تطوير وابتكارات تطبيق تقنية توليد الأكسجين VPSA & PSA في الصين

على مدى 20 عامًا الماضية، كان الاقتصاد الصيني يتطور بثبات وسرعة. أدى التحسين المستمر والابتكار في عمليات إنتاج الحديد والصلب، والمعادن غير الحديدية، والصناعات الكيماوية، والأفران، وحماية البيئة وغيرها من الصناعات إلى زيادة الطلب على الأكسجين، مما عزز تطوير تقنيات إنتاج الأكسجين مثل عملية فصل الهواء بالتبريد، وإنتاج الأكسجين VPSA، وتقنية فصل الأغشية. إن انخفاض نقاء الأكسجين المنتج يحد من قدرة تقنية فصل الأغشية على التكيف، بينما حققت عمليات التبريد و VPSA تقدمًا كبيرًا. بعد توطين المادة الماصة الجديدة القائمة على الليثيوم والاختراق في تطوير برج الامتصاص الشعاعي، تم استخدام عملية إنتاج الأكسجين VPSA على نطاق واسع وحظيت بقبول نشط من المستخدمين في الصين.

تقدم تقنية توليد الأكسجين VPSA & PSA

تم تطوير تقنية توليد الأكسجين VPSA (امتصاص الضغط المتأرجح بالتفريغ) في الستينيات، وتم تصنيعها في الولايات المتحدة واليابان تباعًا في أوائل الثمانينيات. في السنوات الأخيرة، مع تطور المحرك المغناطيسي الدائم وتحسين عملية إنتاج الأكسجين، انخفض أقل استهلاك للطاقة في الخارج إلى أقل من 0.3 كيلوواط ساعة/م³، وتجاوزت أكبر سعة لنظام الأكسجين ثنائي البرج 6000 نانومتر مكعب³/ساعة. انخفضت تكلفة إنتاج الأكسجين VPSA بشكل أكبر، وزادت السعة عامًا بعد عام.

بدأت الصين في استكشاف تقنية توليد الأكسجين VPSA في أواخر الثمانينيات، وفقط في أوائل التسعينيات أصبحت وحدة أكسجين صناعية صغيرة متاحة. في أوائل عام 2000، وبتمثيل من PKU Pioneer، حقق إنتاج المادة الماصة الفعالة القائمة على الليثيوم وتصنيع عملية توليد الأكسجين VPSA باستخدام مادة الليثيوم الماصة تقدمًا سريعًا وانتشارًا واسعًا. حاليًا، وصل معدل تدفق وحدات الأكسجين ثنائية البرج التي بنتها PKU Pioneer إلى 6000 نانومتر مكعب³/ساعة، ويقترب استهلاك الطاقة (الأكسجين النقي) من 0.3 كيلوواط ساعة/م³.

في الصين، زادت سعة مصانع الأكسجين VPSA سنويًا وتحسنت الموثوقية بشكل مطرد بينما انخفض استهلاك الطاقة تدريجيًا مع حل بعض المشكلات الرئيسية مثل الإنتاج المستقر للمادة الماصة الفعالة القائمة على الليثيوم، وتطوير الممتزات الشعاعية، وتطوير صمام الفراشة عالي التردد وقطره الكبير الموثوق. بالإضافة إلى ذلك، تم رفع المواصفات من أقل من 1000 نانومتر مكعب³/ساعة لمصنع الأكسجين ثنائي البرج الأولي إلى 6000 نانومتر مكعب³/ساعة اليوم، وتصل السعة الإجمالية إلى أكثر من 70,000 نانومتر مكعب³/ساعة بعد التوصيل المتوازي لأبراج متعددة بينما انخفض استهلاك الطاقة للوحدة إلى أقل من 0.32 كيلوواط ساعة/م³ وتم تشغيل أكثر من 98% من مصانع الأكسجين بنجاح وسلاسة سنويًا. استوفت ضوضاء المنفاخ متطلبات أقل من 85 ديسيبل وحتى أقل من 70 ديسيبل على بعد متر واحد خارج المصنع من خلال إجراءات الإزالة. وصل معدل عدم الفشل لصمامات الفراشة كبيرة القطر عمومًا إلى أكثر من 8000 ساعة، وتم تمديد عمر المنخل الجزيئي الليثيوم إلى أكثر من 5 سنوات. أصبح لدى المستخدمين فهم جديد لمعدات VPSA-O2 الصينية ووسعوا تطبيقها. في عام 2018 وحده، تم بناء أكثر من 70 وحدة أكسجين VPSA بسعة تزيد عن 1000 نانومتر مكعب³/ساعة.

