Pengembangan dan Inovasi Aplikasi Teknologi Produksi Oksigen VPSA & PSA China

Dalam 20 tahun terakhir, ekonomi China telah berkembang secara stabil dan cepat. Peningkatan dan inovasi berkelanjutan proses produksi industri besi dan baja, metalurgi non-ferrous, kimia, tungku, lingkungan, dan industri lainnya mendorong permintaan oksigen, sehingga mempromosikan pengembangan teknologi produksi oksigen seperti proses pemisahan udara kriogenik, produksi oksigen VPSA, dan teknologi pemisahan membran. Kemurnian oksigen produk yang rendah membatasi kemampuan adaptasi proses pemisahan membran, sementara proses kriogenik dan VPSA membuat kemajuan besar. Setelah lokalisasi adsorben berbasis lithium baru dan terobosan dalam pengembangan menara adsorpsi radial, proses produksi oksigen VPSA telah banyak digunakan dan diakui secara aktif oleh pengguna di China.

Kemajuan Teknologi Produksi Oksigen VPSA & PSA

Teknologi produksi oksigen VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption) dikembangkan pada tahun 1960-an dan diindustrialisasi di AS dan Jepang secara berturut-turut pada awal 1980-an. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pengembangan motor magnet permanen dan optimalisasi proses produksi oksigen, konsumsi daya terendah di luar negeri telah dikurangi menjadi kurang dari 0,3 kWh/m^3³, dan kapasitas terbesar sistem oksigen dua menara telah melebihi 6000 Nm^3³/jam. Biaya produksi oksigen VPSA semakin berkurang, dan kapasitas terus meningkat dari tahun ke tahun.

China mulai mengeksplorasi teknologi produksi oksigen VPSA pada akhir 1980-an, dan hanya pada awal 1990-an unit oksigen industri kecil tersedia. Pada awal 2000, diwakili oleh PKU Pioneer, produksi adsorben berbasis lithium efisiensi tinggi dan industrialisasi proses produksi oksigen VPSA menggunakan adsorben lithium membuat teknologi tersebut mencapai kemajuan pesat dan popularitas luas. Saat ini, laju aliran unit oksigen dua menara yang dibangun oleh PKU Pioneer telah mencapai 6000 Nm^3³/jam, dan konsumsi daya (oksigen murni) mendekati 0,3 kWh/m^3³.

. Di China, kapasitas pabrik oksigen VPSA terus meningkat setiap tahun dan keandalannya terus membaik sementara konsumsi energi secara bertahap dikurangi dengan penyelesaian beberapa masalah kunci seperti produksi stabil adsorben berbasis lithium efisiensi tinggi, pengembangan adsorber radial, pengembangan katup kupu-kupu berdiameter besar dan frekuensi tinggi yang andal. Selain itu, spesifikasi juga telah ditingkatkan dari kurang dari 1000 Nm^3³/jam dari pabrik oksigen dua menara awal menjadi 6000 Nm^3³/jam hari ini, dan kapasitas total mencapai lebih dari 70.000 Nm^3³/jam setelah koneksi paralel beberapa menara, sementara konsumsi daya per unit telah dikurangi menjadi kurang dari 0,32 kWh/m^3³ dan lebih dari 98% pabrik oksigen berhasil dan beroperasi dengan lancar setiap tahun. Kebisingan blower telah memenuhi persyaratan kurang dari 85dB dan bahkan di bawah 70dB pada jarak 1m di luar pabrik melalui tindakan eliminasi. Tingkat bebas kegagalan katup kupu-kupu berdiameter besar umumnya mencapai lebih dari 8000 jam, dan masa pakai saringan molekuler lithium telah diperpanjang hingga lebih dari 5 tahun. Pengguna memiliki pemahaman baru tentang peralatan VPSA-O2 China dan memperluas aplikasinya. Pada tahun 2018 saja, lebih dari 70 set unit oksigen VPSA dengan kapasitas lebih dari 1000 Nm^3³/jam dibangun.

