У міру того як глобальна енергетична структура прискорює свій зсув до низько{0}}вуглецевих альтернатив, вимоги до чистоти промислового газу, стабільності постачання та адаптивності процесів стали значно суворішими у виробництві нових джерел енергії. Кисень, який колись вважався допоміжним, тепер є основним технологічним середовищем. Промислове обладнання для виробництва кисню -, зокрема адсорбція з коливанням тиску (PSA) і кріогенні блоки поділу повітря -, дедалі частіше застосовуються у виробництві матеріалів для літієвих батарей, плавленні фотоелектричного скла, виробництві водню та в суміжних галузях. Shenger Gas зосереджується на технологіях промислового розділення. У наступному обговоренні показано, як обладнання для виробництва кисню додає практичну цінність у нових енергетичних сферах.
Спікання матеріалу катода літієвої батареї: потреба в контрольованій атмосфері кисню
Під час високотемпературного-спікання катодних матеріалів, таких як літій-залізофосфат (LFP) і нікель-кобальт-марганець (NCM), концентрація кисню всередині печі безпосередньо впливає на кристалічність і термін служби. Коли рівень кисню падає нижче необхідного порогу, дефекти решітки збільшуються, а початкова кулонівська ефективність падає.
Промислові генератори кисню можуть безперервно подавати збагачене киснем-повітря (90–95% чистоти) або промисловий{3}}кисень (99,5% або вище) до роликових печей і штовхальних печей. У порівнянні з резервуаром з рідким киснем, -виробництво кисню на місці виключає заміну балона та зменшує втрати на випаровування. Вихідний тиск стабільний у діапазоні 0,3–0,6 МПа, що відповідає стандартним вимогам до входу печі. Киснева система PSA з продуктивністю 50 Нм³/год може надійно підтримувати лінію виробництва катодного матеріалу з річною продуктивністю приблизно 10 000 метричних тонн.
Фотоелектричне плавлення скла: подача кисню для спалювання-палива
У фотоелектричному (PV) виробництві флоат-скла температура плавлення часто перевищує 1500 градусів. Звичайне спалювання-палива на повітрі дозволяє майже 78% азоту відводити тепло без участі в реакції, водночас утворюючи оксиди азоту. Перехід до кисневого-спалювання палива підвищує температуру полум’я, збільшує ефективність плавлення та скорочує стадію дрібнодисперсного розплаву скла.
Генератори кисню подають у піч повітря, збагачене-киснем на 90–93%. Завдяки поетапному контролю впорскування кисню споживання палива може бути зменшено на 15–25%, а викиди NOx знижуються до рівнів, що відповідають екологічним стандартам. Для плавлення скла потрібен постійний великий-об’єм кисню з невеликими короткочасними-коливаннями. Відцентрові або великі кисневі системи PSA з буферним баком краще підходять для обробки коливань тиску під час перемикання клапанів.
Виробництво зеленого водню та випробування паливних елементів: відновлення кисню з електролізу
Під час електролізу води для виробництва водню кисень утворюється як су-продукт на аноді. У лужних або PEM електролізерах побічний продукт кисню зазвичай досягає 99,2% чистоти або вище, лише з незначними слідами лужного туману або вологи. Після промивання та сушіння цей кисень можна використовувати безпосередньо для аерації стічних вод або різання металу на прилеглих об’єктах, створюючи додатковий потік доходу від того, що часто вентилюється.
Випробувальні стенди для досліджень і розробок паливних елементів вимагають точного контролю концентрації кисню на вході катода. Малі генератори кисню PSA або системи змішування кисню-азоту дозволяють інженерам імітувати різні висоти та стехіометрії повітря. Для випробувань -класу точка роси кисню має бути нижче -60 градусів, і система повинна швидко реагувати на зміни попиту на потік.
Термічна обробка відпрацьованих літієвих батарей: піроліз-збагачений киснем для відновлення металу
Після подрібнення та сортування відпрацьованих літієвих батарей залишився електродний порошок містить зв’язувальні речовини та сепаратори, які необхідно видалити за допомогою піролізу. У -збагаченій киснем атмосфері (30–40% кисню) низько-температурний піроліз досягає повнішого окислення органіки, одночасно зменшуючи тенденцію до утворення діоксинів. На наступній стадії плавки міді, алюмінію, кобальту та нікелю кисневе промивання посилює перемішування ванни та скорочує цикл плавлення.
Генератори кисню, встановлені в контейнерах або-на полозках, добре працюють на-заводах із переробки на місці. Для них потрібно менше 20 квадратних метрів площі та лише електричні та водопровідні підключення - жодних оцінок безпеки чи дозволів, пов’язаних із резервуарами для зберігання рідкого кисню.
Основні критерії вибору для промислових генераторів кисню (для нових енергетичних установок)
Нові лінії виробництва енергії зазвичай розташовуються в індустріальних парках, де очікується тривалий час безвідмовної роботи та робота без нагляду. Ключові фактори для оцінки:
- Відповідність чистоті: якщо процес потребує більше або дорівнює 99,5% кисню (наприклад, певні етапи спікання), краща кріогенна або дво-ступенева система PSA. Для процесів, де достатньо 93% чистоти, одно-етап PSA забезпечує кращу економію.
- Контроль точки роси: для довгих труб або середовищ із великими коливаннями температури слід додати охолоджувач або адсорбційний осушувач, щоб запобігти потраплянню рідкої води в реактори з високою-температурою.
- Споживання електроенергії: PSA споживає приблизно 0,35–0,45 кВт/год на Nm³ виробленого кисню. Кріогенні системи споживають 0,55–0,70 кВт·год/Нм³ (включаючи стиснення повітря та фракціонування). Для широкомасштабного -використання (більше або дорівнює 500 Нм³/год) загальна вартість володіння кріогенними може бути нижчою.
- Стратегія резервування: для процесів, де переривання подачі кисню є неприйнятним, слід розглянути конфігурацію блоку N+1 або резервний резервуар рідкого кисню.
Галузеві тенденції та оновлення обладнання
Нові процеси виробництва енергії продовжують розвиватися. Наприклад, спікання катода-іонної батареї потребує вужчого вікна концентрації кисню (допуск у межах ±0,5%), що висуває вищі вимоги до стабільності генератора. Тим часом у міру збільшення масштабів проектів екологічного водню використання побічного кисню, отриманого в результаті електролізу, перетворюється на необхідність - воднева установка потужністю 1000-тон-на рік виробляє приблизно 8000 тонн кисню на рік. Видалення цього кисню означає значну втрату ресурсів.
Майбутнє промислове обладнання для виробництва кисню рухатиметься до модульного дизайну, нижчого споживання енергії та інтелектуального керування. Приклади включають радіальні адсорбційні шари для зменшення опору потоку, моделі-на основі штучного інтелекту для коригування часу циклу відповідно до коливань попиту та IoT-діагностику аномалій перемикання клапанів. Ці вдосконалення відповідають основним вимогам виробництва нової енергії: стабільності, чистоті та керованості.
