Analisis Ekonomi Pabrik Oksigen VPSA 6.000Nm³/j, 100% untuk Pembakaran yang Diperkaya Oksigen BF di Pabrik Baja

Unit adsorpsi ayunan tekanan vakum digunakan untuk memproduksi oksigen dengan kemurnian antara 80%-94%. Prinsip teknisnya adalah memisahkan oksigen di udara dengan memanfaatkan selektivitas yang berbeda dari adsorben untuk oksigen dan nitrogen. Unit yang menggunakan jenis proses produksi oksigen non-kriogenik ini dapat disebut sebagai sistem VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption), VSA (Vacuum Swing Adsorption) atau PVSA (Pressure-Vacuum Swing Adsorption). Teknologi adsorpsi ayunan tekanan vakum yang disebutkan dalam artikel ini semuanya diwakili oleh VPSA.

Proses teknologi generasi oksigen VPSA telah relatif matang setelah perkembangannya selama puluhan tahun. Transformasi dari adsorber unggun aliran aksial asli dengan adsorben berbasis kalsium ke bejana adsorpsi radial dengan adsorben berbasis lithium telah tercapai. Kapasitas maksimum pabrik bejana ganda sekarang mencapai 6.000Nm³/jam untuk produk oksigen 100%. Pabrik-pabrik ini sangat cocok untuk memasok oksigen sebagai peralatan pendukung tanur tiup atau tanur listrik ke pabrik besi & baja karena biayanya yang relatif rendah, keamanan tinggi, periode konstruksi yang pendek, dan perawatan yang mudah. Pada saat yang sama, untuk sektor tenaga, start-up yang mudah dan penyesuaian beban yang cepat dari teknologi VPSA menikmati keuntungan besar dalam mengatur permintaan oksigen secara keseluruhan, mengurangi pelepasan oksigen, dan lebih lanjut menurunkan biaya produksi. Singkatnya, teknologi VPSA adalah pilihan pertama bagi perusahaan besi dan baja untuk menambah oksigen jika nitrogen disediakan secara memadai oleh pemisahan udara kriogenik.

Pada tahun 2008, Anshan Baode Iron and Steel Co., Ltd. menyelesaikan perjanjian pembelian pabrik oksigen VPSA (7.500 Nm³/jam, 80%) dengan Beijing Peking University Pioneer Technology Co., Ltd. untuk tanur tiup pembuatan besi. Unit ini berhasil diproduksi dan telah menunjukkan operasi yang stabil hingga sekarang. Tanur tiup memberikan tingkat pengayaan oksigen 2,38%, pertumbuhan produksi sekitar 8,5%, rasio injeksi batubara 145 kg/ton besi, dan pengurangan rasio kokas sebesar 5%. Pada Agustus 2017 dan September 2018, unit oksigen VPSA dengan kapasitas 7.500 Nm³/jam dan kemurnian 80% (6.000Nm³/jam, 100%) dilengkapi untuk tanur tiup secara berturut-turut sementara tingkat pengayaan oksigen tanur tiup naik menjadi 4,38%, dan rasio kokas dikurangi sebesar 10%, sehingga menghasilkan manfaat ekonomi yang mengesankan.

Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi generasi oksigen VPSA telah mengalami perkembangan pesat di China, menunjukkan keunggulan yang jelas sebagai berikut:

Pertama-tama, keandalan dan masa pakai yang panjang dari teknologi produksi oksigen VPSA telah teruji oleh waktu. Unit oksigen VPSA yang diterapkan oleh Anshan Baode Iron and Steel Co., Ltd. pada tahun 2008 belum melemah hingga saat ini, dan konsumsi energinya tetap pada tingkat aslinya.

Kedua, teknologi produksi oksigen VPSA hanya membutuhkan peralatan listrik termasuk blower, pompa vakum, motor listrik, dan katup pneumatik, sehingga tidak diperlukan staf tambahan karena komponen yang hemat biaya relatif mudah dirawat.

Ketiga, keamanan tinggi terjamin. Pabrik oksigen VPSA menyuntikkan oksigen yang diperkaya sebelum blower tanpa tekanan ke tanur tiup. Dengan lingkungan operasi yang relatif luas, risiko keamanan tersembunyi dihindari dan manajemen disederhanakan.

