Application du système d'oxygénation VPSA dans l'industrie de la production de ciment pour l'amélioration technologique

Depuis 1985, la Chine, grand pays producteur de ciment, occupe la première place mondiale en termes de production de ciment pendant 37 années consécutives. L'industrie cimentière, fortement énergivore, est également devenue un secteur clé en matière de transformation pour réaliser des économies d'énergie et réduire les émissions. Dans le processus de fabrication du ciment, les fours à ciment, équipements de calcination au charbon essentiels, représentent une part importante de la consommation énergétique totale et des émissions de carbone d'une cimenterie. La technologie de combustion enrichie en oxygène est un projet national prioritaire pour la promotion des économies d'énergie et la réduction des émissions de carbone dans l'industrie cimentière. L'amélioration du système d'alimentation en air des fours à ciment grâce à cette technologie a un impact positif sur la combustion du combustible et le rendement en clinker. VPSA (adsorption par variation de pression sous vide) et PSA (Adsorption par variation de pression) Le système de génération d'oxygène a été le choix privilégié dans ces projets de rénovation technologique en raison de sa durée de construction plus courte, de son adaptabilité à différentes échelles, de sa flexibilité d'exploitation et de sa facilité de démarrage et d'arrêt.

1. Orientation de l'application de la génération d'oxygène VPSA pour la transformation technologique dans l'industrie de la production de ciment

Dans la production de ciment, la consommation d'énergie représente plus de 501 000 tonnes (TP4 TP) du coût total de fabrication. Le four, élément central de la calcination, est également l'équipement le plus énergivore du processus. Le charbon pulvérisé est généralement introduit dans le brûleur et brûlé avec l'air fourni par le ventilateur. L'utilisation d'une combustion enrichie en oxygène permet d'obtenir une meilleure combustion grâce à une teneur en oxygène supérieure à celle de l'air. Cette combustion plus complète augmente la température de combustion du charbon pulvérisé et réduit la durée de combustion, améliorant ainsi le rendement énergétique global du système. De plus, la combustion enrichie en oxygène, en élevant la température de la flamme et en stabilisant l'atmosphère de combustion, contribue à renforcer le clinker et à optimiser sa production.

Les technologies de génération d'oxygène VPSA et PSA peuvent être appliquées aux fours à ciment de différentes capacités, permettant des applications individuelles ou multiples. Elles présentent des avantages indéniables pour les projets de rénovation énergétique, avec un cycle de construction plus court, une exploitation plus flexible et une meilleure adaptabilité du taux de modulation.

2. Application d'une centrale à oxygène VPSA à deux tours dans une cimenterie en Corée

En 2021, une cimenterie sud-coréenne prévoyait de procéder à une transformation de son four à ciment avec combustion enrichie en oxygène Compte tenu de la structure énergétique locale, le charbon est principalement importé. Afin de réduire davantage les coûts, la promotion des combustibles alternatifs et l'amélioration de l'efficacité de la combustion sont devenues des impératifs technologiques. L'espace étant limité, la surface disponible pour l'équipement d'oxygène n'est que de 21,6 m x 25,4 m, et les sept points de consommation de gaz sont relativement dispersés. Après un examen approfondi des procédés de séparation d'air cryogénique, membranaire et VPSA, la cimenterie a opté pour la technologie de production d'oxygène VPSA de PKU Pioneer afin de moderniser son système d'alimentation en gaz. Ses besoins en oxygène sont de 5 000 Nm³.³/h avec une pureté de 90%.

Le projet de transformation prévoit l'installation d'une unité d'oxygène VPSA à deux tours pour moderniser le système d'alimentation en gaz existant. Après pressurisation à 150 kPa, l'oxygène produit est obtenu à partir du système d'oxygène sous une pression de 20 à 30 kPa, avec un débit de 5 000 Nm³/min.³/h et la pureté du 90% sont envoyés à 7 fours à ciment sous une forme un-à-plusieurs et sont contrôlés et ajustés à chaque point de gaz en fonction des besoins pratiques en oxygène.

Une fois l'amélioration technique achevée, ciment Le système fonctionne de manière stable après la mise en service de l'unité de génération d'oxygène. La consommation de charbon a diminué par rapport à la période antérieure à la modernisation, lors de l'utilisation exclusive de charbon pulvérisé comme combustible. En revanche, la combustion des plastiques est plus complète en atmosphère riche en oxygène et le rendement thermique est amélioré grâce à l'utilisation de combustibles alternatifs. De plus, la production de clinker a augmenté de plus de 101 tonnes 4 tonnes par an. Après la rénovation, toutes les performances de production des fours sont plus stables qu'avant la modernisation. La transformation technologique a permis d'accroître la part de combustibles alternatifs (déchets plastiques) utilisés, ce qui a non seulement réduit le coût du charbon, mais a également permis d'obtenir une subvention supplémentaire de l'État pour le traitement des déchets plastiques, réduisant ainsi significativement les coûts de combustible globaux. La modernisation de la combustion enrichie en oxygène grâce à la technologie de génération d'oxygène VPSA apporte des avantages économiques considérables en réduisant le coût du combustible pour la production de ciment, en augmentant la production de clinker et en stabilisant le fonctionnement des fours.

