Çin: hidrokarbonlardan hidrojen - teknoloji ve ekoloji? 

İnsanlar Çin'de hidrojenden bahsettiğinde çoğu kişi hemen "yeşil"i hayal ediyor. elektroliz. Ancak dünyadaki gerçeklik, özellikle de endüstriyel ölçekte, hâlâ farklıdır. Ana hacim hala hidrokarbonlardan elde edilen hidrojendir ve burada endüstri raporlarında sıklıkla gizlenen birçok nüans yatmaktadır. Ben de buhar metan dönüşümü üzerine çeşitli projeler üzerinde çalıştım ve şunu söyleyebilirim: burada ekoloji hakkındaki konuşmalar basit sloganlara indirgenemez. Bu, ekonomi, mevcut teknoloji ve artık herkesin şiddetle endişe duyduğu karbon ayak izi arasında sürekli bir değiş-tokuş.

Teknolojik temel: yalnızca SMR değil

Evet, buhar metan reformasyonu (SMR) bir klasiktir. Ancak Çin'de yerel hammaddelerde ayarlamalar yapılarak uygulanıyor. Genellikle ideal doğal gazla değil, ilgili petrol gazıyla ve hatta kok fırını gazıyla çalışıyoruz. Bileşim kararsız olduğundan katalizörlerle baş ağrısı yaşanır. Hammaddelerdeki yüksek kükürt içeriği nedeniyle ön arıtma planının tamamen revize edilmesi gereken Shanxi'deki bir projeyi hatırlıyorum. Standart çözümler uygun değildi; Sonuç olarak çinko oksit ve zeolit ​​bazlı adsorbanlarla hibrit bir sistem geliştirildi. Verimlilik seviyeye ulaştı ancak dönüşüm katalizörünün hizmet ömrü hala %15 oranında azaldı. Bu adaptasyonun bedelidir.

Kısmi oksidasyon (POX), ağır hammaddeler için farklı bir hikayedir. Teknoloji enerji yoğundur ve karmaşık ve pahalı bir oksijen ünitesi gerektirir. Ancak bazı durumlarda onsuz yapamazsınız. Liaoning'deki rafinerilerden birinde katran işlemeye yönelik bir POX ünitesini yeni tanıtıyorlardı. Asıl sorun süreçte bile değil, beraberindeki ekipmandaydı - reaktör ve ısı eşanjörleri için ısıya dayanıklı alaşımlar. Korozyon ve erozyonla ilgili sürekli sorunlar. Çin analogları her zaman geçerli olmuyordu; Pahalı ithal malzemelerin satın alınması gerekiyordu, bu da ilk başta projenin ekonomik faydalarını ortadan kaldırdı.

Ototermal reformasyonun (ATR) daha esnek bir teknoloji olduğu konusunda şu anda çok fazla söylenti var. Hidrojen verimi ve emisyon açısından daha iyi olduğu söyleniyor. Kağıt üzerinde - evet. Ancak pratikte anahtar, oksijen/buhar/besleme oranının hassas kontrolüdür. En ufak bir başarısızlıkta, optimal süreç yerine kurum ya da dönüştürülmemiş metan elde edilir. Bir pilot komplekste böyle bir kurulumu başlatma girişimini gördüm. Kontrol sistemi ideal laboratuvar koşullarında "keskinleştirildi", ancak gerçekte gaz hattındaki basınç dalgalanmaları her şeyi mahvetti. Algoritmalara ince ayar yapmak bir ay sürdü. Yani teknoloji umut verici ama yine de çok fazla "alıştırma" gerektiriyor. sahada.

Ekolojik Paradoks ve CCS Hilesi

Bu asıl engeldir. Metandan hidrojen üretmek kaçınılmaz olarak CO2 üretir. Birçok. Bu nedenle artık Çin'de "düşük karbonlu" olduğunu iddia eden tüm projeler "CCS'ye hazır mı?" ön ekiyle geliyor. veya ?karbon yakalandı mı? Ancak hazırlıklı olmak bir şeydir, fiili uygulama ise başka bir şeydir. Asıl sorun yakalama teknolojisinde bile değil (her ne kadar pahalı olsa da), lojistik ve depolamada. Bu CO2 nereye gitmeli? Fabrikaların yakınında endüstriyel ölçekte depolamaya uygun çok fazla jeolojik oluşum bulunmamaktadır.

