Cina: idrogeno dal gas di cokeria: prospettive? 

L'idrogeno proveniente dal gas di cokeria sembra un'idea ovvia, giusto? Soprattutto in Cina, dove la chimica del coke non è solo un’industria, ma un intero strato di cultura industriale. Ma quando inizi ad approfondire, ti rendi conto che c'è qualcosa tra "l'idea ovvia?" e una pratica reale, economicamente vantaggiosa e sicura: un abisso. Molti immaginano subito un flusso di idrogeno puro e certificati verdi, dimenticandosi della CO, dell'idrogeno solforato, dei catrami e del fatto che il gas di cokeria è soprattutto un combustibile per le stesse cokerie. Togliere loro questo gas significa ricostruire l’intero sistema di produzione energetica. Forse vale la pena iniziare da questo paradosso.

Non solo un sottoprodotto: la realtà del gas di cokeria

Lavorare su progetti in collaborazione con istituzioni comeChengdu Yizhi Technology Co.(questo è il loro sito web, comunque,https://www.yzkjhx.ru- una risorsa utile sulle tecnologie di separazione), ti imbatti costantemente nella stessa richiesta da parte dei metallurgisti: "Sì, abbiamo gas, ma non ne abbiamo abbastanza per i nostri bisogni?" E questo è il punto chiave.Gas di coca cola- non “rifiuti”, che sono semplicemente in attesa di essere smaltiti. Si tratta di un vettore energetico calibrato, che viene utilizzato per riscaldare le batterie dei forni da coke, il carbone secco e talvolta per generare vapore. La sua composizione è circa 55-60% H2, 25-30% CH4, il resto è CO, N2, idrocarburi pesanti e impurità. Il potere calorifico iniziale è importante per il ciclo di processo.

Pertanto, la conversazione sull’idrogeno non inizia con “come isolarlo?”, ma con “come compensare il bilancio energetico?”. Se porti benzina aidrogeno, è necessario offrire qualcosa in cambio, ad esempio ricostruire forni per il gas naturale o introdurre il recupero del calore. Si tratta di costi di capitale che divorano immediatamente parte dell’economia del progetto. In una delle fabbriche dello Shanxi ho visto un tentativo di installare un'unità a membrana per la selezione dell'idrogeno direttamente dalla rete generale. Sembra che tutto sia stato calcolato, ma non hanno tenuto conto delle fluttuazioni della pressione e della composizione del gas durante il cambio dei lotti di carbone. Le membrane si sono rapidamente cotte e il progetto è stato congelato. L’esperienza è costosa, ma rivelatrice.

E ancora una cosa sulla composizione. Oltre ai tre principali (H2, CH4, CO), c'è naftalene, idrogeno solforato e acido cianidrico. Qualsiasi installazione per il recupero dell'idrogeno, che si tratti di adsorbimento con ciclo di pressione (PSA) o di membrane, richiede una pulizia profonda e in più fasi all'ingresso. Altrimenti i catalizzatori vengono avvelenati e le membrane cedono. Catena standard: raffreddamento, precipitatori elettrostatici, rimozione delle resine, quindi desolforazione. Non si tratta solo di “installare un filtro”, è un intero laboratorio chimico. E il suo costo spesso sorprende i clienti che pensavano solo all'unità PSA.

Crocevia tecnologico: PSA, membrane o qualcos'altro?

Storicamente la Cina ha gravitato maggiormente verso l’adsorbimento a ciclo breve (SCA). Le ragioni sono chiare: la tecnologia è stata collaudata, consente di ottenere idrogeno con una purezza pari o superiore al 99,999% e lungo il percorso è possibile isolare la frazione metano-idrogeno. Tali impianti, ad esempio, sono progettati e forniti daChengdu Yizhi Technology Co., Ltd.— questo istituto di progettazione creato da Huaxi Technology ha una solida esperienza nella separazione dei gas. Ho visto le loro installazioni in funzione: sono affidabili, ma richiedono un funzionamento corretto. Il punto chiave qui è la corretta selezione degli adsorbenti per una specifica composizione di gas e la capacità di lavorare con gas residuo (raffinato).

Ma il CCA non è una panacea. L'installazione è ingombrante, ad alta intensità energetica (i compressori sono necessari per creare pressione) e richiede un'automazione di alta qualità per commutare le valvole. Per piccoli flussi di gas può essere irragionevolmente costoso. È qui che entrano in gioco le tecnologie a membrana. Sono più compatti e più facili da usare, ma c'è una sfumatura: la purezza dell'idrogeno in uscita raramente supera il 99% in un passaggio e dipende fortemente dalla pressione e dalla composizione della materia prima. Per molte applicazioni, ad esempio per l'idrotrattamento nell'industria petrolchimica, questo è sufficiente. Ma se avete bisogno di idrogeno ultrapuro per l'elettronica o per le celle a combustibile, non potete fare a meno della successiva purificazione.

Un interessante approccio ibrido, attualmente in fase di sperimentazione in diversi siti, è una combinazione di pretrattamento della membrana e PSA. Le membrane rimuovono l'idrogeno sfuso, riducendo il carico sull'unità di adsorbimento più costosa. Ciò sembra logico, ma in pratica sorgono difficoltà nel sincronizzare il funzionamento di due sistemi con dinamiche diverse. Per ora si tratta piuttosto di soluzioni pilota. Personalmente tendo a credere che la scelta della tecnologia sia sempre un compromesso tra la purezza del prodotto richiesta, il capitale disponibile e la qualificazione del personale locale. A volte è più semplice ed economico fornire due stadi di membrane di diversa selettività rispetto a un PSA complesso.