3. Caractéristiques et avantages de la technologie de génération d'oxygène VPSA

Cette transformation technologique utilise l'adsorbeur à lit radial de PKU Pioneer et le tamis moléculaire à oxygène de troisième génération ; le procédé présente les caractéristiques suivantes :

3.1 Processus simple et démarrage/arrêt rapides

L'usine d'oxygène VPSA utilise des surpresseurs et des pompes à vide pour l'alimentation et le pompage de l'air, respectivement. Les tours d'adsorption peuvent être montées en parallèle par deux ou plus, et généralement deux cuves permettent de produire un maximum d'oxygène de 7 500 Nm³.³L'adsorption des impuretés et l'évacuation de l'oxygène produit sont réalisées par égalisation de pression, purge à l'oxygène, pressurisation et adsorption. La désorption des impuretés et la régénération de l'adsorbant sont quant à elles effectuées par dépressurisation, extraction sous vide et purge. Le procédé global est simple : hautement automatisé, il s'ouvre et se ferme grâce à une commande temporelle. Quinze minutes suffisent pour répondre aux besoins en oxygène, offrant ainsi une grande flexibilité d'utilisation et une mise en marche/arrêt aisée.

3.2 Facilité d'utilisation et régulation flexible du rapport de réduction

L'unité d'oxygène VPSA peut être réglée en paramétrant les étapes de la séquence et en contrôlant les paramètres de la vanne afin d'ajuster le rapport de modulation et la pureté de l'oxygène. La charge peut être ajustée de 30% à 100% et la pureté de 70% à 94%, avec de légères variations de la consommation électrique d'oxygène pur.

3.3 Fonctionnement stable et faibles coûts de maintenance

Le système d'oxygénation, grâce à ses équipements d'alimentation (soufflante Roots, pompe à vide et surpresseur), offre un fonctionnement plus stable et nécessite moins d'entretien quotidien. De plus, le système de contrôle avancé et hautement automatisé de PKU Pioneer permet aux entreprises de production de limiter leurs investissements en capital et en infrastructures d'exploitation et de maintenance.

3.4 Fonctionnement à température normale et sécurité élevée

Comme l'unité d'oxygène VPSA fonctionne à température ambiante et à basse pression, il n'y a pas d'enrichissement en oxygène liquide et en acétylène par rapport aux unités cryogéniques ASU ; par conséquent, elle présente une sécurité accrue.

3.5 Faibles coûts d'exploitation

La consommation électrique globale pour l'oxygène pur des usines d'oxygène VPSA et PSA est plus faible (0,29 à 0,33 kWh/Nm³).³), ce qui permet de réduire les coûts d'exploitation totaux.

3.6 Durée de construction courte et faible niveau sonore

On peut utiliser un laminoir à structure métallique intégrée avec des murs insonorisés, dont le cycle de construction est plus court que celui d'un atelier en béton classique. Des matériaux composites d'insonorisation sont utilisés pour réduire le bruit, et le niveau sonore à 1 m à l'extérieur de l'usine est inférieur ou égal à 85 dB.

En tant que système de production d'oxygène pratique et efficace, l'installation d'oxygène VPSA/PSA présente des avantages considérables pour la modernisation technologique des cimenteries, grâce à sa durée de construction réduite et à sa grande flexibilité d'exploitation. La rénovation du système d'alimentation en gaz des fours industriels par la technologie de combustion enrichie en oxygène, reposant sur le procédé de production d'oxygène VPSA/PSA, permet d'améliorer significativement l'efficacité de la combustion du charbon pulvérisé et la production de clinker. Dans un contexte d'urgence énergétique et de réduction des émissions, le développement de la technologie de combustion enrichie en oxygène dans les systèmes d'alimentation en gaz des fours industriels contribuera à des économies d'énergie et à une réduction des émissions de carbone encore plus importantes.

En tant que premier fabricant et fournisseur mondial d'installations de production d'oxygène VPSA et PSA, PKU Pioneer a réalisé plus de 300 systèmes d'oxygène pour des clients dans plus de 10 pays. Sa capacité maximale atteint 80 000 Nm³.³Nos unités d'oxygène haute performance sont utilisées dans plus de 10 secteurs industriels, notamment la sidérurgie, la métallurgie des métaux non ferreux, la verrerie, l'incinération des déchets, les batteries, etc. Nous avons reçu la reconnaissance d'entreprises leaders dans chaque domaine pour notre fiabilité, notre stabilité, notre sécurité et le professionnalisme de nos services.