ne zgolj na obsegu proizvodnje. Upoštevati je treba tudi dejavnike, kot so stroški električne energije, prostor za namestitev, vzorec povpraševanja po kisiku in vzdrževalna zmogljivost.
Primerjava porabe energije med sistemoma PSA in VPSA
Poraba energije je pomemben dejavnik pri industrijskem pridobivanju kisika, saj proizvodnja jekla že zahteva precejšen vložek energije.
Sistemi PSA se zanašajo na zračne kompresorje za povečanje zračnega tlaka. Poraba energije kompresorja se poveča, ko se poveča zmogljivost proizvodnje kisika. Za manjše in srednje potrebe po kisiku lahko ta struktura zagotovi praktično rešitev.
Sistemi VPSA uporabljajo puhala in vakuumske črpalke namesto visokotlačnih kompresorjev. V velikih aplikacijah za proizvodnjo kisika lahko ta način delovanja pri nižjem tlaku zmanjša porabo energije na enoto proizvedenega kisika.
Več dejavnikov vpliva na dejansko energetsko učinkovitost:
| Faktor | Učinek |
|---|---|
| Izhod kisika | Večja proizvodnja zahteva večjo zmogljivost prezračevanja |
| Čistost kisika | Višje zahteve glede čistosti lahko vplivajo na delovanje sistema |
| Stanje molekularnega sita | Staranje materialov lahko zmanjša učinkovitost ločevanja |
| Kakovost predpriprave zraka | Vlaga in umazanija z oljem vplivata na učinkovitost adsorpcije |
| Delovni čas | Neprekinjeno delovanje povečuje vpliv energetske učinkovitosti |
Zato bi morali proizvajalci jekla oceniti sisteme za proizvodnjo kisika na podlagi dolgoročnih pogojev delovanja, namesto da bi primerjali samo začetne specifikacije opreme.
Kaj morajo upoštevati proizvajalci jekla, preden izberejo generator kisika?
Izbira generatorja kisika zahteva analizo tehničnih in operativnih zahtev.
Zahtevani pretok kisika je prvi dejavnik, ki ga je treba oceniti. Proizvajalci morajo upoštevati običajno proizvodno povpraševanje, največjo porabo in morebitno prihodnjo širitev.
Različni postopki jekla zahtevajo različne kisikove pogoje. Opremo je treba konfigurirati v skladu z zahtevami peči, zasnovo cevovoda in procesnimi parametri.
Sistema PSA in VPSA zahtevata različne postavitve. Sistemi PSA zahtevajo prostor za kompresorje in opremo za obdelavo zraka, medtem ko sistemi VPSA zahtevajo večje površine za puhala, vakuumske črpalke in adsorpcijske enote.
Sistemi za proizvodnjo kisika zahtevajo redne preglede filtrov, ventilov, materialov molekularnih sit in krmilnih komponent. Pravilno vzdrževanje pomaga ohranjati stabilno proizvodnjo kisika.
Sodobni industrijski generatorji kisika običajno vključujejo krmilne sisteme PLC, nadzor tlaka, zaznavanje čistosti, alarmne funkcije in možnosti oddaljene komunikacije. Te funkcije pomagajo operaterjem spremljati stanje opreme med neprekinjeno proizvodnjo.
Proizvodnja generatorja kisika NEWTEK in industrijske aplikacije
NEWTEKse osredotoča na industrijske sisteme za proizvodnjo kisika PSA, sisteme za proizvodnjo dušika PSA in sorodno opremo za stiskanje in čiščenje zraka. Podjetje ponuja rešitve za proizvodnjo plina na kraju samem, namenjene industrijskim uporabnikom, ki potrebujejo neprekinjeno oskrbo s plinom.
Zasnova sistema za proizvodnjo kisika vključuje več tehničnih vidikov, vključno s predhodno obdelavo zraka, konfiguracijo procesa adsorpcije, shranjevanjem kisika, samodejnim nadzorom ventilov in integracijo sistema. NEWTEK razvija konfiguracije opreme glede na različne zahteve uporabe, vključno s hitrostjo pretoka kisika, stopnjo čistosti, tlačnimi pogoji in okoljem namestitve.
Za panoge, kot so proizvodnja jekla, obdelava kovin in druge aplikacije, ki porabljajo kisik, se podjetje osredotoča na usklajevanje zmogljivosti opreme z dejanskimi pogoji delovanja. Med postopkom načrtovanja opreme se upoštevajo konfiguracija sistema, stabilnost proizvodnje in zahteve glede dolgoročnega delovanja.
Z integracijo tehnologije ločevanja kisika z zasnovo industrijskega plinskega sistema NEWTEK podpira stranke pri vzpostavitvi sistemov za oskrbo s kisikom na kraju samem, primernih za okolja neprekinjene proizvodnje
Zaključek
Generatorji kisika PSA in VPSA uporabljajo tehnologijo adsorpcije z molekularnimi siti za proizvodnjo kisika iz zraka, vendar so zasnovani za različne industrijske zahteve.
Generatorji kisika PSA so običajno primerni za aplikacije, ki zahtevajo zmerno zmogljivost proizvodnje kisika, prilagodljivo namestitev in modularno konfiguracijo. Generatorji kisika VPSA so primernejši za obsežno proizvodnjo jekla, kjer je potreba po kisiku velika in je potrebno neprekinjeno delovanje.
Za proizvajalce jekla je pri izbiri ustrezne tehnologije za proizvodnjo kisika potrebna ocena porabe kisika, proizvodnih procesov, porabe energije, pogojev namestitve in načrtov za prihodnjo širitev. Pravilno zasnovan sistem za proizvodnjo kisika lahko zagotovi stabilno oskrbo s kisikom na kraju samem in podpira neprekinjeno delovanje sodobnih proizvodnih obratov za jeklo.