Melalui upaya terus-menerus, perusahaan China seperti PKU Pioneer mengubah ketergantungan pada saringan molekuler impor untuk produksi oksigen VPSA, membuat terobosan dalam saringan molekuler lithium dan produk terkait lainnya, dan mewujudkan aplikasi industri produk saringan molekuler baru. Dengan pengembangan dan peningkatan teknologi produksi oksigen VPSA, teknologi ini secara bertahap menunjukkan banyak keunggulan eksklusif dibandingkan dengan teknologi kriogenik, yang selanjutnya mendorong aplikasi teknologi ini di banyak industri di China.

Keunggulan Teknologi Produksi Oksigen VPSA & PSA

1. Konsumsi Energi Rendah dan Biaya Operasional

Konsumsi listrik menyumbang lebih dari 90% dari total biaya operasional dalam proses produksi oksigen. Dengan terus dioptimalkannya teknologi oksigen VPSA & PSA, konsumsi listrik oksigen murni telah turun dari 0,45 kW·h/m³ pada tahun 1990-an menjadi kurang dari 0,32 kW·h/m³ saat ini, sementara bahkan nilai terendah dari ASU kriogenik skala besar berada di sekitar 0,42 kW·h/m³. Dibandingkan dengan teknologi kriogenik, teknologi oksigen VPSA & PSA memiliki keunggulan ekonomi yang jelas dalam kondisi kerja di mana pengguna tidak memerlukan nitrogen dan proses oksigen tidak memiliki persyaratan terlalu tinggi untuk kemurnian dan tekanan oksigen.

2. Proses Sederhana, Operasi Fleksibel, Mudah Menyalakan dan Mematikan

Dibandingkan dengan teknologi produksi oksigen kriogenik, proses VPSA relatif sederhana dengan operasi yang relatif singkat dan perawatan yang mudah karena peralatan daya utama terdiri dari blower Roots dan pompa vakum Roots. Karena tidak ada proses pendinginan dan pemanasan selama penyalaan dan pematian, hanya dibutuhkan waktu 30 menit untuk peralatan oksigen VPSA dan PSA menghasilkan oksigen yang memenuhi syarat dari awal dan beberapa menit untuk regenerasi setelah penangguhan singkat. Pematian bahkan lebih sederhana—cukup matikan peralatan daya dan program kontrol. Dengan demikian, teknologi produksi oksigen VPSA & PSA lebih mudah daripada proses kriogenik, yang juga secara signifikan mengurangi biaya operasional untuk menyalakan dan mematikan pabrik oksigen.

3. Investasi Lebih Rendah dan Periode Konstruksi Singkat

Unit oksigen VPSA terutama terdiri dari sejumlah kecil komponen termasuk sistem daya, sistem adsorpsi, dan sistem sakelar katup, dll., yang dapat sangat menghemat investasi satu kali. Unit oksigen mencakup tapak kecil dan dapat mengurangi biaya teknik sipil dan lahan konstruksi. Juga, siklus manufaktur dan pemrosesan singkat, komponen peralatan utama dapat dikirim dalam waktu hanya 4 bulan sehingga mencapai persyaratan produksi oksigen dalam waktu 6 bulan dalam keadaan normal, sehingga memperpendek periode konstruksi sistem oksigen secara signifikan dibandingkan dengan yang hampir 1 tahun untuk unit pemisahan udara kriogenik.

4. Komposisi Peralatan Sederhana dan Perawatan Mudah

Peralatan yang digunakan di pabrik oksigen VPSA, seperti blower, pompa vakum, dan katup kontrol program, semuanya dapat diproduksi dalam negeri, sehingga suku cadang dapat diganti dengan nyaman untuk memotong biaya dan membuat periode konstruksi terkendali. Dengan perawatan peralatan yang sederhana dan layanan purna jual tepat waktu, pengguna pabrik oksigen VPSA tidak memerlukan terlalu banyak biaya dan pekerja profesional dibandingkan dengan perawatan kompresor sentrifugal besar yang digunakan di pemisah udara kriogenik.

5. Pengaturan Rasio Penurunan Mudah

Dibandingkan dengan teknologi oksigen cair kriogenik, proses produksi oksigen VPSA & PSA dapat mewujudkan penyesuaian cepat kapasitas dan kemurnian O2 produk dengan fluktuasi kecil dalam konsumsi listrik oksigen murni. Umumnya, kapasitas dapat disesuaikan dari 30% hingga 100%, dan kemurnian dari 70% hingga 95%, terutama ketika beberapa set generator oksigen VPSA & PSA dibangun secara paralel, penyesuaian beban bahkan lebih mudah.

