Application de la génération d'oxygène par adsorption par variation de pression sous vide (VPSA) dans l'industrie du silicate de sodium

Actuellement, la production de silicate de sodium (également appelé verre soluble) en Chine repose principalement sur deux méthodes :

1.Méthode par voie solide: utilise du carbonate de sodium et du sable de quartz comme matières premières, qui sont fondus à haute température dans un four pour produire du silicate de sodium solide.

2. Méthode par voie liquide: utilise de la soude caustique et du sable de quartz comme matières premières, qui réagissent sous forte chaleur et pression dans un réacteur pour produire du silicate de sodium liquide. Cependant, la méthode par voie liquide ne permet pas de produire du silicate de sodium à module élevé, ce qui fait de la méthode par voie solide le procédé prédominant.

En Chine, la production de silicate de sodium par voie solide utilise principalement des fours à cuve en forme de fer à cheval à accumulation de chaleur fonctionnant entièrement au gaz. En 2020, la mise en service réussie du premier four à oxycombustible de 80 m² four à oxy-combustible d'une entreprise basée au Shandong, produisant 200 tonnes par jour de silicate de sodium, marque une transition vers un nouveau modèle où le gaz naturel est utilisé comme combustible et où la combustion enrichie en oxygène est intégrée.

Les fours à flamme en fer à cheval traditionnels utilisent principalement du gaz de houille ou du gaz naturel comme combustible. Dans ces systèmes, la combustion dans ces fours est facilitée par l'oxygène de l'air soufflé dans le four. Cependant, l'air ne contient que 20,95 % d'oxygène, la majorité étant de l'azote, qui n'aide pas à la combustion. Lorsque seul l'air est utilisé, la conception du four doit tenir compte de l'espace nécessaire à l'expansion de N2 pendant la combustion. De plus, l'azote emporte une quantité importante d'énergie thermique par les gaz d'échappement, augmentant le volume des fumées et entraînant davantage de polluants NOx. En outre, en raison des pénuries énergétiques mondiales, de la hausse des prix des combustibles pétrochimiques et des politiques environnementales de plus en plus strictes, les processus de production de silicate de sodium nécessitent une amélioration continue. La technologie de fusion enrichie en oxygène, qui remplace l'air par de l'oxygène, répond efficacement à ces défis.

La fusion enrichie en oxygène permet d'augmenter la température interne du four, d'améliorer la capacité de traitement des équipements, de réduire la consommation d'énergie et de diminuer les émissions de gaz de combustion. Sur le plan économique, l'utilisation de la fusion enrichie en oxygène augmente la capacité de production d'environ 30 % pour des fours de même taille. La consommation d'énergie de fusion est réduite, la consommation de gaz naturel par tonne de silicate de sodium chutant d'environ 30 %. De plus, la consommation électrique nécessaire au traitement des gaz d'échappement diminue. Les avantages économiques totaux de ces économies—après déduction des coûts de construction, d'exploitation et de maintenance de l' équipement de génération d'oxygène —sont substantiels. Sur la base des données opérationnelles actuelles, les avantages économiques sont très favorables. Par conséquent, par rapport aux méthodes traditionnelles à soufflage d'air, la fusion enrichie en oxygène offre une intensité de fusion plus élevée, une consommation de combustible plus faible et un impact environnemental amélioré, montrant un potentiel substantiel pour une utilisation généralisée dans la production de silicate de sodium.

Comparée à la séparation cryogénique de l'air traditionnelle, la génération d'oxygène par VPSA (Adsorption par Variation de Pression sous Vide) présente de nombreux avantages tels qu'un processus plus simple, une sécurité plus élevée, des investissements et une consommation d'énergie plus faibles, des coûts d'exploitation réduits et une automatisation plus poussée. Ses limites résident dans l'absence de sous-produits (N2 et Ar) et des niveaux de pureté plus faibles (≤95 %). Dans la production de silicate de sodium, N2 et Ar ne sont généralement pas nécessaires dans la réaction, et un enrichissement en oxygène de 24 % à 90 % est généralement requis, ce qui correspond bien aux capacités de la VPSA. Par exemple, l'entreprise du Shandong utilise des fours entièrement à oxy-combustible pour produire environ 73 000 tonnes de silicate de sodium par an. En 2020, elle a installé une unité de génération d'oxygène VPSA (2 200 Nm³/h, 93 %) conçue par PKU Pioneer. L'unité de production d'oxygène présente une courte période de construction, une faible emprise au sol et un faible coût d'investissement et fonctionne de manière stable.

En résumé, la technologie de génération d'oxygène VPSA est étroitement alignée sur les besoins en oxygène des fours à oxy-combustible utilisés dans l'industrie du silicate de sodium. L'utilisation de la technologie VPSA pour réaliser une combustion enrichie en oxygène au lieu de l'air ambiant permet aux fabricants de silicate de sodium en phase solide d'améliorer considérablement l'efficacité de la production et de créer des avantages économiques substantiels.

Avec 25 ans d'expérience riche dans la génération d'oxygène VPSA/PSA, PKU Pioneer a également obtenu un succès remarquable dans les combustion enrichie en oxygène pour des industries telles que l'acier, la métallurgie non ferreuse, le ciment, l'incinération des déchets, les batteries au lithium, etc. Nous avons fourni des solutions professionnelles et avancées d'unités de production d'oxygène à près de 150 grandes entreprises sidérurgiques et métallurgiques, tant nationales qu'internationales, aidant les clients à atteindre de multiples objectifs, notamment l'expansion de la production, le contrôle des coûts et la protection de l'environnement. À ce jour, PKU Pioneer a fourni plus de 300 unités de génération d'oxygène VPSA/PSA efficaces et fiables dans plus de 20 secteurs industriels en tant que plus grand fournisseur mondial d'équipements d'oxygène, avec une présence dans des régions telles que l'Asie, l'Europe, l'Amérique du Sud, l'Afrique, etc.