VPSA OXYGEN: Beautiful Oxygen Supply for EAF Steel Making

ภูมิหลัง

ในเดือนกรกฎาคม 2016 มีข่าวจาก CCTV ว่าบริษัทเจียงซูหัวต้าสตีลผลิตเหล็กคุณภาพต่ำ และหลังจากนั้นรัฐบาลก็มุ่งเน้นปรับปรุงอุตสาหกรรมนี้ จนถึงสิ้นเดือนมิถุนายน 2017 มีบริษัทเหล็กคุณภาพต่ำมากกว่า 700 แห่งถูกปิดตัวลง และกำลังการผลิตรวม 0.14 พันล้านลดลงตามไปด้วย

ด้วยการดำเนินนโยบายปฏิรูปอุปทานและการลดกำลังการผลิต โดยเฉพาะภายใต้ภูมิหลังของการห้ามบริษัทเหล็กคุณภาพต่ำ อุตสาหกรรมเหล็กเริ่มมีกำไร และราคาเศษเหล็กแตะจุดต่ำสุดแล้วเริ่มสูงขึ้น ในระยะยาว การขยายกระบวนการสั้นและการลดกระบวนการยาวเป็นมาตรการสำคัญในการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเหล็ก EAF เป็นเป้าหมายหนึ่งของการพัฒนาที่ยั่งยืนสำหรับอุตสาหกรรมเหล็ก

จากพื้นฐานดังกล่าว เตาไฟฟ้า EAF กลับมาผลิตอีกครั้งและมีโครงการใหม่เพิ่มขึ้นในจีน ในขณะเดียวกัน เทคโนโลยีและกระบวนการใหม่ ๆ ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติมากขึ้น ซึ่งต้องพึ่งพาออกซิเจนมากขึ้น ในกระบวนการผลิตเหล็ก EAF ออกซิเจนถูกใช้ในหลายด้าน เช่น การเติมน้ำมันออกซิเจน หัวเผาออกซิเจน การเผาไหม้รอง การผสมเหล็กหลอม ฯลฯ ออกซิเจนมีบทบาทสำคัญ เช่น การเพิ่มกำลังการผลิต การลดระยะเวลา การรักษาอุณหภูมิของวัสดุทนไฟ การลดการใช้เชื้อเพลิง ดังนั้น โรงผลิตออกซิเจน VPSA ที่ประหยัดและเสถียรจึงเป็นตัวเลือกแรกสำหรับบริษัทผลิตเหล็ก EAF

สถานะความต้องการออกซิเจนและจุดเจ็บปวด วิธีการผลิตออกซิเจนแบบดั้งเดิมสำหรับ EAF คือการแยกที่อุณหภูมิต่ำ หรือที่เรียกว่าการแยกส่วนที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งถูกค้นพบโดยศาสตราจารย์ลินเดอ ในความเป็นจริง มันเป็นเทคโนโลยีแก๊สเหลวสำหรับเครื่องจักร ซึ่งแยกออกซิเจนจากอากาศด้วยจุดเดือดที่แตกต่างกันผ่านกระบวนการ เช่น การอัดแก๊สแบบขยายตัวแบบ throttling หรือการขยายตัวอะเดียแบติก การทำความเย็น ฯลฯ

มีลักษณะหลายประการของระบบแยกที่อุณหภูมิต่ำดังนี้ ความบริสุทธิ์สูง ใช้พลังงานสูง เมื่อกำลังการผลิตเพิ่มขึ้น ต้นทุนต่อลูกบาศก์เมตรของออกซิเจนอยู่ที่ 0.3 ถึง 1.0 หยวน ในขณะเดียวกัน การผลิตเหล็ก EAF มีความต้องการออกซิเจนที่ไม่สม่ำเสมอ ในขณะที่ระบบแยกที่อุณหภูมิต่ำมีความสม่ำเสมอ ดังนั้น ในกระบวนการแยกที่อุณหภูมิต่ำ ออกซิเจนที่ผลิตเกินจะถูกปล่อยสู่อากาศ และอัตรานี้ประมาณ 10% หรือแม้แต่ 20%

ด้วยความเจริญเติบโตของการผลิตเหล็ก EAF ในช่วงสองปีที่ผ่านมา ยังคงมีบริษัท EAF หลายแห่งที่ขาดแคลนออกซิเจน บริษัทเหล่านั้นต้องซื้อออกซิเจนเหลวเป็นระยะเวลานานเพื่อสร้าง โรงงานออกซิเจน ของตนเอง เนื่องจากความต้องการออกซิเจนที่ร้อนแรงในอุตสาหกรรมเหล็ก ต้นทุนออกซิเจนอยู่ที่ 1200 ถึง 3000 หยวนต่อตัน นั่นคือ 1.7 ถึง 4.3 หยวนต่อลูกบาศก์เมตรของออกซิเจน ซึ่งแพงกว่าค่าเฉลี่ยในอุตสาหกรรมเหล็กมาก