6. Keamanan Operasional Lebih Tinggi

Karena sistem oksigen VPSA dioperasikan pada tekanan rendah dan suhu kamar, tidak akan ada oksigen cair, pengayaan asetilena, dan fenomena lainnya, sehingga menghasilkan keamanan yang lebih baik dibandingkan dengan operasi suhu rendah dan tekanan tinggi dalam proses produksi oksigen kriogenik.

Skenario Aplikasi Utama Teknologi Produksi Oksigen VPSA & PSA

Dengan meningkatnya kapasitas dan keandalan serta pengurangan bertahap konsumsi listrik oksigen, bersama dengan keunggulan operasi yang fleksibel, penyesuaian rasio penurunan yang sederhana, konsumsi listrik rendah, periode konstruksi singkat, dan keamanan tinggi, teknologi produksi oksigen VPSA tidak diragukan lagi telah menjadi alternatif untuk produksi oksigen kriogenik bagi industri yang perlu menggunakan oksigen secara fleksibel, dan ruang lingkup penerapannya terus berkembang dari tahun ke tahun. Dalam beberapa tahun terakhir, proses produksi oksigen VPSA telah banyak digunakan di industri besi & baja, metalurgi non-ferrous, industri kimia, tungku dan tanur, perlindungan lingkungan, dan industri lainnya.

1. Pengayaan Oksigen Tungku Ledakan

Dengan perkembangan teknologi pengayaan oksigen tungku ledakan, tungku ledakan telah menjadi salah satu sumber konsumsi oksigen utama di perusahaan besi & baja. Dalam tahap aplikasi awal teknologi, tungku ledakan dapat digunakan sebagai pengatur pasokan oksigen, di mana tingkat pengayaan oksigen lebih tinggi dengan aliran oksigen yang relatif besar dan lebih rendah sebaliknya. Ketika pentingnya teknologi pengayaan oksigen tungku ledakan dalam proses pembuatan besi menjadi jelas bagi pabrik besi dan baja, tingkat pengayaan oksigen tungku ledakan yang stabil telah menjadi faktor penting untuk pembuatan besi yang murah dan efisien. Karena banyak proses pasokan oksigen di perusahaan besi dan baja, rasio penurunan berfluktuasi setiap minggu atau bahkan setiap hari. Mempertimbangkan penyesuaian rasio penurunan yang lemah dari proses kriogenik dan waktu penyalaan dan pematian yang lama, kelebihan oksigen perlu dicairkan dan disimpan untuk digunakan nanti atau dijual ketika aliran konsumsi oksigen rendah, dan kadang-kadang bahkan terjadi ventilasi. Mengingat tekanan rendah dan persyaratan kemurnian oksigen yang relatif lebih rendah untuk pengayaan oksigen BF, banyak perusahaan besi dan baja dapat membangun unit oksigen VPSA di dekat tungku ledakan secara langsung. Sementara itu, sebagai pengatur, ketika volume oksigen oleh pemisahan udara kriogenik berlebih atau tidak mencukupi, unit oksigen VPSA dapat menyala dan mati kapan saja untuk menaikkan atau menurunkan oksigen untuk tungku ledakan. Saat ini, setelah mengadopsi teknologi oksigen VPSA untuk pasokan oksigen, banyak produsen besi dan baja secara substansial memotong biaya oksigen mereka. Adopsi unit oksigen VPSA oleh tungku ledakan sebagai sumber pengayaan oksigen telah menjadi pemahaman umum di sebagian besar perusahaan besi dan baja.

