Çin: Kok fırını gazından elde edilen hidrojen - beklentiler? 

Kok fırını gazından elde edilen hidrojen bariz bir fikir gibi görünüyor, değil mi? Özellikle kok kimyasının sadece bir endüstri değil, aynı zamanda endüstriyel kültürün bir katmanı olduğu Çin'de. Ama derinlemesine araştırmaya başladığınızda, "bariz fikir" ile arasında bir şey olduğunu fark ediyorsunuz. ve gerçek, uygun maliyetli ve güvenli uygulama tam bir uçurum. Pek çok kişi CO, hidrojen sülfür, katran ve kok fırını gazının öncelikle kok tesisleri için bir yakıt olduğu gerçeğini unutarak saf bir hidrojen akışını ve yeşil sertifikaları hemen hayal eder. Bu gazı onlardan almak, tüm enerji üretim sisteminin yeniden inşa edilmesi anlamına geliyor. Belki de bu paradoksla başlamaya değer.

Sadece bir yan ürün değil: kok fırını gazının gerçekliği

gibi kurumlarla işbirliği içerisinde projeler üzerinde çalışmakChengdu Yizhi Teknoloji A.Ş.(Bu arada bu onların web sitesi,https://www.yzkjhx.ru- ayırma teknolojileri konusunda faydalı bir kaynak), metalurji uzmanlarından sürekli olarak aynı taleple karşılaşırsınız: "Evet, gazımız var ama kendi ihtiyaçlarımıza yetecek kadar gazımız yok?" Ve bu kilit noktadır.Kok gazı- bertaraf edilmeyi bekleyen “atık” değil. Bu, kok fırını pillerini ısıtmak, kömürü kurutmak ve bazen buhar üretmek için kullanılan kalibre edilmiş bir enerji taşıyıcısıdır. Bileşimi yaklaşık %55-60 H2, %25-30 CH4, geri kalanı CO, N2, ağır hidrokarbonlar ve yabancı maddelerdir. Başlangıç ​​ısıtma değeri proses döngüsü için önemlidir.

Dolayısıyla hidrojenle ilgili konuşma “nasıl izole edilir?” sorusuyla değil, “enerji dengesinin nasıl telafi edileceği?” sorusuyla başlıyor. Eğer gaz alırsanhidrojenkarşılığında bir şey teklif etmeniz gerekiyor; örneğin doğalgaz fırınlarını yeniden inşa etmek veya ısı geri kazanımını uygulamaya koymak. Bunlar, projenin ekonomisinin bir kısmını anında tüketen sermaye maliyetleridir. Shanxi'deki fabrikalardan birinde, hidrojeni doğrudan genel ağdan seçmek için bir membran ünitesi kurma girişiminde bulunulduğunu gördüm. Görünüşe göre her şey hesaplanmış, ancak kömür partilerini değiştirirken basınç ve gaz bileşimindeki dalgalanmalar dikkate alınmamış. Membranlar hızla koklaştı ve proje donduruldu. Deneyim pahalı ama aydınlatıcıdır.

Ve kompozisyonla ilgili bir şey daha. Ana üçüne (H2, CH4, CO) ek olarak naftalin, hidrojen sülfür ve hidrojen siyanür de vardır. Hidrojen geri kazanımına yönelik herhangi bir kurulum (ister basınç çevrimli adsorpsiyon (PSA) ister membranlar olsun), girişte derin ve çok aşamalı temizlik gerektirir. Aksi takdirde katalizörler zehirlenir ve membranlar arızalanır. Standart zincir: soğutma, elektrostatik çökelticiler, reçine çıkarma, ardından kükürt giderme. Bu sadece "filtre takmak" değil, tam bir kimya atölyesidir. Ve maliyeti, yalnızca PSA ünitesini düşünen müşteriler için genellikle sürpriz oluyor.

Teknoloji Kavşağı: PSA, Membranlar mı Yoksa Başka Bir Şey mi?

Çin, tarihsel olarak daha çok kısa döngülü adsorpsiyona (SCA) yönelmiştir. Sebepler açık: Teknoloji kanıtlandı, %99,999 ve daha yüksek saflıkta hidrojen elde etmeyi mümkün kılıyor ve bu arada metan-hidrojen fraksiyonunu izole etmek mümkün. Bu tür kurulumlar, örneğin, tarafından tasarlanmakta ve tedarik edilmektedir.Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd.— Huaxi Technology tarafından oluşturulan bu tasarım enstitüsü, gaz ayırma konusunda sağlam bir deneyime sahiptir. Tesisatlarını çalışırken gördüm - güvenilirler, ancak düzgün çalışma gerektiriyorlar. Buradaki kilit nokta, belirli bir gaz bileşimi için adsorbanların doğru seçimi ve artık gazla (rafinat) çalışabilme yeteneğidir.