من خلال الجهود المستمرة، غيرت الشركات الصينية مثل PKU Pioneer الاعتماد على المناخل الجزيئية المستوردة لإنتاج الأكسجين VPSA، وحققت اختراقًا في المناخل الجزيئية الليثيوم وغيرها من المنتجات ذات الصلة، وحققت التطبيق الصناعي لمنتجات المناخل الجزيئية الجديدة. مع تطوير وتحسين تقنية توليد الأكسجين VPSA، أظهرت تدريجيًا العديد من المزايا الحصرية مقارنة بتقنية التبريد، مما عزز تطبيق هذه التقنية في العديد من الصناعات في الصين.

مزايا تقنية توليد الأكسجين VPSA & PSA

1. استهلاك منخفض للطاقة وتكاليف تشغيل

يمثل استهلاك الطاقة أكثر من 90% من إجمالي تكلفة التشغيل في عملية توليد الأكسجين. مع التحسين المستمر لتقنية الأكسجين VPSA & PSA، انخفض استهلاك طاقة الأكسجين النقي من 0.45 كيلوواط·ساعة/م³ في التسعينيات إلى أقل من 0.32 كيلوواط ساعة/م³ اليوم، بينما أقل قيمة لوحدات ASU المبردة الكبيرة تبلغ حوالي 0.42 كيلوواط ساعة/م³. مقارنةً بالتقنية المبردة، فإن تقنية الأكسجين VPSA وPSA تتمتع بمزايا اقتصادية واضحة في ظروف العمل حيث لا يحتاج المستخدم إلى النيتروجين ولا تتطلب عملية الأكسجين متطلبات عالية جدًا لنقاء وضغط الأكسجين.

2. عملية بسيطة، تشغيل مرن، سهولة البدء والإيقاف

مقارنةً بتقنية توليد الأكسجين المبرد، فإن عملية VPSA بسيطة نسبيًا مع تشغيل قصير وصيانة سهلة لأن معدات الطاقة الرئيسية تتكون من منفاخ Roots ومضخة تفريغ Roots. نظرًا لعدم وجود عملية تبريد وتسخين أثناء البدء والإيقاف، فإنه يستغرق فقط 30 دقيقة لمعدات الأكسجين VPSA وPSA لإنتاج أكسجين مطابق للمواصفات من البداية وبضع دقائق للاستعادة بعد توقف قصير. والإيقاف أبسط -只需 إيقاف تشغيل معدات الطاقة وبرنامج التحكم. وبالتالي، فإن تقنية توليد الأكسجين VPSA وPSA أسهل من العملية المبردة، مما يقلل أيضًا بشكل كبير من تكلفة تشغيل بدء وإيقاف محطة الأكسجين.

3. استثمار أقل وفترة بناء قصيرة

تتكون وحدة أكسجين VPSA بشكل أساسي من عدد صغير من المكونات بما في ذلك نظام الطاقة ونظام الامتزاز ونظام تبديل الصمامات، وما إلى ذلك، مما يمكن أن يوفر بشكل كبير استثمارها الأولي. تغطي وحدة الأكسجين مساحة صغيرة ويمكن أن تقلل من تكلفة الهندسة المدنية وأرض البناء. أيضًا، دورة التصنيع والمعالجة قصيرة، ويمكن تسليم مكونات المعدات الرئيسية في غضون 4 أشهر فقط لتحقيق متطلبات إنتاج الأكسجين في غضون 6 أشهر في الظروف العادية، مما يقصر بشكل كبير فترة بناء نظام الأكسجين مقارنةً بما يقرب من عام لوحدات فصل الهواء المبردة.

4. تكوين معدات بسيط وصيانة سهلة

يمكن إنتاج المعدات المستخدمة في مصانع أكسجين VPSA، مثل المنافخ ومضخات التفريغ وصمامات التحكم المبرمجة، محليًا، لذلك يمكن استبدال قطع الغيار بسهولة لخفض التكاليف وجعل فترة البناء تحت السيطرة. مع صيانة بسيطة للمعدات وخدمات ما بعد البيع في الوقت المناسب، لا يحتاج مستخدمو مصانع أكسجين VPSA إلى الكثير من التكاليف والعمال المحترفين مقارنةً بصيانة الضواغط الطاردة المركزية الكبيرة المستخدمة في فواصل الهواء المبردة.

5. سهولة تنظيم نسبة التخفيض

مقارنةً بتقنية الأكسجين السائل المبرد، يمكن لعملية توليد الأكسجين VPSA وPSA تحقيق التعديل السريع لسعة ونقاء أكسجين المنتج مع تقلبات طفيفة في استهلاك طاقة الأكسجين النقي. بشكل عام، يمكن تعديل السعة من 30٪ إلى 100٪، والنقاء من 70٪ إلى 95٪، خاصة عند بناء عدة مجموعات من مولدات أكسجين VPSA وPSA بالتوازي، يكون تعديل الحمل أسهل.

