Nos últimos anos, à medida que os requisitos da indústria de fundição de cobre para conservação de energia, proteção ambiental e fornecimento estável de oxigênio continuam a aumentar, os processos tradicionais de separação do ar têm gradualmente demonstrado problemas com alto consumo de energia, capacidade de produção insuficiente e altos custos de manutenção. Para enfrentar esses desafios, a Yantai Guorun Copper Co., Ltd. introduziu um processo duplo de separação de ar criogênico enriquecido com-oxigênio a jusante-em seu processo de fundição de cobre. Após anos de verificação operacional, o processo demonstrou excelentes resultados.
Anteriormente, a empresa empregava um processo de "fundição-de forno soprado lateral + sopro-soprado lateral", com uma capacidade de produção de cobre blister de aproximadamente 60.000 toneladas/ano e uma capacidade de produção associada de ácido sulfúrico de aproximadamente 200.000 toneladas/ano. Este nível foi inferior ao requisito de entrada na indústria de 100.000 toneladas/ano, e o consumo global de energia foi relativamente elevado. Para enfrentar os desafios de capacidade e eficiência energética, a empresa colaborou com a China ENFI Engineering Technology Co., Ltd. para desenvolver um processo de produção de três-fornos combinando fundição por sopro-lateral enriquecida com oxigênio- + sopro multi-topo de lança-sopro contínuo + refino de ânodo pirometalúrgico." Este processo foi acompanhado por um avançado sistema de produção de oxigênio. O requisito de pureza do oxigênio era principalmente de 85%, enquanto um fornecimento limitado de oxigênio e nitrogênio de alta-pureza também era necessário.
Após pesquisa e demonstração do equipamento, a empresa selecionou a unidade de separação de ar Fusda KDON{3}}18800 em 2016, que começou a operar em 2017. Esse sistema utiliza um processo duplo-downstream com uma torre downstream e uma torre auxiliar, produzindo consistentemente 85% de oxigênio puro. Uma torre suplementar de oxigênio puro pode ser usada para atender aos requisitos de oxigênio de alta pureza de 99,6%.
A separação de ar criogênico-enriquecida com oxigênio oferece vantagens significativas em relação aos processos convencionais de separação de ar. A separação criogênica convencional do ar (CASA) consome uma grande quantidade de energia ao produzir oxigênio de alta-pureza, normalmente consumindo 0,42-0,45 kWh/Nm³ de eletricidade. No entanto, o CSA enriquecido com oxigênio reduz esse valor para 0,3627 kWh/Nm³ modificando o processo de destilação, adicionando torres auxiliares e reduzindo a pressão operacional, resultando em economia de energia de 15% a 20%. Comparado à adsorção por oscilação de pressão (PSA), o CSA enriquecido com oxigênio, embora tenha consumo de energia semelhante, evita a redução de capacidade causada pela degradação da peneira molecular e oferece maior estabilidade operacional. Além disso, ao mesmo tempo que fornece oxigénio para a fundição, este processo também produz azoto e produtos líquidos como subprodutos, aumentando os benefícios económicos globais.
Em termos de desempenho operacional, a unidade apresenta uma taxa de recuperação de oxigénio de 99,1%, demonstrando perdas de oxigénio extremamente baixas e cumprindo o objetivo de elevada eficiência e conservação de energia. Estatísticas de 2018 a 2019 mostram que a unidade produziu cerca de 120 milhões de Nm³ de oxigênio e aproximadamente 1,17 milhão de Nm³ de oxigênio líquido anualmente, com taxa de utilização superior a 93%, operação estável e manutenção mínima. O equipamento possui compressor de ar integrado e estrutura booster, sendo o restante composto por pequenos motores e equipamentos estáticos. É fácil de operar e funciona sem uma única avaria ou tempo de inatividade há mais de três anos. Os custos de manutenção concentram-se principalmente na substituição de peças consumíveis.
No entanto, o processo encontrou alguns desafios operacionais iniciais, tais como carga excessiva do refrigerador no verão, capacidade insuficiente de resfriamento do expansor, resfriamento inadequado do óleo do compressor e controle de ruído. Esses problemas foram gradualmente resolvidos por meio de uma série de modificações e otimizações. Por exemplo, a empresa adicionou um pequeno refrigerador no verão para garantir o controle da temperatura do ar de entrada do purificador; adicionou um trocador de calor na saída do expansor para evitar alarmes de supertemperatura no verão; modificou o sistema de abastecimento de água do resfriador de óleo para melhorar a estabilidade das temperaturas da água e do óleo; e implementou materiais de isolamento acústico para reduzir os níveis de ruído nos limites da fábrica, atendendo às normas ambientais. Além disso, a programação elétrica otimizada evitou picos de rede durante o processo de aquecimento do forno purificador, resultando em uma operação mais estável.
Notavelmente, para atender à demanda de oxigênio de alta-pressão para cilindros de fundição, a empresa instalou uma bomba de oxigênio líquido no tanque de armazenamento de oxigênio líquido para fornecer oxigênio de alta-pressão diretamente ao processo de fundição, reduzindo significativamente o consumo de oxigênio do cilindro. Essa transformação reduziu o uso de oxigênio engarrafado a um{3}}décimo do nível original, melhorando ainda mais a economia operacional.
No geral, o processo de separação de ar criogênico-enriquecido com oxigênio oferece à indústria de fundição de cobre um novo caminho que equilibra conservação de energia, eficiência e estabilidade. Não só reduz o consumo de energia e os custos de investimento, mas também simplifica a operação e a manutenção, melhora a recuperação de oxigénio e aumenta a estabilidade da planta. Com a otimização contínua do processo, as vantagens dessa tecnologia se tornarão ainda mais pronunciadas e espera-se que ela seja amplamente adotada em indústrias que utilizam mais oxigênio.
Este caso prático demonstra que as fundições de cobre podem efetivamente melhorar a eficiência da produção, reduzir o consumo geral de energia e melhorar a conformidade ambiental através da introdução de tecnologia avançada de separação de gases. A aplicação da separação criogênica do ar-enriquecida com oxigênio também oferece insights valiosos para outros setores que exigem fornecimento de oxigênio em grande-escala, como os setores siderúrgico, químico e de novas energias.
