Cina: innovazioni nella purificazione dell’ossigeno? 

Quando si sente parlare di “innovazioni nella purificazione dell’ossigeno dalla Cina?”, il primo pensiero è ancora una volta il marketing, che promette montagne d’oro. Molte volte mi sono imbattuto in progetti in cui, sotto belle parole, si nascondeva un vero e proprio riconfezionamento di vecchie tecnologie, o qualcosa di così rozzo da non avvicinarsi nemmeno all'applicazione industriale. Ma negli ultimi cinque-sette anni il quadro, francamente, ha cominciato a cambiare. E non si tratta di dichiarazioni ad alta voce, ma di progetti specifici che ho visto o di cui ho sentito parlare dai colleghi che lavorano in loco. Non si tratta di scoperte fondamentali, ma piuttosto di sistemi, di ingegneria applicata: di come portare i principi conosciuti al livello di apparecchiature affidabili, efficienti e, soprattutto, economicamente fattibili. Ciò è particolarmente evidente nel settorepurificazione dell'ossigenoper la metallurgia, l'industria chimica e la medicina.

Da dove viene questo interesse?

Tutto si riduce a una scala. L’industria cinese è un gigantesco consumatore di gas industriali. Qualsiasi aumento, anche piccolo, dell’efficienza del processo di separazione dell’aria o di purificazione del prodotto garantisce enormi risparmi su scala nazionale. Pertanto, gli investimenti in ricerca e sviluppo sono piuttosto pragmatici in questo caso. Ma un altro fattore viene spesso trascurato: le normative ambientali. Si stanno restringendo a passi da gigante e semplicemente "producono ossigeno"? non abbastanza. È necessario ridurre al minimo il consumo energetico (e quindi le emissioni delle centrali elettriche) e garantire la purezza del prodotto in uscita affinché, ad esempio, nell'industria elettronica non vi sia il rischio di contaminazione dei wafer di silicio.

Una volta ho lavorato a un audit di un impianto di adsorbimento senza calore (PSA) a ciclo breve per la produzione di ossigeno medicale. Il cliente lamentava un elevato consumo di zeolite e un calo di produttività. La risposta standard è cambiare l'adsorbente. Ma gli ingegneri cinesi della società di sviluppo sembrano farloChengdu Yizhi Technology Co., scavato più a fondo. Non si sono limitati a offrire un diverso tipo di zeolite, ma hanno rivisto l’intera idrodinamica delle colonne e modificato la configurazione dei vassoi di distribuzione per ridurre la resistenza al flusso e i ristagni d’acqua localizzati. Il risultato è che non solo hanno prolungato la durata dell'adsorbente del 30%, ma hanno anche ridotto il consumo energetico del compressore. Questo è un tipico esempio del loro approccio: non reinventare la ruota, ma ottimizzare ogni ingranaggio al limite.

A proposito, circaChengdu Yizhi Technology Co. (https://www.yzkjhx.ru). Non si tratta solo di un produttore, ma del modo in cui si posiziona: un istituto di design creato sulla base di un'azienda di tecnologia chimica. Un capitale sociale di 120 milioni di yuan è un'offerta seria. La loro forza, secondo me, è che funzionano come collegamento tra la ricerca fondamentale (di cui ormai ce n’è molta in Cina) e la fabbrica vera e propria. Prendono uno sviluppo di laboratorio, lo testano su impianti pilota e quindi offrono al cliente una soluzione tecnologica chiavi in ​​mano già pronta. Ho visto i loro progetti sulla purificazione profonda dell'ossigeno dagli idrocarburi per i processi di ossidazione: lì la combinazione di metodi catalitici e di adsorbimento è stata costruita in modo molto competente.

Dove stanno esattamente cercando scoperte?

Se parliamo di aree tecnologiche l’attenzione si concentra su diversi punti di crescita. Il primo sono le membrane. Non quelle generiche membrane polimeriche per separazioni grossolane, ma materiali compositi altamente selettivi. I laboratori cinesi stanno sperimentando attivamente strutture nanoporose basate su strutture metallo-organiche (MOF) o ossidi di grafene. Finora si tratta principalmente di articoli su riviste scientifiche, ma esistono già linee pilota in cui tali membrane vengono testate per rimuovere le microimpurità di azoto e argon dal flusso di ossigeno. Il problema, come sempre, è la durabilità e la scalabilità. Un tecnologo che conosco si è lamentato del fatto che una membrana a base di MOF ha mostrato una selettività fantastica per le prime duecento ore, e poi i suoi pori hanno cominciato a ostruirsi con qualcosa che nemmeno l'analisi è riuscita a identificare immediatamente.

La seconda area è quella degli adsorbenti. Qui il lavoro va in due direzioni: la creazione di zeoliti con una determinata dimensione dei pori (per una specifica molecola inquinante) e lo sviluppo di materiali ibridi. Ad esempio, la zeolite impregnata con nanoparticelle di argento o ossido di manganese, che non solo assorbe, ma decompone cataliticamente impurità come etilene o acetilene. È fondamentale per la produzione di ossigeno per la respirazione e per alcune sintesi chimiche. Ho visto un lotto sperimentale di tale materiale: sembravano normali granuli, ma la sua rigenerazione non richiedeva un riscaldamento standard, ma un lavaggio con una certa miscela di gas. Gli ingegneri hanno dovuto rifare l'unità di controllo della valvola.

