Penerapan Produksi Oksigen dengan Teknologi Vacuum Pressure Swing Adsorption (VPSA) di Industri Natrium Silikat

Saat ini, produksi natrium silikat (juga dikenal sebagai gelas air) di Tiongkok terutama bergantung pada 2 metode:

1.Metode Fase Padat: menggunakan soda abu dan pasir kuarsa sebagai bahan baku, yang dilebur pada suhu tinggi dalam kiln untuk menghasilkan natrium silikat padat.

2. Metode Fase Cair: menggunakan soda api dan pasir kuarsa sebagai bahan baku, yang bereaksi dalam suhu dan tekanan tinggi di dalam reaktor untuk menghasilkan natrium silikat cair. Namun, metode fase cair tidak dapat menghasilkan natrium silikat dengan modulus tinggi, sehingga metode fase padat menjadi proses yang dominan.

Di Tiongkok, produksi natrium silikat fase padat terutama menggunakan tungku tangki nyala tapal kuda berbahan bakar gas penuh dengan penyimpanan panas. Pada tahun 2020, keberhasilan commissioning tungku oksi-bahan bakar pertama di Tiongkok sepanjang 80m² oleh sebuah perusahaan yang berbasis di Shandong, yang memproduksi 200 ton natrium silikat per hari, menandai pergeseran menuju model baru di mana gas alam digunakan sebagai bahan bakar dan pembakaran kaya oksigen diintegrasikan.

Tungku tangki nyala tapal kuda tradisional terutama menggunakan gas batu bara atau gas alam sebagai bahan bakar. Dalam sistem ini, pembakaran di tungku tersebut difasilitasi oleh oksigen dari udara yang dihembuskan ke dalam tungku. Namun, udara hanya mengandung 20,95% oksigen, dengan sebagian besar adalah nitrogen, yang tidak membantu pembakaran. Ketika hanya udara yang digunakan, desain tungku harus memperhitungkan ruang yang dibutuhkan untuk ekspansi N2 selama pembakaran. Selain itu, nitrogen membawa sejumlah besar energi panas melalui gas buang, meningkatkan volume gas buang dan menghasilkan lebih banyak polutan NOx. Lebih lanjut, karena kekurangan energi global, kenaikan harga bahan bakar petrokimia, dan kebijakan lingkungan yang semakin ketat, proses produksi natrium silikat memerlukan perbaikan terus-menerus. Teknologi peleburan kaya oksigen, yang menggantikan udara dengan oksigen, secara efektif mengatasi tantangan-tantangan ini.

Peleburan kaya oksigen membantu meningkatkan suhu internal tungku, meningkatkan kapasitas pemrosesan peralatan, mengurangi konsumsi energi, dan mengurangi emisi gas buang. Secara ekonomis, menggunakan peleburan kaya oksigen meningkatkan kapasitas produksi sekitar 30% untuk tungku dengan ukuran skala yang sama. Konsumsi energi peleburan berkurang, dengan konsumsi gas alam per ton natrium silikat turun sekitar 30%. Selain itu, konsumsi daya yang diperlukan untuk perawatan gas buang berkurang. Total manfaat ekonomi dari penghematan ini—setelah dikurangi biaya konstruksi, operasional, dan pemeliharaan dari peralatan pembangkitan oksigen —cukup besar. Berdasarkan data operasional saat ini, manfaat ekonominya sangat menguntungkan. Oleh karena itu, dibandingkan dengan metode hembusan udara tradisional, peleburan kaya oksigen memberikan intensitas peleburan yang lebih tinggi, konsumsi bahan bakar yang lebih rendah, dan dampak lingkungan yang lebih baik, menunjukkan potensi besar untuk penggunaan luas dalam produksi natrium silikat.

Dibandingkan dengan pemisahan udara kriogenik tradisional, pembangkitan oksigen VPSA (Adsorpsi Ayunan Tekanan Vakum) memiliki banyak keunggulan seperti proses yang lebih sederhana, keamanan yang lebih tinggi, investasi dan konsumsi daya yang lebih rendah, pengurangan biaya operasional, dan otomatisasi yang lebih tinggi. Keterbatasannya terletak pada kurangnya produk sampingan (N2 dan Ar), dan tingkat kemurnian yang lebih rendah (≤95%). Dalam produksi natrium silikat, N2 dan Ar biasanya tidak diperlukan dalam reaksi, dan oksigen yang diperkaya 24%~90% umumnya dibutuhkan, yang selaras dengan kemampuan VPSA. Misalnya, perusahaan di Shandong menggunakan tungku oksi-bahan bakar penuh untuk memproduksi sekitar 73.000 ton natrium silikat setiap tahunnya. Pada tahun 2020, perusahaan tersebut memasang unit pembangkitan oksigen VPSA (2.200Nm³/jam, 93%) yang dirancang oleh PKU Pioneer. Pabrik oksigen ini memiliki periode konstruksi yang pendek, tapak yang kecil, dan biaya investasi yang rendah dan telah beroperasi dengan lancar.

Singkatnya, teknologi pembangkitan oksigen VPSA sangat selaras dengan kebutuhan oksigen dari tungku oksi-bahan bakar yang digunakan dalam industri natrium silikat. Memanfaatkan teknologi VPSA untuk mencapai pembakaran kaya oksigen sebagai pengganti udara ambien untuk pembakaran memungkinkan produsen natrium silikat fase padat untuk secara signifikan meningkatkan efisiensi produksi dan menciptakan manfaat ekonomi yang substansial.

Dengan pengalaman kaya selama 25 tahun dalam pembangkitan oksigen VPSA/PSA, PKU Pioneer juga telah mencapai kesuksesan luar biasa di pembakaran kaya oksigen untuk industri seperti baja, metalurgi non-besi, semen, insinerasi limbah, baterai lithium, dll. Kami telah menyediakan solusi pabrik oksigen yang profesional dan canggih kepada hampir 150 perusahaan baja dan metalurgi besar baik di dalam maupun luar negeri, membantu klien mencapai berbagai tujuan termasuk perluasan output, pengendalian biaya, dan perlindungan lingkungan. Hingga saat ini, PKU Pioneer telah memasok lebih dari 300 unit pembangkitan oksigen VPSA/PSA yang efisien dan andal di lebih dari 20 sektor industri sebagai pemasok peralatan oksigen terbesar di dunia, dengan kehadiran di wilayah termasuk Asia, Eropa, Amerika Selatan, Afrika, dll.