Cina: nuove tecnologie per l’utilizzo del gas di coda? 

Quando senti parlare di “nuove tecnologie di utilizzo del gas di coda?” in Cina il primo pensiero è ancora una volta il marketing. Tutti gridano all'innovazione, ma in realtà spesso si tratta del buon vecchio PSA (adsorbimento con oscillazione di pressione) o di membrane, solo in una nuova confezione. Ma negli ultimi 5-7 anni il quadro è davvero cambiato. Non è che ci sia stata una rivoluzione, ma sono apparse soluzioni specifiche che hanno funzionato al meglio per quei flussi che prima venivano bruciati o, scusatemi, semplicemente sfogati. E il motore principale non è nemmeno l’ecologia stessa, ma la rigorosa economia delle risorse e la politica della “produzione pulita”. È diventato redditizio per le imprese catturare queste percentuali.

Da ?deve essere? al “come esattamente?”: l’evoluzione dell’approccio

In precedenza, una storia tipica: l'installazione ha un flusso di gas di coda, principalmente idrogeno con impurità. Secondo il progetto, indirizzalo verso una torcia o nel combustibile della fornace. Esiste una tecnologia di riciclaggio, ma il CAPEX è elevato e il ritorno sull’investimento è discutibile. E tutto si blocca. Adesso l’approccio è diverso. Non “come possiamo utilizzarlo?”, ma “cosa in questo flusso ha valore qui e ora?” Idrogeno? Quindi viene purificato e reimmesso in un processo, ad esempio l'idrotrattamento. Idrocarburi C1-C4? Quindi o il raffinamento in gas combustibile o, se la composizione lo consente, la separazione delle singole frazioni. Parola chiave -integrazione. La tecnologia non viene scelta in astratto, ma per un punto specifico in cui il prodotto viene inserito nel layout dell'impianto esistente.

Ecco un esempio dal vivo di una raffineria nello Shandong. Da un idrocracker proveniva un flusso ricco di idrogeno, ma a una pressione di soli 0,3 MPa e con una discreta quantità di CO. Il classico metodo a membrana o l’adsorbimento tramite oscillazione non erano molto adatti a causa della bassa pressione e della necessità di una rimozione profonda della CO. È stata trovata una soluzione ibrida: prima pulizia e compressione grossolane, poi una configurazione speciale di un’unità di adsorbimento a ciclo breve (PSA) con adsorbenti multistrato che fanno fronte alla CO. L’idrogeno è tornato nel processo e la parte di scarto, che è ancora ricca di calorie, è stata inviata non alla torcia, ma alla rete del gas combustibile per le caldaie. Si è ripagato in 3 anni. Ma qui è importante: il successo non è stato nella tecnologia super nuova, ma nell’ingegneria precisa per condizioni specifiche. Molti fallimenti sono dovuti proprio al fatto che prendono quelli “inscatolati”. soluzione e provare a rovinare tutto.

Un altro punto spesso trascurato è la stabilità della composizione del gas di coda. In teoria, si caratterizza il flusso, si prelevano campioni e si realizza un progetto. In pratica, la composizione può “galleggiare” a seconda della modalità dell'impianto principale, delle materie prime, del catalizzatore. Se la tecnologia non ha una finestra operativa sufficiente, iniziano i problemi: il prodotto non soddisfa le specifiche o l'attrezzatura coca. È necessario installare serbatoi di accumulo o, più costosi, sistemi di analisi in linea e di controllo automatico. Questa è la stessa "sciocchezza" che divora l'intera economia del progetto se non viene presa in considerazione nella fase FEED (progettazione).

