Cina: idrogeno dal gas di cokeria: prospettive? 

Quando si sente “idrogeno dal gas di cokeria?”, molte persone pensano immediatamente a un processo antico, quasi museale. E questo è il principale malinteso. In realtà non si tratta di arcaismo, ma di come dare una seconda vita a un sottoprodotto che altrimenti brucerebbe semplicemente in una torcia. In Cina, con i suoi colossali volumi di produzione di coke, la questione è passata da tempo da teorica a puramente pratica – ed è molto controversa.

Non solo un flusso secondario, ma una base di materie prime

A parte le belle presentazioni, la chiave è composizione e coerenza. Il gas di cokeria non è gas naturale; la sua composizione varia a seconda del tipo di carbone, della modalità di cokefazione e anche delle condizioni atmosferiche. Il contenuto di idrogeno può variare dal 50% al 60%, ma insieme ad esso arrivano metano, monossido di carbonio, idrocarburi pesanti e, soprattutto, zolfo. La prima cosa che incontri nella pratica non è la “produzione di idrogeno”, ma la purificazione preliminare. Solfuro di idrogeno, cianuro, naftalene: tutto questo deve essere rimosso prima che il gas raggiungaunità di assorbimento. Molti progetti inciampano in questa fase, sottovalutando i costi di preparazione.

Ad esempio, in una delle vecchie fabbriche dello Shanxi hanno provato a installare la separazione a membrana subito dopo la pulizia grossolana. L'idea era velocità ed economia. Ma le membrane si intasarono rapidamente con le resine residue e il progetto entrò in un profondo periodo di inattività. Dovevo tornare ai classici -assorbimento dell'oscillazione della pressione(PSA), ma con un prelavaggio più serio? gas Ciò ha aggiunto sia costi di capitale che difficoltà operative. Si è scoperto che le materie prime economiche non richiedono una preparazione economica.

E qui si vede la differenza tra una semplice società di ingegneria e un istituto specializzato di progettazione. È necessario comprendere a fondo la chimica del coke e non solo la separazione del gas. Ho visto progetti in cui la linea di processo veniva costruita dal forno stesso, tenendo conto della ciclicità dell'uscita del gas e dei suoi parametri di temperatura. Questo è già un livello diverso. A proposito, uno dei pochi che lavora sistematicamente in questa ristretta nicchia in Cina èChengdu Yizhi Technology Co.(il loro sito web èyzkjhx.ru). Sono nati dalla tecnologia chimica di Huaxi e, a giudicare dal loro portafoglio, affrontano la questione in modo completo: non si limitano a vendere un’unità PSA, ma progettano l’intero ciclo dall’accettazione del gas alla produzione commerciale di idrogeno. La loro esperienza è proprio che senza uno studio approfondito delle materie prime non andrai lontano.

Economia: dove si nasconde il profitto?

L'argomento principale?per? - basso costo delle materie prime. Il gas infatti è gratis, bisogna solo smaltirlo. Ma questa è una trappola per gli investitori. I costi principali sono gli investimenti di capitale nella purificazione e separazione, quindi nella compressione e nello stoccaggio dell’idrogeno. L'idrogeno puro di PSA non è ancora un prodotto. Deve essere adattato alle esigenze del consumatore, comunqueraffinazione del petrolio, produzione di ammoniacao emergentienergia dell'idrogeno.

In uno dei progetti a cui ho partecipato, tutto è stato calcolato nei minimi dettagli. Si scopre che il punto di pareggio dipende fortemente da due fattori: la stabilità delle batterie della cokeria (in modo che non vi siano tempi di inattività o fluttuazioni nel volume del gas) e il prezzo dell’idrogeno alternativo, ad esempio, dallo steam reforming del metano. Quando i prezzi del gas naturale sono bassi, l?intera economia del ?coke? l'idrogeno collassa. Ma in Cina, negli ultimi anni, la politica si è spostata verso la diversificazione delle fonti e la riduzione dell’impronta di carbonio. E qui l’idrogeno derivante dai gas di sottoprodotto ottiene una seconda ventata, non tanto economica quanto ambientale e strategica.

Un'altra sfumatura: cosa fare con i gas di scarico dopo l'estrazione dell'idrogeno? Ha ancora potere calorifico. Il modo più logico è reimmetterlo nel sistema energetico dell'impianto per riscaldare le cokerie o generare vapore. Ma ciò richiede l'integrazione con l'infrastruttura esistente e nelle vecchie fabbriche la sua modernizzazione è un grattacapo separato. Si tratta di un puzzle in cui le soluzioni tecniche influenzano direttamente l’economia.

Forcelle tecnologiche: PSA, membrane o criogenia?

Domina il mondoTecnologia PSA. Affidabile, collaudato, permette di ottenere una purezza dell'idrogeno fino al 99,999%. Ma gli impianti sono ingombranti, richiedono un complesso sistema di valvole e automazione e sono costosi da mantenere. I produttori cinesi, inclusa la già citata Yizhi Technology, hanno localizzato questa attrezzatura molto tempo fa, riducendone i costi. Ma non si può ingannare la fisica: il processo è ciclico, si verifica una perdita di idrogeno con il flusso di rifiuti (fino al 15-25%). Per le grandi produzioni questo è già significativo.

