En la producción siderúrgica y química, un suministro continuo y estable de oxígeno afecta directamente la producción, el consumo de energía y la seguridad operativa. En comparación con la compra tradicional de oxígeno líquido,-los generadores de oxígeno industriales in situ se están convirtiendo en una opción práctica para muchos fabricantes. Shenger Gas, como actor en el campo de la separación de gases, se centra en cómo las tecnologías de generación de oxígeno se adaptan a las diferentes condiciones del mundo real-. Este artículo analiza cómo los generadores de oxígeno industriales aportan valor a los sectores químico y del acero, y qué se debe tener en cuenta al seleccionar un sistema.
Industria del acero: del enriquecimiento de oxígeno al soporte de altos hornos
La producción de acero consume grandes cantidades de oxígeno. En promedio, para producir una tonelada de acero bruto se necesitan entre 100 y 150 metros cúbicos de oxígeno puro. Las principales aplicaciones incluyen:
1. Inyección en alto horno enriquecido con oxígeno-
Agregar oxígeno puro al aire del alto horno aumenta la temperatura de combustión en la tobera, permite una mayor inyección de carbón pulverizado y reduce el uso de coque. En la práctica, cada aumento del 1% en el enriquecimiento de oxígeno aumenta la inyección de carbón entre 15 y 20 kg por tonelada de hierro y reduce el consumo de coque entre 5 y 8 kg por tonelada de hierro. Los generadores de oxígeno industriales proporcionan una concentración de oxígeno del 90 % al 99,6 %. Tanto las unidades VPSA (adsorción por cambio de presión de vacío) como las unidades de separación de aire criogénicas pueden satisfacer la demanda continua de oxígeno de los altos hornos.
2. Fabricación de acero con horno de oxígeno básico (BOF)
Los procesos BOF requieren oxígeno de alta-pureza (mayor o igual al 99,5 %) para la descarburación y el control de la temperatura. La demanda de oxígeno fluctúa bruscamente, con caudales máximos que alcanzan entre 20.000 y 80.000 Nm³/h. Las unidades criogénicas de separación de aire manejan altos caudales y alta pureza, mientras que el respaldo de oxígeno líquido garantiza la estabilidad. El nitrógeno y el argón como subproductos también mejoran la economía general.
3. Horno de arco eléctrico (EAF) y refinación en cuchara
La fusión EAF se beneficia de la combustión asistida por oxígeno-, lo que acorta los ciclos de fusión. En los hornos de refinación de cuchara (LF), el oxígeno favorece las reacciones de desulfuración y desfosforización. Estas aplicaciones requieren un suministro de oxígeno intermitente de 0,8 a 1,2 MPa. Los generadores de oxígeno VPSA, con su capacidad de arranque-arranque flexible y un mantenimiento más sencillo, son adoptados por muchas plantas siderúrgicas-de tamaño mediano.
Consejo de selección
Para las grandes acerías integradas que producen más de 3 millones de toneladas al año, la separación criogénica del aire con respaldo líquido es la opción estándar. Para molinos más pequeños de menos de 1 millón de toneladas, o para el enriquecimiento de hornos de calentamiento, las unidades VPSA ofrecen entre un 30% y un 40% menos de inversión inicial y entre un 15% y un 25% menos de costos operativos generales.
Industria química: demanda rígida de oxidación y gasificación
Las plantas químicas son más exigentes en lo que respecta a la pureza, presión y confiabilidad del oxígeno, porque el costo del oxígeno afecta directamente los márgenes del producto final.
1. Producción de amoníaco y metanol.
En la producción de amoníaco a base de gas natural o carbón-, se requiere oxígeno puro para la gasificación por oxidación parcial para producir gas de síntesis (CO + H₂). La pureza del oxígeno debe ser al menos del 99,5 %, con límites estrictos para impurezas como el argón. Para producir una tonelada de amoníaco se consumen entre 700 y 850 Nm³ de oxígeno. Los grandes proyectos químicos suelen instalar unidades criogénicas de separación de aire, que también suministran nitrógeno para purgar y sellar.
2. Óxido de etileno/etilenglicol (EO/EG)
El catalizador utilizado para oxidar el etileno en óxido de etileno es muy sensible a la pureza del oxígeno. El contenido de metano en oxígeno debe permanecer por debajo del 0,1% y el azufre total por debajo de 0,1 ppm. Este tipo de aplicación requiere producción criogénica de oxígeno, seguida de pasos adicionales de desulfuración y secado.
3. Gasificación del carbón y IGCC
Las tecnologías de gasificación de flujo arrastrado- (como Shell, GSP o diseños de quemadores múltiples- opuestos) necesitan oxígeno a entre 4,0 y 8,5 MPa con un flujo estable. El estándar de la industria es la producción criogénica de oxígeno combinada con bombas de oxígeno líquido a alta-presión y vaporización. Para gasificadores de lecho fijo-de presión-baja, el aire enriquecido con oxígeno- entre un 90% y un 93% puede mejorar la intensidad de la gasificación. En esos casos, las unidades VPSA ofrecen una alternativa de menor-costo.