Proje değerlendirmesinde görev aldımhidrokarbonlardan hidrojenSincan'da tam döngü CCS ile. Teknik olarak her şey hesaplanmıştır: %90 yakalama, CO2'yi tükenmiş bir gaz sahasına 150 km kadar taşıyacak bir boru hattı. Ama ekonomi sallantıda. Yakalanan ve gömülen ton CO2 başına maliyet, "temiz" CO2'den elde edilecek tüm potansiyel karı tüketiyor. hidrojen. Daha fazla devlet sübvansiyonu veya karbon kotalarının daha yüksek fiyatları beklenerek proje sonunda donduruldu. Şu ana kadar Çin'deki CCS, kitlesel bir uygulamadan çok bir tanıtım projesidir.

Bir diğer nokta ise dolaylı emisyonlardır. Herkes karbonu dönüşüm sürecinin kendisinden sayar, ancak çoğu zaman "gri" kısmı unuturlar. Kompresörlerin, pompaların, kontrol sistemlerinin çalışması için elektrik üretiminden elde edilen ayak izi. Tesisin şebekenin kömüre bağlı olduğu bir bölgede bulunması durumunda genel emisyon tablosu %20-25 oranında kötüleşiyor. Bu nedenle artık tasarım yaparken, ihtiyaçları en azından kısmen karşılamak için giderek daha fazla kendi yenilenebilir enerji tesislerini kullanıyorlar. Ancak bu yine fiyatı artırıyor.

Ekipman ve yerelleştirme: şimdi neredeyiz?

Daha önce temel ekipmanlar (reformerler, Syngas kompresörleri, PSA sistemleri) aktif olarak Linde, Air Products, Topsoe'dan satın alınıyordu. Mevcut eğilim tam yerelleştirme yönündedir. Çinli üreticiler sentez gaz kolonları, ısı eşanjörleri ve kontrol sistemleri üretiminde zaten iyi bir seviyeye ulaştı. Ancak yüksek sıcaklık bölgeleri için katalizörler ve bazı özel alaşımlar konusunda hâlâ zorluklar var.

Birlikte çalışmakChengdu Yizhi Teknoloji A.Ş.(Bu, Huaxi Technology tarafından oluşturulan bir tasarım enstitüsüdür) yaklaşımlarını gözlemledi. Sadece hazır çözümleri kopyalamakla kalmıyorlar, aynı zamanda teknoloji paketlerini de müşterinin spesifik hammaddelerine göre uyarlıyorlar. Web siteleriyzkjhx.ruaslında bu tür standart dışı projelerin bir portföyüdür. Kendi geliştirmeleri var - kükürt zehirlenmesine karşı artan dirence sahip metan dönüşümü için çok katmanlı bir katalizör. Sichuan'daki bir tesiste uygulandı. Sonuçlar fena değil ama yine de ideal koşullar için. Yükteki ani değişikliklerle aktivite, ithal edilen analogdan daha hızlı düştü. İlerleme var ama tam eşitliğe ulaşmak için hâlâ çalışmamız gerekiyor.

İlginç bir durum, düşük ve orta güçte hazır modüler kurulumların kullanılmasıdır. Bu, örneğin benzin istasyonları için merkezi olmayan hidrojen üretimine yönelik bir eğilimdir. Yizhi Technology'nin de aralarında bulunduğu Çinli şirketler burada oldukça aktif. Toplandı, bağlandı, başlatıldı. Ancak kuzey Çin'deki sert kışlar veya güneydeki yüksek nem koşullarında bu tür "alışılmış" çözümlerin güvenilirliği büyük bir sorudur. Sık bakım duruşları ve filtre değişimi. Güvenilirlik hala büyük sabit komplekslerden daha düşüktür.

