Cina: leader nella produzione di idrogeno a vapore? 

Quando si parla della rivoluzione dell’idrogeno, tutti ricordano subito l’elettrolisi e il “verde?” idrogeno. E sullo steam reforming del metano (SMR) - come se fosse ieri, sporco e poco interessante. Ma in effetti, se si guarda ai volumi e ai costi reali, è cosìproduzione di idrogeno a vaporerimane la spina dorsale dell’intero settore. E qui la Cina non è solo un attore, ma una piattaforma dove si sviluppano tecnologie che poi sorprendono il mondo. C'è molto rumore sui nuovi progetti, ma poche persone scavano più a fondo: come funziona effettivamente, dove sono le insidie ​​​​e perché alcune "rivoluzioni"? Gli impianti raccolgono silenziosamente la polvere nei magazzini?

Non “se”, ma “come”: perché il PCM è ancora la base

In teoria, tutto è semplice: prendi metano e vapore, lo riscaldi e ottieni idrogeno e CO2. In pratica, ci sono decine di sfumature che determinano se un impianto sarà redditizio o rovinoso. Il punto chiave è la fonte del metano. Storicamente la Cina ha fatto affidamento sul gas di carbone, da qui la specificità. L'esperienza ha dimostrato che adattare il catalizzatore e le modalità alla composizione instabile del metano delle miniere di carbone è un'intera arte. Molte tecnologie occidentali sono arrivate qui e sono letteralmente “soffocate”. Abbiamo dovuto adattarci, spesso attraverso tentativi ed errori.

Ecco, ad esempio, la storia di un progetto nello Shanxi. Abbiamo acquistato una costosa unità di reforming europea. E dopo sei mesi: semplice. Il catalizzatore si è disattivato rapidamente a causa di impurità nel gas non incluse nelle specifiche. Gli ingegneri locali hanno quindi trascorso sei mesi lavorando sul sistema di pretrattamento, combinando gli adsorbenti. Ha funzionato, ma le scadenze e il budget non sono stati rispettati. Ci sono dozzine di casi simili. Questa è proprio la “pratica” che non figura nei rapporti degli analisti.

La tendenza attuale è l’integrazione del PCM con i sistemi di cattura del carbonio (CCS). Non è più solo produzioneidrogeno grigio, ma è un passo verso la riduzione delle emissioni di carbonio. Esistono diversi progetti pilota di questo tipo in Cina, ad esempio nel complesso petrolchimico di Ningxia. È tecnologicamente difficile e costoso, ma il processo è in corso. E ancora, senza una vasta esperienza nel PCM di base, tali sistemi ibridi non possono essere costruiti.

Attrezzature e hardware: dove risiede la vera leadership

La leadership non è determinata solo dalla stazza. Sta nella capacità di creare e scalare apparecchiature chiave. Reattori, forni di conversione, scambiatori di calore sono le unità dove avvengono i principali processi. I produttori cinesi circa dieci anni fa hanno raggiunto un buon livello nella produzione di unità di reforming su larga scala. Il prezzo, ovviamente, era la principale carta vincente. Ma ora, guardando i progetti, è chiaro che non è più solo una questione di prezzo.

Prendiamo, ad esempio, i forni radianti per il reforming del vapore. In precedenza, le prime 3 aziende globali possedevano i brevetti chiave e le migliori soluzioni. Ora le società di ingegneria cinesi offrono i loro progetti con livelli di efficienza non inferiori. Segreto? Vasta esperienza in ambienti difficili e iterazione rapida. Abbiamo riscontrato un problema con il riscaldamento non uniforme dei tubi: un anno dopo abbiamo introdotto una nuova configurazione e un nuovo sistema di controllo del bruciatore. Questa è la velocità del feedback, che nel ?fed? I mercati sono difficili da immaginare.

Vale la pena menzionare qui gli istituti di design che sono diventati i motori di questa localizzazione. Uno degli esempi sorprendenti èChengdu Yizhi Technology Co. (https://www.yzkjhx.ru). Questo non è solo un ufficio con relatori per parere. L'istituto, basato sulla società tecnologica Huaxi, con un capitale sociale di 120 milioni di yuan, opera come integratore. Prendono la tecnologia chimica di base e la “perfezionano”. ad uno specifico “hardware” e sistemi automatizzati di controllo del processo per un impianto specifico. Il loro ruolo spesso rimane dietro le quinte, ma senza tali collegamenti non vi sarebbe né una rapida attuazione né un adattamento.

Puzzle delle materie prime: dal carbone all'APG e ritorno

Il dibattito sulla leadership si riduce alle materie prime. Classico: carbone. Ma il suo futuro è in dubbio a causa delle questioni ambientali. Finora, molti nuovi progetti nello Xinjiang e nella Mongolia Interna si basano ancora sul gas di carbone. Tuttavia, è più interessante osservare un'altra tendenza: l'uso del gas di petrolio associato (APG).