Ancak CCA her derde deva değil. Kurulum hantaldır, enerji yoğundur (basınç oluşturmak için kompresörlere ihtiyaç vardır) ve vanaları değiştirmek için yüksek kaliteli otomasyon gerektirir. Küçük gaz akışları için makul olmayan derecede pahalı olabilir. İşte bu noktada membran teknolojileri devreye giriyor. Daha kompakttırlar ve çalıştırılmaları daha kolaydır, ancak bir nüans vardır: Çıkıştaki hidrojenin saflığı tek geçişte nadiren %99'u aşar ve büyük ölçüde ham maddenin basıncına ve bileşimine bağlıdır. Pek çok uygulama için (örneğin, petrokimya endüstrisindeki hidro-işlem için) bu yeterlidir. Ancak elektronik veya yakıt hücreleri için ultra saf hidrojene ihtiyacınız varsa, daha sonra saflaştırma yapmadan yapamazsınız.

Halihazırda birçok tesiste test edilmekte olan ilginç bir hibrit yaklaşım, membran ön işlemi ile PSA'nın birleşimidir. Membranlar toplu hidrojeni uzaklaştırarak daha pahalı olan adsorpsiyon ünitesindeki yükü azaltır. Bu mantıklı görünüyor ancak pratikte farklı dinamiklere sahip iki sistemin çalışmasının senkronize edilmesinde zorluklar ortaya çıkıyor. Şimdilik bunlar daha çok pilot çözümler. Şahsen ben teknoloji seçiminin her zaman gerekli ürün saflığı, mevcut sermaye ve yerel personelin nitelikleri arasında bir uzlaşma olduğuna inanma eğilimindeyim. Bazen farklı seçiciliğe sahip iki aşamalı membranları tedarik etmek, tek bir kompleks PSA'dan daha kolay ve daha ucuzdur.

Bu hidrojeni nereye koyacağız? Piyasa ve iç tüketim

Böylece hidrojeni izole ettik. Peki ne? En kolay yolu aynı tesiste veya komşu üretimde kullanmaktır. Kok endüstrisinin kendi hidrojenasyon süreçleri vardır ve petrol rafinerisinin de kendi hidro-işleme süreçleri vardır. Bu, lojistik ve sıkıştırma ve depolama maliyetlerini en aza indiren en iyi seçenektir. Ancak çoğu zaman tahsis kapasitesi yerel ihtiyaçları aşmaktadır. Daha sonra dış pazara girme sorusu ortaya çıkıyor.

Ve işte en zor kısım başlıyor. Çin'deki hidrojen pazarı yeni yeni ortaya çıkıyor. Ulaştırma altyapısı (boru hatları, basınçlı tankerler) son derece eksiktir. 200 km'nin üzerindeki taşıma maliyeti, ürünü yerel olarak üretilen buharla metan dönüştürücü hidrojenle karşılaştırıldığında rekabetsiz hale getirebilir. Bu nedenle birçok projekok fırını gazından hidrojenbugün yerel kümelenmelerin yaratılmasına bağlılar: bir kok fabrikası + bir petrol rafinerisi + muhtemelen bir kimya işletmesi. Coğrafya her şeydir.

Bir diğer potansiyel tüketici ise çelik üretimidir. Yüksek fırınlarda kokun kısmen yerini almak üzere hidrojenin kullanılmasına yönelik deneyler devam etmektedir. Ancak bunlar geleceğin teknolojileridir ve henüz emekleme aşamasındadır. Daha gerçekçi bir senaryo, eğer yakınlarda ilgili üretim tesisleri varsa, hidrojeni amonyak veya metanol sentezlemeye yönlendirmektir. Ancak burada yine ekonomiyle karşı karşıyayız: Kok fırını gazından elde edilen hidrojenin maliyeti, tüm arıtma maliyetleri dikkate alındığında bile doğal gazdan daha düşüktür. Bu onun ana kozu. Ancak bu avantaj ancak yakınlarda güvenilir ve istikrarlı bir dağıtım kanalının bulunması durumunda gerçekleştirilebilir.

