Применение вакуумной короткоцикловой адсорбции (VPSA) для производства кислорода в промышленности силиката натрия

В настоящее время производство силиката натрия (также известного как жидкое стекло) в Китае в основном опирается на два метода:

1.Твердофазный метод: использует кальцинированную соду и кварцевый песок в качестве сырья, которые плавятся при высоких температурах в печи с получением твердого силиката натрия.

2. Жидкофазный метод: использует каустическую соду и кварцевый песок в качестве сырья, которые реагируют при высокой температуре и давлении в реакторе с получением жидкого силиката натрия. Однако жидкофазный метод не позволяет производить силикат натрия с высоким модулем, что делает твердофазный метод преобладающим процессом.

В Китае твердофазное производство силиката натрия в основном использует регенеративные газовые тангенциальные пламенные ванные печи для подковообразного пламени. В 2020 году успешный ввод в эксплуатацию первой в Китае 80-метровой² кислородно-топливной печи компанией из Шаньдуна, производящей 200 тонн силиката натрия в сутки, знаменует собой переход к новой модели, где природный газ используется в качестве топлива и применяется кислородное обогащение горения.

Традиционные ванные печи с подковообразным пламенем в основном используют генераторный газ или природный газ в качестве топлива. В этих системах горение в печах осуществляется за счет кислорода из воздуха, нагнетаемого в печь. Однако воздух содержит лишь 20,95% кислорода, основную часть составляет азот, который не участвует в горении. При использовании только воздуха конструкция печи должна учитывать пространство, необходимое для расширения N2 при горении. Кроме того, азот уносит значительное количество тепловой энергии с выхлопными газами, увеличивая объем дымовых газов и приводя к образованию большего количества NOx-загрязнителей. Более того, из-за глобального дефицита энергии, роста цен на нефтехимическое топливо и ужесточения экологической политики процессы производства силиката натрия требуют постоянного совершенствования. Технология кислородно-обогащенной плавки, заменяющая воздух кислородом, эффективно решает эти проблемы.

Кислородно-обогащенная плавка помогает повысить температуру внутри печи, увеличить производительность оборудования, снизить энергопотребление и уменьшить выбросы дымовых газов. С экономической точки зрения, использование кислородно-обогащенной плавки увеличивает производительность печей одного масштаба примерно на 30%. Энергопотребление плавки снижается, при этом расход природного газа на тонну силиката натрия падает примерно на 30%. Кроме того, снижается потребление электроэнергии, необходимой для обработки выхлопных газов. Совокупная экономическая выгода от этой экономии — после вычета затрат на строительство, эксплуатацию и обслуживание оборудования для производства кислорода — является значительной. Основываясь на текущих эксплуатационных данных, экономическая выгода весьма благоприятна. Таким образом, по сравнению с традиционными методами с подачей воздуха, кислородно-обогащенная плавка обеспечивает более высокую интенсивность плавления, более низкий расход топлива и улучшенное воздействие на окружающую среду, демонстрируя значительный потенциал для широкого применения в производстве силиката натрия.

По сравнению с традиционным криогенным разделением воздуха, VPSA- (вакуумная короткоцикловая адсорбция) производство кислорода имеет множество преимуществ, таких как более простой процесс, более высокая безопасность, более низкие капитальные вложения и энергопотребление, сниженные эксплуатационные расходы и более высокая степень автоматизации. Его ограничения заключаются в отсутствии побочных продуктов (N2 и Ar) и более низких уровнях чистоты (≤95%). В производстве силиката натрия N2 и Ar обычно не требуются в реакции, и в целом необходим обогащенный кислород с концентрацией 24%~90%, что хорошо согласуется с возможностями VPSA. Например, упомянутая компания в Шаньдуне использует полностью кислородно-топливные печи для производства примерно 73 000 тонн силиката натрия в год. В 2020 году она установила установку VPSA для производства кислорода (2,200 Нм³/ч, 93%), спроектированная компанией PKU Pioneer. Кислородная установка отличается короткими сроками строительства, небольшой занимаемой площадью и низкими инвестиционными затратами, работает стабильно.

Таким образом, технология получения кислорода методом вакуумно-адсорбционной короткоцикловой адсорбции (VPSA) полностью соответствует потребностям в кислороде для кислородно-топливных печей, используемых в производстве силиката натрия. Использование технологии VPSA для достижения обогащенного кислородом горения вместо атмосферного воздуха позволяет производителям твердофазного силиката натрия значительно повысить эффективность производства и получить существенную экономическую выгоду.

Имея 25-летний богатый опыт в области генерации кислорода методами VPSA/PSA, компания PKU Pioneer также добилась выдающихся успехов в кислородно-обогащенное горение таких отраслях, как сталелитейная, цветная металлургия, цементная, сжигание отходов, производство литий-ионных аккумуляторов и др. Мы предоставили профессиональные и передовые решения для кислородных установок почти 150 крупным отечественным и зарубежным предприятиям черной и цветной металлургии, помогая клиентам достичь множества целей, включая расширение выпуска, контроль затрат и защиту окружающей среды. На сегодняшний день компания PKU Pioneer, крупнейший в мире поставщик кислородного оборудования, поставила более 300 эффективных и надежных установок генерации кислорода VPSA/PSA в более чем 20 промышленных секторах, с присутствием в регионах, включая Азию, Европу, Южную Америку, Африку и др.