VPSA 산소: 전기로(EAF) 제강을 위한 아름다운 산소 공급

배경

2016년 7월, CCTV는 장쑤 화다 철강 회사가 불량 철강을 제조한다는 뉴스를 보도했고, 이후 정부는 이 산업의 개혁에 집중했습니다. 2017년 6월 말까지 700개 이상의 불량 철강 회사가 폐쇄되었고, 이에 따라 총 1억 4천만 톤의 생산능력이 감축되었습니다.

공급 측 개혁과 생산능력 감축 정책의 추진, 특히 불량 철강 회사 금지라는 배경 하에 철강 산업은 수익을 내기 시작했고, 철스크랩 가격은 바닥을 치고 상승하기 시작했습니다. 장기적으로 볼 때, 단일 공정을 확대하고 장치 공정을 축소하는 것은 환경 보전을 위한 중요한 조치입니다. 전기로(EAF) 제강 기술을 개발하는 것은 철강 산업의 지속 가능한 발전을 위한 목표 중 하나입니다.

이를 바탕으로 중국에서는 전기로(EAF)가 재가동되고 신규 프로젝트가 증가하고 있습니다. 동시에 점점 더 많은 새로운 기술과 공정이 실제에 적용되고 있으며, 이는 산소에 대한 의존도를 높이고 있습니다. 전기로(EAF) 제강 공정에서 산소는 산소 연료 첨가, 산소 연소 노즐, 2차 연소, 용철 혼합 등 여러 영역에서 사용됩니다. 산소는 생산능력 향상, 사이클 단축, 내화물 온도 유지, 연료 소비 감소 등 중요한 역할을 합니다. 따라서 경제적이고 안정적인 VPSA 산소 플랜트는 전기로(EAF) 철강 회사의 첫 번째 선택입니다.

산소 수요 현황 및 문제점전기로(EAF)의 전통적인 산소 제조 방법은 심냉법(극저온 분별)으로, 린데 교수가 발견했습니다. 실제로는 기계를 사용한 액화 가스 기술로, 가스 압축, 스로틀 팽창 또는 단열 팽창, 냉각 등의 과정을 통해 서로 다른 끓는점에 의해 공기에서 산소를 분리합니다.

심냉법에는 다음과 같은 몇 가지 특징이 있습니다: 고순도, 고전력 소비. 생산능력이 증가함에 따라 산소 1입방미터당 비용은 0.3~1.0위안입니다. 동시에 전기로(EAF) 제강은 불규칙적인 산소 수요를 보이는 반면, 심냉법은 일정합니다. 따라서 심냉법 공정에서 과잉 생산된 산소는 대기로 배출되며, 그 비율은 약 10%, 심지어 20%에 이릅니다.

최근 2년간 전기로(EAF) 제강이 호황을 누리면서도 여전히 많은 전기로(EAF) 회사가 산소 부족을 겪고 있습니다. 이들 회사는 장기간 액체 산소를 구매해야 합니다 산소 플랜트의 경우, 자체 설비를 구축하기 위해서입니다. 철강 산업의 산소에 대한 뜨거운 수요로 인해 산소 비용은 톤당 1200~3000위안, 즉 산소 1입방미터당 1.7~4.3위안으로 철강 산업 평균보다 훨씬 비쌉니다.

특정 철강 회사의 경우, 환경 보전 정책과 전력 공급 제한 하에서 산소 플랜트가 예기치 않게 가동을 중단하여 생산이 난처한 상황에 처합니다. 심냉법 산소 플랜트의 시동 및 정지에는 최소 2~3일이 소요되므로, 이러한 정책 하의 회사에게는 좋은 선택이 아닙니다.

심냉법과 비교하여 VPSA는 저전력 소비, 짧은 시동 및 정지 시간, 유연한 부하 제어라는 장점이 있어 전기로(EAF) 제강의 요구를 가장 잘 충족시킵니다.

VPSA 산소 기술의 특징VPSA 산소 기술은 제올라이트 흡착제와 질소 분자 간의 강한 반응으로 인한 제올라이트 흡착제의 질소 흡착력을 통해 산소를 질소로부터 분리하며, 이 과정에서 산소는 흡착제를 통과합니다. 이 기술은 1950년대 프랙스에어(Praxair)에 의해 발명되었으며, 현재까지 베이징 북경대학교 파이오니어 기술회사(Beijing Peking University Pioneer Technology Company)의 촉진 하에 중국은 VPSA의 가장 큰 시장이 되었습니다.

VPSA 산소 플랜트 주요 구성은 동력 시스템(송풍기, 진공 펌프, PLC 시스템)과 흡착 시스템으로 이루어집니다. 원료 공기는 필터를 통해 먼지가 제거된 후 흡착탑으로 유입됩니다. 흡착탑에는 흡착제가 설치되어 있습니다. 전처리 과정을 거친 후, 공기 중의 수분, 이산화탄소 및 미량의 기타 성분이 흡착되고, 이후 질소가 제올라이트 흡착제에 흡착됩니다. 이 과정에서 산소와 아르곤은 흡착제를 통과하여 버퍼 탱크에 농축됩니다. 산소 순도는 50%에서 93% 사이로 조정 가능합니다.

