Çin: PSA hidrojen - teknolojiler ve trendler? 

İnsanlar Çin'de hidrojenden bahsettiğinde, birçok kişinin aklına hemen elektrolizörler veya devasa buhar dönüştürücüler geliyor. Ve hakkındaPSA hidrojengenellikle ikincil bir şey, sadece bir temizleme adımı olarak düşünülür. Ancak uygulamada, özellikle de son 5-7 yıldır, projenin tamamının ekonomik açıdan uygun olup olmayacağını belirleyen pek çok incelik var. Ben de kağıt üzerinde ideal olan reformasyonun hidrojen ürettiği, daha sonra standart bir PSA kurulumuyla etkili bir şekilde arıtılamadığı ve her şeyin kötüye gittiği durumlarla karşılaştım.

Sadece bir "elek" değil: Çin'de PSA ile gerçekten tökezledikleri yer

Asıl hata, PSA (kısa basınçlı adsorpsiyon) teknolojisinin yerleşik ve evrensel bir şey olduğunu düşünmektir. Çin'de hammaddeler çok farklıdır: metanolün dönüştürülmesinden elde edilen hidrojen, klor-alkali üretiminden, kok fırını gazından elde edilen hidrojen. Safsızlıkların bileşimi (yalnızca CO veya CO2 değil, aynı zamanda kükürt, aromatikler, nem izleri) tamamen farklıdır. "Kutulu" bir çözüm alın, sorunlara doğrudan giden yoldur. Shandong'daki bir projeyi hatırlıyorum; ham madde akışındaki hesaplanmamış basınç dalgalanmaları nedeniyle adsorbanlar "zehirlendi". tahmini süreden kat kat daha hızlı. Sonuç olarak, sözleşmenin üç yıllık istikrarlı çalışmayı garanti etmesine rağmen, hidrojenin saflığı yalnızca altı ay sonra %99,9'un altına düştü.

Kilit nokta adsorbanların ve çalışma döngüsünün uyarlanmasıdır. ?Xinhua? gibi Çinli adsorban üreticileri veya ?Jiangsu Huanqiu?, iyi zeolitler ve aktif karbonlar üretir, ancak bunların seçimi neredeyse simyadır. Yalnızca tipik bileşimi değil, aynı zamanda belirli bir ana üretimin karakteristiği olan yabancı maddelerin olası en yüksek emisyonlarını da hesaba katmak gerekir. Bu aşamada genellikle daha ucuz sorbentler satın alarak tasarruf ettiler ve daha sonra sık değiştirme ve arıza süreleri için fazla ödeme yaptılar.

Başka bir nüans otomasyon ve kontroldür. Modern Çin PSA kurulumları artık saf röle mantığıyla çalışmıyor. Ancak ham maddelerin bileşimindeki değişiklikleri öngören gelişmiş kontrol algoritmalarının uygulanması hâlâ nadirdir. Çoğunlukla sert bir döngü kullanılır. Bu, yenilenebilir kaynaklarla entegrasyon sırasında, örneğin hidrojenin güneş elektrolizi yoluyla aralıklı üretimle ilişkili akışlardan arındırılması gerektiğinde zorluklar ortaya çıkarmaktadır. İşlerin ilginçleştiği nokta burası; esnek, "akıllı" ürünlere yönelik trend. PSA

Trendler: esneklik, entegrasyon ve "yeşil" bağlam

Şimdi asıl itici güç sözde “yeşil hidrojen”. Ancak bunu elektrolizle üretmek yeterli değildir; etkili bir şekilde saflaştırılması gerekir. Geleneksel büyük PSA üniteleri sabit bir akış için tasarlanmıştır. Ve burada akış sıçrayabilir. Bu nedenle modüler ve hızlı bir şekilde yeniden yapılandırılabilen sistemlere talep vardı. Gelişmeleri gördüm meselaChengdu Yizhi Teknoloji A.Ş.(kendi web siteleriyzkjhx.ru), kendilerini kimyasal teknolojilerde deneyime sahip bir tasarım enstitüsü olarak konumlandıran. Kararsız akışlar da dahil olmak üzere belirli akışlar için arıtma sistemleri tasarlamaya odaklanırlar. Bu sadece ekipman satışı değil, aynı zamanda kritik önem taşıyan anahtar teslimi mühendisliktir.

