Cina: prospettive per la purificazione dell’idrogeno PSA? 

Quando senti “PSA sulla purificazione dell’idrogeno in Cina?”, la prima cosa che ti viene in mente sono le dimensioni gigantesche, i progetti di costruzione infiniti e le attrezzature economiche. Ma questo è superficiale. In effetti, negli ultimi 5-7 anni c'è stata una rivoluzione silenziosa nella comprensione del processo. Non copiano più semplicemente i vecchi schemi UOP o Linde, ma li adattano attivamente ai propri flussi di materie prime e ai requisiti di purezza, a volte unici. La sfida principale ora non è realizzare l’installazione, ma garantire che funzioni in modo stabile ed economico in condizioni reali e “sporche”. Gas idrogeno cinese, la cui composizione può saltare così tanto che qualsiasi modello di Aspen piange. Molti progetti sono inciampati su questo.

Dalla teoria alla pratica: dove sono le insidie?

Prendiamo, ad esempio, un tipico gas proveniente da un riformatore di raffineria. Sembra un classico PSA. Ma le raffinerie cinesi spesso operano con greggi pesanti e acidi, e tracce di mercaptani o sostanze aromatiche più elevate possono sfuggire al pretrattamento. Per gli adsorbenti questa è la morte. Ricordo un progetto nello Shandong, dove sei mesi dopo il lancio la pressione di spurgo doveva essere modificata quasi manualmente ogni settimana: l'adsorbente iniziava a perdere prematuramente la capacità a causa di impurità non prese in considerazione nelle specifiche tecniche. Abbiamo dovuto installare un ulteriore stadio di adsorbimento all'ingresso, che ha divorato parte del profitto. Si è scoperto che il fornitore di materie prime ha cambiato il lotto di catalizzatore nel riformatore e la composizione è cambiata leggermente, ma in modo critico.

O un altro aspetto: l'efficienza energetica. Nel tentativo di ridurre i costi di capitale, alcuni produttori locali hanno semplificato la progettazione e i controlli delle valvole. Di conseguenza, le perdite di idrogeno dovute allo spurgo e alla ricompressione erano superiori del 10-15% rispetto a quelle dei concorrenti. Il cliente paga meno per l'installazione, ma poi paga più del dovuto per l'elettricità per decenni. Questa è una questione di cultura del progetto, non solo di tecnologia.

Qui vale la pena menzionare le aziende che hanno affrontato la questione in modo sistematico. Ad esempio,Chengdu Yizhi Technology Co.(il loro sito web èyzkjhx.ru), in quanto istituto di design nato dall'azienda di tecnologia chimica Huaxi, spesso fa affidamento su una profonda personalizzazione. Non si limitano a vendere una scatola con su scritto “PSA”, ma conducono prima una lunga analisi delle materie prime nel proprio impianto pilota. È più costoso nella fase FEED, ma poi ci sono meno sorprese. Il loro approccio è proprio una conseguenza dell'esperienza accumulata lavorando con le capricciose materie prime cinesi.

Mercato e driver: cosa muove la domanda oltre alle raffinerie?

Sì, tradizionalmente il motore è stato la raffinazione del petrolio e la produzione di ammoniaca. Ma ora stanno emergendo nuovi potenti fattori. Innanzitutto si tratta del gas di sintesi del carbone (CTO, coal-to-olefins). Lì sono necessari enormi volumi di idrogeno, che spesso viene recuperato dal flusso ricco di CO. Le unità PSA qui operano al limite della selettività; c'è una lotta costante per la purezza dell'H2 e per ridurre le sue perdite con i gas di scarico. Le installazioni sono colossali, 200-300mila Nm3/he oltre.

In secondo luogo, e questa è la cosa più interessante, l’energia dell’idrogeno. Finora parliamo soprattutto di “blu?” idrogeno da gas naturale con CO2 o gas associati catturati. Nelle province ricche di fonti energetiche rinnovabili, cominciano ad apparire progetti pilota che combinano elettrolisi e PSA per purificare l’idrogeno dall’ossigeno e dall’umidità. I requisiti di purezza qui sono proibitivi, 99,999% e superiori, ma i volumi sono ancora piccoli. È più un banco di prova per la tecnologia.

In terzo luogo, la metallurgia. L'idrogeno come agente riducente è una tendenza. Ma i gas delle cokerie o dei convertitori sono una miscela infernale. Lo sviluppo è in corso, ma non ho ancora visto progetti PSA commerciali per tali condizioni in Cina. Più chiacchiere e ricerca e sviluppo.

Tendenze tecnologiche: dove sta andando l’ingegneria?

