Chiny: wodór z gazu koksowniczego – perspektywy? 

Wodór z gazu koksowniczego brzmi jak oczywisty pomysł, prawda? Zwłaszcza w Chinach, gdzie chemia koksu to nie tylko przemysł, ale cała warstwa kultury przemysłowej. Ale kiedy zaczynasz się w to zagłębiać, zdajesz sobie sprawę, że jest coś pomiędzy „oczywistym pomysłem?” a realną, opłacalną i bezpieczną praktyką – przepaść. Wiele osób od razu wyobraża sobie strumień czystego wodoru i zielone certyfikaty, zapominając o CO, siarkowodorze, smołach i o tym, że gaz koksowniczy jest przede wszystkim paliwem dla samych koksowni. Odebranie im tego gazu oznacza przebudowę całego systemu wytwarzania energii. Może warto zacząć od tego paradoksu.

Nie tylko produkt uboczny: rzeczywistość gazu koksowniczego

Praca nad projektami we współpracy z instytucjami takimi jakChengdu Yizhi Technology Co.(tak na marginesie, to jest ich strona internetowahttps://www.yskjhx.ru- przydatne źródło informacji na temat technologii separacji), nieustannie spotykasz się z tą samą prośbą metalurgów: „Tak, mamy gaz, ale nie starcza nam na własne potrzeby?” I to jest kluczowa kwestia.Gaz koksowy- nie „odpad”, który po prostu czeka na utylizację. Jest to kalibrowany nośnik energii, który służy do ogrzewania akumulatorów koksowniczych, suszenia węgla, a czasami także do wytwarzania pary. Jego skład to około 55-60% H2, 25-30% CH4, reszta to CO, N2, ciężkie węglowodory i zanieczyszczenia. Początkowa wartość opałowa jest istotna dla cyklu procesu.

Dlatego też rozmowa o wodorze nie zaczyna się od „jak go wyizolować?”, ale od „jak zrekompensować bilans energetyczny?”. Jeśli pojedziesz na benzynęwodór, trzeba zaoferować coś w zamian – powiedzmy przebudować piece na gaz ziemny lub wprowadzić odzysk ciepła. Są to koszty kapitałowe, które natychmiast pochłaniają część ekonomiki projektu. W jednej z fabryk w Shanxi widziałem próbę zainstalowania jednostki membranowej do pobierania wodoru bezpośrednio z sieci ogólnej. Wydaje się, że wszystko zostało obliczone, jednak nie uwzględniono wahań ciśnienia i składu gazu przy zmianie partii węgla. Membrany szybko uległy koksowaniu i projekt został zamrożony. Doświadczenie jest drogie, ale odkrywcze.

I jeszcze jedno odnośnie składu. Oprócz trzech głównych (H2, CH4, CO) występuje naftalen, siarkowodór i cyjanowodór. Każda instalacja do odzyskiwania wodoru – czy to adsorpcja w cyklu ciśnieniowym (PSA), czy membrana – wymaga głębokiego i wieloetapowego czyszczenia na wlocie. W przeciwnym razie katalizatory zostaną zatrute, a membrany ulegną uszkodzeniu. Łańcuch standardowy: chłodzenie, elektrofiltry, usuwanie żywicy, następnie odsiarczanie. To nie tylko „montaż filtra”, to cały warsztat chemiczny. A jego koszt często zaskakuje klientów, którzy myśleli tylko o jednostce PSA.

Skrzyżowanie technologii: PSA, membrany czy coś innego?

W przeszłości Chiny bardziej skłaniały się ku adsorpcji krótkocyklowej (SCA). Powody są jasne: technologia została sprawdzona, pozwala uzyskać wodór o czystości 99,999% i wyższej, a przy okazji można wyodrębnić frakcję metanowo-wodorową. Takie instalacje projektuje i dostarcza m.inChengdu Yizhi Technology Co., Ltd.— ten instytut projektowy stworzony przez Huaxi Technology ma solidne doświadczenie w separacji gazów. Widziałem ich instalacje w pracy - są niezawodne, ale wymagają odpowiedniej obsługi. Kluczową kwestią jest tutaj właściwy dobór adsorbentów do konkretnego składu gazu i możliwość pracy z gazem resztkowym (rafinatem).