6. سلامة تشغيل أعلى

نظرًا لأن نظام أكسجين VPSA يعمل بضغط منخفض ودرجة حرارة الغرفة، فلن يكون هناك أكسجين سائل أو تراكم الأسيتيلين أو ظواهر أخرى، مما يؤدي إلى سلامة أفضل مقارنةً بالتشغيل بدرجة حرارة منخفضة وضغط مرتفع في عملية توليد الأكسجين المبرد.

سيناريوهات التطبيق الرئيسية لتقنية توليد الأكسجين VPSA وPSA

مع زيادة السعة والموثوقية والتخفيض التدريجي لاستهلاك طاقة الأكسجين، بالإضافة إلى مزايا التشغيل المرن، والتعديل البسيط لنسبة التخفيض، وانخفاض استهلاك الطاقة، وفترة البناء القصيرة، والسلامة العالية، أصبحت تقنية توليد الأكسجين VPSA بلا شك بديلاً لتوليد الأكسجين المبرد للصناعات التي تحتاج إلى استخدام الأكسجين بمرونة، ويتوسع نطاق تطبيقها عامًا بعد عام. في السنوات الأخيرة، تم استخدام عملية إنتاج الأكسجين VPSA على نطاق واسع في صناعات الحديد والصلب، والمعادن غير الحديدية، والصناعة الكيميائية، والأفران والأفران، وحماية البيئة وغيرها من الصناعات.

1. إثراء الأكسجين في الفرن العالي

مع تطور تقنية إثراء الأكسجين في الفرن العالي، أصبح الفرن العالي أحد المصادر الرئيسية لاستهلاك الأكسجين في شركات الحديد والصلب. في المرحلة الأولية لتطبيق التقنية، يمكن استخدام الفرن العالي كمنظم لإمداد الأكسجين، حيث يكون معدل الإثراء أعلى مع تدفق أكسجين كبير نسبيًا وأقل في الحالة المعاكسة. نظرًا لأن أهمية تقنية إثراء الأكسجين في الفرن العالي في عملية صناعة الحديد أصبحت واضحة لمصانع الحديد والصلب، أصبح معدل إثراء الأكسجين المستقر في الفرن العالي عاملاً مهمًا لصناعة الحديد منخفضة التكلفة والفعالة. نظرًا لوجود العديد من عمليات إمداد الأكسجين في شركات الحديد والصلب، تتقلب نسبة التخفيض كل أسبوع أو حتى كل يوم. بالنظر إلى ضعف تنظيم نسبة التخفيض للعمليات المبردة ووقت البدء والإيقاف الطويل، يجب تسييل الأكسجين الزائد وتخزينه للاستخدام لاحقًا أو بيعه عندما يكون تدفق استهلاك الأكسجين منخفضًا، وأحيانًا يحدث تهوية. نظرًا لانخفاض الضغط ومتطلبات نقاء الأكسجين المنخفضة نسبيًا لإثراء الفرن العالي، يمكن للعديد من شركات الحديد والصلب بناء وحدات أكسجين VPSA بالقرب من الفرن العالي مباشرة. في الوقت نفسه، كمنظم، عندما يكون حجم الأكسجين من فصل الهواء المبرد فائضًا أو غير كافٍ، يمكن لوحدات أكسجين VPSA البدء والإيقاف في أي وقت لرفع أو خفض الأكسجين للفرن العالي. حاليًا، بعد اعتماد تقنية أكسجين VPSA لإمداد الأكسجين، خفضت العديد من شركات الحديد والصلب تكلفة الأكسجين بشكل كبير. أصبح اعتماد الفرن العالي على وحدة أكسجين VPSA كمصدر للأكسجين المخصب فهمًا شائعًا في معظم شركات الحديد والصلب.

2. صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي

في الماضي، اعتقدت معظم شركات الصلب الصينية أن صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي تحتاج إلى استخدام أكسجين نقي ناتج عن وحدات فصل الهواء المبردة، بينما في اليابان، يستخدم حوالي 60٪ -70٪ من مصنعي الصلب أكسجين بنسبة 93٪ من نظام VPSA-O2 لصناعة الصلب. نظريًا، تعتمد صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي بشكل أساسي على صهر القوس الكهربائي ويلعب الأكسجين دورًا مساعدًا فقط، وبالتالي يمكن تطبيق أكسجين بنسبة 93٪ من إنتاج VPSA بالكامل على صناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي. حتى الآن، بدأت الشركات الصينية مثل Luzhou Yixin Iron & Steel Co., Ltd. وZunyi Changling Special Steel Co., Ltd. وChizhou Guihang Metal Products Co., Ltd. في اعتماد محطة أكسجين VPSA لتزويد الأكسجين لصناعة الصلب في فرن القوس الكهربائي. وفقًا لملاحظات المستخدمين، فإن استخدام نظام أكسجين VPSA ليس له تأثير سلبي على جودة منتجات الصلب، ويمكن أن يقلل بشكل كبير من تكلفة إنتاج الصلب.

