Application des générateurs d'oxygène industriels dans les industries sidérurgiques et chimiques

Dans la sidérurgie et la production chimique, un approvisionnement continu et stable en oxygène affecte directement la production, la consommation d’énergie et la sécurité opérationnelle. Par rapport à l'achat traditionnel d'oxygène liquide, les-générateurs d'oxygène industriels sur site deviennent un choix pratique pour de nombreux fabricants. Shenger Gas, en tant qu'acteur dans le domaine de la séparation des gaz, se concentre sur la façon dont les technologies de génération d'oxygène s'adaptent à différentes conditions-du monde réel. Cet article examine comment les générateurs d'oxygène industriels apportent de la valeur aux secteurs de l'acier et de la chimie, et ce qu'il faut prendre en compte lors de la sélection d'un système.

Industrie sidérurgique : de l’enrichissement en oxygène au support des hauts fourneaux

La production d'acier consomme de grandes quantités d'oxygène. En moyenne, la production d’une tonne d’acier brut nécessite environ 100 à 150 mètres cubes d’oxygène pur. Les principales applications comprennent :

1. Injection de haut fourneau enrichi en oxygène-
L'ajout d'oxygène pur à l'air du haut fourneau augmente la température de combustion au niveau de la tuyère, permet une injection plus importante de charbon pulvérisé et réduit la consommation de coke. En pratique, chaque augmentation de 1 % de l’enrichissement en oxygène augmente l’injection de charbon de 15 à 20 kg par tonne de fer et réduit la consommation de coke d’environ 5 à 8 kg par tonne de fer. Les générateurs d'oxygène industriels fournissent une concentration d'oxygène de 90 % à 99,6 %. Les unités VPSA (adsorption modulée en pression sous vide) et les unités de séparation d'air cryogénique peuvent répondre à la demande continue en oxygène des hauts fourneaux.

2. Fabrication d’acier de base avec four à oxygène (BOF)
Les processus BOF nécessitent de l'oxygène de haute-pureté (supérieure ou égale à 99,5 %) pour la décarburation et le contrôle de la température. La demande en oxygène fluctue fortement, avec des débits de pointe atteignant 20 000 à 80 000 Nm³/h. Les unités de séparation d'air cryogénique gèrent des débits élevés et une pureté élevée, tandis que l'oxygène liquide de secours assure la stabilité. L'azote et l'argon, sous-produits, améliorent également la rentabilité globale.

3. Four à arc électrique (EAF) et affinage en poche
La fusion EAF bénéficie d'une combustion assistée par l'oxygène-, ce qui raccourcit les cycles de fusion. Dans les fours d’affinage en poche (LF), l’oxygène favorise les réactions de désulfuration et de déphosphoration. Ces applications nécessitent un apport intermittent d’oxygène entre 0,8 et 1,2 MPa. Les générateurs d'oxygène VPSA, avec leur capacité de démarrage-arrêt flexible et leur maintenance plus facile, sont adoptés par de nombreuses aciéries-de taille moyenne.

Conseil de sélection
Pour les grandes aciéries intégrées produisant plus de 3 millions de tonnes par an, la séparation cryogénique de l’air avec sauvegarde liquide est le choix standard. Pour les petits broyeurs de moins d'un million de tonnes, ou pour l'enrichissement des fours de chauffage, les unités VPSA offrent un investissement initial inférieur de 30 à 40 % et des coûts d'exploitation globaux inférieurs de 15 à 25 %.

Industrie chimique : demande rigide en matière d’oxydation et de gazéification

Les usines chimiques sont plus exigeantes en matière de pureté, de pression et de fiabilité de l’oxygène, car le coût de l’oxygène a un impact direct sur les marges du produit final.

1. Production d'ammoniac et de méthanol
Dans la production d'ammoniac à base de gaz naturel ou de charbon-, l'oxygène pur est nécessaire pour la gazéification par oxydation partielle afin de produire du gaz de synthèse (CO + H₂). La pureté de l'oxygène doit être d'au moins 99,5 %, avec des limites strictes sur les impuretés comme l'argon. La production d’une tonne d’ammoniac consomme environ 700 à 850 Nm³ d’oxygène. Les grands projets chimiques installent généralement des unités de séparation d'air cryogéniques, qui fournissent également de l'azote pour la purge et l'étanchéité.

2. Oxyde d'éthylène/éthylène glycol (EO/EG)
Le catalyseur utilisé pour oxyder l’éthylène en oxyde d’éthylène est très sensible à la pureté de l’oxygène. La teneur en méthane de l'oxygène doit rester inférieure à 0,1 % et celle en soufre total inférieure à 0,1 ppm. Ce type d’application nécessite une production cryogénique d’oxygène, suivie d’étapes supplémentaires de désulfuration et de séchage.

3. Gazéification du charbon et IGCC
Les technologies de gazéification à flux entraîné-(telles que Shell, GSP ou les conceptions à plusieurs-brûleurs opposés) nécessitent de l'oxygène entre 4,0 et 8,5 MPa avec un débit stable. La norme industrielle est la production d'oxygène cryogénique combinée à des pompes à oxygène liquide à haute pression et à une vaporisation. Pour les gazéificateurs à lit fixe-à pression inférieure-, un air enrichi à 90 à 93 % d'oxygène-peut améliorer l'intensité de la gazéification. Dans ces cas, les unités VPSA offrent une alternative moins coûteuse-.