Terzo, è “intelligente?” controllare. Sembrerebbe, cosa c'è di nuovo qui? Ma le aziende cinesi, inclusa Yizhi Technology, stanno implementando attivamente sistemi basati sull’Internet of Things industriale (IIoT) e sull’apprendimento automatico. I sensori monitorano non solo la pressione e la temperatura in tempo reale, ma anche la composizione spettrale del flusso in uscita. L'algoritmo impara a prevedere il momento della rottura delle impurità o dell'esaurimento dell'adsorbente non in base a un tempo fisso, ma in base alla dinamica dei cambiamenti nei parametri. Questo permette di ottimizzare i cicli, risparmiare energia e risorse. È vero che all’inizio tali sistemi sono un grattacapo per il personale di manutenzione abituato a pulsanti e manometri.

Difetti e insidie

Non si può parlare di innovazione senza parlare di fallimento. Ce ne sono abbastanza. Una storia comune è quella in cui il successo in laboratorio viene tentato troppo velocemente e in modo rozzo per poter essere trasferito all’industria. Si è verificato un caso in un'acciaieria: hanno introdotto un nuovo schemapurificazione dell'ossigenoutilizzando la catalisi a bassa temperatura per rimuovere l'idrogeno. In laboratorio, utilizzando gas di sintesi puro, tutto ha funzionato perfettamente. Nell'impianto il flusso conteneva tracce di silossani provenienti da lubrificanti per compressori, di cui non si è tenuto conto. Il catalizzatore è stato avvelenato? nel giro di una settimana il progetto è stato congelato e si è tornati al vecchio schema, meno efficace ma collaudato. Questo è un classico errore: sottovalutare il reale, “sporco”? composizione delle materie prime.

Un altro problema è l’economia. L'adsorbente o la membrana più avanzati potrebbero essere semplicemente troppo costosi. Le aziende cinesi stanno uscendo da questa situazione localizzando la produzione di materie prime e su scala. Ma anche questo non sempre salva. Ricordo che un venditore offriva superzeolite con una capacità di umidità record. Ma la sua rigenerazione richiedeva una temperatura di 50 gradi superiore a quella standard. Dovremmo rifare il forno e aumentare il consumo di carburante. Di conseguenza, il ciclo di vita del progetto è diventato negativo. Nessuno ha bisogno dell’innovazione per il bene dell’innovazione.

E, naturalmente, il fattore umano. Le nuove tecnologie richiedono nuove competenze. Non basta installare l’impianto, occorre formare le persone a gestirlo, a comprenderne il “comportamento”. Mi sono imbattuto in una situazione in cui, dopo aver aggiornato l'unità di pulizia, gli operatori per abitudine hanno attivato la modalità di rigenerazione secondo il vecchio timer, annullando tutti i vantaggi del sistema adattivo. Ho dovuto condurre tutta una serie di corsi di formazione pratica direttamente sul posto.

Cosa significa questo per il mercato?

Allora, cosa abbiamo in fondo? La Cina non sta tanto inventando principi completamente nuovipurificazione dell'ossigeno, quanti diventano leader mondiali nel loro sviluppo, integrazione e commercializzazione. Il loro approccio è sistematico: dalla scienza di base (che è generosamente finanziata dallo stato) attraverso istituti applicati (come il già citato Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd.) fino alla produzione di massa di attrezzature. Questo crea un potente effetto sinergico.

Per gli attori globali, questa è sia una sfida che un’opportunità. La sfida è che le attrezzature cinesi stanno diventando sempre più competitive non solo nel prezzo, ma anche nelle caratteristiche tecniche, soprattutto nel segmento di media potenza. Opportunità: perché sta emergendo una nuova fonte di soluzioni e componenti tecnologici. Non è più raro che l’ingegneria europea acquisti dalla Cina elementi chiave degli impianti, ad esempio unità di controllo o adsorbitori specializzati, e li integri nei loro complessi.

Personalmente penso che la tendenza più interessante sia l’ibridazione. Il futuro non appartiene a un solo “vittorioso”. tecnologia, ma dietro la loro combinazione intelligente. Ad esempio, un'unità a membrana per l'arricchimento primario, seguita da un adsorbimento a ciclo breve su quelli “intelligenti”. zeoliti per la pulizia fine, e tutto questo sotto il controllo di un sistema di autoapprendimento. È nella creazione di complessi così flessibili, efficienti e affidabili, e non in slogan ad alta voce, che oggi si manifestano le vere innovazioni cinesi in questo settore. E a giudicare dal ritmo e dalla profondità dello sviluppo, questa tendenza non potrà che rafforzarsi.

Invece di una conclusione: uno sguardo al futuro

Se provi a guardare oltre l'orizzonte, gli sforzi principali, a mio avviso, si sposteranno verso il risparmio delle risorse e la personalizzazione. Le richieste del settore stanno diventando sempre più specifiche. Un impianto necessita di ossigeno con purezza del 99,8%, ma con un'assenza garantita anche di tracce di CO2, un altro del 99,5%, ma con il minor costo possibile in condizioni di carico instabile. Ci saranno meno soluzioni universali.

I gemelli digitali inizieranno a svolgere un ruolo importante: modelli virtuali di installazioni su cui è possibile testare nuove modalità operative, prevederne l'usura e formare il personale senza rischi per la produzione reale. Le aziende cinesi stanno già investendo attivamente in questo settore.

E un'ultima cosa. Il successo dipenderà non solo dalla tecnologia, ma anche dall’ecosistema. Dipende dalla rapidità e dalla facilità con cui i dati dei sensori dell’impianto possono essere integrati nel sistema complessivo di gestione energetica dell’impianto o nella logistica del gas tecnico. È qui che l’innovazione nella purificazione dell’ossigeno cessa di essere un compito isolato e diventa parte del quadro generale dello “smart”. produzione. E in questo quadro generale, i giocatori cinesi sembrano avere tutte le possibilità di occupare un posto di rilievo. Non perché gridino ad alta voce, ma perché hanno imparato a fare cose complesse in modo affidabile e con un occhio all'economia finale del progetto. E questo, in definitiva, è l’argomento più potente sul mercato.