Kryogene Luftzerlegungsanlage für die Bergbauindustrie

Für einen Bergbaustandort, der täglich Sauerstoff benötigt, wird der Transport von Flüssiggas per LKW schnell teuer. Nicht nur die Lieferkosten - die Ausfallzeiten, wenn eine Lieferung verspätet ist, die Straßenanbindung bei schlechtem Wetter, die Lagertanks, die Platz beanspruchen. Eine kryogene Luftzerlegungsanlage für die Bergbauindustrie befindet sich vor Ort und erzeugt ihren eigenen Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Keine Lieferkette, keine Verzögerungen.

Wie es funktioniert, im Klartext

Luft dringt ein. Sauerstoff und Stickstoff kommen heraus. Der Vorgang ist einfach: Luft komprimieren, auf etwa -180 Grad abkühlen, bis sie flüssig wird, und dann in einer Destillationskolonne langsam aufwärmen lassen. Sauerstoff verdampft bei -183 Grad, Stickstoff bei -196 Grad. Sie erfassen jeden Stream separat. Keine chemische Reaktion, nur Temperaturkontrolle und Säulendesign, das jahrelang zuverlässig funktioniert.

Bergbaubetriebe benötigen keine Laborreinheit-. Allerdings muss das Gerät weiterlaufen, wenn der Strom ausfällt, der Luftfilter verstaubt oder die Nachttemperaturen unter den Gefrierpunkt fallen. Hier ist die Technik wichtiger als die Broschürennummern.

Was eine Einheit normalerweise liefert

Die folgenden Zahlen stammen von tatsächlichen Typenschildern der im Feldeinsatz eingesetzten Geräte und nicht von theoretischen Höchstwerten.

Die Sauerstoffreinheit liegt zwischen 99,6 % und 99,9 % -, was für Haufenlaugung, Goldoxidation und die meisten Anreicherungsprozesse ausreicht. Die Stickstoffreinheit kann unter 10 ppm Restsauerstoff liegen, wenn das Bergwerk auch Stickstoff zum Brandschutz oder zur Materialinertisierung verwendet.

Die Durchflussraten variieren je nach Installation. Eine kleine Einheit für eine mittelgroße Goldmine könnte 500 Nm³/h Sauerstoff produzieren. Eine größere Anlage zur Kupferlaugung kann bis zu 5000 Nm³/h erreichen. Die gleiche Kühlbox kann häufig mit einem anderen Modul parallelgeschaltet werden, wenn die Mine später erweitert wird.

Die Erstinbetriebnahme dauert zwischen 8 und 36 Stunden, je nachdem, wie gründlich die Kühlbox abkühlen muss. Ein Hot-Neustart - nach einem geplanten Herunterfahren - dauert normalerweise zwei bis vier Stunden. Das ist wichtig, wenn ein Bergwerk Wartungsfenster plant.

Energiekosten: Wo die Rechnung funktioniert oder nicht

Für Minenmanager ist vor allem eine Zahl wichtig: Kilowatt-stunden pro Kubikmeter Sauerstoff. Eine gut konzipierte kryogene Luftzerlegungsanlage für die Bergbauindustrie verbraucht zwischen 0,42 und 0,55 kWh pro Nm³ Sauerstoff. Dazu gehören der Hauptluftkompressor, der Booster und die Kälteverluste aus dem Kasten.

Vergleichen Sie das mit dem Transport von flüssigem Sauerstoff. Bei einer kontinuierlichen Leistung von 500 Nm³/h spart die Vor-Ort-Einheit nach sechs Monaten etwa 40 % der Gesamtbetriebskosten ein. Die meisten Minen amortisieren sich innerhalb des ersten Jahres, manchmal schneller, wenn der Standort abgelegen ist.

Aber die Energiezahl allein sagt nicht alles aus. Eine Einheit, die 0,42 kWh verbraucht, aber zweimal im Jahr ausfällt, kostet mehr als eine Einheit, die mit 0,55 kWh läuft und keine ungeplanten Unterbrechungen aufweist. Zuverlässigkeit ist die verborgene Variable.

