Chiny: nowe technologie wykorzystania gazu resztkowego? 

Kiedy słyszysz o „nowych technologiach wykorzystania gazów resztkowych?” w Chinach pierwszą myślą jest znowu marketing. Wszyscy wołają o innowację, ale w rzeczywistości często okazuje się, że są to stare, dobre PSA (adsorpcja zmiennociśnieniowa) lub membrany, tylko w nowych opakowaniach. Ale w ciągu ostatnich 5-7 lat obraz naprawdę się zmienił. To nie jest tak, że była rewolucja, ale pojawiły się konkretne rozwiązania, które w pełni się sprawdziły dla tych przepływów, które wcześniej albo zostały spalone, albo, przepraszam, po prostu odpowietrzone. A głównym motorem nie jest nawet sama ekologia, ale rygorystyczna ekonomia zasobów i polityka „czystej produkcji”. Zdobycie tych procentów stało się opłacalne dla przedsiębiorstw.

Od „musi być” do „jak dokładnie?”: ewolucja podejścia

Wcześniej typowa historia: instalacja ma przepływ gazu resztkowego, głównie wodoru z zanieczyszczeniami. Według projektu skieruj go na palnik lub do paliwa w piecu. Istnieje technologia recyklingu, ale CAPEX jest wysoki, a zwrot z inwestycji wątpliwy. I wszystko zamarza. Teraz podejście jest inne. Nie „jak możemy to wykorzystać?”, ale „co w tym przepływie ma wartość tu i teraz?” Wodór? Następnie jest oczyszczany i zawracany do procesu np. hydrorafinacji. Węglowodory C1-C4? Następnie albo rafinacja do paliwa gazowego, albo, jeśli skład na to pozwala, rozdzielenie poszczególnych frakcji. Słowo kluczowe -integracja. Technologia nie jest wybierana abstrakcyjnie, ale pod konkretny moment, w którym produkt jest wprowadzany do istniejącego układu zakładu.

Oto przykład z jednej rafinerii w Shandong. Strumień z hydrokrakera był bogaty w wodór, ale pod ciśnieniem zaledwie 0,3 MPa i przyzwoitą ilością CO. Klasyczna metoda membranowa lub adsorpcja wahadłowa nie były zbyt odpowiednie ze względu na niskie ciśnienie i potrzebę głębokiego usuwania CO. Znaleziono rozwiązanie hybrydowe: najpierw wstępne czyszczenie i sprężanie, a następnie specjalną konfigurację jednostki adsorpcji krótkocyklowej (PSA) z wielowarstwowymi adsorbentami, która radzi sobie z CO. Wodór wrócił do procesu, a część odpadowa, która wciąż jest wysokokaloryczna, została wysłana nie do pochodni, ale do sieci gazu opałowego dla kotłów. Spłacił się w ciągu 3 lat. Ale tutaj jest to ważne: sukces nie polegał na supernowej technologii, ale na precyzyjnej inżynierii dla określonych warunków. Wiele niepowodzeń wynika właśnie z tego, że biorą „pudełkowe”. rozwiązanie i spróbuj je schrzanić.

Inną kwestią, która jest często pomijana, jest stabilność składu gazu resztkowego. Teoretycznie scharakteryzowano przepływ, pobrano próbki i wykonano projekt. W praktyce kompozycja może „unosić się” w zależności od trybu głównej instalacji, surowców, katalizatora. Jeśli technologia nie ma wystarczającego okna operacyjnego, zaczynają się problemy: produkt nie spełnia specyfikacji lub sprzęt koksuje. Konieczne jest zainstalowanie zbiorników buforowych lub, co droższe, systemów analizy online i automatycznej kontroli. To ten sam „drobiazg”, który pożera całą ekonomikę projektu, jeśli nie zostanie uwzględniony na etapie FEED (projektowania).