4. Tratamiento de aguas residuales y oxidación del ozono.
Los parques industriales químicos utilizan con frecuencia la oxidación con ozono para descomponer los compuestos orgánicos refractarios en las aguas residuales. La generación de ozono requiere una alimentación de oxígeno. Son suficientes caudales pequeños (inferiores o iguales a 500 Nm³/h) con una pureza del 90 al 95 %. Los generadores de oxígeno compactos PSA son una buena opción aquí - funcionan automáticamente, requieren poco espacio y pueden instalarse al aire libre.
Indicador clave de costos
En proyectos químicos, calcular el costo del oxígeno por unidad de producto es esencial. Si los costos de electricidad superan los 0,6 yuanes/kWh y la demanda de oxígeno es estable, las unidades criogénicas muestran una mejor eficiencia. Si la electricidad es más barata y no hay demanda de subproductos (argón, helio), los generadores de oxígeno VPSA consumen solo entre 0,35 y 0,45 kWh por Nm³ (con un 90 % de pureza), - una opción rentable-para productos químicos finos o inversiones en productos químicos de carbón en etapa temprana-.
Comparación de tecnologías de generadores de oxígeno industriales
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Parámetro |
Separación criogénica de aire |
VPSA |
PSA |
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Pureza del oxígeno |
99.5%–99.99% |
90%–94% |
90%–95% |
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Capacidad típica |
1.000–100,000+ Nm³/h |
100–8.000 Nm³/h |
5–500 Nm³/h |
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Hora de inicio- |
6 a 24 horas (arranque en frío) |
15 a 30 minutos |
5 a 10 minutos |
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Lo mejor para |
Recuperación de subproductos a gran escala y alta pureza |
Uso a mediana escala, flexible o por lotes |
Operación desatendida a pequeña escala |
En algunos proyectos reales, las plantas utilizan una combinación: unidades criogénicas para la producción principal (alta pureza) y VPSA para la demanda de oxígeno de menor-grado (por ejemplo, tratamiento ambiental). Esto equilibra los costos de capital y energía.
Tres factores del mundo real-que afectan el rendimiento del generador de oxígeno
Según los comentarios de múltiples sitios operativos, estos factores merecen atención antes de la selección:
1. Calidad del aire de entrada
Las plantas siderúrgicas y las instalaciones químicas suelen liberar al aire SO₂, NOx, polvo e hidrocarburos. Para las unidades criogénicas, esto significa agregar adsorbentes de tamiz molecular y programar una limpieza periódica. Para los sistemas VPSA, el tamiz molecular de zeolita tiene una tolerancia limitada a los gases ácidos. El aire de entrada debe pasar a través de torres de desulfuración y filtros de alta-eficiencia; de lo contrario, la vida útil del tamiz molecular puede disminuir de 5 a 8 años a 2 a 3 años.
2. Tasa de ventilación y flexibilidad de carga
La demanda de oxígeno de las plantas siderúrgicas puede variar entre un 30 % y un 40 % entre las horas pico y las horas valle. Las unidades criogénicas necesitan tanques de almacenamiento de oxígeno líquido para reducir los picos o integrarse con un sistema de argón. Las unidades VPSA ajustan la carga entre 50 % y 100 % cambiando la velocidad del soplador y el tiempo de adsorción, pero la respuesta tarda unos 30 segundos - lo suficientemente rápido para la mayoría de los molinos.
3. Capacidad del equipo de mantenimiento
La separación criogénica de aire requiere operadores capacitados que comprendan la turbomaquinaria, el control de la columna de destilación y los procedimientos de alivio de seguridad. La formación dura entre 6 y 12 meses. Las unidades PSA y VPSA funcionan con automatización basada en PLC-. El mantenimiento diario consiste principalmente en cambiar los filtros y rellenar el tamiz molecular, lo que los hace adecuados para equipos más pequeños.
En los últimos dos años, las oscilaciones de los precios de la energía y la presión para reducir las emisiones de carbono han llevado a muchas plantas químicas y siderúrgicas a re-evaluar-la generación de oxígeno in situ. Dos enfoques están ganando terreno. Uno de ellos es utilizar el calor residual del agua de lavado de escoria de alto horno para precalentar el gas de regeneración del tamiz molecular, reduciendo el uso de vapor. El otro es el uso creciente de enriquecimiento de oxígeno de baja-pureza (25%-35%) en hornos de recalentamiento y hornos rotatorios, lo que ha impulsado la demanda de muchos pequeños generadores de oxígeno VPSA.
Elegir un generador de oxígeno no se trata sólo de comparar los precios de los equipos. Debe tener en cuenta la pureza del oxígeno, la presión, la variación del flujo, el costo de la electricidad, el precio por el que se pueden vender los subproductos y los intervalos de mantenimiento -, todo ello en el costo final por tonelada de oxígeno. Shenger Gas ofrece consejos bastante sencillos a los clientes: primero, realice un seguimiento honesto de sus datos de uso de oxígeno durante seis meses y luego decida la ruta del proceso. De lo contrario, pagará de más por funciones que nunca utilizará o se quedará atrapado en un cuello de botella que no podrá solucionar.
