Kina: väte från koksugnsgas - utsikter? 

Väte från koksugnsgas låter som en självklar idé, eller hur? Speciellt i Kina, där kokskemi inte bara är en industri, utan ett helt lager av industrikultur. Men när du börjar gräva i det inser du att det finns något mellan den "uppenbara idén?" och verklig, kostnadseffektiv och säker praxis - en klyfta. Många föreställer sig genast en ren väteström och gröna certifikat, och glömmer bort CO, svavelväte, tjära och det faktum att koksugnsgas i första hand är ett bränsle för själva koksverken. Att ta denna gas ifrån dem innebär att man bygger om hela energiproduktionssystemet. Det är kanske värt att börja med denna paradox.

Inte bara en biprodukt: verkligheten med koksugnsgas

Arbeta med projekt i samarbete med institutioner somChengdu Yizhi Technology Co.(det här är deras hemsida, förresten,https://www.yzkjhx.ru- en användbar resurs om separationsteknik), stöter du ständigt på samma begäran från metallurger: "Ja, vi har gas, men vi har inte tillräckligt för våra egna behov?" Och detta är nyckelpunkten.Koksgas- inte "avfall", som bara väntar på bortskaffande. Detta är en kalibrerad energibärare som används för att värma koksugnsbatterier, torka kol och ibland generera ånga. Dess sammansättning är cirka 55-60% H2, 25-30% CH4, resten är CO, N2, tunga kolväten och föroreningar. Initialt värmevärde är viktigt för processcykeln.

Därför börjar samtalet om väte inte med "hur man isolerar det?", utan med "hur man kompenserar för energibalansen?". Om du tar gas tillväte, måste du erbjuda något i gengäld - säg, rekonstruera ugnar för naturgas eller införa värmeåtervinning. Det är kapitalkostnader som omedelbart äter upp en del av projektets ekonomi. På en av fabrikerna i Shanxi såg jag ett försök att installera en membranenhet för att välja väte direkt från det allmänna nätverket. Det verkar som att allt var beräknat, men de tog inte hänsyn till fluktuationer i tryck och gassammansättning vid byte av kolpartier. Membranen kokade snabbt och projektet frystes. Upplevelsen är dyr, men avslöjande.

Och en sak till om kompositionen. Förutom de tre viktigaste (H2, CH4, CO) finns naftalen, vätesulfid och vätecyanid. Varje installation för väteåtervinning - vare sig det är tryckcykeladsorption (PSA) eller membran - kräver djup rengöring i flera steg vid inloppet. Annars förgiftas katalysatorerna och membranen går sönder. Standardkedja: kylning, elektrostatiska filter, borttagning av harts, sedan avsvavling. Det är inte bara att "installera ett filter", det är en hel kemisk verkstad. Och dess kostnad kommer ofta som en överraskning för kunder som bara tänkte på PSA-enheten.

Teknikkorsning: PSA, membran eller något annat?

Kina har historiskt sett dragit mer mot kortcykeladsorption (SCA). Skälen är tydliga: tekniken är beprövad, den gör det möjligt att erhålla väte med en renhet på 99,999 % och högre, och längs vägen är det möjligt att isolera metan-väte-fraktionen. Sådana installationer är till exempel konstruerade och levererade avChengdu Yizhi Technology Co., Ltd.— detta designinstitut skapat av Huaxi Technology har gedigen erfarenhet av gasseparering. Jag såg deras installationer i drift - de är pålitliga, men kräver korrekt drift. Nyckelpunkten här är det korrekta valet av adsorbenter för en specifik gassammansättning och förmågan att arbeta med restgas (raffinat).

Men CCA är inget universalmedel. Installationen är skrymmande, energikrävande (kompressorer behövs för att skapa tryck), och kräver högkvalitativ automatisering för att byta ventiler. För små gasflöden kan det bli orimligt dyrt. Det är här membranteknologier kommer in i bilden. De är mer kompakta och enklare att använda, men det finns en nyans: renheten hos väte vid utgången överstiger sällan 99% i en omgång och beror starkt på trycket och sammansättningen av råmaterialet. För många applikationer - till exempel för hydrobehandling i den petrokemiska industrin - räcker detta. Men om du behöver ultrarent väte för elektronik eller bränsleceller kan du inte klara dig utan efterföljande rening.

En intressant hybridmetod, som för närvarande testas på flera platser, är en kombination av membranförbehandling och PSA. Membranen tar bort bulkväte, vilket minskar belastningen på den dyrare adsorptionsenheten. Detta verkar logiskt, men i praktiken uppstår svårigheter med att synkronisera driften av två system med olika dynamik. För närvarande är det snarare pilotlösningar. Personligen tenderar jag att tro att valet av teknik alltid är en kompromiss mellan den erforderliga produktrenheten, tillgängligt kapital och den lokala personalens kvalifikationer. Ibland är det lättare och billigare att tillhandahålla två stadier av membran med annan selektivitet än en komplex PSA.