Dove mettere questo idrogeno? Mercato vs consumo interno

Quindi abbiamo isolato l'idrogeno. E cosa? Il modo più semplice è utilizzarlo nello stesso stabilimento o in una produzione vicina. L’industria del coke ha i propri processi di idrogenazione e la raffinazione del petrolio ha i propri processi di idrotrattamento. Questa è l'opzione migliore, poiché riduce al minimo la logistica e i costi di compressione e stoccaggio. Ma spesso la capacità di allocazione supera le esigenze locali. Quindi sorge la domanda sull'ingresso nel mercato estero.

E qui inizia la parte più difficile. Il mercato dell’idrogeno in Cina sta appena emergendo. Le infrastrutture di trasporto (condutture, cisterne pressurizzate) sono gravemente carenti. Il costo del trasporto su distanze superiori a 200 km potrebbe rendere il prodotto non competitivo rispetto all’idrogeno per il reforming del metano prodotto localmente. Tanti progetti, quindiidrogeno dal gas di cokeriaoggi sono legati alla creazione di cluster locali: una cokeria + una raffineria di petrolio + eventualmente un'impresa chimica. La geografia è tutto.

Un altro potenziale consumatore è la produzione di acciaio. Sono in corso esperimenti per utilizzare l'idrogeno negli altiforni per sostituire parzialmente il coke. Ma queste sono tecnologie del futuro, ancora agli inizi. Uno scenario più realistico sarebbe quello di utilizzare l’idrogeno per sintetizzare ammoniaca o metanolo, se nelle vicinanze sono presenti impianti di produzione corrispondenti. Ma anche qui ci scontriamo con l’economia: il costo dell’idrogeno prodotto dal gas di cokeria, anche tenendo conto di tutti i costi di purificazione, è inferiore a quello del gas naturale. Questa è la sua principale carta vincente. Ma questo vantaggio può essere realizzato solo se nelle vicinanze è presente un canale di distribuzione affidabile e stabile.

Economia e insidie: cosa non c'è scritto nelle presentazioni

Negli studi di fattibilità tutto sembra liscio: basso costo delle materie prime (il gas è “gratuito”), crescente domanda di idrogeno, sussidi governativi per il gas “verde”. tecnologie. La realtà è più dura. Prima di tutto, è ?gratuito? materie prime. Come ho già detto, l’estrazione del gas è una perdita di carburante. Dobbiamo considerare il reale costo opportunità di questo gas per l'impianto. A volte risulta che è più redditizio vendere il gas di cokeria ad un impianto vicino come combustibile piuttosto che investire in un costoso impianto di separazione dell'idrogeno.

In secondo luogo, i costi di capitale. Un complesso a tutti gli effetti, dalla pulizia alla compressione, costa decine di milioni di dollari. Il periodo di ammortamento dipende fortemente dal prezzo finale dell’idrogeno, che è molto volatile. In terzo luogo, i costi operativi. Sostituzione di adsorbenti, membrane, reagenti per la rimozione dello zolfo, energia per la compressione: si tratta di un flusso di cassa costante. Ho visto un progetto in cui, a causa dell'elevato contenuto di idrogeno solforato, era necessario installare un ulteriore stadio di desolforazione ossidativa, che ha ucciso ogni redditività.

E l’ostacolo principale è la stabilità. La produzione di coke è ciclica. Sono previste fermate programmate per la riparazione delle batterie e fluttuazioni nella qualità del carbone. La composizione e la quantità di gas non sono costanti. L’impianto dell’idrogeno deve essere flessibile e resistente a tali fluttuazioni, e si tratta di un’automazione complessa e costosa. Non tutti i produttori di tecnologia ne tengono conto quando vendono quelli “standard”. soluzioni. EsperienzaChengdu Yizhi Technology Co.è prezioso qui proprio perché, a giudicare dai loro progetti, sono profondamente immersi nelle specificità della produzione chimica del coke e non offrono installazioni astratte.

Guardando al futuro: c’è la luce alla fine del tunnel?

Nonostante tutte le difficoltà, la direzione ha delle prospettive. Esistono diversi driver. La prima è la politica della “doppia neutralità carbonica”. in Cina. Ci costringe a cercare qualsiasi opportunità per ridurre la nostra impronta di carbonio.Idrogeno dal gas di cokeriaè l’utilizzo di un sottoprodotto per produrre idrogeno a basse emissioni di carbonio (da non confondere con “verde?”). Questo è meglio che bruciare il gas o semplicemente usarlo come combustibile senza purificazione. Potrebbero apparire crediti di carbonio o altre preferenze.

Il secondo motore è lo sviluppo dell’energia dell’idrogeno e della mobilità in alcune regioni. Se viene creata una rete di stazioni di rifornimento di idrogeno nelle province dello Shanxi o dell'Hebei, dove sono concentrate le principali capacità chimiche del coke, la produzione locale dal gas di cokeria diventerà strategicamente importante. Per ora si tratta di iniziative mirate.

Il terzo fattore è tecnologico. Stanno comparendo membrane più economiche e resistenti alle impurità, adsorbenti con una capacità maggiore e metodi di pulizia efficaci. Il consumo energetico del processo è ridotto. Ciò migliora l’economia. Ma la conclusione fondamentale, basata sulla pratica, è questa: il successo non sarà il progetto che si limita a estrarre tecnicamente l’idrogeno, ma quello che inizialmente è integrato in uno schema globale per l’approvvigionamento di energia e risorse dell’intero cluster industriale, con un equilibrio ponderato e vendite affidabili. Si tratta di un compito di sistema complesso, non solo dell'acquisto di attrezzature. Ed è in questo approccio sistematico, mi sembra, che risiede la principale prospettiva per l’idrogeno ricavato dal gas di cokeria in Cina.