สำหรับบริษัทเหล็กบางแห่ง ภายใต้นโยบายอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมและข้อจำกัดของแหล่งจ่ายไฟฟ้า โรงผลิตออกซิเจนของพวกเขาจะหยุดทำงานโดยไม่คาดคิด ส่งผลให้การผลิตตกอยู่ในสถานการณ์ที่น่าอับอาย การเริ่มต้นและหยุดเดินเครื่องสำหรับโรงผลิตออกซิเจนที่อุณหภูมิต่ำใช้เวลาอย่างน้อย 2 ถึง 3 วัน ดังนั้นจึงไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีสำหรับบริษัทภายใต้นโยบายดังกล่าว

เมื่อเปรียบเทียบกับระบบแยกที่อุณหภูมิต่ำ VPSA มีข้อดีดังต่อไปนี้ ใช้พลังงานต่ำ ใช้เวลาเริ่มต้นและหยุดสั้น การควบคุมโหลดที่ยืดหยุ่น ซึ่งตอบสนองความต้องการของการผลิตเหล็ก EAF ได้ดีที่สุด

ลักษณะของเทคโนโลยีออกซิเจน VPSA เทคโนโลยีออกซิเจน VPSA แยกออกซิเจนจากไนโตรเจนโดยการดึงดูดไนโตรเจนของซีโอไลต์ตัวดูดซับ เนื่องจากปฏิกิริยาที่รุนแรงระหว่างซีโอไลต์กับโมเลกุลไนโตรเจน ในระหว่างนั้นออกซิเจนจะผ่านตัวดูดซับ เทคโนโลยีนี้ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1950 โดยบริษัทแพรกแซร์ และจนถึงปัจจุบัน ภายใต้การส่งเสริมของบริษัทปักกิ่งปักกิ่งยูนิเวอร์ซิตี้ไพโอเนียร์เทคโนโลยี จีนได้กลายเป็นตลาดที่ใหญ่ที่สุดของ VPSA

โรงผลิตออกซิเจน VPSA ประกอบด้วยระบบกำลัง (โบลเวอร์ ปั๊มสุญญากาศ ระบบ PLC) และระบบดูดซับ โดยอากาศดิบจะถูกป้อนเข้าไปในภาชนะดูดซับหลังจากผ่านการกรองด้วยตัวกรอง ภาชนะเหล่านี้ติดตั้งตัวดูดซับ หลังจากการบำบัดล่วงหน้า น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และส่วนประกอบอื่น ๆ เล็กน้อยในอากาศจะถูกดึงดูด และต่อมาไนโตรเจนจะถูกดึงดูดโดยตัวดูดซับซีโอไลต์ ในกระบวนการนี้ ออกซิเจนและอาร์กอนจะไหลผ่านตัวดูดซับและเข้มข้นขึ้นในถังพัก ความบริสุทธิ์ของออกซิเจนสามารถปรับได้ระหว่าง 50% ถึง 93%

เมื่อกระบวนการนี้ดำเนินไปถึงระดับหนึ่ง การดูดซับถึงจุดอิ่มตัว ซึ่งปั๊มสุญญากาศจะทำให้ภาชนะเป็นสุญญากาศ (กระบวนการย้อนกลับเทียบกับการดูดซับ) น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และส่วนประกอบอื่น ๆ เล็กน้อยจะถูกคายออกสู่อากาศ และตัวดูดซับจะถูกสร้างขึ้นใหม่ กระบวนการดังกล่าวถูกควบคุมโดยอัตโนมัติด้วยระบบ PLC

ข้อดีของเทคโนโลยีออกซิเจน VPSA 1. ใช้พลังงานต่ำ และต้นทุนต่อลูกบาศก์เมตรของออกซิเจน 0.2 หยวน
2. ต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำสำหรับระบบกำลัง (โบลเวอร์และปั๊มสุญญากาศ) เนื่องจากเป็นอุปกรณ์แบบปริมาตรแทนที่และไม่มีน้ำมัน ซึ่งง่ายต่อการบำรุงรักษา
3. การควบคุมอัตโนมัติสูง ระบบกำลังทำงานพร้อมกันกับระบบดูดซับ และปุ่มเดียวก็จะเริ่มเดินเครื่อง ใช้พนักงานสองคนต่อกะ และไม่มีพนักงานประจำ
4. การทำงานลดโหลดที่ยืดหยุ่น สามารถปรับอัตราการลดโหลดได้ระหว่าง 50% ถึง 100% โดยลำดับเวลา
5. การเริ่มต้นและหยุดอย่างรวดเร็ว เครื่องสามารถผลิตออกซิเจนได้ 20 นาทีหลังจากเริ่มต้น
6. ระยะเวลาก่อสร้างสั้น ปั๊มสุญญากาศและโบลเวอร์เป็นอุปกรณ์ทั่วไป ดังนั้นโดยปกติใช้เวลา 6 เดือนตั้งแต่การก่อสร้างจนถึงการผลิตออกซิเจน