Zoo technologiczne: co naprawdę działa na stronach

Jeśli odłożymy na bok szum medialny, w chińskich zakładach przemysłowych zdominowanych jest obecnie kilka obszarów. Po pierwsze, jest to oczywiścieseparacja membranowadla przepływów o wysokim ciśnieniu cząstkowym docelowego składnika (tego samego wodoru). Chińscy producenci membran, jak na przykład firma z Chengdu, o czym będzie mowa później, poczynili ogromne postępy. Ich filmy już konkurują z zachodnimi odpowiednikami pod względem selektywności i stabilności, a przy tym są zauważalnie tańsze. Ale membrany są kapryśne w stosunku do aerozoli, ciężkich węglowodorów i plastyfikatorów - konieczne jest bardzo wysokiej jakości wstępne czyszczenie.

po drugie,adsorpcja w cyklu wahadłowym (PSA). Postęp dotyczy tutaj głównie algorytmów sterowania i konstrukcji adsorberów, które pozwalają ograniczyć straty wodoru i zwiększyć żywotność adsorbentu. Widziałem instalacje, w których optymalizując cykl i stosując adsorbenty warstwowe (sita molekularne + węgiel aktywny) osiągano stopień ekstrakcji wodoru na poziomie 90% z dość zanieczyszczonych strumieni. Jest to jednak energochłonne – do regeneracji zużywane są znaczne ilości paliwa gazowego.

I trzeci trend -technologie kriogeniczne. Stosuje się je rzadziej, głównie przy dużych przepływach, gdzie konieczne jest uzyskanie nie tylko paliwa gazowego, ale także produktów ciekłych (etan, LPG) o dużej czystości. CAPEX jest ogromny, ale w przypadku gigantów takich jak Shenhua czy Sinopec, którzy budują zintegrowane kompleksy chemiczne, jest to uzasadnione. „Zamykają” obieg węgla, przekształcając gazy resztkowe w surowiec do pirolizy.

Jest jednak zbyt wcześnie, aby mówić o metodach biologicznych czy jakichkolwiek procesach plazmowo-chemicznych na skalę przemysłową. Są próbki laboratoryjne, w wiadomościach są też instalacje pilotażowe, ale wciąż daleko im do komercyjnej niezawodności i zrozumiałej ekonomii. Inwestycje w takie „czarne konie” pochodzą głównie ze środków państwowych funduszy badawczych, a nie samych firm.

Przypadek w centrum uwagi: doświadczenie technologiczne Chengdu Yizhi

W kontekście mówienia o praktycznym wdrożeniu doświadczenie jest ciekaweChengdu Yizhi Technology Co.(spółka zależna Chengdu Huaxi Chemical Technology). Ich strona internetowa (https://www.yskjhx.ru) pozycjonuje je jako instytut projektowy i to jest słowo klucz. Nie tylko sprzedają sprzęt, ale zajmują się inżynierią w pełnym cyklu. Z ich otwartych spraw jasno wynika, że ​​ich specjalizacją są gazy w chemii i rafinacji ropy naftowej.

Jednym z ich projektów, który miałem okazję pośrednio studiować, był odzysk gazu resztkowego z instalacji do produkcji olefin. Problem był klasyczny: strumień o zmiennym składzie (etylen, etan, propylen, wodór), który był okresowo spalany. Standardowym rozwiązaniem jest budowa oddzielnej instalacji frakcjonującej, jest to jednak czasochłonne i kosztowne. Inżynierowie Yizhi zaproponowali i wdrożyli schemat obejmujący wstępną jednostkę membranową do oddzielania i zawracania części wodoru i lekkich olefin, a pozostały strumień, wzbogacony w etan, kierowany był bezpośrednio do pieca do pirolizy jako dodatkowy surowiec. Zasadniczo włączyli recykling do głównego procesu, unikając tworzenia odrębnego kompleksu.

Co jest tu cenne? Nie cud technologiczny, ale myślenie systemowe. Patrzyli na roślinę jak na pojedynczy organizm. Ich siłą, jako instytutu projektowego z kapitałem zakładowym wynoszącym 120 milionów juanów, jest zdolność do przeprowadzania szczegółowego modelowania procesów (Aspen HYSYS itp.) i oferowania niestandardowych, a nie standardowych rozwiązań. W ich portfolio znajdują się zarówno systemy PSA, jak i membranowe, przy czym wybór zawsze uzasadniany jest kalkulacją techniczno-ekonomiczną dla konkretnego klienta.

