철강 및 화학 산업에 산업용 산소 발생기 적용

제철 및 화학 생산에서 지속적이고 안정적인 산소 공급은 생산량, 에너지 소비 및 운영 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 기존의 액체 산소 구매와 비교하여, -현장 산업용 산소 발생기는 많은 제조업체에서 실용적인 선택이 되고 있습니다. 가스 분리 분야의 기업인 Shenger Gas는 산소 생성 기술이 다양한 실제 조건에 어떻게 부합하는지에 중점을 두고 있습니다.- 이 기사에서는 산업용 산소 발생기가 철강 및 화학 분야에 어떻게 가치를 부여하는지, 그리고 시스템을 선택할 때 고려해야 할 사항에 대해 살펴봅니다.

철강 산업: 산소 농축부터 용광로 지원까지

철강 생산에는 많은 양의 산소가 소비됩니다. 평균적으로 1톤의 조강을 생산하려면 약 100~150m3의 순수 산소가 필요합니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

1. 산소-부화 고로 주입
고로 공기에 순수한 산소를 첨가하면 풍구의 연소 온도가 증가하고, 더 많은 미분탄 주입이 가능하며, 코크스 사용량이 감소합니다. 실제로 산소 농축이 1% 증가할 때마다 석탄 주입은 철 1톤당 15~20kg 증가하고 코크스 소비는 철 1톤당 약 5~8kg 감소합니다. 산업용 산소 발생기는 90% ~ 99.6%의 산소 농도를 제공합니다. VPSA(진공 압력 변동 흡착)와 극저온 공기 분리 장치 모두 용광로의 지속적인 산소 요구량을 충족할 수 있습니다.

2. 순산소로(BOF) 제강
BOF 공정에는 탈탄 및 온도 제어를 위해 고순도{0}}산소(99.5% 이상)가 필요합니다. 산소 수요는 급격하게 변동하며 최대 유량은 20,000~80,000Nm³/h에 이릅니다. 극저온 공기 분리 장치는 높은 유속과 고순도를 처리하는 동시에 액체 산소 백업은 안정성을 보장합니다. 부산물인 질소와 아르곤도 전반적인 경제성을 향상시킵니다.

3. 전기로(EAF) 및 레이들 정련
EAF 용해는 산소-보조 연소의 이점을 활용하여 용해 주기를 단축합니다. 레이들 정련로(LF)에서 산소는 탈황 및 탈인 반응을 지원합니다. 이러한 응용 분야에는 0.8–1.2 MPa의 간헐적인 산소 공급이 필요합니다. 유연한 시작-기능과 보다 쉬운 유지 관리 기능을 갖춘 VPSA 산소 발생기는 많은 중형 철강 공장에서 채택되고 있습니다.-

선택 팁
연간 300만 톤 이상을 생산하는 대규모 일관 제철소의 경우 액체 백업을 통한 극저온 공기 분리가 표준 선택입니다. 100만 톤 미만의 소규모 공장이나 가열로 강화의 경우 VPSA 장치는 초기 투자 비용이 30~40% 더 낮고 전체 운영 비용이 15~25% 더 낮습니다.

화학 산업: 산화 및 가스화에 대한 엄격한 수요

산소 비용이 최종 제품 마진에 직접적인 영향을 미치기 때문에 화학 공장에서는 산소 순도, 압력 및 신뢰성이 더욱 까다롭습니다.

1. 암모니아 및 메탄올 생산
천연가스 또는 석탄{0}}기반 암모니아 생산에서는 합성가스(CO + H2)를 생산하기 위한 부분 산화 가스화에 순수한 산소가 필요합니다. 산소 순도는 99.5% 이상이어야 하며 아르곤과 같은 불순물에 대한 엄격한 제한이 적용됩니다. 1톤의 암모니아를 생산하려면 약 700~850Nm3의 산소가 소비됩니다. 대규모 화학 프로젝트에서는 일반적으로 퍼지 및 밀봉을 위해 질소를 공급하는 극저온 공기 분리 장치를 설치합니다.

2. 에틸렌옥사이드/에틸렌글리콜(EO/EG)
에틸렌을 산화에틸렌으로 산화시키는 데 사용되는 촉매는 산소 순도에 매우 민감합니다. 산소의 메탄 함량은 0.1% 미만으로 유지되어야 하며 총 황은 0.1ppm 미만으로 유지되어야 합니다. 이러한 종류의 적용에는 극저온 산소 생산이 필요하며, 이어서 추가적인 탈황 및 건조 단계가 필요합니다.

3. 석탄가스화 및 IGCC
연행-흐름 가스화 기술(예: Shell, GSP 또는 반대 다중{1}}버너 설계)에는 안정적인 흐름과 함께 4.0~8.5 MPa의 산소가 필요합니다. 업계 표준은 고압 액체 산소 펌프 및 기화와 결합된 극저온 산소 생산입니다. 저압-고정-층 가스화기의 경우 90~93%의 산소가 풍부한-공기가 가스화 강도를 향상시킬 수 있습니다. 이러한 경우 VPSA 장치는 더 저렴한-비용의 대안을 제공합니다.