Nei campi dello Shaanxi o sugli scaffali, spesso c'era una scelta: riaprire l'APG o trovarne un utilizzo. È logico costruire un complesso chimico con un'installazione PCM nelle vicinanze. Ma la composizione dell’APG è instabile e in più ci sono problemi di trasporto. Ho visto un progetto in cui volevano installare un modulo mobile di steam reforming direttamente sul campo. L’idea è geniale: minimizzare le perdite. Ma in realtà c'era un problema con la pulizia delle materie prime: il modulo si intasava, le interruzioni erano frequenti. Il progetto è stato congelato. Anche questi fallimenti fanno parte del viaggio.

Attualmente sono in corso esperimenti con flussi di miscelazione: APG + gas naturale liquefatto + gas da giacimenti di carbone. Ciò consente di stabilizzare la composizione all'ingresso dell'installazione. Tecnologicamente difficile, ma in caso di successo fornirà un’enorme flessibilità e consentirà l’utilizzo di risorse precedentemente inutili o bruciate. Ecco dove potrebbe nascere la prossima generazione di tecnologia cineseproduzione di idrogeno.

Catalizzatori: cucina propria

Il cuore del processo è il catalizzatore. Per molto tempo il mercato è stato diviso tra diversi colossi internazionali. I loro prodotti sono affidabili, ma costosi e non sempre ottimali per le materie prime cinesi. Circa 5-7 anni fa iniziò un boom dello sviluppo locale. Non tutti hanno avuto successo. Ricordo che un'accademia provinciale delle scienze elogiò il suo catalizzatore basato sui media a buon mercato. Ottimi risultati in laboratorio. Su un impianto pilota: perdita di attività dopo 1000 ore. Il motivo sono le quantità microscopiche di zolfo nel vapore, che non sono state modellate in laboratorio.

Ma ora la situazione sta cambiando. I grandi player, come Sinopec o CNPC, hanno i propri centri di ricerca che conducono lo sviluppo “per se stessi”. Non cercano di vendere catalizzatori esternamente, ma creano prodotti molto competitivi per le esigenze interne. La loro principale carta vincente sono i dati. Dispongono di informazioni provenienti da dozzine di installazioni operative da molti anni. Sanno come si comporterà il catalizzatore durante le fluttuazioni di pressione e durante le interruzioni per manutenzione. Questa è la conoscenza che non può essere acquistata.

Un punto interessante sono i catalizzatori al nichel. Standard per PCM. I produttori cinesi hanno imparato a produrli non solo a buon mercato, ma con proprietà specifiche: maggiore resistenza agli incrostamenti o ad alcuni veleni. Non si tratta più di copiare, ma di personalizzare per soddisfare le esigenze dell’industria nazionale. E questo è un argomento serio nella conversazione sulla sovranità tecnologica nel tema dell’idrogeno.

Integrazione nel sistema energetico: l'idrogeno come stabilizzante

Il pensiero più recente e non ovvio. L’idrogeno del PCM non è solo una materia prima per l’ammoniaca o le raffinerie. Comincia a essere considerato come un elemento di un grande sistema energetico. In Cina esiste un problema di produzione disomogenea da fonti energetiche rinnovabili nella parte occidentale del paese. L’energia eolica in eccesso potrebbe teoricamente essere utilizzata per l’elettrolisi, ma attualmente ciò è costoso.

L’alternativa è utilizzare queste eccedenze indirettamente anziché direttamente. Ad esempio, per il funzionamento di compressori, sistemi di illuminazione e di controllo negli stessi impianti di steam reforming. Oppure per produrre proprio il vapore necessario per la reazione. Ciò riduce l’impronta di carbonio del prodotto finale. Hai visto il concetto di “ibrido”? stabilimento di Gansu: parte del vapore proviene da generatori di vapore elettrici alimentati da energia eolica, parte da caldaie tradizionali. Il bilanciamento del carico è un compito arduo per i tecnici, ma ci stanno scherzando.

Questa tendenza è ancora agli inizi, ma mostra un cambiamento di paradigma.Produzione di idrogeno a vaporecessa di essere un processo isolato “in un tubo?” e diventa parte di un cluster energetico-chimico più complesso. E in questa capacità di integrare e costruire simbiosi complesse, la Cina potrebbe non avere eguali semplicemente a causa delle dimensioni e del numero di strutture in costruzione. Qui impari velocemente, perché non c'è nessun posto dove andare: devi risolvere problemi reali qui e ora, e non nel bellissimo mondo “verde”. futuro.