Ale CCA nie jest panaceum. Instalacja jest nieporęczna, energochłonna (do wytworzenia ciśnienia potrzebne są sprężarki) i wymaga wysokiej jakości automatyki do przełączania zaworów. W przypadku małych przepływów gazu może to być nieracjonalnie drogie. Tutaj w grę wchodzą technologie membranowe. Są bardziej kompaktowe i łatwiejsze w obsłudze, ale jest pewien niuans: czystość wodoru na wyjściu rzadko przekracza 99% w jednym przejściu i silnie zależy od ciśnienia i składu surowca. Do wielu zastosowań – na przykład do hydrorafinacji w przemyśle petrochemicznym – to wystarczy. Jeśli jednak potrzebujesz ultraczystego wodoru do elektroniki lub ogniw paliwowych, nie możesz obejść się bez późniejszego oczyszczania.

Ciekawym podejściem hybrydowym, które jest obecnie testowane w kilku zakładach, jest połączenie wstępnej obróbki membran i PSA. Membrany usuwają wodór w masie, zmniejszając obciążenie droższej jednostki adsorpcyjnej. Wydaje się to logiczne, jednak w praktyce pojawiają się trudności z synchronizacją pracy dwóch systemów o różnej dynamice. Na razie są to rozwiązania raczej pilotażowe. Osobiście jestem skłonny wierzyć, że wybór technologii jest zawsze kompromisem pomiędzy wymaganą czystością produktu, dostępnym kapitałem i kwalifikacjami lokalnego personelu. Czasami łatwiej i taniej jest dostarczyć dwa stopnie membran o różnej selektywności niż jeden złożony PSA.

Gdzie umieścić ten wodór? Rynek a konsumpcja krajowa

Wyizolowaliśmy więc wodór. I co? Najprościej jest wykorzystać go w tym samym zakładzie lub na sąsiedniej produkcji. Przemysł koksowniczy ma własne procesy uwodornienia, a rafinacja ropy naftowej ma własne procesy hydrorafinacji. Jest to najlepsza opcja, minimalizująca logistykę i koszty kompresji i przechowywania. Często jednak możliwości alokacyjne przekraczają lokalne potrzeby. Pojawia się wówczas pytanie o wejście na rynek zagraniczny.

I tu zaczyna się najtrudniejsza część. Rynek wodoru w Chinach dopiero się rozwija. Bardzo brakuje infrastruktury transportowej (rurociągi, cysterny ciśnieniowe). Koszt transportu na odległość ponad 200 km może spowodować, że produkt będzie niekonkurencyjny w stosunku do lokalnie produkowanego wodoru z parowego reformingu metanu. Dlatego wiele projektówwodór z gazu koksowniczegodziś są związani z tworzeniem lokalnych klastrów: koksownia + rafineria ropy naftowej + ewentualnie przedsiębiorstwo chemiczne. Geografia jest wszystkim.

Kolejnym potencjalnym konsumentem jest produkcja stali. Prowadzone są eksperymenty mające na celu wykorzystanie wodoru w wielkich piecach do częściowego zastąpienia koksu. Są to jednak technologie przyszłości, wciąż w powijakach. Bardziej realistyczny scenariusz zakłada skierowanie wodoru do syntezy amoniaku lub metanolu, jeśli w pobliżu znajdują się odpowiednie zakłady produkcyjne. Ale tutaj znowu spotykamy się z ekonomią: koszt wodoru z gazu koksowniczego, nawet biorąc pod uwagę wszystkie koszty oczyszczania, jest niższy niż z gazu ziemnego. To jego główny atut. Ale tę zaletę można osiągnąć tylko wtedy, gdy w pobliżu znajduje się niezawodny i stabilny kanał dystrybucji.

