Medtem ko se globalna energetska struktura pospešeno premika k nizko{0}}ogljičnim alternativam, so zahteve glede čistosti industrijskega plina, stabilnosti oskrbe in prilagodljivosti procesov postale znatno strožje pri proizvodnji nove energije. Kisik, ki je nekoč veljal za podporno orodje, je zdaj osrednji procesni medij. Industrijska oprema za proizvodnjo kisika -, zlasti adsorpcija s nihanjem tlaka (PSA) in enote za kriogeno ločevanje zraka -, se vse pogosteje uporablja pri proizvodnji materialov za litijeve baterije, taljenju fotovoltaičnega stekla, proizvodnji vodika in sorodnih področjih. Shenger Gas se osredotoča na tehnologije industrijskega ločevanja. Naslednja razprava opisuje, kako oprema za proizvodnjo kisika dodaja praktično vrednost v novih energetskih aplikacijah.
Sintranje katodnega materiala litijeve baterije: Potreba po nadzorovani atmosferi kisika
Med visoko{0}}temperaturnim sintranjem katodnih materialov, kot sta litijev železov fosfat (LFP) in nikelj-kobalt-mangan (NCM), koncentracija kisika v peči neposredno vpliva na kristaliničnost in življenjsko dobo cikla. Ko ravni kisika padejo pod zahtevani prag, se napake v mreži povečajo in začetni kulonski izkoristek pade.
Industrijski generatorji kisika lahko neprekinjeno dovajajo-s kisikom obogaten zrak (90–95 % čistosti) ali industrijski-kisik (99,5 % ali več) v valjčne in potisne peči. V primerjavi z oskrbo rezervoarja s tekočim kisikom -proizvodnja kisika na mestu odpravlja zamenjavo jeklenke in zmanjšuje izgube zaradi izhlapevanja. Izhodni tlak je stabilen v območju 0,3–0,6 MPa, kar ustreza tipičnim zahtevam na vstopu v peč. Sistem kisika PSA s kapaciteto 50 Nm³/h lahko zanesljivo podpira proizvodno linijo katodnega materiala z letno proizvodnjo približno 10.000 metričnih ton.
Fotonapetostno taljenje stekla: Oskrba s kisikom za zgorevanje kisikovega-goriva
Pri fotovoltaični (PV) proizvodnji float stekla temperature taljenja pogosto presegajo 1500 stopinj. Običajno zgorevanje goriva-z zrakom omogoča, da skoraj 78 % dušika odvaja toploto, ne da bi sodeloval pri reakciji, hkrati pa ustvarja dušikove okside. Prehod na zgorevanje goriva s kisikom zviša temperaturo plamena, poveča učinkovitost taljenja in skrajša fazo finočenja taline stekla.
Generatorji kisika dovajajo v peč 90–93 % zraka-obogatenega s kisikom. S stopenjsko regulacijo vbrizgavanja kisika se lahko poraba goriva zmanjša za 15–25 %, emisije NOx pa se znižajo na ravni, ki ustrezajo okoljskim standardom. Taljenje stekla zahteva neprekinjen, velik-prostorninski kisik z majhnimi-kratkotrajnimi nihanji. Centrifugalni ali veliki kisikovi sistemi PSA z vmesnim rezervoarjem so bolj primerni za obvladovanje sprememb tlaka med preklapljanjem ventilov.
Proizvodnja zelenega vodika in testiranje gorivnih celic: pridobivanje kisika iz elektrolize
Pri elektrolizi vode za proizvodnjo vodika nastaja kisik kot so-produkt na anodi. V alkalnih ali PEM elektrolizatorjih stranski produkt kisika običajno doseže 99,2 % čistosti ali več, z le manjšimi sledmi alkalne meglice ali vlage. Po pranju in sušenju se ta kisik lahko uporabi neposredno za prezračevanje odpadne vode ali rezanje kovin v bližnjih objektih, kar ustvari dodaten tok prihodka od tega, kar se pogosto odzračuje.