Zoo tecnologico: cosa funziona davvero nei cantieri

Se mettiamo da parte l’hype, oggi diverse aree dominano i siti industriali cinesi. In primo luogo, questo è, ovviamente,separazione della membranaper flussi con elevata pressione parziale del componente target (lo stesso idrogeno). I produttori cinesi di membrane, come l’azienda di Chengdu, di cui parleremo più avanti, hanno fatto grandi progressi. I loro film competono già con gli analoghi occidentali in selettività e stabilità e sono notevolmente più economici. Ma le membrane sono capricciose nei confronti degli aerosol, degli idrocarburi pesanti e dei plastificanti: è necessaria una pulizia preliminare di altissima qualità.

In secondo luogo,assorbimento a ciclo oscillante (PSA). In questo caso, il progresso riguarda principalmente gli algoritmi di controllo e la progettazione degli adsorbenti, che consentono di ridurre le perdite di idrogeno e aumentare la durata dell’adsorbente. Ho visto installazioni dove, ottimizzando il ciclo e utilizzando adsorbenti stratificati (setacci molecolari + carbone attivo), si ottiene un tasso di estrazione dell'idrogeno del 90% da flussi piuttosto sporchi. Ma questo comporta un dispendio energetico: per la rigenerazione vengono utilizzati volumi considerevoli di gas combustibile.

E la terza tendenza -tecnologie criogeniche. Vengono utilizzati meno spesso, principalmente per grandi flussi, dove è necessario ottenere non solo gas combustibile, ma prodotti liquidi (etano, GPL) di elevata purezza. Il CAPEX è alle stelle, ma per giganti come Shenhua o Sinopec, che costruiscono complessi chimici integrati, questo è giustificato. "Chiudono" il ciclo del carbonio, convertendo i gas di coda in materia prima per la pirolisi.

Ma è troppo presto per parlare di metodi biologici o di processi plasma-chimici su scala industriale. Ci sono campioni di laboratorio, anche le installazioni pilota fanno notizia, ma sono ancora lontane dall'affidabilità commerciale e dall'economia comprensibile. Gli investimenti in questi “cavalli oscuri” provengono principalmente dai fondi di ricerca statali e non dalle aziende stesse.

Caso in primo piano: esperienza tecnologica di Chengdu Yizhi

Quando si parla di attuazione pratica, l’esperienza è interessanteChengdu Yizhi Technology Co.(una filiale di Chengdu Huaxi Chemical Technology). Il loro sito web (https://www.yzkjhx.ru) li posiziona come istituto di design, e questa è la parola chiave. Non vendono solo attrezzature, ma eseguono ingegneria a ciclo completo. Dai loro casi aperti è chiaro che la loro specializzazione sono i gas nella chimica e nella raffinazione del petrolio.

Uno dei loro progetti che ho avuto modo di studiare indirettamente è stato il recupero dei gas di coda da un impianto di produzione di olefine. Il problema era classico: un flusso di composizione variabile (etilene, etano, propilene, idrogeno), che veniva periodicamente bruciato. La soluzione standard è quella di costruire un impianto di frazionamento separato, ma questo richiede tempo ed è costoso. Gli ingegneri di Yizhi hanno proposto e implementato uno schema con un'unità a membrana preliminare per separare e restituire parte dell'idrogeno e delle olefine leggere, mentre il flusso rimanente, arricchito in etano, è stato inviato direttamente al forno di pirolisi come materia prima aggiuntiva. In sostanza, hanno integrato il riciclaggio nel processo principale, evitando la creazione di un complesso autonomo.

Cosa c'è di prezioso qui? Non un miracolo tecnologico, ma un pensiero sistemico. Consideravano la pianta come un singolo organismo. La loro forza, in quanto istituto di design con un capitale sociale di 120 milioni di yuan, è la capacità di realizzare modelli di processo dettagliati (Aspen HYSYS, ecc.) e di offrire soluzioni personalizzate anziché standard. Il loro portafoglio comprende sia sistemi PSA che sistemi a membrana, ma la scelta è sempre giustificata da un calcolo tecnico ed economico per un cliente specifico.