Dua set generator oksigen VPSA sekitar sepuluh tahun yang lalu telah mengalami penyesuaian konfigurasi dan perubahan besar lainnya seperti yang terlihat dari operasi aktual. Parameter spesifik ditunjukkan pada tabel di bawah ini:

Dengan perkembangannya yang pesat selama sepuluh tahun lebih, teknologi produksi oksigen VPSA telah mengalami peningkatan signifikan dalam konfigurasi dan prosesnya. Berdasarkan analisis tabel di atas, peningkatan prosesnya tercermin pada:

1. Pengurangan Jumlah Peralatan Putar

Dibandingkan dengan pabrik sebelumnya dengan kapasitas yang sama, peralatan ini mengandung lebih sedikit peralatan daya, motor listrik, dan katup, sehingga secara signifikan mengurangi beban kerja pemeliharaan dan secara tidak langsung juga biaya tenaga kerja dan pemeliharaan. Karena peningkatan kinerja adsorben, kapasitas per ton meningkat lebih dari 20%. Selain itu, bejana penyerap aksial diubah menjadi bejana aliran radial, sehingga seluruh struktur ruang internal mengalami perubahan menyeluruh. Pembuatan adsorben dan adsorber telah berada di puncak internasional, dan semua optimalisasi menghasilkan konfigurasi yang lebih sederhana dan input yang lebih sedikit.

2. Pengurangan Tingkat Kegagalan dan Peningkatan Masa Pakai

Di seluruh unit, pengoperasian katup yang normal merupakan kondisi penting untuk memastikan kelangsungan sistem, sementara katup merupakan bagian utama yang mudah mengalami kegagalan. Pekerjaan pemeliharaan inti untuk pabrik oksigen VPSA yang diproduksi pada tahun 2008 terletak pada katup. Umumnya, cincin penyegel perlu diganti rata-rata setahun sekali. Jumlah katup pada pabrik oksigen yang diproduksi pada tahun 2017 berkurang 30% dengan kaliber yang diperbesar, sehingga sangat mengurangi pemeliharaan secara keseluruhan. Yang terakhir namun tidak kalah penting adalah pengurangan lebih lanjut dalam tingkat kegagalan. Sementara itu, peningkatan material cincin penyegel memperpanjang frekuensi penggantian katup menjadi rata-rata sekitar 18 bulan sekali (yaitu, meskipun waktu operasi cincin penyegel berlipat ganda, siklus penyerapan diperpendek dan frekuensi buka-tutup meningkat).

3. Pengurangan Konsumsi Daya

Konsumsi daya adalah indikator terpenting untuk mengukur kinerja canggih generator oksigen VPSA. Dengan penggunaan adsorben baru dan adsorber radial, konsumsi daya telah berkurang 10%. 1Nm³ oksigen murni dapat menghemat sekitar 0,04 kW/jam listrik berdasarkan perhitungan 6.000Nm³/h. Dengan asumsi durasi operasi tahunan 8.400 jam, penghematan biaya yang substansial sekitar $29 juta dapat dicapai.

4. Layanan Jarak Jauh

Gagasan "manufaktur cerdas" telah mendorong integrasi teknologi manufaktur canggih Tiongkok dengan informatika. Sistem analisis data jarak jauh, Pioneer Cloud Service, adalah fungsi praktis baru yang dimuat pada pabrik oksigen. Data operasi dikirimkan ke klien melalui sistem khusus secara real-time, kemudian sistem membandingkan data tersebut dengan kurva standar dalam kondisi operasi normal dan menyajikan laporan hasil yang divisualisasikan. Jika terjadi kelainan, peringatan cepat akan diberikan untuk mengarahkan operator melakukan penyesuaian dan pemeliharaan, lebih lanjut memperkuat stabilitasnya, menghindari risiko yang tidak diketahui, dan menghilangkan masalah tersembunyi secepat mungkin.

5. Lain-lain

Pengurangan juga dicapai dalam bejana penyerap, area cakupan, serta adsorben. Penyesuaian beban menjadi lebih mudah dan lebih cepat.

Singkatnya, teknologi produksi oksigen adsorpsi ayunan tekanan vakum memiliki keunggulan konsumsi daya rendah, keandalan tinggi, pengoperasian & pemeliharaan mudah, penyesuaian beban cepat, dll. Oleh karena itu, ruang lingkup penerapannya akan diperluas secara signifikan. Referensi penuh terhadap aplikasi teknologi VPSA oleh pabrik baja di berbagai negara membantu industri baja Tiongkok untuk lebih menurunkan biaya produksi dan meningkatkan manfaat perusahaan, sehingga memperkuat dan meningkatkan daya saing pasar perusahaan baja.