Parameter, die für die Bergbaubedingungen tatsächlich von Bedeutung sind

Minen sind staubig, oft hochgelegen und verfügen selten über ein stabiles Versorgungsnetz. Drei Dinge gehen bei schlecht konstruierten Geräten häufiger kaputt, als sie sollten:

Molekularsiebbetten, die CO₂ oder Feuchtigkeit durchlassen. Sobald sich im Hauptwärmetauscher Eis bildet, sinkt die Effizienz und es liegt ein vollständiger Auftauzyklus vor. Der CO₂-Auslass sollte unter 1 ppm bleiben, die Feuchtigkeit unter 0,1 ppm. Das ist kein Marketing -, das ist die Grenze zwischen einer Laufzeit von zwei Jahren oder der Inanspruchnahme eines Service in sechs Monaten.

Cold-Box-Isolierung, die mit der Zeit an Vakuum verliert. Eine Perlit-Fülldichte unter 60 kg/m³ oder ein Vakuum über 10 Pa bedeuten, dass der Kälteverlust mehr als 0,5 % pro Tag beträgt. Das führt bereits im ersten Jahr zu einem spürbaren Mehrstromverbrauch.

Expanderlager, die Öl verwenden. Ölverunreinigungen im Luftstrom beeinträchtigen das Molekularsieb. Gaslager oder Magnetlager vermeiden dieses Problem vollständig. Ein Turboexpander mit einem adiabatischen Wirkungsgrad von unter 80 % ist ein Zeichen dafür, dass an anderer Stelle Abstriche gemacht wurden.

Wohin diese Ausrüstung eigentlich geht

Goldminen nutzen Sauerstoff zur Druckoxidation. Kupferbetriebe mit Haufenlaugung. Uran-In--Gewinnung, die Sauerstoff als Oxidationsmittel benötigt. Eisenerz-Sinteranlagen, die Sauerstoff injizieren, um die Flammentemperatur zu erhöhen. Kohlebergwerke, die Stickstoff aus derselben Einheit verwenden, um Restbereiche zu inertisieren und Selbstentzündungen zu verhindern.

Jede Anwendung hat unterschiedliche Reinheits- und Durchflussanforderungen. Aber der rote Faden ist der Dauerbetrieb -, oft 330 Tage im Jahr, mit einem geplanten Wartungsstopp. Ein Gerät, das Lastschwankungen zwischen 30 % und 110 % nicht bewältigen kann, wird Kopfschmerzen verursachen. Eine Anlage, die wöchentliche Bedienereingriffe erfordert, wird qualifizierte Arbeitskräfte beanspruchen, die möglicherweise andere Arbeiten erledigen.

Lieferung: von der Bestellung bis zum Sauerstoff

Ein typischer Zeitplan sieht basierend auf aktuellen Projekten wie folgt aus:

Zwei Wochen für die Entwurfsbestätigung - P&ID, Fundamentzeichnung für die Kühlbox, elektrische Lasttabelle und eine klare Beschreibung der Steuerungslogik. Keine Überraschungen später.

Zehn bis vierzehn Wochen Herstellungszeit. Die Kühlbox wird im Werk vollständig verschweißt und isoliert. Die Arbeiten vor Ort beschränken sich auf das Anschließen von Rohren und Kabeln und nicht auf den Bau der Einheit von Grund auf.

Vier bis sechs Wochen für Versand und Installation. Modulare Skids bedeuten, dass Kompressorraum, Kühlbox, Reinigungssystem und Tankbereich separat ankommen. Ein Kran hebt jedes Teil an seinen Platz. Der Anschluss- dauert Tage, nicht Wochen.