Ekonomi ve tuzaklar: Sunumlarda yazılmayanlar

Fizibilite çalışmalarında her şey yolunda görünüyor: düşük hammadde maliyeti (gaz "bedavadır"), artan hidrojen talebi, "yeşil" gaz için devlet sübvansiyonları. teknolojiler. Gerçek daha serttir. Her şeyden önce, ?ücretsiz? İşlenmemiş içerikler. Daha önce de söylediğim gibi, gaz çıkarmak yakıt kaybıdır. Bu gazın tesis için gerçek fırsat maliyetini dikkate almamız gerekiyor. Bazen pahalı bir hidrojen ayırma tesisine yatırım yapmaktansa kok fırını gazını yakıt olarak komşu bir tesise satmanın daha karlı olduğu ortaya çıkıyor.

İkincisi, sermaye maliyetleri. Temizlemeden sıkıştırmaya kadar tam teşekküllü bir kompleksin maliyeti on milyonlarca dolar. Geri ödeme süresi büyük ölçüde hidrojenin son derece değişken olan nihai fiyatına bağlıdır. Üçüncüsü, işletme maliyetleri. Adsorbanların, membranların, kükürtün giderilmesi için reaktiflerin, sıkıştırma için enerjinin değiştirilmesi - bu sürekli bir nakit çıkışıdır. Yüksek hidrojen sülfür içeriği nedeniyle, tüm karlılığı ortadan kaldıran ek bir oksidatif kükürt giderme aşamasının kurulmasının gerekli olduğu bir proje gördüm.

Ve asıl tökezleyen engel istikrardır. Kok üretimi döngüseldir. Akü onarımları nedeniyle planlı kapatmalar yapılıyor ve kömürün kalitesinde dalgalanmalar yaşanıyor. Gazın bileşimi ve miktarı sabit değildir. Hidrojen kurulumunun bu tür dalgalanmalara karşı esnek ve dayanıklı olması gerekir ve bu, karmaşık ve pahalı bir otomasyondur. Tüm teknoloji üreticileri “standart” olanları satarken bunu dikkate almaz. çözümler. DeneyimChengdu Yizhi Teknoloji A.Ş.Burada değerli çünkü projelerine bakılırsa, kok kimyasalları üretiminin ayrıntılarına derinlemesine dalmış durumdalar ve soyut kurulumlar sunmuyorlar.

İleriye baktığımızda: Tünelin sonunda ışık var mı?

Tüm zorluklara rağmen yönün umutları var. Birkaç sürücü var. Bunlardan ilki “çift karbon nötrlüğü” politikasıdır. Çin'de. Bizi karbon ayak izimizi azaltmak için her türlü fırsatı aramaya zorluyor.Kok fırını gazından hidrojendüşük karbonlu (“yeşil” ile karıştırılmamalıdır) hidrojen üretmek için bir yan ürünün kullanılmasıdır. Bu, gazı alevlendirmekten veya saflaştırmadan yakıt olarak kullanmaktan daha iyidir. Karbon kredileri veya diğer tercihler görünebilir.

İkinci itici güç ise belirli bölgelerde hidrojen enerjisinin ve hareketliliğin gelişmesidir. Ana kok-kimyasal kapasitelerinin yoğunlaştığı Shanxi veya Hebei eyaletlerinde bir hidrojen dolum istasyonları ağı oluşturulursa, kok fırını gazından yerel üretim stratejik açıdan önemli hale gelecektir. Şimdilik bunlar hedefe yönelik girişimlerdir.

Üçüncü faktör teknolojiktir. Daha ucuz ve yabancı maddelere dayanıklı membranlar, daha büyük kapasiteli adsorbanlar ve etkili temizleme yöntemleri ortaya çıkıyor. Proses enerji tüketimi azalır. Bu ekonomiyi iyileştirir. Ancak uygulamaya dayalı temel sonuç şudur: Başarılı olan sadece teknik olarak hidrojen çıkaran proje değil, başlangıçta tüm endüstriyel kümenin enerji ve kaynak tedariği için kapsamlı bir plan içine düşünceli bir denge ve güvenilir satışla inşa edilen proje olacaktır. Bu sadece ekipman satın almak değil, karmaşık bir sistem görevidir. Ve bana öyle geliyor ki, Çin'de kok fırını gazından hidrojen elde edilmesinin ana ihtimali de bu sistematik yaklaşımda yatıyor.