Oczywiście nie wszystko idzie im gładko. W jednym z pierwszych projektów utylizacji gazu koksowniczego w zakładzie metalurgicznym napotkano na szybkie zatykanie filtrów wstępnych smołą i pyłem. Musieliśmy na bieżąco modyfikować system mycia i wprowadzać dodatkowy etap czyszczenia. Doprowadziło to do przekroczeń budżetu i opóźnień w terminach. Ale takie doświadczenie jest częścią rozwoju zawodowego. Jestem pewien, że teraz ustalają bardziej konserwatywne tolerancje czystości surowców na wlocie.

Pułapki i lekcje, o których nie można przeczytać w broszurach

Mówiąc o nowych technologiach, nie można ignorować pułapek. Przede wszystkim -ekonomiczność przy niskich stężeniach. Jeśli wartościowy składnik przepływu jest mniejszy niż 15-20%, najczęściej projekt nie wystartuje. Koszt izolacji przewyższy koszt produktu. Czasami bardziej opłaca się wykorzystać gaz bezpośrednio jako niskokaloryczne paliwo w najbliższym piecu, modernizując palniki, niż budować całą instalację oczyszczania.

Drugim kamieniem jest infrastruktura. Załóżmy, że wyizolowałeś piękny, czysty wodór. Ale gdzie to zgłosić? Jeżeli zakład nie będzie dysponował siecią rurociągów wodoru o odpowiednim ciśnieniu lub wolnej pojemności do odbioru, projekt stanie przed koniecznością poniesienia ogromnych dodatkowych inwestycji. Często optymalnym rozwiązaniem nie jest maksymalne oczyszczenie, ale otrzymanie produktu, który jest „wystarczająco dobry”. do wykorzystania w najbliższym punkcie spożycia.

Trzeci punkt to koszty operacyjne (OPEX). Nowe katalizatory, specjalne adsorbenty, elementy membranowe – wszystko to ma swoją żywotność i koszt wymiany. Jeśli dostawy i usługi są uzależnione od jednego zagranicznego dostawcy, wiąże się to z ogromnym ryzykiem. Nawiasem mówiąc, jest to potężna zachęta do rozwoju lokalnych producentów w Chinach. Niezawodność i dostępność usługi są czasami ważniejsze niż kilka procent wydajności według paszportu.

I ostatnią rzeczą jest czynnik ludzki. Należy utrzymać złożony zakład recyklingu. Jeśli w zakładzie nie będzie przeszkolonego personelu, nawet najbardziej zaawansowana technologia pozostanie bezczynna lub będzie pracować z połową wydajności. Udane projekty zawsze obejmują nie tylko dostawę „sprzętu”, ale także pełne przeszkolenie technologów i operatorów oraz napisanie szczegółowych regulaminów. Bez tego jakakolwiek innowacja zamienia się w ból głowy.

Patrząc w przyszłość: w którą stronę wieje wiatr?

Więc jaki jest ostateczny wniosek? Chiny nie wynalazły magicznej różdżki do usuwania gazu resztkowego. Jednak stworzono tu potężny ekosystem umożliwiający praktyczne i ekonomicznie uzasadnione wdrażanie istniejących technologii. Czynniki – rozwój polityki ekologicznej, zaostrzenie przepisów dotyczących emisji i, co ważniejsze, rosnąca dojrzałość i konkurencja wśród lokalnych firm inżynieryjnych, takich jakTechnologia Chengdu Yizhi.

Przyszłość moim zdaniem należy do systemów hybrydowych. Nie PSA czy membrany, ale kombinacje obu wybranych w celu maksymalizacji wartości konkretnego strumienia. A także za cyfryzacją – wykorzystanie danych w czasie rzeczywistym i analityki predykcyjnej do optymalizacji trybów pracy zakładów recyklingu w warunkach zmieniającego się składu surowców.

Główna zmiana dotyczy świadomości. Gaz resztkowy jest coraz rzadziej postrzegany jako odpad, który należy zniszczyć. Coraz częściej postrzegana jest jako niewykorzystany zasób, potencjalne źródło dochodu lub przynajmniej sposób na obniżenie kosztów operacyjnych w głównej produkcji. I to jest chyba najważniejsza „nowa technologia”? - nie w sprzęcie, ale w podejściu. A technologia, jak wiemy, podąża za popytem. A popyt tutaj wyraźnie rośnie.