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีออกซิเจน VPSA โรงผลิตเหล็ก EAF ของจีนได้เริ่มเปลี่ยนจากโรงผลิตออกซิเจนที่อุณหภูมิต่ำหรือถังเก็บออกซิเจนเหลวมาเป็นโรงผลิตออกซิเจน VPSA บริษัทเจ้อเจียงวันไทสเปเชียลสตีล บริษัทจุนอี้ชางหลิงสเปเชียล บริษัทหลูโจวอี้ซินสตีล บริษัทฉือโจวกุยฉีกุยหางเมทัล ได้เปลี่ยนโรงผลิตออกซิเจนเดิมเป็นโรงผลิตออกซิเจน VPSA ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

เทคโนโลยีออกซิเจน VPSA สามารถผลิตออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์ 93% ดังนั้นบริษัท EAF บางแห่งกังวลว่าความบริสุทธิ์นี้ต่ำและไม่เหมาะสำหรับการผลิตเหล็กพิเศษ จริง ๆ แล้ว กระบวนการเริ่มต้นของการผลิตเหล็กธรรมดาและการผลิตเหล็กพิเศษนั้นเหมือนกัน ในระหว่างนั้นมีการเติมธาตุบางอย่างลงในเตาเพื่อเปลี่ยนองค์ประกอบของเหล็กพิเศษ จากนั้นป้อนออกซิเจนเข้าไปในเตาเพื่อกำจัดคาร์บอน สุดท้ายได้เหล็ก และไม่จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนในการกลั่นละเอียด ดังนั้น สาระสำคัญของการผลิตเหล็กพิเศษและการผลิตเหล็กธรรมดาจึงเหมือนกัน

ในก๊าซออกซิเจนที่ผลิตได้มีไนโตรเจน 3% และอาร์กอน 4% ดังนั้นบริษัท EAF บางแห่งจึงกังวลว่าไนโตรเจนจะส่งผลต่อข้อกำหนดของเหล็กพิเศษ จริงๆ แล้วไม่มีข้อกำหนดที่แน่นอนเกี่ยวกับปริมาณไนโตรเจนในเหล็กโลหะผสม เช่น เหล็กสปริง เหล็กแบริ่ง และเหล็กท่อไร้รอยต่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่มีข้อกำหนดในเหล็กธรรมดา ปริมาณไนโตรเจนที่มากเกินไปอาจทำให้ปริมาณไนโตรเจนเกินมาตรฐานสำหรับเหล็กทนแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำ (จีนมีข้อกำหนดเฉพาะ 70ppm สำหรับปริมาณไนโตรเจนในเหล็กทนแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำ เช่น เหล็กที่ใช้ในบ่อน้ำมันสำหรับเรือ) อย่างไรก็ตาม บริษัทเหล็ก EAF จำนวนมากไม่ได้ผลิตเหล็กทนแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำเช่นนี้ ดังนั้นเทคโนโลยีออกซิเจน VPSA จึงมีศักยภาพสูง

หลังจากวิเคราะห์ข้อมูลอย่างเพียงพอ ก็มีประสบการณ์มากมายเกี่ยวกับการใช้ก๊าซออกซิเจนในเตา EAF บริษัท Praxair ของอเมริกาได้พิสูจน์แล้วว่าเทคโนโลยีออกซิเจน VPSA จะไม่เพิ่มปริมาณไนโตรเจนในเหล็กหลอมเหลวในกระบวนการ EAF หลังจากสำรวจเป็นเวลานาน โรงงาน EAF 60% ถึง 70% ใช้เทคโนโลยีออกซิเจน VPSA สำหรับการผลิตเหล็ก และจนถึงปัจจุบัน มีโรงงาน EAF เกือบ 100 แห่งทั่วโลกที่ใช้เทคโนโลยีออกซิเจน VPSA ในการผลิตเหล็ก ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าเทคโนโลยีออกซิเจน VPSA สามารถตอบสนองความต้องการของการผลิตเหล็กในเตา EAF

ข้อมูลบริษัท

บริษัท ปักกิ่ง ปักกิ่ง ยูนิเวอร์ซิตี้ ไพโอเนียร์ เทคโนโลยี จำกัด. (ต่อไปนี้จะเรียกว่า "PIONEER") ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของมหาวิทยาลัยปักกิ่ง ดำเนินธุรกิจหลักด้านการออกแบบและผลิตเทคโนโลยีและอุปกรณ์แยกก๊าซด้วย PSA รวมถึงตัวดูดซับและตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้อง PIONEER สามารถให้โซลูชันการแยกก๊าซที่ทันสมัยและครบวงจรสำหรับอุตสาหกรรมเคมี เหล็ก โลหะนอกกลุ่มเหล็ก เส้นใยแก้ว การผลิตกระดาษ อิเล็กทรอนิกส์ การเผาขยะ และการบำบัดน้ำ ปัจจุบันได้ติดตั้งอุปกรณ์ขนาดกลาง/ใหญ่ไปแล้วกว่า 200 ชุด โดยมีประสิทธิภาพถึงมาตรฐานสากลขั้นสูง