4. Traitement des eaux usées et oxydation de l’ozone
Les parcs industriels chimiques utilisent fréquemment l’oxydation de l’ozone pour décomposer les composés organiques réfractaires présents dans les eaux usées. La génération d'ozone nécessite une alimentation en oxygène. De petits débits (inférieurs ou égaux à 500 Nm³/h) à une pureté de 90 à 95 % sont suffisants. Les générateurs d'oxygène PSA compacts conviennent parfaitement ici - ils fonctionnent automatiquement, nécessitent peu d'espace et peuvent être installés à l'extérieur.

Indicateur de coût clé
Dans les projets chimiques, le calcul du coût de l’oxygène par unité de produit est essentiel. Si les coûts d’électricité dépassent 0,6 yuan/kWh et que la demande en oxygène est stable, les unités cryogéniques affichent une meilleure efficacité. Si l'électricité est moins chère et qu'il n'y a pas de demande de sous-produits (argon, hélium), les générateurs d'oxygène VPSA ne consomment que 0,35 à 0,45 kWh par Nm³ (à 90 % de pureté), - une option rentable-pour les produits chimiques fins ou les premiers-investissements dans la chimie du charbon.

Comparaison des technologies de générateurs d’oxygène industriels

Dans certains projets réels, les usines utilisent une combinaison : des unités cryogéniques pour la production principale (haute pureté) et VPSA pour une demande en oxygène de moindre qualité- (par exemple, traitement environnemental). Cela équilibre les coûts en capital et en énergie.

Trois facteurs réels-qui affectent les performances du générateur d'oxygène

Sur la base des retours de plusieurs sites d'exploitation, ces facteurs méritent attention avant la sélection :

1. Qualité de l’air entrant
Les aciéries et les installations chimiques rejettent souvent du SO₂, des NOx, de la poussière et des hydrocarbures dans l'air. Pour les unités cryogéniques, cela signifie ajouter des adsorbeurs à tamis moléculaire et planifier un nettoyage périodique. Pour les systèmes VPSA, le tamis moléculaire zéolite a une tolérance limitée aux gaz acides. L'air d'admission doit passer à travers des tours de désulfuration et des filtres à haute -efficacité ; sinon, la durée de vie du tamis moléculaire peut passer de 5 à 8 ans à 2 à 3 ans.

2. Taux de ventilation et flexibilité de la charge
La demande en oxygène des aciéries peut varier de 30 à 40 % entre les heures de pointe et les heures creuses. Les unités cryogéniques nécessitent des réservoirs de stockage d'oxygène liquide pour l'écrêtage des pics ou l'intégration avec un système à argon. Les unités VPSA ajustent la charge entre 50 % et 100 % en modifiant la vitesse du ventilateur et le timing d'adsorption, mais la réponse prend environ 30 secondes -, assez rapidement pour la plupart des usines.

3. Capacité de l'équipe de maintenance
La séparation cryogénique de l'air nécessite des opérateurs qualifiés qui comprennent les turbomachines, le contrôle de la colonne de distillation et les procédures de sécurité. La formation dure 6 à 12 mois. Les unités PSA et VPSA fonctionnent sur une automatisation basée sur PLC-. L'entretien quotidien consiste principalement à changer les filtres et à faire l'appoint du tamis moléculaire, ce qui les rend adaptés aux petites équipes.

Au cours des deux dernières années, les fluctuations des prix de l'énergie et la pression visant à réduire les émissions de carbone ont poussé de nombreuses usines sidérurgiques et chimiques à réévaluer-la production d'oxygène sur site-. Deux approches gagnent du terrain. L’une consiste à utiliser la chaleur résiduelle provenant de l’eau de rinçage des scories de haut fourneau pour préchauffer le gaz de régénération du tamis moléculaire, réduisant ainsi l’utilisation de vapeur. L'autre est l'utilisation croissante de l'enrichissement en oxygène de faible-pureté (25 % à 35 %) dans les fours de réchauffage et les fours rotatifs, ce qui a stimulé la demande pour de nombreux petits générateurs d'oxygène VPSA.

Choisir un générateur d’oxygène ne se limite pas à comparer les prix des équipements. Vous devez prendre en compte la pureté de l'oxygène, la pression, la variation du débit, le coût de l'électricité, le prix pour lequel vous pouvez vendre les sous-produits et les intervalles de maintenance - dans le coût final par tonne d'oxygène. Shenger Gas donne des conseils assez simples aux clients : tout d'abord, suivez honnêtement vos données de consommation d'oxygène pendant six mois, puis décidez de l'itinéraire du processus. Sinon, soit vous payez trop cher pour des fonctionnalités que vous n'utiliserez jamais, soit vous vous retrouvez coincé avec un goulot d'étranglement que vous ne pouvez pas surmonter.