ケイ酸ナトリウム産業における真空圧力スイング吸着（VPSA）酸素発生の応用

現在、中国のケイ酸ナトリウム（水ガラスとも呼ばれる）製造は主に2つの方法に依存しています：

1.固相法：ソーダ灰と珪砂を原料とし、窯で高温溶解して固体ケイ酸ナトリウムを製造します。

2. 液相法：苛性ソーダと珪砂を原料とし、反応器内で高温高圧下で反応させて液体ケイ酸ナトリウムを製造します。ただし、液相法では高モル比のケイ酸ナトリウムを製造できないため、固相法が主流のプロセスです。

中国では、固相法ケイ酸ナトリウム製造は主に蓄熱式全ガス馬蹄形火炎タンク窯を使用しています。2020年、山東省の企業による中国初の80m² 酸素燃料窯が成功裏に試運転され、1日200トンのケイ酸ナトリウムを生産することで、天然ガスを燃料とし酸素富化燃焼を組み込んだ新たなモデルへの移行を示しています。

伝統的な馬蹄形火炎タンク窯は、主に石炭ガスまたは天然ガスを燃料として使用します。これらのシステムでは、窯内での燃焼は炉内に送り込まれる空気中の酸素によって促進されます。しかし、空気には酸素がわずか20.95%しか含まれておらず、残りの大部分は燃焼に寄与しない窒素です。空気のみを使用する場合、窯の設計では燃焼時に窒素が膨張するためのスペースを考慮する必要があります。さらに、窒素は排ガス中に多量の熱エネルギーを運び去り、煙道ガスの量を増加させ、結果的にNOx汚染物質が増加します。また、世界的なエネルギー不足、石油化学燃料価格の高騰、環境規制の厳格化に伴い、ケイ酸ナトリウムの製造工程には継続的な改善が求められています。空気の代わりに酸素を使用する酸素富化溶融技術は、これらの課題に効果的に対処します。

酸素富化溶融は、窯内温度の上昇、設備の処理能力向上、エネルギー消費の削減、煙道ガス排出量の低減に役立ちます。経済的には、酸素富化溶融を使用することで、同じ規模の窯で生産能力が約30%向上します。溶融エネルギー消費は低減され、ケイ酸ナトリウム1トンあたりの天然ガス消費量は約30%削減されます。さらに、排ガス処理に必要な電力消費も減少します。これらの節約による総合的な経済効果は、 酸素生成装置 の建設、運転、維持費を差し引いた後でも、大きなものとなります。現在の運転データに基づけば、経済効果は極めて良好です。したがって、従来の空気吹き込み方式と比較して、酸素富化溶融はより高い溶融強度、低い燃料消費、改善された環境影響を提供し、ケイ酸ナトリウム製造における広範な利用の大きな可能性を示しています。

従来の極低温空気分離と比較して、VPSA（真空圧力変動吸着）酸素生成は、プロセスがより単純で、安全性が高く、投資と消費電力が少なく、運転費用が低減され、自動化が進んでいるなど、多くの利点があります。その限界は、副生成物（N2とAr）が得られないことと、純度が95%以下と低いことにあります。ケイ酸ナトリウムの製造では、N2とArは通常反応に必要とされず、24%～90%の富化酸素が一般的に必要とされ、VPSAの能力とよく適合します。例えば、山東省の会社は全酸素燃焼窯を使用して年間約73,000トンのケイ酸ナトリウムを生産しています。2020年には、 VPSA酸素生成ユニット （2,200Nm³³/h、93%）を導入しました。これはPKU Pioneer社によって設計されたものです。この酸素プラントは、建設期間が短く、設置面積が小さく、投資コストが低く、順調に稼働しています。

まとめると、VPSA酸素生成技術は、ケイ酸ナトリウム業界で使用される酸素燃焼窯の酸素要件と密接に適合しています。VPSA技術を利用して酸素富化燃焼を実現し、燃焼用に周囲空気の代わりに使用することで、固相ケイ酸ナトリウム製造業者は生産効率を大幅に向上させ、大きな経済的利益を生み出すことができます。

25年にわたるVPSA/PSA酸素生成の豊富な経験を持つPKU Pioneer社は、 酸素富化燃焼 鉄鋼、非鉄冶金、セメント、廃棄物焼却、リチウム電池などの業界でも顕著な成功を収めています。国内外の約150の大手鉄鋼・冶金企業に専門的で先進的な酸素プラントソリューションを提供し、生産量拡大、コスト管理、環境保護などの複数の目標達成を支援してきました。現在までに、PKU Pioneer社は世界最大の酸素設備サプライヤーとして、アジア、ヨーロッパ、南米、アフリカなどの地域にわたり、20以上の産業分野で300基以上の効率的で信頼性の高いVPSA/PSA酸素生成ユニットを供給してきました。