2. Pembuatan Baja EAF

Di masa lalu, sebagian besar perusahaan baja China percaya pembuatan baja tungku listrik perlu menggunakan oksigen murni yang dihasilkan oleh unit pemisahan udara kriogenik, sementara di Jepang sekitar 60%-70% pembuat baja menggunakan oksigen 93% dari sistem VPSA-O2 untuk pembuatan baja. Secara teori, pembuatan baja EAF terutama bergantung pada peleburan busur listrik dan oksigen hanya memainkan peran tambahan, sehingga oksigen 93% dari produksi oksigen VPSA dapat sepenuhnya diterapkan pada pembuatan baja tungku listrik. Hingga saat ini, perusahaan China seperti Luzhou Yixin Iron & Steel Co., Ltd., Zunyi Changling Special Steel Co., Ltd., dan Chizhou Guihang Metal Products Co., Ltd. telah mulai mengadopsi pabrik oksigen VPSA untuk memasok oksigen untuk pembuatan baja EAF. Menurut umpan balik pengguna, menggunakan sistem oksigen VPSA tidak memiliki dampak negatif pada kualitas produk baja, dan dapat secara signifikan mengurangi biaya produksi pembuatan baja.

3. Metalurgi Nonferrous

Dalam 10 tahun terakhir, teknologi produksi oksigen VPSA telah sangat diakui dalam peleburan tembaga, timbal, dan seng. Sebagian besar proses peleburan logam non-ferrous umumnya memerlukan oksigen 24%~90% dengan fluktuasi rasio penurunan yang besar, dan N2 hampir tidak diperlukan untuk perusahaan peleburan logam non-ferrous, yang membuat teknologi produksi oksigen VPSA cocok untuk peleburan logam non-ferrous dengan karakteristik operasi yang lebih sederhana dan konsumsi listrik yang lebih rendah. Saat ini, sebagian besar pelebur non-ferrous China seperti Tongling Nonferrous Metals Group Co., Ltd., Zijin Mining Group Co., Ltd., dan Yunnan Copper Co., Ltd. telah memilih pabrik oksigen VPSA sebagai sumber pengayaan oksigen. Dengan peningkatan produksi tembaga dan peningkatan proses peleburan tembaga, Baotou Huading Copper Development Co., Ltd. telah membangun 4 set unit oksigen VPSA secara berturut-turut, dan total kapasitas mencapai lebih dari 25.000Nm³/h. Selain itu, Chuxiong Smelting Works di Yunnan telah membangun 3 set unit produksi oksigen VPSA dengan peningkatan produksi tembaga, dan total volume konsumsi oksigen telah mencapai 30.000Nm³/h.

4. Kimia

Saat ini, beberapa pabrik pupuk nitrogen kecil dan menengah China menggunakan proses produksi pengayaan oksigen berkelanjutan untuk meningkatkan produksi gas intermiten asli sebagian besar dengan teknologi VPSA. Juga, teknologi gasifikasi berkelanjutan kaya oksigen sangat berlaku untuk batu bara dengan meningkatkan kemampuan unit produksi gas. Selain itu, sebagian besar perusahaan kertas baik di dalam negeri maupun luar negeri memilih teknologi VPSA untuk menghasilkan oksigen. Teknologi produksi oksigen VPSA juga banyak digunakan di area lain, seperti pembakaran kaya oksigen untuk kaca apung di industri serat kaca, tanur semen dan insinerasi sampah, pengolahan aerasi kaya oksigen air limbah, dan ozon.

Visi Pengembangan Teknologi Produksi Oksigen VPSA & PSA

Sebagai teknologi produksi oksigen baru yang telah berkembang pesat dalam 20 tahun terakhir, teknologi produksi oksigen VPSA secara bertahap diakui oleh banyak pengguna karena terus maju secara teknologi dan memperluas bidang aplikasinya. Untuk mengurangi konsumsi energi, mengembangkan bahan adsorpsi baru dan mencoba berkoordinasi dengan proses membran atau kriogenik untuk memperluas lebih banyak area aplikasi dengan saling melengkapi adalah arah penelitian dan pengembangan penting untuk teknologi produksi oksigen VPSA di masa depan. Misalnya, kombinasi teknologi oksigen VPSA dan membran dapat menghasilkan oksigen >99%, yang merupakan alternatif untuk unit pemisahan udara kriogenik di daerah terpencil atau di bawah beberapa kondisi yang memerlukan peralatan bergerak. Perusahaan China yang bergerak dalam produksi oksigen VPSA seperti PKU Pioneer telah sangat mementingkan R&D, berusaha untuk memimpin di masa depan dengan meningkatkan investasi. Ketika teknologi produksi oksigen VPSA-O2 semakin ditingkatkan, ia akan memiliki prospek aplikasi yang lebih luas dengan berbagai keunggulan dan potensi besar.