OXÍGENO VPSA: Hermoso suministro de oxígeno para fabricación de acero en EAF

Antecedentes

En julio de 2016, CCTV transmitió una noticia sobre la empresa Jiangsu Huada Steel que fabricaba acero de calidad inferior; a raíz de ello, el gobierno se centró en renovar esta industria. A finales de junio de 2017, se cerraron más de 700 empresas siderúrgicas de calidad inferior, reduciéndose así una capacidad total de 0.14 mil millones.

Con la implementación de la reforma de la oferta y la política de reducción de capacidad, especialmente en el contexto de la prohibición de las empresas siderúrgicas de calidad inferior, la industria del acero comenzó a generar ganancias y el precio de la chatarra de acero tocó fondo y empezó a subir. A largo plazo, expandir el proceso corto y reducir el proceso largo es una medida importante para la conservación del medio ambiente. Desarrollar la tecnología de fabricación de acero en horno de arco eléctrico (EAF) es uno de los objetivos del desarrollo sostenible de la industria siderúrgica.

Sobre esta base, el EAF ha vuelto a la producción y los nuevos proyectos están aumentando en China. Al mismo tiempo, cada vez se aplican más nuevas tecnologías y procesos en la práctica, que dependen más del oxígeno. En el proceso de fabricación de acero en EAF, el oxígeno se utiliza en muchas áreas: adición de oxígeno en aceite, boquilla de combustión de oxígeno, postcombustión, mezcla de hierro líquido, etc. El oxígeno desempeña funciones de gran importancia, como mejorar la capacidad, acortar el período, mantener la temperatura del refractario y reducir el consumo de combustible. Por lo tanto, una planta de oxígeno VPSA económica y estable es la primera opción para las empresas de acero con EAF.

Estado de la necesidad de oxígeno y punto crítico: El método tradicional de producción de oxígeno para EAF es criogénico, también llamado fraccionamiento a baja temperatura, descubierto por el profesor Linde. En realidad, es una tecnología de gas licuado con maquinaria que separa el oxígeno del aire por diferentes puntos de ebullición mediante procesos como compresión de gas con expansión por estrangulamiento o expansión adiabática, enfriamiento, etc.

Las características del método criogénico son las siguientes: alta pureza, alto consumo de energía. Con el aumento de la capacidad, el costo por metro cúbico de oxígeno es de 0.3 a 1.0 CNY. Al mismo tiempo, la fabricación de acero en EAF tiene una necesidad inconsistente de oxígeno, mientras que el método criogénico es constante. Por lo tanto, en el proceso criogénico, el exceso de oxígeno producido se descarga al aire, con una tasa de alrededor del 10%, incluso del 20%.

Con el auge de la fabricación de acero en EAF en los últimos dos años, todavía hay muchas empresas de EAF que carecen de oxígeno. Esas empresas deben comprar oxígeno líquido durante largos períodos para construir plantas de oxígeno sus propias plantas. Ante las necesidades intensas de oxígeno en la industria siderúrgica, el costo del oxígeno es de 1200 a 3000 CNY por tonelada, es decir, de 1.7 a 4.3 CNY por metro cúbico de oxígeno, lo que es mucho más caro que el promedio en la industria siderúrgica.

Para ciertas empresas siderúrgicas, bajo la política de conservación ambiental y restricciones en el suministro eléctrico, su planta de oxígeno puede detenerse inesperadamente, lo que pone la producción en una situación embarazosa. Para una planta de oxígeno criogénico, se necesitan al menos 2 o 3 días para arrancar y detener la operación, por lo que no es una buena opción para empresas bajo dicha política.

En comparación con el método criogénico, el VPSA tiene las siguientes ventajas: bajo consumo de energía, corto tiempo de arranque y parada, control flexible de la carga, lo que satisface mejor las necesidades de la fabricación de acero en EAF.

Características de la tecnología de oxígeno VPSA: La tecnología de oxígeno VPSA separa el oxígeno del nitrógeno mediante la atracción del nitrógeno por el adsorbente de zeolita debido a la fuerte reacción entre la zeolita y la molécula de nitrógeno, durante la cual el oxígeno pasa a través del adsorbente. Esta tecnología fue inventada en la década de 1950 por Praxair, y hasta ahora, bajo el impulso de Beijing Peking University Pioneer Technology Company, China se ha convertido en el mayor mercado de VPSA.

La planta de oxígeno VPSA consta principalmente del sistema de potencia (soplante, bomba de vacío, sistema PLC) y el sistema de adsorción. El aire crudo se introduce en un recipiente de adsorción después de ser desempolvado por un filtro. Los recipientes están equipados con adsorbentes. Después del pretratamiento, el agua, el dióxido de carbono y otros componentes menores del aire son atraídos, y luego el nitrógeno es atraído por el adsorbente de zeolita. En este proceso, el oxígeno y el argón fluyen a través del adsorbente y se enriquecen en el tanque de compensación. La pureza del oxígeno se puede ajustar entre el 50% y el 93%.