Karbon yakalama sistemleriyle (CCUS) entegrasyon başka bir odak noktasıdır. Buhar metan reformasyonundan (SMR) elde edilen hidrojen uzun süre bizimle olacak. Ve burada PSA sadece saf H2 elde etmekle ilgili değil, aynı zamanda daha sonra bertaraf edilmek veya kullanılmak üzere konsantre bir CO2 akışının serbest bırakılmasıyla da ilgilidir. Bu ayırmanın verimliliği ve atık su akışındaki hidrojen kayıplarının en aza indirilmesi ayrı bir mühendislik görevidir. Çin'deki bazı tesisler artık %99,999 saflıkta %90'ın üzerinde hidrojen geri kazanım oranlarına ulaşıyor ve %95'in üzerindeki konsantrasyonlarda CO2 üretiyor. Ancak bunu bir pilot tesiste değil, gerçek endüstriyel koşullarda başarmak başka bir zorluktur.

Merkeziyetsizleşme eğilimi de etkiliyor. 100.000 Nm3/saat kapasiteli tek bir büyük tesis yerine, tüketim noktalarına daha yakın olan birkaç orta veya küçük tesis inşa ediliyor. Bu, PSA'nın gerekliliklerini değiştiriyor: küçük kurulumlar için enerji verimliliğine, yerinde bakım kolaylığına ve muhtemelen uzaktan izleme ve teşhise daha fazla önem verilmesi. Zhejiang'daki bir kimya parkının karşılaştırma amacıyla farklı tedarikçilerden gelen nispeten küçük üç PSA sistemini nasıl kurduğunu gördüm. Güvenilirlik ve işletme maliyetlerine ilişkin sonuçlar önemli ölçüde farklılık gösterdi.

Pratik engeller ve tuzaklar

En büyük engellerden biri bakım personelinin nitelikleridir. Karmaşık çok portlu valfler, düzenli kontrol gerektiren hassas valfler, adsorbanların durumunun teşhisi - bunlar hızlı bir şekilde öğretilmez. Çoğu zaman şantiyelerde bir tamirci ekibinin ana üretimi çok iyi bildiği gerçeğiyle karşılaştım, ancak onlar için PSA kurulumu bir kara kutu. Herhangi bir sorun olması durumunda tedarikçinin mühendisleri çağrılıyor ve bu da uzun aksama sürelerine yol açıyor. Bahsedilenler de dahil olmak üzere bazı şirketlerChengdu Yizhi Teknoloji A.Ş.Sözleşmeye genişletilmiş bir yerinde eğitim döngüsünün dahil edilmesi artık zorunludur, ancak bu henüz yaygın bir uygulama haline gelmemiştir.

Sorun bileşenlerin güvenilirliğidir. Vanalar en zayıf halkadır. Çinli üreticiler zaten iyi adsorberlerin ve kontrol sistemlerinin nasıl yapılacağını öğrendiler, ancak hızlı PSA döngüleri için yüksek frekanslı valfler bazen hala yurtdışından satın alınıyor veya kopyalanıyor ve bu da dayanıklılığı etkiliyor. Sichuan'daki amonyak üretim tesislerinden birinde, bir yıllık çalışmadan sonra tek bir modüldeki tüm vana grubunun acilen değiştirilmesinin gerekli olduğu bir hikaye vardı - hesaplanan döngü sayısına dayanamadılar.

Enerji tüketimi sıklıkla gözden kaçan bir faktördür. PSA temizleme, sıkıştırma ve vakumlama için enerji gerektirir. Yüksek saflık ve geri kazanım oranlarının peşinde olan sistemler bazen aşırı sayıda aşama veya uzun döngülerle tasarlanmakta ve bu da işletme maliyetlerini önemli ölçüde artırmaktadır. Saflık, geri kazanım ve enerji tüketimi arasındaki ideal denge her zaman proje bazında aranan bir uzlaşmadır.