Var ska man lägga detta väte? Marknad kontra inhemsk konsumtion

Så vi isolerade väte. Och vad? Det enklaste sättet är att använda den på samma anläggning eller på en närliggande produktion. Koksindustrin har sina egna hydrogeneringsprocesser och oljeraffinering har sina egna hydrobehandlingsprocesser. Detta är det bästa alternativet, vilket minimerar logistik och kostnader för komprimering och lagring. Men ofta överstiger tilldelningskapaciteten lokala behov. Då uppstår frågan om att komma in på den utländska marknaden.

Och här börjar den svåraste delen. Vätgasmarknaden i Kina håller på att växa fram. Transportinfrastruktur (rörledningar, trycksatta tankfartyg) saknas i högsta grad. Kostnaden för transport över 200 km kan göra produkten okonkurrenskraftig jämfört med lokalt producerat ångmetanreformerande väte. Därför många projektväte från koksugnsgasidag är de knutna till skapandet av lokala kluster: ett koksverk + ett oljeraffinaderi + eventuellt ett kemiskt företag. Geografi är allt.

En annan potentiell konsument är stålproduktion. Experiment pågår för att använda väte i masugnar för att delvis ersätta koks. Men det här är framtidens teknologier, fortfarande i sin linda. Ett mer realistiskt scenario är att styra väte för att syntetisera ammoniak eller metanol, om det finns motsvarande produktionsanläggningar i närheten. Men här stöter vi återigen på ekonomin: kostnaden för väte från koksugnsgas, även om man tar hänsyn till alla reningskostnader, är lägre än från naturgas. Detta är hans huvudsakliga trumfkort. Men denna fördel kan bara realiseras om det finns en pålitlig och stabil distributionskanal i närheten.

Ekonomi och fallgropar: vad som inte skrivs i presentationer

I förstudier ser allt smidigt ut: låg kostnad för råvaror (gas är "gratis"), växande efterfrågan på väte, statliga subventioner för "grön" gas. tekniker. Verkligheten är hårdare. Först och främst är det ?gratis? råvaror. Som jag redan har sagt är gasutvinning en förlust av bränsle. Vi måste överväga den verkliga alternativkostnaden för denna gas för anläggningen. Ibland visar det sig att det är mer lönsamt att sälja själva koksugnsgasen till en närliggande anläggning som bränsle än att investera i en dyr vätesepareringsanläggning.

För det andra, kapitalkostnader. Ett fullfjädrat komplex – från rengöring till kompression – kostar tiotals miljoner dollar. Återbetalningstiden beror mycket på det slutliga priset på väte, som är mycket flyktigt. För det tredje, driftskostnaderna. Byte av adsorbenter, membran, reagenser för att ta bort svavel, energi för kompression - detta är ett konstant kassautflöde. Jag såg ett projekt där det, på grund av det höga innehållet av svavelväte, var nödvändigt att installera ytterligare ett steg för oxidativ avsvavling, vilket dödade all lönsamhet.

Och den största stötestenen är stabilitet. Koksproduktion är cyklisk. Det finns planerade avstängningar för batterireparationer, och det finns fluktuationer i kvaliteten på kol. Gasens sammansättning och mängd är inte konstant. Vätgasinstallationen måste vara flexibel och motståndskraftig mot sådana fluktuationer, och det är en komplex och dyr automatisering. Alla tekniktillverkare tar inte hänsyn till detta när de säljer "standardiserade" sådana. lösningar. ErfarenhetChengdu Yizhi Technology Co.är värdefulla här just för att de, att döma av deras projekt, är djupt nedsänkta i detaljerna i koks-kemisk produktion och inte erbjuder abstrakta installationer.

Framöver: finns det ljus i slutet av tunneln?

Trots alla svårigheter har riktningen utsikter. Det finns flera förare. Den första är policyn för "dubbel koldioxidneutralitet". i Kina. Det tvingar oss att leta efter möjligheter att minska vårt koldioxidavtryck.Väte från koksugnsgasär användningen av en biprodukt för att producera lågkolhaltigt (inte att förväxla med "grönt?") väte. Detta är bättre än att flacka gasen eller helt enkelt använda den som bränsle utan rening. Koldioxidkrediter eller andra preferenser kan visas.

Den andra drivkraften är utvecklingen av väteenergi och rörlighet i vissa regioner. Om ett nätverk av vätgastankstationer skapas i provinserna Shanxi eller Hebei, där den huvudsakliga kokskemiska kapaciteten är koncentrerad, kommer lokal produktion från koksugnsgas att bli strategiskt viktig. För närvarande är det riktade initiativ.

Den tredje faktorn är teknisk. Billigare och föroreningsbeständiga membran, adsorbenter med större kapacitet och effektiva rengöringsmetoder dyker upp. Processenergiförbrukningen minskar. Detta förbättrar ekonomin. Men den grundläggande slutsatsen, baserad på praxis, är denna: framgångsrikt kommer inte att bli projektet som helt enkelt tekniskt utvinner väte, utan det som initialt är inbyggt i ett omfattande system för energi- och resursförsörjning av hela industriklustret, med en genomtänkt balans och pålitlig försäljning. Detta är en komplex systemuppgift, inte bara att köpa utrustning. Och det är i detta systematiska tillvägagångssätt, förefaller det mig, som huvudutsikterna för väte från koksugnsgas i Kina ligger.