Keďže globálna energetická štruktúra zrýchľuje svoj posun smerom k nízkouhlíkovým{0}} alternatívam, požiadavky na čistotu priemyselného plynu, stabilitu dodávok a adaptabilitu procesov sa pri výrobe novej energie výrazne sprísnili. Kyslík, ktorý sa kedysi považoval za podporný nástroj, je teraz hlavným procesným médiom. Priemyselné zariadenia na výrobu kyslíka -, najmä adsorpcia tlakovým výkyvom (PSA) a kryogénne jednotky na separáciu vzduchu -, sa čoraz viac využívajú pri výrobe materiálov na lítiové batérie, tavení fotovoltaického skla, výrobe vodíka a súvisiacich oblastiach. Shenger Gas sa zameriava na priemyselné separačné technológie. Nasledujúca diskusia načrtáva, ako zariadenia na výrobu kyslíka pridávajú praktickú hodnotu v nových energetických aplikáciách.
Spekanie materiálu katódy lítiovej batérie: Potreba kontrolovanej kyslíkovej atmosféry
Počas vysokoteplotného spekania katódových materiálov, ako je fosforečnan lítno-železnatý (LFP) a nikel-kobalt-mangán (NCM), koncentrácia kyslíka vo vnútri pece priamo ovplyvňuje kryštalinitu a životnosť cyklu. Keď hladiny kyslíka klesnú pod požadovaný prah, zväčšia sa mriežkové defekty a počiatočná coulombická účinnosť klesá.
Priemyselné generátory kyslíka môžu nepretržite dodávať kyslíkom -obohatený vzduch (čistota 90 – 95 %) alebo priemyselný -kyslík (99,5 % alebo viac) do valcových a tlačných pecí. V porovnaní so zásobovaním zásobníka s tekutým kyslíkom-vytváranie kyslíka na mieste eliminuje výmenu fľaše a znižuje straty pri odparovaní. Výstupný tlak je stabilný v rozsahu 0,3–0,6 MPa, čo zodpovedá typickým požiadavkám na vstupe do pece. Kyslíkový systém PSA s kapacitou 50 Nm³/h dokáže spoľahlivo podporiť výrobnú linku katódového materiálu s ročnou produkciou približne 10 000 metrických ton.
Tavenie fotovoltaického skla: dodávka kyslíka pre spaľovanie kyslíka-paliva
Pri fotovoltaickej (PV) výrobe plaveného skla teploty topenia často presahujú 1500 stupňov. Konvenčné spaľovanie vzduch-paliva umožňuje takmer 78 % dusíka odvádzať teplo bez účasti na reakcii a zároveň generovať oxidy dusíka. Prepnutím na kyslíkové-spaľovanie paliva sa zvýši teplota plameňa, zvýši sa účinnosť tavenia a skráti sa stupeň čírenia taveniny skla.
Generátory kyslíka dodávajú do pece 90 – 93 % vzduchu obohateného kyslíkom-. S postupným riadením vstrekovania kyslíka možno znížiť spotrebu paliva o 15 – 25 % a emisie NOx klesnúť na úroveň, ktorá spĺňa environmentálne normy. Tavenie skla si vyžaduje nepretržitý, veľký-objem kyslíka s malými krátkodobými-kolísaniami. Odstredivé alebo veľké kyslíkové systémy PSA s vyrovnávacou nádržou sú vhodnejšie na zvládnutie zmien tlaku počas prepínania ventilov.
Výroba zeleného vodíka a testovanie palivových článkov: Obnova kyslíka z elektrolýzy
Pri elektrolýze vody na výrobu vodíka vzniká kyslík ako vedľajší{0}produkt na anóde. V alkalických elektrolyzéroch alebo elektrolyzéroch PEM dosahuje kyslík ako vedľajší produkt čistotu 99,2 % alebo vyššiu, len s malými stopami alkalickej hmly alebo vlhkosti. Po umytí a vysušení sa tento kyslík môže použiť priamo na prevzdušňovanie odpadových vôd alebo rezanie kovov v blízkych zariadeniach, čím sa vytvára dodatočný zdroj príjmov z toho, čo sa často odvádza.
