Aplicación de la generación de oxígeno por adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA) en la industria del silicato de sodio

Actualmente, la producción de silicato de sodio (también conocido como vidrio soluble) en China se basa principalmente en 2 métodos:

1.Método de fase sólida: utiliza carbonato de sodio y arena de cuarzo como materias primas, que se funden a altas temperaturas en un horno para producir silicato de sodio sólido.

2. Método de fase líquida: utiliza sosa cáustica y arena de cuarzo como materias primas, que reaccionan bajo alta temperatura y presión en un reactor para producir silicato de sodio líquido. Sin embargo, el método de fase líquida no puede producir silicato de sodio de alto módulo, lo que hace que el método de fase sólida sea el proceso predominante.

En China, la producción de silicato de sodio en fase sólida utiliza principalmente hornos de cuba de llama de herradura totalmente a gas con almacenamiento de calor. En 2020, la puesta en marcha exitosa del primer horno de 80 m² con combustible oxigás en China por una empresa con sede en Shandong, que produce 200 toneladas por día de silicato de sodio, marca un cambio hacia un nuevo modelo donde se utiliza gas natural como combustible y se incorpora combustión enriquecida con oxígeno.

Los hornos de cuba de llama de herradura tradicionales utilizan principalmente gas de carbón o gas natural como combustible. En estos sistemas, la combustión en estos hornos se facilita mediante el oxígeno del aire que se insufla en el horno. Sin embargo, el aire contiene solo un 20,95% de oxígeno, siendo la mayor parte nitrógeno, que no ayuda a la combustión. Cuando se usa solo aire, el diseño del horno debe considerar el espacio necesario para la expansión del N2 durante la combustión. Además, el nitrógeno elimina una cantidad sustancial de energía térmica a través de los gases de escape, aumentando el volumen de gases de combustión y generando más contaminantes NOx. Además, debido a la escasez energética global, el aumento de los precios de los combustibles petroquímicos y las políticas ambientales cada vez más estrictas, los procesos de producción de silicato de sodio requieren una mejora continua. La tecnología de fusión enriquecida con oxígeno, que reemplaza el aire con oxígeno, aborda eficazmente estos desafíos.

La fusión enriquecida con oxígeno ayuda a aumentar la temperatura interna del horno, mejorar la capacidad de procesamiento del equipo, reducir el consumo de energía y disminuir las emisiones de gases de combustión. Económicamente, el uso de fusión enriquecida con oxígeno aumenta la capacidad de producción en aproximadamente un 30% para hornos de la misma escala. El consumo de energía de fusión se reduce, con un consumo de gas natural por tonelada de silicato de sodio que disminuye alrededor de un 30%. Además, el consumo de energía eléctrica requerido para el tratamiento de gases de escape disminuye. Los beneficios económicos totales de estos ahorros, después de deducir los costos de construcción, operación y mantenimiento del equipo de generación de oxígeno , son sustanciales. Según los datos operativos actuales, los beneficios económicos son altamente favorables. Por lo tanto, en comparación con los métodos tradicionales de soplado de aire, la fusión enriquecida con oxígeno proporciona una mayor intensidad de fusión, menor consumo de combustible y un mejor impacto ambiental, mostrando un potencial sustancial para su uso generalizado en la producción de silicato de sodio.

En comparación con la separación criogénica de aire tradicional, la generación de oxígeno VPSA (adsorción por oscilación de presión al vacío) tiene muchas ventajas, como un proceso más simple, mayor seguridad, menor inversión y consumo de energía, menores gastos operativos y mayor automatización. Sus limitaciones radican en la falta de subproductos (N2 y Ar) y niveles de pureza más bajos (≤95%). En la producción de silicato de sodio, el N2 y el Ar no son típicamente necesarios en la reacción, y generalmente se requiere oxígeno enriquecido del 24 % al 90 %, lo que se alinea bien con las capacidades de VPSA. Por ejemplo, la empresa en Shandong utiliza hornos completamente de combustible oxigás para producir aproximadamente 73,000 toneladas de silicato de sodio anualmente. En 2020, instaló una unidad de generación de oxígeno VPSA (2,200 Nm³/h, 93%) diseñada por PKU Pioneer. La planta de oxígeno presenta un período de construcción corto, una huella pequeña y un bajo costo de inversión, y ha estado operando sin problemas.

En resumen, la tecnología de generación de oxígeno VPSA se alinea estrechamente con los requisitos de oxígeno de los hornos de combustible oxigás utilizados en la industria del silicato de sodio. Utilizar la tecnología VPSA para lograr una combustión enriquecida con oxígeno en lugar de aire ambiente para la combustión permite a los fabricantes de silicato de sodio en fase sólida mejorar significativamente la eficiencia de producción y crear beneficios económicos sustanciales.

Con 25 años de rica experiencia en generación de oxígeno VPSA/PSA, PKU Pioneer también ha logrado un éxito notable en combustión enriquecida con oxígeno industrias como el acero, la metalurgia no ferrosa, el cemento, la incineración de residuos, las baterías de litio, etc. Hemos proporcionado soluciones profesionales y avanzadas de plantas de oxígeno a casi 150 grandes empresas siderúrgicas y metalúrgicas, tanto nacionales como internacionales, ayudando a los clientes a lograr múltiples objetivos, incluida la expansión de la producción, el control de costos y la protección ambiental. Hasta la fecha, PKU Pioneer ha suministrado más de 300 unidades de generación de oxígeno VPSA/PSA eficientes y confiables en más de 20 sectores industriales como el mayor proveedor mundial de equipos de oxígeno, con presencia en regiones como Asia, Europa, Sudamérica, África, etc.