I de senere år, da kobbersmelteindustriens krav til energibesparelse, miljøbeskyttelse og stabil iltforsyning fortsætter med at stige, har traditionelle luftseparationsprocesser gradvist vist problemer med højt energiforbrug, utilstrækkelig produktionskapacitet og høje vedligeholdelsesomkostninger. For at løse disse udfordringer har Yantai Guorun Copper Co., Ltd. introduceret en dobbelt-nedstrøms oxygen-beriget kryogen luftseparationsproces i sin kobbersmelteproces. Efter flere års driftsverifikation har processen vist fremragende resultater.
Tidligere anvendte virksomheden en "side-blown furnace smelting + side-blown blowing"-proces med en blisterkobberproduktionskapacitet på cirka 60.000 tons/år og en tilhørende svovlsyreproduktionskapacitet på cirka 200.000 tons/år. Dette niveau var lavere end industriens adgangskrav på 100.000 tons/år, og det samlede energiforbrug var relativt højt. For at løse kapacitets- og energieffektivitetsudfordringer samarbejdede virksomheden med China ENFI Engineering Technology Co., Ltd. om at udvikle en produktionsproces med tre-ovne, der kombinerer "ilt-beriget side-blæsningssmeltning + multi-lanse top-blæser kontinuerligt + pyrometallurgisk anoderaffinering." Denne proces blev ledsaget af et avanceret iltproduktionssystem. Kravet til iltrenhed var primært 85 %, mens en begrænset forsyning af ilt og nitrogen med høj-renhed også var påkrævet.
Efter udstyrsforskning og demonstration valgte virksomheden Fusda KDON-18800-luftseparationsenheden i 2016, som startede i drift i 2017. Dette system anvender en dobbelt-downstream-proces med ét downstream-tårn og et hjælpetårn, der konsekvent producerer 85 % ren oxygen. Et supplerende rent ilttårn kan bruges til at opfylde 99,6 % højrent iltkrav.
Ilt-beriget kryogen luftseparation giver betydelige fordele i forhold til konventionelle luftseparationsprocesser. Konventionel kryogen luftseparation (CASA) bruger en høj mængde energi, når den producerer oxygen med høj -renhed, hvilket typisk forbruger 0,42-0,45 kWh/Nm³ elektricitet. Iltberiget CSA reducerer imidlertid dette til 0,3627 kWh/Nm³ ved at ændre destillationsprocessen, tilføje hjælpetårne og reducere driftstrykket, hvilket resulterer i energibesparelser på 15 %-20 %. Sammenlignet med tryksvingningsadsorption (PSA) undgår iltberiget CSA, mens det har et tilsvarende energiforbrug, kapacitetsreduktionen forårsaget af molekylsigtedegradering og giver større driftsstabilitet. Samtidig med at denne proces giver oxygen til smeltning, producerer den også nitrogen og flydende produkter som biprodukter, hvilket øger de samlede økonomiske fordele.
Med hensyn til driftsydelse kan enheden prale af en iltgenvindingsgrad på 99,1 %, hvilket viser ekstremt lave ilttab og opfylder målet om høj effektivitet og energibesparelse. Statistik fra 2018 til 2019 viser, at enheden producerede næsten 120 millioner Nm³ ilt og cirka 1,17 millioner Nm³ flydende ilt årligt med en udnyttelsesgrad på over 93 %, stabil drift og minimal vedligeholdelse. Udstyret har en integreret luftkompressor og boosterstruktur, mens resten består af små motorer og statisk udstyr. Den er nem at betjene og har fungeret uden et eneste nedbrud eller nedetid i over tre år. Vedligeholdelsesomkostninger fokuserer primært på udskiftning af forbrugsdele.
Processen stødte dog på nogle indledende driftsmæssige udfordringer, såsom overdreven belastning af sommerkølere, utilstrækkelig ekspanderkølekapacitet, utilstrækkelig kompressoroliekøling og støjkontrol. Disse problemer er gradvist blevet løst gennem en række ændringer og optimeringer. For eksempel tilføjede virksomheden en lille kølemaskine om sommeren for at sikre temperaturkontrol af renserens indløbsluft; tilføjet en varmeveksler ved ekspanderens udløb for at forhindre sommerovertemperaturalarmer; modificeret oliekølervandforsyningssystemet for at forbedre stabiliteten af vand og olietemperaturer; og implementeret lydisolerende materialer for at reducere støjniveauet ved anlægsgrænsen, der opfylder miljøstandarder. Ydermere har optimeret elektrisk programmering forhindret netoverspændinger under opvarmning af renseovnen, hvilket resulterer i mere stabil drift.
For at imødekomme iltbehovet ved-højt tryk til smeltecylindre installerede virksomheden en pumpe til flydende ilt på lagertanken for flydende ilt til direkte at levere ilt under-højt tryk til smelteprocessen, hvilket væsentligt reducerede iltforbruget i cylinderen. Denne transformation har reduceret iltforbruget på flaske til en-tiendedel af dets oprindelige niveau, hvilket yderligere forbedrer driftsøkonomien.
Samlet set tilbyder den oxygenberigede-kryogene luftseparationsproces kobbersmelteindustrien en ny vej, der balancerer energibesparelse, effektivitet og stabilitet. Det reducerer ikke kun energiforbrug og investeringsomkostninger, men forenkler også drift og vedligeholdelse, forbedrer iltgenvinding og forbedrer anlæggets stabilitet. Med fortsat procesoptimering vil fordelene ved denne teknologi blive endnu mere udtalte, og den forventes at blive bredt anvendt i industrier, der bruger mere ilt-.
Denne praktiske case viser, at kobbersmeltere effektivt kan forbedre produktionseffektiviteten, reducere det samlede energiforbrug og forbedre miljøoverholdelsen ved at introducere avanceret gasseparationsteknologi. Anvendelsen af oxygenberiget-kryogen luftseparation giver også værdifuld indsigt til andre industrier, der kræver stor-iltforsyning, såsom stål-, kemiske og nye energisektorer.