Testne mize za raziskave in razvoj gorivnih celic zahtevajo natančno kontrolo koncentracije kisika na vstopu v katodo. Majhni generatorji kisika PSA ali sistemi za mešanje kisika-dušika inženirjem omogočajo simulacijo različnih nadmorskih višin in stehiometrij zraka. Za aplikacije testnega-razreda mora biti rosišče kisika pod -60 stopinj, sistem pa se mora hitro odzvati na spremembe povpraševanja po pretoku.
Toplotna obdelava izrabljenih litijevih baterij: s kisikom-obogatena piroliza za pridobivanje kovin
Po drobljenju in sortiranju izrabljenih litijevih baterij preostali prah elektrode vsebuje veziva in separatorje, ki jih je treba odstraniti s pirolizo. V atmosferi,-obogateni s kisikom (30–40% kisika), nizko{4}}temperaturna piroliza doseže popolnejšo oksidacijo organskih snovi, hkrati pa zmanjša nagnjenost k tvorbi dioksinov. V naslednji stopnji taljenja za baker, aluminij, kobalt in nikelj vbrizgavanje kisika izboljša mešanje kopeli in skrajša talilni cikel.
Generatorji kisika v posodah ali-na drsnikih dobro delujejo v-obratih za recikliranje na kraju samem. Potrebujejo manj kot 20 kvadratnih metrov talne površine ter le električne in vodne priključke - brez varnostnih ocen ali dovoljenj, povezanih z rezervoarji za shranjevanje tekočega kisika.
Ključna izbirna merila za industrijske generatorje kisika (za nove energetske elektrarne)
Nove linije za proizvodnjo energije se običajno nahajajo v industrijskih parkih, kjer se pričakuje dolg čas delovanja in nenadzorovano delovanje. Ključni dejavniki za ocenjevanje vključujejo:
- Ujemanje čistosti: če postopek zahteva več kot ali enako 99,5 % kisika (npr. določeni koraki sintranja), je prednost kriogeni ali dvo-stopenjski sistem PSA. Za procese, pri katerih zadostuje 93-odstotna čistost, eno-stopenjski PSA nudi boljšo ekonomičnost.
- Nadzor rosišča: pri dolgih cevovodih ali okoljih z velikimi temperaturnimi nihanji je treba dodati hlajen ali sušilni sušilnik, da preprečite, da bi tekoča voda dosegla visoko-temperaturne reaktorje.
- Poraba energije: PSA porabi približno 0,35–0,45 kWh na Nm³ proizvedenega kisika. Kriogeni sistemi porabijo 0,55–0,70 kWh/Nm³ (vključno s kompresijo zraka in frakcioniranjem). Pri -uporabi v velikem obsegu (večji ali enaki 500 Nm³/h) so lahko skupni stroški lastništva za kriogene naprave nižji.
- Strategija redundance: Za procese, pri katerih je prekinitev kisika nesprejemljiva, je treba razmisliti o konfiguraciji enote N+1 ali rezervnem rezervoarju za tekoči kisik.
Industrijski trendi in nadgradnja opreme
Novi procesi proizvodnje energije se še naprej razvijajo. Na primer, sintranje katode natrijevega-ionskega akumulatorja zahteva ožje koncentracijsko okno kisika (toleranca znotraj ±0,5 %), kar postavlja višje zahteve glede stabilnosti generatorja. Medtem ko se projekti zelenega vodika povečujejo, se uporaba stranskega produkta kisika iz elektrolize spreminja iz možnosti v nujnost - 1000-ton-naprava vodika na leto proizvede približno 8000 ton kisika letno. Odzračevanje tega kisika predstavlja znatno izgubo virov.
Prihodnja industrijska oprema za proizvodnjo kisika se bo usmerila k modularni zasnovi, nižji porabi energije in inteligentnemu nadzoru. Primeri vključujejo radialne adsorpcijske postelje za zmanjšanje pretočnega upora,-modele, ki temeljijo na umetni inteligenci, za prilagajanje časov cikla kot odziv na nihanja povpraševanja in IoT diagnostiko za nenormalnosti preklapljanja ventilov. Te izboljšave obravnavajo temeljne zahteve nove proizvodnje energije: stabilnost, čistost in možnost nadzora.