Zwei bis vier Wochen bis zur Inbetriebnahme. Ein 72-stündiger kontinuierlicher Leistungstest überprüft die Sauerstoffreinheit, die Durchflussrate und den Energieverbrauch anhand der vereinbarten Werte. Wenn der Standort über 2000 Meter liegt, werden Kompressor und Kolonne vor Beginn der Fertigung neu berechnet.

Änderungen für schwierige Websites

Nicht jede Mine liegt auf Meereshöhe und verfügt über eine stabile Stromversorgung. Die Ausrüstung muss sich anpassen.

Oberhalb von 1500 Metern ist die Luft dünner. Das Kompressorlaufrad und die Motorleistung werden neu angepasst. Gleiche Säule, andere Atmung.

Explosionsfähige Atmosphären - Kohlebergwerke oder Standorte mit Kohlenwasserstoffen - erfordern die Einstufung Exd IIB T4 für alle elektrischen Komponenten. Keine Abkürzungen.

Extreme Kälte oder Hitze verändern die Isolationsdicke und die Art der Kühlung. Ein Gerät, das für Winter mit -30 Grad ausgelegt ist, unterscheidet sich von einem Gerät für Wüsten mit 45 Grad.

Schwache Stromnetze erhalten Sanftstarter und Frequenzumrichter. Das Gerät toleriert Spannungsschwankungen von ±15 %, ohne auszulösen.

Und der Stickstoff, der aus derselben Säule kommt? Bergwerke nutzen es zur Brandbekämpfung, zur Inertisierung von Erzvorräten und manchmal auch zum Trockenlöschen von Koks, wenn am Standort auch Kohle verarbeitet wird.

Betrieb aus der Ferne

In den meisten Bergwerken gibt es keinen Kryospezialisten. Das Gerät sendet also seine eigenen Daten aus. Expander-Geschwindigkeit, Cold-Box-Druck und unterste Spaltenebene - gehen alle an eine Cloud-Plattform. Wenn etwas außerhalb des normalen Bereichs abweicht, wird eine Warnung ausgegeben, bevor die Produktion gestoppt wird.

Für Ersatzteile gilt eine einfache Regel: Wenn die Lebensdauer vorhersehbar ist, versenden Sie sie, bevor sie ausfällt. Molekularsieb alle fünf Jahre. Filtert jährlich. Expanderlager alle drei Jahre erneuern. Keine dringende Luftfracht aus der ganzen Welt zum dreifachen Preis.

Die Bedienerschulung findet im Werk statt, bevor das Gerät ausgeliefert wird. Fünf Tage praktische Arbeit-plus Fehlersimulationsübungen. Wenn das Gerät vor Ort ankommt, haben die Leute, die es betreiben, es bereits zwanzig Mal hoch- und heruntergefahren.

Die Ferndiagnose beginnt innerhalb von zwei Stunden nach einem Anruf. Bei Standorten im Inlandbereich ist ein Techniker innerhalb von 48 Stunden vor Ort.

Shenger Gas baut kryogene Luftzerlegungsanlagen für die Bergbauindustrie - Das ist alles, was wir tun, und wir geben nicht vor, in etwas anderem gut zu sein. Jede Cold-Box-Schweißnaht wird einer 100-prozentigen Röntgenprüfung unterzogen. Keine Stichprobenkontrollen, keine Ausnahmen. Molekularsiebzyklen sind für eine Betriebsdauer von 25 Jahren ausgelegt. Expanderlager haben vor der ersten Wartung in mehreren Installationen über 8000 ununterbrochene Betriebsstunden absolviert.

Für einen Mining-Vorgang ist eine solche Einheit eine Infrastruktur - und kein Experiment. Die Entwurfsdateien, Energieprotokolle und Wartungsaufzeichnungen für jede Einheit sind auf Anfrage erhältlich. Nicht als Marketingmaterial, sondern als tatsächliche PDFs früherer Builds mit redigierten Kundennamen. So überprüfen Sie, was ein Lieferant tatsächlich liefert.

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