La tendenza principale è l’ibridazione. Il PSA da solo spesso fallisce. Ecco perché si vedono sempre più schemi come “assorbimento + PSA?” oppure “membrane + PSA?”. Ad esempio, per la pulizia profonda dalla CO2, prima del PSA viene installato un lavaggio amminico. Ciò aumenta la complessità, ma aumenta notevolmente l'affidabilità e la durata degli adsorbenti. Ciò è particolarmente vero per i gas con elevata pressione parziale di CO2.

Il secondo è il controllo intelligente. Non controllori PID, ma sistemi capaci di adattarsi in tempo reale ai cambiamenti nella composizione delle materie prime, prevedendo il momento della fuoriuscita delle impurità e ottimizzando il ciclo. Gli ingegneri cinesi qui stanno sperimentando attivamente algoritmi di apprendimento automatico, addestrandoli sui dati storici delle installazioni operative. UTecnologia Chengdu Yizhi, a proposito, nella descrizione dei loro approcci come istituto di design, si può sentire questa enfasi sulla progettazione integrata e sulla gestione del ciclo di vita, e non sulla vendita di attrezzature.

Il terzo punto riguarda i materiali. Sviluppo di nuovi adsorbenti più capienti e selettivi per impurezze specifiche. Istituti scientifici cinesi e aziende come Huaxi (genitore di Yizhi) pubblicano molti articoli sulle zeoliti modificate e sui setacci molecolari del carbonio. La domanda è quanto velocemente questi sviluppi lasceranno i laboratori ed entreranno nelle colonne commerciali.

Economia e futuro: il gioco vale la candela?

Le prospettive sono enormi, ma lo sono anche i rischi. La Cina sta costruendo dozzine di nuove raffinerie e complessi chimici, e quasi tutti ne hanno unoPSA per la pulizia dell'idrogeno. Il mercato per ingegneri e fornitori è una miniera d’oro. Tuttavia, la concorrenza è dura. I prezzi incalzano, le scadenze dei progetti si riducono. Per vincere la gara alcuni fanno pericolose semplificazioni.

Cresce invece la domanda di assistenza, modernizzazione e digitalizzazione degli impianti esistenti. È qui che è necessaria una vera esperienza e non solo la capacità di realizzare un disegno. Saranno richieste aziende in grado non solo di costruire, ma anche di “modificare” un'unità di lavoro, aumentando il recupero di idrogeno del un paio di punti percentuali.

Per quanto riguarda? Verde? idrogeno, il PSA rimarrà una tecnologia di purificazione fondamentale. Ma il suo ruolo potrebbe cambiare. Forse appariranno soluzioni modulari più compatte, veloci e flessibili per l’energia distribuita. Questa è già una sfida per i fornitori tradizionali abituati a unità fisse gigantesche.

Di conseguenza, ci sono prospettive e non sono associate a una replica sconsiderata, ma all'approfondimento dei dettagli, all'adattamento a materie prime complesse e all'integrazione in catene tecnologiche più ampie. Chi lo capisce, come la stessa squadra di Chengdu, rimarrà a galla. Gli altri potrebbero diventare fornitori di hardware economico ma problematico, la cui reputazione circolerà in tutto il mercato sotto forma di racconti terribili da parte degli operatori.

Osservazione personale: la cultura operativa come fattore chiave

In conclusione, voglio dire qualcosa di cui raramente si scrive negli articoli tecnici. L'unità PSA più avanzata può rovinarsi in un mese a causa di un uso improprio. In Cina, ho visto centri di controllo straordinariamente organizzati nelle nuove fabbriche, dove gli operatori comprendono le sfumature del ciclo meglio di altri ingegneri, e un quadro terrificante nelle vecchie fabbriche, dove le valvole perdono e la logica di controllo è rotta e nessuno la ripara.

Pertanto, il futuro della tecnologia qui non dipende solo dagli ingegneri progettisti, ma anche dalla formazione del personale e dal trasferimento delle conoscenze. Gli istituti di progettazione che prevedono tempi lunghi di messa in servizio e formazione nei loro contratti traggono benefici a lungo termine. Perché le loro installazioni funzionano come un orologio e il cliente ritorna.

Risulta quindi che la questione delle prospettive di PSA in Cina non è una questione di “cosa?”, ma “come?”. Come progetteranno, come si adatteranno, come serviranno. La tecnologia è collaudata, di livello mondiale. Ma le specificità locali e la profondità della sua elaborazione sono proprio il campo su cui si sta svolgendo la vera lotta. E a giudicare da alcuni progetti, gli specialisti cinesi stanno gradualmente vincendo questa battaglia, acquisendo la propria esperienza unica.