Aplicação da Geração de Oxigênio por Adsorção por Oscilação de Pressão a Vácuo (VPSA) na Indústria de Silicato de Sódio

Atualmente, a produção de silicato de sódio (também conhecido como vidro líquido) na China depende principalmente de 2 métodos:

1.Método de Fase Sólida: utiliza carbonato de sódio e areia de quartzo como matérias-primas, que são fundidos a altas temperaturas em um forno para produzir silicato de sódio sólido.

2. Método de Fase Líquida: utiliza soda cáustica e areia de quartzo como matérias-primas, que reagem sob alta temperatura e pressão em um reator para produzir silicato de sódio líquido. No entanto, o método de fase líquida não consegue produzir silicato de sódio de alto módulo, tornando o método de fase sólida o processo predominante.

Na China, a produção de silicato de sódio por fase sólida utiliza principalmente fornos de tanque de chama de ferradura a gás total com armazenamento de calor. Em 2020, o comissionamento bem-sucedido do primeiro forno oxicombustível de 80m² na China por uma empresa de Shandong, produzindo 200 toneladas por dia de silicato de sódio, marca uma mudança em direção a um novo modelo onde o gás natural é utilizado como combustível e a combustão enriquecida com oxigênio é incorporada.

Os fornos de tanque de chama de ferradura tradicionais usam principalmente gás de carvão ou gás natural como combustível. Nestes sistemas, a combustão nesses fornos é facilitada pelo oxigênio do ar soprado para dentro do forno. No entanto, o ar contém apenas 20,95% de oxigênio, sendo a maior parte nitrogênio, que não auxilia na combustão. Quando apenas o ar é usado, o projeto do forno deve considerar o espaço necessário para a expansão do N2 durante a combustão. Além disso, o nitrogênio carrega uma quantidade substancial de energia térmica através dos gases de exaustão, aumentando o volume de gases de combustão e resultando em mais poluentes NOx. Além disso, devido à escassez global de energia, ao aumento dos preços dos combustíveis petroquímicos e às políticas ambientais cada vez mais rigorosas, os processos de produção de silicato de sódio exigem melhoria contínua. A tecnologia de fusão enriquecida com oxigênio, que substitui o ar por oxigênio, aborda efetivamente esses desafios.

A fusão enriquecida com oxigênio ajuda a aumentar a temperatura interna do forno, melhorar a capacidade de processamento do equipamento, reduzir o consumo de energia e diminuir as emissões de gases de combustão. Economicamente, o uso da fusão enriquecida com oxigênio aumenta a capacidade de produção em cerca de 30% para fornos de mesmo porte. O consumo de energia de fusão é reduzido, com o consumo de gás natural por tonelada de silicato de sódio caindo cerca de 30%. Além disso, o consumo de energia elétrica necessário para o tratamento dos gases de exaustão diminui. Os benefícios econômicos totais dessas economias – após deduzir os custos de construção, operação e manutenção do equipamento de geração de oxigênio — são substanciais. Com base nos dados operacionais atuais, os benefícios econômicos são altamente favoráveis. Portanto, em comparação com os métodos tradicionais de injeção de ar, a fusão enriquecida com oxigênio proporciona maior intensidade de fusão, menor consumo de combustível e melhor impacto ambiental, mostrando grande potencial para uso generalizado na produção de silicato de sódio.

Em comparação com a separação criogênica de ar tradicional, a geração de oxigênio por VPSA (Adsorção por Oscilação de Pressão a Vácuo) tem muitas vantagens, como processo mais simples, maior segurança, menor investimento e consumo de energia, despesas operacionais reduzidas e maior automação. Suas limitações residem na falta de subprodutos (N2 e Ar) e níveis de pureza mais baixos (≤95%). Na produção de silicato de sódio, N2 e Ar não são tipicamente necessários na reação, e geralmente é necessário oxigênio enriquecido de 24% a 90%, alinhando-se bem com as capacidades da VPSA. Por exemplo, a empresa em Shandong usa fornos totalmente oxicombustíveis para produzir aproximadamente 73.000 toneladas de silicato de sódio anualmente. Em 2020, instalou uma unidade de geração de oxigênio VPSA (2.200Nm³/h, 93%) projetada pela PKU Pioneer. A planta de oxigênio apresenta curto período de construção, pequena pegada e baixo custo de investimento e tem operado de forma estável.

Em resumo, a tecnologia de geração de oxigênio VPSA alinha-se estreitamente com os requisitos de oxigênio dos fornos oxicombustíveis usados na indústria de silicato de sódio. Utilizar a tecnologia VPSA para alcançar a combustão enriquecida com oxigênio em vez do ar ambiente para combustão permite que os fabricantes de silicato de sódio por fase sólida melhorem significativamente a eficiência da produção e criem benefícios econômicos substanciais.

Com 25 anos de rica experiência em geração de oxigênio VPSA/PSA, a PKU Pioneer também alcançou um sucesso notável no combustão enriquecida com oxigênio para indústrias como siderurgia, metalurgia não ferrosa, cimento, incineração de resíduos, baterias de lítio, etc. Fornecemos soluções profissionais e avançadas de plantas de oxigênio para quase 150 grandes empresas siderúrgicas e metalúrgicas, tanto domésticas quanto internacionais, ajudando os clientes a atingir múltiplos objetivos, incluindo expansão da produção, controle de custos e proteção ambiental. Até o momento, a PKU Pioneer forneceu mais de 300 unidades eficientes e confiáveis de geração de oxigênio VPSA/PSA em mais de 20 setores industriais como o maior fornecedor mundial de equipamentos de oxigênio, com presença em regiões como Ásia, Europa, América do Sul, África, etc.