Durum: metanol üretimiyle entegrasyon

Ningxia metanol tesisinin modernizasyonu iyi bir örnek olaydır. Daha önce basitçe alevlenen yan ürün hidrojen içeren gaz vardı. PSA'yı saflaştırmak ve hidrojeni metanol sentez sürecine geri döndürmek için tedarik etmeye karar verdik. Tipik bir proje gibi görünebilir.

Ancak sorun bileşimdeydi: H2, CO, CO2'ye ek olarak, yeterli miktarda nitrojen ve eser miktarda yüksek hidrokarbon vardı. Standart şema başa çıkamadı, hidrojenin saflığı düşüktü ve sentez reaktörüne geri dönüşü dengeyi bozabilirdi. İlgili bir enstitüden tasarımcılarHuaxi Teknolojisi(açıklamada belirtildiği gibiChengdu Yizhi Teknoloji A.Ş., bu şirket tarafından yaratıldılar), standart olmayan bir çözüm önerdiler: iki aşamalı bir PSA. İlk aşamada CO2 ve ağır yabancı maddelerin büyük kısmı uzaklaştırılırken, ikinci aşamada farklı bir adsorban seti, ince bir şekilde saflaştırılmış CO ve nitrojen kullanıldı. Hidrojen kaybını en aza indirecek döngüleri ayarlamakla uğraşmak zorunda kaldım.

Sonuç olarak, lansman ve alıştırma döneminden sonra, %99,99 saflıkta istikrarlı bir hidrojen kaynağı elde etmek ve toplam metanol verimini yüzde birkaç oranında artırmak mümkün oldu. Ama en önemlisi kurulumun kendini amorti etmesi tahmini 4 yılda değil neredeyse 6 yılda oldu. Neden? Daha karmaşık bir sistemi sürdürmenin artan maliyetlerini ve rejimi ayarlamak için hammadde bileşiminin daha sık analiz edilmesi ihtiyacını hesaba katmadılar. Bu tipik bir hikaye: Her şey mükemmel mühendislik, ancak hesaplanmayan işletme maliyetleri nedeniyle ekonomi topallıyor.

İleriye bakmak: Çin'de PSA'ya ne olacak?

Önümüzdeki yıllarda bir devrim değil, bir evrim göreceğimizi düşünüyorum. Odak noktası ?mümkün olduğu kadar saf hidrojen üretmek? "belirli koşullar altında mümkün olduğu kadar ucuz ve istikrarlı bir şekilde üretmek mi?" Bu, PSA sisteminin ayrı bir cihaz olarak değil, tüm teknolojik zincirin ayrılmaz bir parçası olarak tasarlandığı özelleştirilmiş çözümlere olan talebin artması anlamına geliyor.

Dijitalleşme gelişecek. Adsorbanların durumunun çevrimiçi izlenmesi için sensörlerin tanıtılması, valflerin öngörücü bakımı için büyük verilerin kullanılması, döngülerin gerçek zamanlı optimizasyonu için dijital ikizler - bu artık bir fantezi değil, rekabet gücü için bir zorunluluktur. Çinli şirketler, özellikle de tasarım enstitüleri gibiChengdu Yizhi Teknoloji A.Ş.Yerel gerçekliklere daha yakın olmaları ve bu çözümleri gerçek nesneler üzerinde hızlı bir şekilde test edebilmeleri nedeniyle burada bir avantaja sahipler.

Ve son şey ekolojidir. Karbon ayak izini azaltmaya yönelik baskı, PSA'nın yalnızca hidrojenin arıtılması için değil, aynı zamanda tesis çapında emisyonların yönetilmesi için bir araç olarak da geliştirilmesini zorunlu kılacaktır. PSA kurulumu, aynı anda ekonomik verimliliği artıran (değerli H2'yi geri döndürerek) ve çevresel etkiyi azaltan bir ünite haline gelebilir. Bu, yatırımcılar ve devlet için güçlü bir argümandır. Yani, görünen olgunluğuna rağmen, teknolojiPSA hidrojenÇin'in hala büyüme ve karmaşıklık konusunda pek çok şansı var. Önemli olan bunun sadece bir katalogdan bir teori değil, her zaman pratik olduğunu unutmamaktır.