이 과정이 일정 수준에 도달하면 흡착이 포화점에 이르며, 이때 진공 펌프가 흡착탑을 진공 상태로 만듭니다(흡착의 역과정). 수분, 이산화탄소, 질소 및 기타 미량 성분이 공기 중으로 탈착되고, 흡착제는 재생됩니다. 이러한 과정은 PLC 시스템에 의해 자동으로 제어됩니다.

VPSA 산소 기술의 장점 1. 낮은 전력 소비, 산소 1입방미터당 0.2위안 비용.
2. 동력 시스템(송풍기 및 진공 펌프)의 유지보수 비용이 낮습니다. 이는 용적형 장비이며 오일이 없어 유지보수가 용이합니다.
3. 높은 자동 제어 수준. 동력 시스템이 흡착 시스템과 동기화되어 작동하며, 한 번의 버튼으로 플랜트를 가동할 수 있습니다. 교대당 2명의 작업자가 필요하며, 상시 근무자는 필요하지 않습니다.
4. 유연한 부하 변동 운전. 부하 변동 비율은 타임 시퀀스를 통해 50%에서 100% 사이로 조정 가능합니다.
5. 신속한 시동 및 정지. 플랜트는 시동 후 20분 이내에 산소를 생산할 수 있습니다.
6. 짧은 건설 기간. 진공 펌프와 송풍기는 일반 장비이므로, 건설 시작부터 산소 생산까지 보통 6개월이 소요됩니다.

VPSA 산소 기술의 적용 중국 전기로(EAF) 제철소들은 기존의 심냉식 플랜트 또는 액체 산소 저장 탱크를 VPSA 산소 플랜트로 대체하기 시작했습니다. 저장성 완타이 특수강 회사, 준이 창링 특수강 회사, 루저우 이신 철강 회사, 츠저우 구이츠 구이항 금속 회사는 최근 몇 년간 기존 산소 플랜트를 VPSA 산소 플랜트로 교체했습니다.

VPSA 산소 기술은 93% 순도의 산소를 생산할 수 있으므로, 일부 전기로(EAF) 제철소들은 이 순도가 낮아 특수강 제조에 적합하지 않을까 우려합니다. 실제로 일반 강철 및 특수강 제조의 초기 공정은 동일하며, 이 과정에서 특수강의 조성을 변경하기 위해 일부 원소가 용광로에 첨가된 후, 탈탄을 위해 용광로에 산소가 주입됩니다. 최종적으로 강철이 생산되며, 정련에는 산소가 필요하지 않습니다. 따라서 특수강 제조와 일반 강철 제조의 본질은 동일합니다.

생성된 산소 가스에는 3%의 질소와 4%의 아르곤이 포함되어 있어, 일부 전기로(EAF) 제철소들은 질소가 특수강의 사양에 영향을 미칠 것을 우려합니다. 실제로 스프링 강, 베어링 강, 이음매 없는 강관과 같은 합금강에는 질소 함량에 대한 특정 요구 사항이 없으며, 특히 일반 강에는 요구 사항이 없습니다. 과도한 질소는 저온 충격 강(중국은 선박용 유정 강과 같은 저온 충격 강의 질소 함량에 대해 70ppm의 특정 요구 사항을 가짐)의 질소 함량 초과를 유발할 수 있습니다. 그러나 대부분의 전기로(EAF) 제강 회사는 이러한 저온 충격 강을 제조하지 않으므로 VPSA 산소 기술은 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

충분한 데이터 분석 후, 전기로(EAF) 산소 적용에 대한 풍부한 경험도 있습니다. 미국 회사인 프랙스에어(Praxair)는 장기간의 조사 후 VPSA 산소 기술이 EAF 공정에서 용강의 질소 함량을 증가시키지 않음을 입증했습니다. EAF 플랜트의 60%에서 70%가 제강을 위해 VPSA 산소 기술을 사용하고 있으며, 현재까지 전 세계적으로 거의 100개의 EAF 플랜트가 제강에 VPSA 산소 기술을 사용하고 있습니다. 이는 VPSA 산소 기술이 EAF 제강 요구 사항을 충족할 수 있음을 증명합니다.

회사 소개

베이징 북경대학교 파이오니어 기술 유한회사. (이하 "PIONEER"라 함)는 북경대학교 산하 기업으로, PSA 가스 분리 기술 및 장비, 관련 흡착제 및 촉매의 설계 및 제조를 주로 담당합니다. PIONEER는 화학, 철강, 비철 금속 야금, 유리 섬유, 제지, 전자, 폐기물 소각 및 수처리 산업을 위한 고급스럽고 성숙된 가스 분리 솔루션을 제공할 수 있습니다. 현재까지 200세트 이상의 중/대형 장비가 구축되었으며, 성능은 국제 선진 수준에 도달했습니다.