VPSA酸素プラント6,000Nmの経済分析³/h、製鉄所における高炉富酸素燃焼支援のための100%

真空圧力スイング吸着装置は、純度80%～94%の酸素を生成するために使用される。技術原理は、酸素と窒素に対する吸着剤の選択性の違いを利用して空気中の酸素を分離することである。この種の非低温酸素生成プロセスを使用する装置は、VPSA（真空圧力スイング吸着）、VSA（真空スイング吸着）、またはPVSA（圧力真空スイング吸着）システムと呼ばれることがある。本記事で言及される真空圧力スイング吸着技術はすべてVPSAと表記される。

VPSA酸素生成技術のプロセスは、数十年にわたる開発を経て比較的成熟している。当初のカルシウム系吸着剤を用いた軸流式吸着床から、リチウム系吸着剤を用いたラジアル式吸着槽への変換が達成されている。現在、二槽式プラントの最大能力は6,000Nmに達している。³/hの100%酸素製品。これらのプラントは、比較的低コスト、高い安全性、短い建設期間、容易なメンテナ

2008年、鞍山宝徳鉄鋼有限公司は、北京北大先端技術有限公司と製鉄用高炉向けVPSA酸素プラント（7,500 Nm）の購入契約を締結しました。³/h、80%）。この設備は順調に生産を開始し、現在まで安定稼働を続けています。この高炉では、酸素富化率2.38%、生産量約8.5%増加、微粉炭吹込み量145 kg/トン鉄、コークス比5%削減を達成しています。2017年8月と2018年9月には、能力7,500 Nm³/h、純度80%（6,000 Nm³/h、100%）のVPSA酸素ユニットが順次高炉に設置され、高炉の酸素富化率は4.38%に上昇し、コークス比は10%削減され、顕著な経済効果が生み出されました。

近年、中国ではVPSA酸素製造技術が急速に発展しており、以下のような明らかな利点を示しています。

まず、VPSA酸素製造技術の信頼性と長寿命は時間の試練に耐えています。鞍山宝徳鉄鋼有限公司が2008年に導入したVPSA酸素ユニットは現在まで性能低下がなく、エネルギー消費も当初の水準を維持しています。

次に、VPSA酸素製造技術に必要な動力機器は、送風機、真空ポンプ、電動機、空気弁のみであり、コスト効率の高い部品は比較的メンテナンスが容易なため、追加の人員は不要です。

第三に、高い安全性が確保されています。VPSA酸素プラントは、高炉に加圧することなく、送風機の前に富化酸素を注入します。比較的余裕のある運転環境により、隠れた安全リスクを回避し、管理を簡素化します。

約10年前の2基のVPSA酸素発生装置は、実際の運転から見ると、構成調整などの大きな変更が行われています。具体的なパラメータは以下の表の通りです。

ここ十数年の急速な発展に伴い、VPSA酸素製造技術はその構成とプロセスにおいて大幅に改善されました。上表の分析によると、そのプロセス改善は以下のように示されます：

1. 回転機器の数の削減

従来の同容量プラントと比較して、動力機器、電動機、バルブの数が大幅に少なくなり、メンテナンス作業量が大幅に削減され、間接的に人件費とメンテナンスコストも削減されます。吸着剤の性能向上により、トン当たりの容量は20%以上増加しました。さらに、軸流吸着槽はラジアルフロー槽に変更され、内部空間構造全体が全面的に変わりました。吸着剤と吸着器の製造は国際的にトップレベルに達しており、これらの最適化により構成の選択が簡素化され、投入量が減少しました。

2. 故障率の低減と使用寿命の延長

ユニット全体において、バルブの正常な作動はシステムの連続運転を確保する重要な条件ですが、バルブは故障しやすい主要部品です。2008年に製造されたVPSA酸素プラントの中心的なメンテナンス作業はバルブにありました。一般的に、シーリングリングは平均して年に1回交換する必要があります。2017年に製造された酸素プラントのバルブ数は30%削減され、口径が大きくなり、全体的なメンテナンスが大幅に削減されました。最後に、故障率のさらなる低減が挙げられます。同時に、シーリングリングの材質改良により、バルブの交換頻度は平均で約18ヶ月に1回に延長されました（すなわち、シーリングリングの作動回数は2倍になりましたが、吸着サイクルは短縮され、開閉回数は増加しています）。

3. 消費電力の低減

消費電力は、VPSA酸素発生装置の先進性を測定する最も重要な指標です。新しい吸着剤とラジアル吸着器の採用により、消費電力は10%削減されました。1Nm³³ の純酸素は、6,000Nm³/hを基準に計算すると約0.04kW/hの電力を節約できます。³年間運転時間を8,400時間と仮定すると、約2,900万ドルの大幅なコスト削減が達成される可能性があります。

4. リモートサービス

「スマート製造」の提唱により、中国の先進的な製造技術と情報化の統合が促進されました。遠隔データ分析システム「Pioneer Cloud Service」は、酸素プラントに搭載された新しい実用的な機能です。運転データは特定のシステムを通じてリアルタイムでクライアントに送信され、システムはこれらのデータを通常運転条件下の標準曲線と比較し、視覚化された結果レポートを提示します。異常が発生した場合は即座にアラームが発報され、運転員が調整とメンテナンスを行うよう指示し、安定性をさらに強化し、未知のリスクを回避し、潜んでいるトラブルをできるだけ早く排除します。

5. その他

吸着槽、占有面積、吸着剤も削減されています。負荷調整はより容易かつ迅速になります。

要約すると、真空圧力スイング吸着酸素製造技術は、低消費電力、高信頼性、容易な運転・保守、迅速な負荷調整などの利点を有しており、その適用範囲は大幅に拡大されるでしょう。各国の鉄鋼業界におけるVPSA技術の応用例を参照することは、中国の鉄鋼業界が生産コストをより適切に削減し、企業の利益を向上させ、鉄鋼企業の市場競争力を強化・向上させるのに役立ちます。