Kina: väte från kolväten - teknik och ekologi? 

När man pratar om väte i Kina föreställer sig många omedelbart "grönt". elektrolys. Men verkligheten på jorden, särskilt i industriell skala, är fortfarande annorlunda. Huvudvolymen är fortfarande väte från kolväten och här ligger en hel del nyanser som ofta tystas ner i branschrapporter. Jag har själv arbetat med flera projekt kring ångmetankonvertering och jag kan säga: samtalet om ekologi här kan inte reduceras till enkla slogans. Det är en ständig avvägning mellan ekonomi, tillgänglig teknik och det koldioxidavtryck som alla nu är så starkt bekymrade över.

Teknisk grund: inte bara SMR

Ja, ångmetanreformering (SMR) är en klassiker. Men i Kina genomförs det med anpassningar till lokala råvaror. Vi arbetar ofta inte med idealisk naturgas, utan med tillhörande petroleumgas eller till och med koksugnsgas. Sammansättningen är instabil, därav huvudvärken med katalysatorer. Jag minns ett projekt i Shanxi där, på grund av den höga svavelhalten i råvarorna, förbehandlingsschemat måste ses över helt. Standardlösningar var inte lämpliga; som ett resultat utvecklades ett hybridsystem med adsorbenter baserade på zinkoxid och zeoliter. Verkningsgraden har nått nivån, men livslängden för omvandlingskatalysatorn minskar fortfarande med 15 %. Detta är priset för anpassning.

Partiell oxidation (POX) är en annan historia för tunga råvaror. Tekniken är energikrävande och kräver en komplex och dyr syreenhet. Men i vissa fall kan du inte klara dig utan den. På ett av raffinaderierna i Liaoning introducerade de just en POX-enhet för bearbetning av tjära. Huvudproblemet var inte ens i processen, utan i den medföljande utrustningen - värmebeständiga legeringar för reaktorn och värmeväxlare. Ständiga problem med korrosion och erosion. Kinesiska analoger höll inte alltid; dyra importerade material var tvungna att köpas in, vilket förstörde de ekonomiska fördelarna med projektet.

Det är för närvarande mycket surr kring autotermisk reformering (ATR) som en mer flexibel teknik. Det sägs vara bättre vad gäller vätgasutbyte och utsläpp. På papper - ja. Men i praktiken är nyckeln exakt kontroll av förhållandet syre/ånga/matning. Minsta misslyckande och istället för den optimala processen får du antingen sot eller okonverterat metan. Jag såg ett försök att starta en sådan installation vid ett pilotkomplex. Styrsystemet "vässades" under ideala laboratorieförhållanden, men i verkligheten förstörde trycksvängningar i gasledningen allt. Det tog en månad att finjustera algoritmerna. Så tekniken är lovande, men kräver fortfarande mycket "inkörning". i fält.

Ekologisk paradox och CCS-tricket

Detta är den främsta stötestenen. Att producera väte från metan producerar oundvikligen CO2. Många. Därför kommer nu alla projekt i Kina som påstår sig vara "lågt koldioxidutsläpp" med prefixet "CCS-färdiga?" eller ?kolfångad?. Men beredskap är en sak, och det faktiska genomförandet är en annan. Det största problemet är inte ens fångsttekniken (även om den är dyr), utan logistik och lagring. Vart ska denna CO2 ta vägen? Det finns inte många geologiska formationer för lagring i industriell skala nära fabriker.

Var involverad i projektutvärderingväte från kolvätenmed full cykel CCS i Xinjiang. Tekniskt sett är allting beräknat: 90 % fångst, en pipeline för att transportera CO2 150 km till ett utarmat gasfält. Men ekonomin är skakig. Kostnaden per ton CO2 som fångas och begravs äter upp all potentiell vinst från "ren" CO2. väte. Projektet frystes så småningom i väntan på större statliga subventioner eller högre priser på koldioxidkvoter. Hittills är CCS i Kina mer ett demonstrationsprojekt än en massövning.