Testovacie stolice pre výskum a vývoj palivových článkov vyžadujú presnú kontrolu koncentrácie kyslíka na vstupe do katódy. Malé generátory kyslíka PSA alebo systémy na miešanie kyslíka-dusíka umožňujú inžinierom simulovať rôzne nadmorské výšky a stechiometrie vzduchu. Pre testovacie-aplikácie musí byť rosný bod kyslíka nižší ako -60 stupňov a systém musí rýchlo reagovať na zmeny dopytu po prietoku.
Tepelné spracovanie použitých lítiových batérií: Kyslíková{0}}pyrolýza na obnovu kovov
Po rozdrvení a roztriedení použitých lítiových batérií zvyšný elektródový prášok obsahuje spojivá a separátory, ktoré je potrebné odstrániť pyrolýzou. V atmosfére obohatenej o kyslík- (30 – 40 % kyslíka) sa pri nízkoteplotnej pyrolýze-dosahuje úplnejšia oxidácia organických látok a zároveň sa znižuje sklon k tvorbe dioxínov. V nasledujúcom stupni tavenia medi, hliníka, kobaltu a niklu kyslíkové dúchanie zvyšuje miešanie kúpeľa a skracuje cyklus tavenia.
Kontajnerové alebo šmykové{0}}generátory kyslíka fungujú dobre v-zariadeniach na recykláciu na mieste. Vyžadujú menej ako 20 metrov štvorcových podlahovej plochy a iba elektrické a vodovodné prípojky - žiadne bezpečnostné hodnotenia ani povolenia súvisiace s nádržami na skladovanie tekutého kyslíka.
Kľúčové kritériá výberu pre priemyselné generátory kyslíka (pre nové elektrárne)
Nové linky na výrobu energie sa zvyčajne nachádzajú v priemyselných parkoch, kde sa očakáva vysoká prevádzka a bezobslužná prevádzka. Medzi kľúčové faktory, ktoré treba hodnotiť, patria:
- Prispôsobenie čistoty: Ak proces vyžaduje viac alebo rovný 99,5 % kyslíka (napr. určité kroky spekania), uprednostňuje sa kryogénny alebo dvoj-stupňový systém PSA. Pre procesy, kde postačuje 93 % čistota, jednostupňové{6}} PSA ponúka lepšiu hospodárnosť.
- Kontrola rosného bodu: V prípade dlhých potrubí alebo prostredí s veľkými teplotnými výkyvmi by sa mala pridať chladiaca alebo sušiaca sušička, aby sa zabránilo tomu, aby sa tekutá voda dostala do vysokoteplotných reaktorov-.
- Spotreba energie: PSA spotrebuje približne 0,35–0,45 kWh na Nm³ vyrobeného kyslíka. Kryogénne systémy spotrebujú 0,55–0,70 kWh/Nm³ (vrátane kompresie vzduchu a frakcionácie). Pri veľkom-používaní (viac ako alebo rovné 500 Nm³/h) môžu byť celkové náklady na vlastníctvo kryogénneho zariadenia nižšie.
- Stratégia redundancie: Pri procesoch, kde je prerušenie kyslíkom neprijateľné, by sa mala zvážiť konfigurácia jednotky N+1 alebo záložná nádrž na tekutý kyslík.
Priemyselné trendy a vylepšenia vybavenia
Nové procesy výroby energie sa naďalej vyvíjajú. Napríklad spekanie katód sodíkových{1}}iónových batérií vyžaduje užšie okno koncentrácie kyslíka (tolerancia v rozmedzí ±0,5 %), čo kladie vyššie nároky na stabilitu generátora. Medzitým, ako sa projekty zeleného vodíka zväčšujú, využívanie kyslíka ako vedľajšieho produktu z elektrolýzy sa mení z možnosti na nevyhnutnosť - 1 000-ton-zariadenia na výrobu vodíka ročne vyprodukuje približne 8 000 ton kyslíka ročne. Odvzdušnenie kyslíka predstavuje významnú stratu zdrojov.
Budúce priemyselné zariadenia na výrobu kyslíka sa posunú smerom k modulárnemu dizajnu, nižšej spotrebe energie a inteligentnému riadeniu. Príklady zahŕňajú radiálne adsorpčné lôžka na zníženie prietokového odporu, modely založené na AI-na úpravu časovania cyklu v reakcii na výkyvy dopytu a diagnostika internetu vecí pre abnormality spínania ventilov. Tieto vylepšenia riešia základné požiadavky výroby novej energie: stabilitu, čistotu a ovládateľnosť.