4. 폐수처리 및 오존산화
화학 산업 단지에서는 폐수에 있는 난치성 유기 화합물을 분해하기 위해 오존 산화를 자주 사용합니다. 오존 생성에는 산소 공급이 필요합니다. 90~95% 순도의 작은 유량(500Nm³/h 이하)이면 충분합니다. 소형 PSA 산소 발생기는 여기에 적합합니다. - 자동으로 실행되고 공간이 거의 필요하지 않으며 실외에 설치할 수 있습니다.

주요 비용 지표
화학 프로젝트에서는 제품 단위당 산소 비용을 계산하는 것이 필수적입니다. 전기 비용이 0.6위안/kWh를 초과하고 산소 수요가 안정적이면 극저온 장치가 더 나은 효율성을 나타냅니다. 전기가 더 저렴하고 부산물(아르곤, 헬륨)에 대한 수요가 없는 경우 VPSA 산소 발생기는 Nm3당 0.35~0.45kWh만 소비합니다(순도 90%). - 정밀 화학 또는 초기 단계의 석탄 화학 투자에 대한 비용- 효과적인 옵션입니다.-

산업용 산소발생기 기술 비교

일부 실제 프로젝트에서는 공장에서 주 생산(고순도)을 위한 극저온 장치와 낮은 등급의 산소 요구량(예: 환경 처리)을 위한 VPSA를 조합하여 사용합니다.- 이는 자본 비용과 에너지 비용의 균형을 유지합니다.

산소 발생기 성능에 영향을 미치는 세 가지 실제-세계 요인

여러 운영 사이트의 피드백을 바탕으로 선택하기 전에 다음 요소에 주의를 기울여야 합니다.

1. 입구공기질
철강 공장과 화학 시설에서는 SO2, NOx, 먼지, 탄화수소를 대기 중으로 배출하는 경우가 많습니다. 극저온 장치의 경우 이는 분자체 흡착제를 추가하고 정기적인 청소 일정을 계획하는 것을 의미합니다. VPSA 시스템의 경우 제올라이트 분자체는 산성 가스에 대한 내성이 제한되어 있습니다. 유입 공기는 탈황탑과 고{3}}효율성 필터를 통과해야 합니다. 그렇지 않으면 분자체 수명이 5~8년에서 2~3년으로 줄어들 수 있습니다.

2. 환기율 및 부하 유연성
철강 공장의 산소 수요는 피크 시간과 비피크 시간 사이에 30~40% 변동할 수 있습니다.- 극저온 장치에는 피크 감소 또는 아르곤 시스템과의 통합을 위해 액체 산소 저장 탱크가 필요합니다. VPSA 장치는 송풍기 속도와 흡착 타이밍을 변경하여 부하를 50%에서 100% 사이로 조정하지만 응답에는 약 30초가 소요됩니다.- 대부분의 공장에서는 충분히 빠릅니다.

3. 유지보수 인력의 역량
극저온 공기 분리에는 터보 기계, 증류탑 제어 및 안전 완화 절차를 이해하는 숙련된 작업자가 필요합니다. 훈련에는 6~12개월이 소요됩니다. PSA 및 VPSA 장치는 PLC- 기반 자동화에서 실행됩니다. 일일 유지 관리에는 주로 필터 교체 및 분자체 보충이 포함되므로 소규모 팀에 적합합니다.

지난 2년 동안 에너지 가격 변동과 탄소 감축 압력으로 인해 많은 철강 및 화학 공장에서 -현장 산소 생성을 재평가하게 되었습니다-. 두 가지 접근 방식이 주목을 받고 있습니다. 하나는 고로 슬래그 세척수의 폐열을 사용하여 분자체 재생 가스를 예열하고 증기 사용을 줄이는 것입니다. 다른 하나는 재가열로 및 회전식 가마에서 저순도 산소 농축(25%-35%)의 사용이 증가하고 있으며, 이로 인해 많은 소형 VPSA 산소 발생기에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

산소 발생기를 선택하는 것은 단순히 장비 가격을 비교하는 것이 아닙니다. 산소 순도, 압력, 흐름 변화, 전기 비용, 부산물 판매 대상 및 유지 관리 간격 -을 모두 산소 톤당 최종 비용에 고려해야 합니다. Shenger Gas는 고객에게 매우 간단한 조언을 제공합니다. 먼저 6개월 동안 산소 사용 데이터를 정직하게 추적한 다음 프로세스 경로를 결정하십시오. 그렇지 않으면 결코 사용하지 않을 기능에 대해 초과 비용을 지불하거나, 해결할 수 없는 병목 현상에 갇히게 됩니다.