Ara maddeler: sentez gazının rolü

Çoğunlukla gözden kaçırılan şey, hidrojen üretmenin her zaman nihai amaç olmadığıdır. Sentez gazının kendisi değerli bir hammaddedir. Güçlü kimya endüstrisine sahip Çin'de bu kritik öneme sahiptir. Birçok proje başlangıçta esnek üretim olarak tasarlandı: bugün rafineriler için hidrojen verimini maksimuma çıkarıyoruz, yarın ise metanol veya amonyak üretim modunu değiştiriyoruz.

Piyasa koşullarındaki değişiklikler nedeniyle (hidrojen fiyatları düştü, metanol fiyatları yükseldi) işletim sisteminin acilen değiştirilmesi gereken bir durumla karşılaştım. Bu sadece bir kurulum değil, hidrojen hassas arıtma sistemindeki (PSA) kartuşların fiziksel olarak değiştirilmesi ve kompresör sisteminin yeniden ayarlanmasıydı. Arıza süresi neredeyse bir aydı. Artık yeni kurulumlar tasarlanırken çok daha fazla esneklik sağlanıyor, ancak bu da yine sermaye maliyetlerinde artış anlamına geliyor.

Diğer bir husus ise hidrojenin saflığıdır. Yakıt hücreleri en yüksek derecede saflaştırma gerektirir (%99,999'a kadar). Bunu hidrokarbon hammaddeleri kullanarak başarmak zor ve pahalıdır. Ana yabancı maddeler - CO ve CO2 - yakıt hücresi katalizörünü zehirler. Standart adsorpsiyon yöntemleri her zaman istenilen sonucu vermez. Birleştirmeniz gerekir: yüksek sıcaklık dönüşümü, ardından düşük sıcaklık dönüşümü, ardından PSA ve bazen de membran ayırma. Her ek aşama, baskı, enerji ve tabii ki para kaybıdır. Bu nedenle “taşıma için hidrojen mi?” Saflık gerekliliklerinin daha düşük olduğu petrol rafinasyonunda metandan elde edilen hidrojen, fiyat açısından henüz rekabet edemiyor.

İleriye baktığımızda: Bu segmente ne olacak?

Yeşil hidrojen hakkındaki tüm abartılı reklamlara rağmen, hidrokarbonların gri ve mavi çizgileri uzun bir süre Çin'e hakim olacak. Bunun nedenleri altyapı, maliyet ve en önemlisi hammadde bulunabilirliğidir. Sorun, bu sürecin çevresel açıdan nasıl kabul edilebilir hale getirileceğidir. Geleceğin tek bir atılımda değil, bir dizi önlemde yattığını düşünüyorum: coğrafi ve ekonomik olarak gerekçelendirilen CCS'nin kademeli olarak uygulamaya konması; tesislerin güç tedariği için yenilenebilir enerji kaynaklarıyla hibridizasyon; ve birim ürün başına hammadde ve enerji tüketimini azaltmak için katalizörlerin ve termal devrelerin verimliliği üzerinde sürekli çalışma.

Çoğu şey karbon fiyatlandırma politikalarına bağlı olacaktır. CO2 emisyonlarının maliyeti önemli hale gelirse projelerin ekonomisi önemli ölçüde değişecektir. Artık birçok karar, uzun vadeli ekoloji yerine kısa vadeli ekonomiye dayalı olarak alınıyor.

Kişisel olarak, hidrojen için hidrokarbon ham maddesinin yakında tamamen terk edilmesi konusunda şüpheliyim. Aksine, nişini göreceğiz. Tüketim merkezlerinin veya CO2 depolama alanlarının yakınındaki büyük, modern, muhtemelen hibrit (kısmen biyometan kullanan) kompleksler. Uzak veya küçük tüketiciler için ise yenilenebilir enerji kaynaklarıyla çalışan elektrolizörler geliştirilecek. Ancak temel - kimya endüstrisi, petrol rafinerisi - 20-30 yıl daha metan ve analoglarının dönüştürülmesine yönelik teknolojilere dayalı kalacak. Önemli olan sorunları örtbas etmek değil, çevresel olanlar da dahil olmak üzere tüm maliyetleri hesaba katarak onlar üzerinde dürüstçe çalışmaktır.