變壓吸附制氧技術在再生鉛富氧熔煉中的應用

  中國再生鉛行業起步于上世紀70年代末，在最近十年內取得了長足的發展，這主要得益于兩方面因素：一，我國的精煉鉛，特別是鉛酸蓄電池的需求量巨大，如果全部依賴于鉛礦提煉原生鉛，并不利于緩解國家鉛礦資源短缺的現狀，然而再生鉛回收則能夠有效緩解這個問題。同時再生鉛回收工序比原生鉛通過采、選以及冶煉的工序簡單，可以顯著降低生產成本。第二，廢舊鉛酸蓄電池等廢鉛屬于固體廢料，如果不能有效合理回收，將對自然環境產生嚴重污染。隨著國家對環境保護、資源綜合有效利用的持續關注，更為再生鉛行業的發展奠定了基礎。

為推動再生鉛行業持續健康發展，2020年9月1日起，修訂后的《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》開始實施，進一步規范再生鉛行業的準入門檻，明確再生鉛行業發展的方向。

1. 再生鉛行業用氧需求情況

再生鉛的生產工藝主要分為濕法冶煉和火法冶煉兩種。我國再生鉛企業絕大部分采用火法冶煉工藝，其中尤以富氧底吹熔池熔煉爐和富氧側吹熔池熔煉爐等富氧燃燒熔煉爐在近些年作為主流工藝用于再生鉛冶煉。這兩種熔煉爐型均采用燒槍通入富氧和天然氣進行燃燒，分別從爐體底部浸沒攪動熔體和從爐體側面伸入爐體進行側吹強化熔煉。

其中的主要成分氧氣起到了助燃的作用，是提高生產效率、優化工藝所必須的組成部分。

2. 變壓吸附制氧技術的特點

變壓吸附制氧技術是近幾十年來迅速發展起來的一種常溫空分制氧工藝，其主要原理如下：

空氣中的主要組份是氮氣和氧氣，因此可選擇對氮和氧具有不同吸附選擇性的吸附劑，通過工藝流程的設計，使氮和氧分離制得氧氣。

氮和氧都具有四極矩，但氮的四極矩比氧的大得多，因此通過氮氧在沸石分子篩上的吸附能力差異，使得空氣在加壓狀態下通過裝有沸石分子篩吸附劑的吸附塔，氮氣被分子篩吸附，氧氣因吸附較少，在氣相中得到富集并流出吸附塔，使氧、氮分離獲得氧氣。其主要工藝如下：

變壓吸附制氧技術的主要工藝流程如下：

目前市場普遍認可的變壓吸附制氧主流工藝是采用高效鋰基分子篩吸附劑和徑向流吸附器、高頻氣動蝶閥為主要吸附單元，雙軸伸電機“一拖二”帶動羅茨鼓風機和羅茨真空泵實現動力輸出，全系統針對性隔聲降噪技術解決噪音相關問題。

變壓吸附制氧技術具有投資少、能耗低、運行維護費用低、工藝條件溫和、工藝流程簡單、啟停車靈活迅速、自動化程度高、負荷調節范圍廣、建設工期短、安全性好和無環境污染等諸多優點。變壓吸附制氧裝置憑借著諸多優點，已經被廣泛應用于有色金屬冶煉（煉銅、煉鋅、煉鉛、鈦白粉等）、黑色金屬冶煉（高爐富氧噴煤、電爐煉鋼等）、富氧燃燒（工業窯爐、玻璃窯爐、電解鋁）、化工造氣（合成氨等）、污水處理、紙漿漂白、雙氧水生產、臭氧發生、水產養殖、碳黑生產等各個領域。

3. 變壓吸附制氧技術在再生鉛行業的應用舉例

北京北大先鋒科技有限公司是中國較早開發成功高效鋰X型分子篩制氧吸附劑的廠家，同時該公司通過豐富的設計、制造、安裝、調試、運行維護等經驗，已經在國內外累計建造近200套工業制氧裝置，是擁有最多VPSA工業制氧業績的設備供應商。本文將以北大先鋒公司為再生鉛行業建設的一組變壓吸附制氧裝置為例進行介紹。

該項目為江西齊勁材料有限公司再生鉛項目投資、建設并運營的一套雙塔中大規模的變壓吸附制氧裝置，由北大先鋒設計承建，為江西齊勁再生鉛項目側吹熔池熔煉爐富氧熔煉提供7500Nm3/h,純度80%的氧氣，以滿足其工藝生產需求。

在冶煉過程中，富氧的主要作用是與天然氣混合，通過若干支浸沒在熔池渣層中的噴槍噴射到爐內，由于噴槍噴入的高速氣流使得熔池液面劇烈攪動，加速了反應，使得固體物質能夠快速的熔化、氧化。

該套制氧裝置采用兩塔徑向吸附床變壓吸附制氧工藝，于2020年5月底一次開車成功，各項指標均滿足用戶要求，其中主要技術指標如下：

單位制氧電耗和啟動時間這兩項指標可以充分顯示出變壓吸附制氧技術電耗明顯低于其他制氧工藝，以及裝置啟停更加簡單靈活等特點。該項目的成功運行，為江西齊勁材料有限公司側吹熔煉提供了穩定的用氧環境，有助于企業進一步提高能源利用效率，節約生產成本。

4. 結語

隨著再生鉛行業環保要求日趨嚴格，我國再生鉛產業將逐步規范，市場集中度將大幅提升，技術革新的優質企業將因此而受益。以此看來，再生鉛冶煉工藝特別是火法冶煉工藝也將會順應產業發展和市場需求進行持續優化改進。變壓吸附制氧技術以其投資少、工期短、能耗低、啟停靈活等諸多特點，越來越廣泛地應用到再生鉛行業中，是助力企業實現節能增產的較優選擇。