Cuando este proceso avanza hasta cierto punto, la adsorción alcanza el punto de saturación, en el cual la bomba de vacío evacúa el recipiente (proceso inverso a la adsorción). El agua, el dióxido de carbono, el nitrógeno y otros componentes menores se desorben en el aire y el adsorbente se regenera. Este proceso se controla automáticamente mediante un sistema PLC.

Ventajas de la tecnología de oxígeno VPSA: 1. Bajo consumo de energía, con un costo de 0.2 CNY por metro cúbico de oxígeno.
2. Bajo costo de mantenimiento del sistema de potencia (soplante y bomba de vacío), ya que son equipos de desplazamiento positivo y sin aceite. Son fáciles de mantener.
3. Alto control automático. El sistema de potencia funciona sincrónicamente con el sistema de adsorción, y un botón pone en marcha la planta. Dos trabajadores por turno, sin necesidad de operador de guardia.
4. Flexibilidad en la operación de reducción. La relación de reducción se puede ajustar entre el 50% y el 100% mediante secuencia temporal.
5. Arranque y parada rápidos. La planta puede producir oxígeno 20 minutos después del arranque.
6. Períodos de construcción cortos. La bomba de vacío y el soplante son equipos convencionales, por lo que generalmente se necesitan 6 meses desde la construcción hasta la producción de oxígeno.

Aplicación de la tecnología de oxígeno VPSA: Las plantas chinas de EAF han comenzado a reemplazar las plantas criogénicas o los tanques de almacenamiento de oxígeno líquido por plantas de oxígeno VPSA. Empresas como Zhejiang Wantai Special Steel Company, Zunyi Changling Special Company, Luzhou Yixin Steel Company y Chizhou Guichi Guihang Metal Company han reemplazado sus plantas de oxígeno originales por plantas de oxígeno VPSA en los últimos años.

La tecnología de oxígeno VPSA puede producir oxígeno con un 93% de pureza, por lo que algunas empresas de EAF se preocupan de que esta pureza sea baja y no sea adecuada para la fabricación de acero especial. En realidad, los procesos iniciales de fabricación de acero común y acero especial son los mismos, durante los cuales se añaden algunos elementos al horno para cambiar la composición del acero especial, y luego se introduce oxígeno en el horno para la descarburación. Finalmente, se produce el acero, y no se necesita oxígeno en el afino fino. Por lo tanto, las esencias de la fabricación de acero especial y acero común son las mismas.

En el producto gaseoso de oxígeno hay un 3% de nitrógeno y un 4% de argón, por lo que algunas empresas de EAF se preocupan de que el nitrógeno pueda influir en las especificaciones del acero especial. En realidad, no hay un requisito específico sobre el contenido de nitrógeno en aceros aleados como acero para resortes, acero para rodamientos y tubos de acero sin costura, especialmente ningún requisito en aceros comunes. Demasiado nitrógeno puede provocar un exceso de contenido de nitrógeno en aceros de impacto a baja temperatura (China tiene un requisito específico de 70 ppm para el contenido de nitrógeno en aceros de impacto a baja temperatura, como el acero utilizado en pozos petroleros para barcos). Sin embargo, muchas empresas siderúrgicas de EAF no fabrican dicho acero de impacto a baja temperatura, por lo que la tecnología de oxígeno VPSA tiene un gran potencial.

Tras un análisis de datos suficiente, también hay experiencias ricas en la aplicación de oxígeno en EAF. La empresa estadounidense Praxair demostró, después de una larga investigación, que la tecnología de oxígeno VPSA no aumenta el contenido de nitrógeno en el acero líquido en el proceso de EAF. Del 60% al 70% de las plantas de EAF utilizan tecnología de oxígeno VPSA para la fabricación de acero, y hasta ahora, hay casi 100 plantas de EAF en el mundo que utilizan tecnología de oxígeno VPSA para la fabricación de acero. Esto demuestra que la tecnología de oxígeno VPSA puede cumplir con los requisitos de la fabricación de acero en EAF.

Presentación de la empresa

Beijing Peking University Pioneer Technology Co., Ltd.. (en adelante denominada “PIONEER”), afiliada a la Universidad de Pekín, se dedica principalmente al diseño y fabricación de tecnología y equipos de separación de gases por PSA, así como a adsorbentes y catalizadores relacionados. Pioneer puede ofrecer soluciones avanzadas y maduras de separación de gases para la industria química, siderúrgica, metalúrgica no ferrosa, fibra de vidrio, papelera, electrónica, incineración de residuos y tratamiento de agua. Hasta la fecha, se han construido más de 200 equipos de mediana/gran escala, con un rendimiento que alcanza el estándar internacional avanzado.