3. علم المعادن غير الحديدية

في السنوات العشر الماضية، حظيت تقنية توليد الأكسجين VPSA بتقدير كبير في صهر النحاس والرصاص والزنك. تتطلب معظم عمليات صهر المعادن غير الحديدية عمومًا أكسجين بنسبة 24٪ -90٪ مع تقلبات كبيرة في نسبة التخفيض، ولا تحتاج شركات صهر المعادن غير الحديدية تقريبًا إلى N2، مما يجعل تقنية إنتاج الأكسجين VPSA مناسبة لصهر المعادن غير الحديدية بخصائص التشغيل الأبسط وانخفاض استهلاك الطاقة. حاليًا، اختارت معظم مصاهر المعادن غير الحديدية الصينية مثل Tongling Nonferrous Metals Group Co., Ltd. وZijin Mining Group Co., Ltd. وYunnan Copper Co., Ltd. محطات أكسجين VPSA كمصدر لإثراء الأكسجين. مع زيادة إنتاج النحاس وتحسين عملية صهر النحاس، قامت Baotou Huading Copper Development Co., Ltd. ببناء 4 مجموعات من وحدات أكسجين VPSA على التوالي، ووصلت السعة الإجمالية إلى أكثر من 25,000 نيوتن متر مكعب³/ساعة. بالإضافة إلى ذلك، بنى مصنع صهر Chuxiong في يوننان 3 مجموعات من وحدات توليد أكسجين VPSA مع زيادة إنتاج النحاس، وقد وصل إجمالي استهلاك الأكسجين إلى 30,000 نيوتن متر مكعب³إذا تم زيادة نسبة إنتاج الحديد إلى 3%، فإن إجمالي طاقة الحديد تزداد بمقدار 475 طن/يوم. مع الأخذ في الاعتبار 350 يوم عمل في السنة و 700 يوان صيني فائدة إضافية لكل طن حديد، ستكون الفائدة الإجمالية المضافة 116.42 مليون يوان صيني سنويًا.

4. الكيمياء

حاليًا، تستخدم بعض مصانع الأسمدة النيتروجينية الصغيرة والمتوسطة في الصين عملية توليد الأكسجين المخصب المستمر لتحسين إنتاج الغاز المتقطع الأصلي في الغالب باستخدام تقنية VPSA. أيضًا، تقنية التغويز المستمر الغنية بالأكسجين قابلة للتطبيق بشكل كبير على الفحم من خلال تعزيز قدرة وحدة إنتاج الغاز. علاوة على ذلك، تختار معظم شركات الورق محليًا ودوليًا تقنية VPSA لتوليد الأكسجين. تُستخدم تقنية توليد الأكسجين VPSA أيضًا على نطاق واسع في مجالات أخرى، مثل الاحتراق الغني بالأكسجين للزجاج العائم في صناعة الألياف الزجاجية، وأفران الأسمنت وحرق النفايات، ومعالجة مياه الصرف الصحي بالتهوية الغنية بالأكسجين والأوزون.

رؤية تطوير تقنية توليد الأكسجين VPSA وPSA

كتقنية جديدة لتوليد الأكسجين تطورت بسرعة في العشرين عامًا الماضية، تم التعرف تدريجيًا على تقنية توليد الأكسجين VPSA من قبل العديد من المستخدمين مع استمرار تقدمها التكنولوجي وتوسيع مجالات تطبيقها. من أجل تقليل استهلاك الطاقة، يعد تطوير مواد امتزاز جديدة ومحاولة التنسيق مع عملية الغشاء أو المبردة لتوسيع المزيد من مجالات التطبيق من خلال التكامل المتبادل اتجاهًا هامًا للبحث والتطوير لتقنية توليد الأكسجين VPSA في المستقبل. على سبيل المثال، يمكن أن ينتج مزيج تقنية VPSA وأكسجين الغشاء أكسجين بنسبة >99٪، وهو بديل لوحدات فصل الهواء المبردة في المناطق النائية أو في بعض الظروف التي تتطلب معدات متنقلة. أولت الشركات الصينية التي تعمل في إنتاج أكسجين VPSA مثل PKU Pioneer أهمية كبيرة للبحث والتطوير، ساعية لتحقيق الريادة في المستقبل من خلال زيادة الاستثمار. نظرًا لأن تقنية إنتاج VPSA-O2 تتحسن بشكل متزايد، فإنها ستمتلك آفاق تطبيق أوسع مع مزايا متنوعة وإمكانات هائلة.