Naturalmente anche per loro non tutto va liscio. In uno dei primi progetti per l'utilizzo del gas di cokeria in uno stabilimento metallurgico, si dovette affrontare il rapido intasamento dei prefiltri con catrame e polvere. Abbiamo dovuto modificare al volo il sistema di lavaggio e introdurre una fase di pulizia aggiuntiva. Ciò ha portato a sforamenti del budget e a ritardi nelle scadenze. Ma tale esperienza fa parte della crescita professionale. Ora, sono sicuro che stiano fissando tolleranze più prudenti per la purezza delle materie prime in ingresso.

Insidie e lezioni che non sono scritte negli opuscoli

Quando si parla di nuove tecnologie non si possono ignorare le insidie. Innanzitutto -economia a basse concentrazioni. Se la componente di valore nel flusso è inferiore al 15-20%, molto spesso il progetto non decollerà. Il costo per isolarlo supererà il costo del prodotto. A volte è più vantaggioso utilizzare il gas direttamente come combustibile ipocalorico nel forno più vicino, ammodernando i bruciatori, piuttosto che costruire un intero sistema di depurazione.

La seconda pietra sono le infrastrutture. Diciamo che hai isolato l'idrogeno bello e puro. Ma dove presentarlo? Se l’impianto non dispone di una rete di condotte di idrogeno di pressione adeguata o di capacità libera di ricezione, il progetto dovrà affrontare la necessità di ingenti investimenti aggiuntivi. Spesso la soluzione ottimale non è la massima purificazione, ma ottenere un prodotto “abbastanza buono”. da utilizzare presso il punto di consumo più vicino.

Il terzo punto sono le spese operative (OPEX). Nuovi catalizzatori, adsorbenti speciali, elementi a membrana: tutto questo ha una propria durata e costi di sostituzione. Se forniture e servizi dipendono da un unico fornitore estero, i rischi sono enormi. Ora, a proposito, questo è un potente incentivo per lo sviluppo dei produttori locali in Cina. Secondo il passaporto, l'affidabilità e la disponibilità del servizio a volte sono più importanti di un paio di punti percentuali in termini di efficienza.

E l'ultima cosa è il fattore umano. È necessario mantenere un complesso impianto di riciclaggio. Se nello stabilimento non c’è personale qualificato, anche la tecnologia più avanzata rimarrà inattiva o lavorerà a metà capacità. I progetti di successo prevedono sempre non solo la fornitura di “hardware”, ma anche la formazione completa di tecnologi e operatori e la stesura di normative dettagliate. Senza questo, qualsiasi innovazione si trasforma in un mal di testa.

Guardando avanti: da che parte soffia il vento?

Allora, qual è il punto? La Cina non ha inventato una bacchetta magica per lo smaltimento dei gas di coda. Ma qui è stato creato un potente ecosistema per l’implementazione pratica ed economicamente valida delle tecnologie esistenti. Fattori trainanti: gli sviluppi delle politiche ecologiche, l’inasprimento delle normative sulle emissioni e, cosa ancora più importante, la crescente maturità e concorrenza tra le società di ingegneria locali comeTecnologia Chengdu Yizhi.

Il futuro, secondo me, appartiene ai sistemi ibridi. Non PSA o membrane, ma combinazioni di entrambi selezionati per massimizzare il valore di un particolare flusso. E dietro la digitalizzazione c'è anche l'uso di dati in tempo reale e analisi predittive per ottimizzare le modalità operative degli impianti di riciclaggio in condizioni di composizione mutevole delle materie prime.

Il cambiamento principale è nella coscienza. Il gas di coda è sempre meno percepito come un rifiuto che deve essere distrutto. Viene sempre più vista come una risorsa sottoutilizzata, una potenziale fonte di reddito o, come minimo, un modo per ridurre i costi operativi nella produzione principale. E questa, forse, è la ?nuova tecnologia? più importante? - non nell'attrezzatura, ma nell'approccio. E la tecnologia, come sappiamo, segue la domanda. E la domanda qui è chiaramente in crescita.