Ekonomia i pułapki: o czym nie pisze się w prezentacjach

W studiach wykonalności wszystko wygląda gładko: niski koszt surowców („gaz jest „darmowy”), rosnące zapotrzebowanie na wodór, rządowe dotacje na „zielony” gaz. technologie. Rzeczywistość jest trudniejsza. Po pierwsze, jest to „bezpłatne”? surowce. Jak już mówiłem, wydobycie gazu to strata paliwa. Musimy wziąć pod uwagę rzeczywisty koszt alternatywny tego gazu dla elektrowni. Czasami okazuje się, że bardziej opłaca się sprzedać sam gaz koksowniczy do sąsiedniej fabryki jako paliwo, niż inwestować w kosztowną instalację separacji wodoru.

Po drugie, koszty kapitału. Pełnoprawny kompleks - od czyszczenia po kompresję - kosztuje dziesiątki milionów dolarów. Okres zwrotu inwestycji w dużym stopniu zależy od ostatecznej ceny wodoru, która jest bardzo zmienna. Po trzecie koszty operacyjne. Wymiana adsorbentów, membran, odczynników do usuwania siarki, energii do sprężania - to stały wypływ gotówki. Widziałem projekt, w którym ze względu na dużą zawartość siarkowodoru konieczna była instalacja dodatkowego stopnia odsiarczania oksydacyjnego, co zabiło wszelką rentowność.

Główną przeszkodą jest stabilność. Produkcja koksu ma charakter cykliczny. Planowane są przestoje w celu naprawy akumulatorów, występują wahania jakości węgla. Skład i ilość gazu nie są stałe. Instalacja wodorowa musi być elastyczna i odporna na takie wahania, a jest to skomplikowana i kosztowna automatyka. Nie wszyscy producenci technologii biorą to pod uwagę sprzedając „standardowe”. rozwiązania. DoświadczenieChengdu Yizhi Technology Co.jest tu cenne właśnie dlatego, że sądząc po ich projektach, są głęboko zanurzeni w specyfice produkcji koksochemicznej i nie oferują abstrakcyjnych instalacji.

Patrząc w przyszłość: czy jest światełko w tunelu?

Mimo wszystkich trudności kierunek ma perspektywy. Jest kilku kierowców. Pierwsza to polityka „podwójnej neutralności węglowej”. w Chinach. Zmusza nas to do poszukiwania wszelkich możliwości ograniczenia naszego śladu węglowego.Wodór z gazu koksowniczegoto wykorzystanie produktu ubocznego do produkcji niskoemisyjnego (nie mylić z „zielonym?”) wodoru. Jest to lepsze niż spalanie gazu na pochodniach lub po prostu wykorzystanie go jako paliwa bez oczyszczania. Mogą pojawić się kredyty węglowe lub inne preferencje.

Drugim czynnikiem jest rozwój energii wodorowej i mobilności w niektórych regionach. Jeżeli w prowincjach Shanxi lub Hebei, gdzie skupione są główne moce koksochemiczne, powstanie sieć stacji napełniania wodorem, wówczas strategicznie ważna będzie lokalna produkcja z gazu koksowniczego. Na razie są to inicjatywy ukierunkowane.

Trzeci czynnik ma charakter technologiczny. Pojawiają się tańsze i odporne na zanieczyszczenia membrany, adsorbenty o większej pojemności i skuteczne metody czyszczenia. Zmniejsza się zużycie energii w procesie. To poprawia gospodarkę. Jednak zasadniczy wniosek, oparty na praktyce, jest taki: sukcesem nie będzie projekt, który po prostu technicznie wydobędzie wodór, ale ten, który początkowo będzie wbudowany w kompleksowy schemat zaopatrzenia w energię i surowce całego klastra przemysłowego, z przemyślanym balansem i niezawodną sprzedażą. Jest to złożone zadanie systemowe, a nie tylko zakup sprzętu. I właśnie w tym systematycznym podejściu leży, jak sądzę, główna szansa na wykorzystanie wodoru z gazu koksowniczego w Chinach.