La separazione a membrana appare più elegante: compatta, con meno parti mobili. Ma, come ho già detto, è fondamentale per la purezza del gas in ingresso. Se dopo la pulizia nel gas di cokeria rimangono anche tracce di idrocarburi superiori o vapori aromatici, la membrana si rompe. Ho visto tentativi di schemi combinati: pulizia grossolana -> membrana (separazione della maggior parte dell'idrogeno) -> finitura su un piccolo PSA. In teoria, è ottimale in termini di costi di capitale e operativi. In pratica, la complessità di gestire due linee tecnologiche dissimili spesso divorava tutti i risparmi.

La separazione criogenica è prevista per volumi molto grandi e nei casi in cui è necessario separare non solo l'idrogeno, ma anche, ad esempio, l'etilene. Per la chimica del coke standard questo è molto spesso ridondante. Conclusione? Non esiste una soluzione universale. La scelta della tecnologia è sempre un compromesso tra la purezza della materia prima, il volume richiesto e la purezza del prodotto, nonché la disponibilità del cliente a gestioni più complesse.

Caso pratico: un problema non evidente con il gas “secco”.

Vorrei condividere un fallimento non così evidente, che illustra bene le specificità della materia prima. Dopo il successo dell'avvio dell'impianto PSA in uno stabilimento dell'Hebei, dopo pochi mesi è iniziato un graduale calo della produttività. Pressioni, temperature: tutto è normale, gli assorbenti sono freschi. Abbiamo cercato a lungo il motivo. Si è scoperto che durante la stagione delle piogge l'umidità del carbone fornito per la coke aumentava. Ciò, a sua volta, ha influenzato la composizione del gas di cokeria: il suo contenuto di idrogeno è leggermente diminuito e il contenuto di CO è aumentato. Ma la cosa principale è che il microclima nell'officina è cambiato e nel sistema di trattamento del gas è entrata più umidità atmosferica.

Gli adsorbenti nelle unità di essiccazione pre-PSA sono stati progettati per condizioni standard e questa umidità aggiuntiva non era sufficiente. Di conseguenza, il gas grezzo è entrato nelle colonne PSA e l'umidità ha iniziato ad "avvelenare?" adsorbenti zeolitici responsabili della purificazione fine dell'idrogeno. Il problema è stato risolto non sostituendo costosi adsorbenti, ma migliorando il sistema di asciugatura in ingresso e rivedendo le normative a seconda della stagione. Una sciocchezza? Sulla carta sì. In pratica ci sono settimane di inattività e tonnellate di prodotto perso. Questa è la stessa “pratica” che non si trova nei libri di testo.

Dove vendere? Il mercato impone la purezza

Ottenere l’idrogeno è metà dell’opera. Ha bisogno di essere venduto. E qui sorge la questione della purezza. Per l'idrotrattamento nelle raffinerie, spesso è sufficiente il 99,9%. Ma per alimentare celle a combustibile o dispositivi elettronici, è necessaria una purezza pari al 99,999% o superiore, con uno stretto controllo della CO, che è un veleno per i catalizzatori. Il gas di cokeria, anche dopo la purificazione più avanzata, comporta sempre il rischio di tracce di impurità di idrocarburi specifici.

Pertanto, la maggior parte dei progetti esistenti in Cina sono rivolti specificamente ai consumatori industriali vicini all'impianto, le stesse raffinerie o impianti chimici. Costruire un’infrastruttura per il trasporto dell’idrogeno compresso o liquefatto è una storia diversa con un ritorno sull’investimento ancora dubbio. La prospettiva è vista nella creazione di cluster locali: una cokeria - la produzione di idrogeno - un'impresa di consumo nelle vicinanze. Ciò riduce i rischi e i costi logistici.

È interessante notare che alcune aziende, ad esempio la stessa Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd., posizionata come istituto di design con un capitale sociale di 120 milioni di yuan, offrono soluzioni chiavi in ​​mano, inclusa l'analisi dei potenziali mercati. Questo è l’approccio giusto, perché senza capire a chi e a quale prezzo vendere l’idrogeno, anche l’impianto tecnologicamente più avanzato diventa un peso.

Risultati: le prospettive ci sono, ma sono banali

Ci sono quindi delle prospettive? Sicuramente sì. Ma questa non è una tecnologia “verde” rivoluzionaria del futuro, ma una soluzione pragmatica ed efficiente in termini di risorse per un’industria gigantesca già esistente. I suoi fattori trainanti non sono la moda dell’idrogeno, ma rigorosi standard ambientali (divieto di flaring dei gas associati) e la fattibilità economica dello smaltimento dei rifiuti.

Il potenziale principale risiede nell’integrazione. Non nella costruzione di singoli elementi ?idrogeno? officine e nella profonda modernizzazione dell'intero processo chimico del coke con il vettore dell'idrogeno come una delle aree di prodotto. Ciò richiede grandi investimenti e competenze, che non tutti hanno.

Personalmente guardo a questo con cauto ottimismo. La tecnologia non è nuova, le sue insidie ​​​​sono note. Il successo del progetto sarà determinato non tanto dalla scelta tra PSA o membrana, ma dalla qualità dell'ingegneria, dalla profondità dello sviluppo della materia prima di base e da calcoli economici sobri che tengono conto di tutto, fino al contenuto di umidità stagionale del carbone. Questo non è un campo per dilettanti. Questo è un lavoro per coloro che comprendono la chimica del coke dall'interno e sono pronti a risolvere problemi complessi e non standard. E, fortunatamente, tali giocatori esistono già sul mercato.