30,000 Nm³/h PSA酸素増強プロジェクト

PKU Pioneerが製鉄所のエネルギー効率向上を支援：30,000Nm³/h PSA酸素プロジェクトが無事完了

2025年11月28日 – 珠海粤裕豊鋼鉄有限公司（以下「粤裕豊鋼鉄」）のアップグレードされたPSA酸素生成ステーションが正式に稼働してから半年が経過しました。最適化されたPSA酸素生成プラントは、高炉酸素富化のために安定した酸素供給を継続的に提供し、製鉄所の生産効率を大幅に向上させています。

2025年6月、北京北大先端科技股份有限公司（以下「PKU Pioneer」）が受託した粤裕豊鋼鉄の30,000Nm³/h（7,500×4 Nm³/h）PSA酸素生成ユニットのエネルギー効率向上・改修プロジェクトが無事完了しました。系統的な技術最適化を通じて、本プロジェクトは既存ユニットの性能継続低下問題を解決することに成功しました。改修後、ユニットの性能は設計指標を完全に上回り、純酸素生成の電力消費量が大幅に低減され、顧客に多大な経済的便益をもたらしました。プロジェクトの試運転後、粤裕豊鋼鉄はPKU Pioneerに特に感謝の意を表し、その技術力とサービス品質を高く評価しました。

プロジェクト背景：運用上の課題が改造ニーズを喚起

粤裕豊鋼鉄の4基の7,500Nm³/h（純度80%）PSA酸素生成システムは2018年に稼働開始しましたが、経験不足の酸素生成メーカーによって供給されました。稼働から5年以内に、吸着塔内のエアバッグの頻繁な破損、酸素生成量の30%以上の低下、電力消費量の20%～30%増加など、一連の問題が発生しました。しかし、これらの故障の根本原因は特定されないままでした。

2025年1月、複数回の調査の後、粤裕豊鋼鉄はPKU Pioneerとの協力を選び、3号機と4号機の改修を率先して開始しました。プロジェクト実施中、PKU Pioneerの技術専門家が深く現地調査を実施し、顧客向けに段階的な改修計画をカスタマイズしました。2基のユニットの改修は2ヶ月以内に完了し、両方とも一回の起動で成功しました。その性能指標は顧客の要件をはるかに超えただけでなく、ユニットの元の設計レベルも上回りました。

2基のユニット改修の顕著な成果により、2025年4月、両社はさらに1号機と2号機の改修契約を締結しました。改修進捗を加速するため、PKU Pioneerの技術チームは現地に常駐して設備の試運転を実施し、リアルタイムデータ監視を通じて性能遵守を確認しました。最終的に2025年6月、PSA酸素生成ステーションの全システムアップグレードが実現し、高炉酸素富化のための安定した酸素供給を提供し、顧客の生産需要を満たしました。

技術的ブレークスルー：詳細分析による系統的ソリューションの導出

元の酸素生成システムの運転データとプロセス設計を詳細に分析することにより、PKU Pioneerの技術チームは、中核的な問題が複数の技術的欠陥に起因することを特定しました。様々な影響要因の重なりが、酸素生成指標の継続的低下、エネルギー消費の増加、コスト上昇につながっていました。

第一に、吸着塔構造の改造が必要であった。元の酸素製造装置のラジアル型吸着塔は、そのシール装置に設計上の欠陥があった。改造により、吸着塔内部のモレキュラーシーブ漏れ問題に対処した。圧力スイング吸着（PSA）酸素製造装置において、吸着剤の長期的な安定性を確保することは、10年以上の耐用年数を実現するためのプロセス基盤である。

第二に、吸着剤の性能指標が装置全体の性能に影響を与える。旧装置の吸着剤は、様々な程度の粉化と高い摩耗率を示していた。改造プロジェクトでは、高効率リチウム系吸着剤PU-8を採用した。その窒素酸素分離係数と強度は通常の吸着剤よりも大幅に高い。独自のガス流分配技術と組み合わせることで、これにより吸着剤の耐用年数が延長され、ベッド抵抗が低減され、単位時間あたりの酸素出力が増加した。改造後、酸素製造装置の実際の出力は10％以上増加し、消費電力の削減は期待目標を20％上回った。

第三に、主要な補機設備が装置の運転信頼性に影響を与える。旧装置のバルブには、選定の誤り、材料欠陥、部品の摩耗や変形などの問題があった。PSA酸素製造の運転条件下では、バルブは平均30秒ごとに1回という高頻度で開閉し、耐久性の大幅な向上とそれに対応するアップグレードが必要となる。改造中、北大先鋒は問題のあるバルブを全面的に修正・交換し、PSA運転条件に適した専用バルブを装備した。

最後に、インテリジェント制御システムの不合理な設計が性能最適化に影響を与えた。合理化され、効率的で、全機能を備え、適用可能なPLC制御プログラムの開発は、PSA酸素製造装置の安全で安定した長期的な信頼性の高い運転を確保するための重要な技術的保証である。装置パラメータに基づき、北大先鋒はプログラム制御ロジックを開発・最適化し、装置の迅速な適応調整とエネルギー効率の最適化を可能にし、酸素製造装置が常に安定した低エネルギー消費レベルで運転されることを保証した。

プロジェクトからの知見：技術力が中核的競争力を構築

粤裕豊鋼鉄の4基の酸素生成プラントの試運転成功は、高炉への酸素供給問題を解決しただけでなく、鉄鋼業界におけるPKU Pioneerのもう一つのベンチマークプロジェクトとなりました。圧力スイング吸着酸素生成技術のリーディングカンパニーとして、PKU Pioneerはプロセス詳細がユニット性能に決定的な役割を果たすことをよく認識しています：吸着塔構造の最適化設計、モレキュラーシーブ充填の精密制御、バルブ選定の運転条件適応性 – これらの重要な技術詳細はユニットのエネルギー効率と寿命に直接影響を与えます。

北京大学の研究開発優位性に基づき、PKU Pioneerは過去26年間にわたり圧力スイング吸着技術の基礎研究を継続的に深めてきました。「設計－製造－運転保守」を網羅する全チェーン技術統合能力を完全に発揮し、鉄鋼・化学業界のリーディングカンパニーと協力してグリーンガス技術研究を実施しています。同社は各エンジニアリングプロジェクトを業界の模範とし、圧力スイング吸着産業の高品質な発展を促進することに取り組んでいます。