تطبيق توليد الأكسجين بالامتزاز بتغير الضغط الفراغي (VPSA) في صناعة سيليكات الصوديوم

حاليًا، يعتمد إنتاج سيليكات الصوديوم (المعروفة أيضًا باسم زجاج الماء) في الصين بشكل أساسي على طريقتين:

1.الطريقة الصلبة: تستخدم رماد الصودا ورمل الكوارتز كمواد خام، يتم صهرها في درجات حرارة عالية في فرن لإنتاج سيليكات الصوديوم الصلبة.

2. الطريقة السائلة: تستخدم الصودا الكاوية ورمل الكوارتز كمواد خام، تتفاعل تحت حرارة وضغط عاليين في مفاعل لإنتاج سيليكات الصوديوم السائلة. ومع ذلك، لا يمكن للطريقة السائلة إنتاج سيليكات الصوديوم عالية المعامل، مما يجعل الطريقة الصلبة هي العملية السائدة.

في الصين، يستخدم إنتاج سيليكات الصوديوم بالطريقة الصلبة بشكل رئيسي أفران الخزانات ذات اللهب الحافرية كاملة الغاز وذات التخزين الحراري. في عام 2020، النجاح في تشغيل أول فرن بحجم 80 مترًا² يعمل بالأكسجين والوقود في الصين من قبل شركة في شاندونغ، ينتج 200 طن يوميًا من سيليكات الصوديوم، يمثل تحولًا نحو نموذج جديد حيث يُستخدم الغاز الطبيعي كوقود ويتم دمج الاحتراق المخصب بالأكسجين.

تستخدم أفران الخزانات ذات اللهب الحافرية التقليدية بشكل أساسي غاز الفحم أو الغاز الطبيعي كوقود. في هذه الأنظمة، يتم تسهيل الاحتراق في هذه الأفران بواسطة الأكسجين من الهواء المنفوخ في الفرن. ومع ذلك، يحتوي الهواء على 20.95% فقط من الأكسجين، مع كون الغالبية عبارة عن نيتروجين لا يساعد في الاحتراق. عند استخدام الهواء فقط، يجب أن يأخذ تصميم الفرن في الاعتبار المساحة اللازمة لتمدد N2 أثناء الاحتراق. بالإضافة إلى ذلك، يحمل النيتروجين قدرًا كبيرًا من الطاقة الحرارية عبر العادم، مما يزيد من حجم غازات المداخن ويؤدي إلى المزيد من ملوثات NOx. علاوة على ذلك، بسبب نقص الطاقة العالمي، وارتفاع أسعار الوقود البتروكيماوي، والسياسات البيئية المتزايدة الصرامة، تتطلب عمليات إنتاج سيليكات الصوديوم تحسينًا مستمرًا. تعالج تقنية الصهر المخصب بالأكسجين، التي تستبدل الهواء بالأكسجين، هذه التحديات بفعالية.

يساعد الصهر المخصب بالأكسجين على زيادة درجة حرارة الفرن الداخلية، وتعزيز قدرة معالجة المعدات، وتقليل استهلاك الطاقة، وتقليل انبعاثات غاز المداخن. اقتصاديًا، يؤدي استخدام الصهر المخصب بالأكسجين إلى زيادة الطاقة الإنتاجية بنحو 30% للأفران ذات الحجم نفسه. ينخفض استهلاك الطاقة للصهر، مع انخفاض استهلاك الغاز الطبيعي لكل طن من سيليكات الصوديوم بنحو 30%. بالإضافة إلى ذلك، ينخفض استهلاك الطاقة المطلوب لمعالجة العادم. الفوائد الاقتصادية الإجمالية من هذه التوفيرات - بعد خصم تكاليف البناء والتشغيل والصيانة لـ معدات توليد الأكسجين - كبيرة. بناءً على بيانات التشغيل الحالية، فإن الفوائد الاقتصادية مواتية للغاية. لذلك، مقارنة بالطرق التقليدية التي تعمل بالهواء، يوفر الصهر المخصب بالأكسجين شدة صهر أعلى، واستهلاكًا أقل للوقود، وتأثيرًا بيئيًا أفضل، مما يُظهر إمكانات كبيرة للاستخدام الواسع النطاق في إنتاج سيليكات الصوديوم.

مقارنةً بالفصل الهوائي بالتبريد التقليدي، يتميز توليد الأكسجين VPSA بالعديد من المزايا مثل العملية الأبسط، والسلامة الأعلى، وانخفاض الاستثمار واستهلاك الطاقة، وتقليل النفقات التشغيلية، والأتمتة الأعلى. تكمن قيودها في نقص المنتجات الثانوية (N2 وAr) ومستويات النقاء المنخفضة (≤95%). في إنتاج سيليكات الصوديوم، لا يُطلب عادةً N2 وAr في التفاعل، وعمومًا تكون هناك حاجة إلى أكسجين مخصب بنسبة 24% إلى 90%، مما يتوافق جيدًا مع قدرات VPSA. على سبيل المثال، تستخدم الشركة في شاندونغ أفرانًا تعمل كليًا بالأكسجين والوقود لإنتاج حوالي 73,000 طن من سيليكات الصوديوم سنويًا. في عام 2020، قامت بتركيب وحدة توليد أكسجين VPSA (2,200 نيوتن متر مكعب³/ساعة، 93%) صممتها PKU Pioneer. تتميز محطة الأكسجين بفترة بناء قصيرة، وبصمة صغيرة، وتكلفة استثمار منخفضة، وكانت تعمل بسلاسة.

باختصار، تتوافق تقنية توليد الأكسجين VPSA بشكل وثيق مع متطلبات الأكسجين لأفران الأكسجين والوقود المستخدمة في صناعة سيليكات الصوديوم. يتيح استخدام تقنية VPSA لتحقيق الاحتراق المخصب بالأكسجين بدلاً من الهواء المحيط للاحتراق لمصنعي سيليكات الصوديوم بالطريقة الصلبة تحسين كفاءة الإنتاج بشكل كبير وخلق فوائد اقتصادية كبيرة.

مع 25 عامًا من الخبرة الغنية في توليد الأكسجين VPSA/PSA، حققت PKU Pioneer أيضًا نجاحًا ملحوظًا في الاحتراق المُخصب بالأكسجين لصناعات مثل الصلب، والمعادن غير الحديدية، والأسمنت، وحرق النفايات، وبطاريات الليثيوم، إلخ. لقد قدمنا حلولًا مهنية ومتقدمة لمحطات الأكسجين لما يقرب من 150 مؤسسة كبيرة للصلب والتعدين محليًا ودوليًا، مما يساعد العملاء على تحقيق أهداف متعددة بما في ذلك توسيع الإنتاج، والتحكم في التكاليف، وحماية البيئة. حتى الآن، قامت PKU Pioneer بتوريد أكثر من 300 وحدة فعالة وموثوقة لتوليد الأكسجين VPSA/PSA عبر أكثر من 20 قطاعًا صناعيًا كأكبر مورد لمعدات الأكسجين في العالم، مع تواجد في مناطق تشمل آسيا وأوروبا وأمريكا الجنوبية وأفريقيا، إلخ.