VPSA酸素: EAF製鋼のための美しい酸素供給

背景

2016年7月、CCTVは江蘇華達鋼鉄会社が規格外の鋼材を製造しているというニュースを放送しました。その後、政府はこの業界の改革に注力しました。2017年6月末までに、700社以上の規格外鋼材会社が閉鎖され、総生産能力1.4億トンが削減されました。

供給側改革と能力削減政策の進展、特に規格外鋼材会社の禁止を背景に、鉄鋼業界は利益を上げ始め、鉄スクラップの価格は底を打ち上昇に転じました。長期的には、短工程を拡大し長工程を削減することは、環境保全のための重要な施策です。EAF製鋼技術を発展させることは、鉄鋼業界の持続可能な発展の目標の一つです。

これに基づき、中国ではEAFが再稼働し、新規プロジェクトが増加しています。同時に、ますます多くの新技術とプロセスが実践に応用され、酸素への依存度が高まっています。EAF製鋼プロセスでは、酸素は酸素油添加、酸素燃焼ノズル、二次燃焼、溶銑配合など多くの分野で使用されています。酸素は、能力向上、期間短縮、耐火温度維持、燃料消費削減など、重要な役割を果たします。そのため、経済的で安定したVPSA酸素プラントは、EAF鉄鋼会社にとって第一の選択肢です。

酸素需要の状況と痛点 EAFの従来の酸素製造方法は深冷式であり、低温分離とも呼ばれ、リンデ教授によって発見されました。実際には、ガス圧縮、絞り膨張または断熱膨張、冷却などのプロセスを通じて、異なる沸点によって空気から酸素を分離する機械を用いた液化ガス技術です。

深冷式には以下の特徴があります：高純度、高消費電力。能力が増加するにつれて、1立方メートルあたりの酸素コストは0.3～1.0元です。一方、EAF製鋼では酸素需要が一定ではないのに対し、深冷式は一定です。そのため、深冷式プロセスでは、過剰に生産された酸素は大気中に放出され、その割合は約10％、場合によっては20％にもなります。

過去2年間のEAF製鋼の隆盛に伴い、多くのEAF会社が依然として酸素不足に陥っています。これらの企業は、自社施設を建設するため、長期間にわたって液体酸素を購入しなければなりません。 酸素プラント 鉄鋼業界の酸素に対する強い需要により、酸素のコストは1トンあたり1200～3000元、つまり1立方メートルあたり1.7～4.3元となり、鉄鋼業界の平均よりもはるかに高価です。

特定の鉄鋼会社では、環境保全政策と電力供給制限の下で、酸素プラントが予期せず停止することがあり、生産は窮地に立たされています。深冷式酸素プラントの起動と停止には少なくとも2～3日かかるため、このような政策下の企業にとっては良い選択肢ではありません。

深冷式と比較して、VPSAは低消費電力、起動と停止の短時間、柔軟な負荷制御といった利点があり、EAF製鋼のニーズに最適です。

VPSA酸素技術の特徴VPSA酸素技術は、ゼオライト吸着剤と窒素分子の強い反応により、ゼオライト吸着剤が窒素を吸着し、その間に酸素が吸着剤を通過することで、空気から酸素と窒素を分離する。この技術は1950年代にプラクスエアによって発明され、現在に至るまで、北京北京大学先端技術公司の推進により、中国はVPSAの最大市場となっている。

VPSA酸素プラント 主に動力システム（ブロワー、真空ポンプ、PLCシステム）と吸着システムで構成される。原料空気はフィルターで除塵された後、吸着槽に投入される。吸着槽には吸着剤が充填されている。前処理後、空気中の水分、二酸化炭素、および微量のその他の成分が吸着され、その後、窒素がゼオライト吸着剤に吸着される。この過程で、酸素とアルゴンは吸着剤を通過し、バッファータンクに濃縮される。酸素純度は50％から93％の間で調整可能である。

このプロセスが一定の段階まで進むと、吸着は飽和点に達し、その時点で真空ポンプが吸着槽を真空にする（吸着の逆プロセス）。水分、二酸化炭素、窒素、およびその他の微量成分は空気中に脱着され、吸着剤は再生される。このプロセスはPLCシステムによって自動制御される。

VPSA酸素技術の利点1. 低消費電力、1立方メートルあたりの酸素コストは0.2元。
2. 動力システム（ブロワーと真空ポンプ）のメンテナンスコストが低い。これらは容積式機器でオイルフリーであるため、メンテナンスが容易である。
3. 高い自動制御。動力システムは吸着システムと同期して動作し、ワンボタンでプラントを起動できる。1シフトあたり2人の作業員で、無人運転が可能。
4. 柔軟なターンダウン運転。タイムシーケンスにより、ターンダウン比を50％から100％の間で調整可能。
5. 迅速な起動と停止。起動後20分で酸素を生成可能。
6. 短い建設期間。真空ポンプとブロワーは汎用機器であるため、通常、建設から酸素生成まで6ヶ月である。

VPSA酸素技術の応用中国の電気炉プラントは、深冷プラントや液体酸素貯蔵タンクをVPSA酸素プラントに置き換え始めている。浙江万泰特殊鋼公司、遵義長陵特殊鋼公司、瀘州義信鋼鉄公司、池州貴池桂航金属公司は、近年、既存の酸素プラントをVPSA酸素プラントに交換した。

VPSA酸素技術は93％の純度の酸素を生成できるため、一部の電気炉企業はこの純度が低く、特殊鋼製造に適さないことを懸念している。実際には、普通鋼製造と特殊鋼製造の初期工程は同じであり、その過程で炉内にいくつかの元素を添加して特殊鋼の組成を変更し、その後、脱炭のために炉内に酸素を投入する。最後に鋼が製造され、精密精錬では酸素は不要である。したがって、特殊鋼製造と普通鋼製造の本質は同じである。

製品酸素ガスには3％の窒素と4％のアルゴンが含まれているため、一部の電気炉企業は窒素が特殊鋼の仕様に影響を与えることを懸念している。実際には、ばね鋼、軸受鋼、シームレス鋼管などの合金鋼には窒素含有量に関する特定の要件はなく、特に普通鋼には要件がない。窒素が多すぎると、低温衝撃鋼（中国では、船舶用油井などに使用される鋼など、低温衝撃鋼の窒素含有量に70ppmという特定の要件がある）の窒素含有量が過剰になる可能性がある。しかし、多くの電気炉製鋼企業はそのような低温衝撃鋼を製造しておらず、したがってVPSA酸素技術は大きな可能性を秘めている。

十分なデータ分析の後、電気炉酸素適用に関する豊富な経験もある。米国企業プラクスエアは、長期にわたる調査の後、VPSA酸素技術が電気炉プロセスで溶鋼中の窒素含有量を増加させないことを実証した。電気炉プラントの60％～70％が製鋼にVPSA酸素技術を使用しており、現在までに、世界で約100の電気炉プラントが製鋼にVPSA酸素技術を採用している。これは、VPSA酸素技術が電気炉製鋼の要件を満たすことができることを証明している。

会社紹介

北京北京大学先端技術有限公司. （以下「パイオニア」と略す）は北京大学に所属し、主にPSAガス分離技術と機器、および関連する吸着剤と触媒の設計と製造に従事している。パイオニアは、化学工業、鉄鋼、非鉄冶金、ガラス繊維、製紙、電子、廃棄物焼却、水処理などの分野に、先進的で成熟したガス分離ソリューションを提供できる。現在までに、200基以上の中小規模設備を建設し、その性能は国際先進水準に達している。