En annan punkt är indirekta utsläpp. Alla räknar kolet från själva omvandlingsprocessen, men de glömmer ofta bort den "grå" delen. fotavtryck från produktion av el för drift av kompressorer, pumpar, styrsystem. Om anläggningen är belägen i en region där nätet är kopplat till kol försämras den totala utsläppsbilden med 20-25 %. Därför använder de nu, när de designar, i allt större utsträckning sina egna förnybara energianläggningar, åtminstone för att delvis täcka behoven. Men detta ökar återigen priset.

Utrustning och lokalisering: var är vi nu?

Tidigare har nyckelutrustning - reformatorer, Syngas-kompressorer, PSA-system - aktivt köpts in från Linde, Air Products, Topsoe. Den nuvarande trenden går mot fullständig lokalisering. Kinesiska tillverkare har redan nått en bra nivå i tillverkningen av syntesgaskolonner, värmeväxlare och styrsystem. Men det finns fortfarande svårigheter med katalysatorer och vissa speciallegeringar för högtemperaturzoner.

Arbetar medChengdu Yizhi Technology Co.(detta är ett designinstitut skapat av Huaxi Technology), observerade deras tillvägagångssätt. De replikerar inte bara färdiga lösningar, utan anpassar ofta teknikpaket för kundens specifika råvaror. Deras hemsidayzkjhx.ruär i själva verket en portfölj av sådana icke-standardiserade projekt. De har sin egen utveckling - en flerskiktskatalysator för metanomvandling med ökad motståndskraft mot svavelförgiftning. Implementerad vid en installation i Sichuan. Resultaten är inte dåliga, men återigen, för idealiska förhållanden. Med plötsliga förändringar i belastningen föll aktiviteten snabbare än den för den importerade analogen. Det finns framsteg, men vi måste fortfarande arbeta för att nå full paritet.

Ett intressant fall är användningen av färdiga modulära installationer med låg och medelhög effekt. Detta är en trend för decentraliserad vätgasproduktion, till exempel för bensinstationer. Kinesiska företag, inklusive Yizhi Technology, är mycket aktiva här. Monterad, ansluten, lanserad. Men tillförlitligheten hos sådana "out of the box"-lösningar under hårda vintrar i norra Kina eller hög luftfuktighet i söder är en stor fråga. Frekventa underhållsstopp och filterbyte. Tillförlitligheten är fortfarande sämre än stora stationära komplex.

Mellanprodukter: syntesgasens roll

Det som ofta förbises är att framställning av väte inte alltid är slutmålet. Syntesgas i sig är en värdefull råvara. I Kina, med sin kraftfulla kemiska industri, är detta ytterst viktigt. Många projekt är initialt tänkta som flexibel produktion: idag maximerar vi utbytet av väte för raffinaderier, imorgon byter vi läge för produktion av metanol eller ammoniak.

Jag stötte på en situation där, på grund av förändringar i marknadsförhållandena (vätepriserna sjönk, metanolpriserna steg), måste operativsystemet omedelbart ändras. Detta var inte bara en installation, utan ett fysiskt byte av patroner i vätefinreningssystemet (PSA) och omjustering av kompressorsystemet. Driftstoppet var nästan en månad. Nu när man designar nya installationer byggs mycket större flexibilitet in, men det innebär återigen en ökning av kapitalkostnaderna.

En annan aspekt är vätets renhet. Bränsleceller kräver den högsta graden av rening (upp till 99,999%). Att uppnå det med kolväteråvaror är svårt och dyrt. De huvudsakliga föroreningarna - CO och CO2 - är gifter för bränslecellskatalysatorn. Standardadsorptionsmetoder ger inte alltid det önskade resultatet. Man måste kombinera: högtemperaturomvandling, sedan lågtemperaturomvandling, sedan PSA, och ibland även membranseparation. Varje ytterligare steg är en förlust av tryck, energi och, naturligtvis, pengar. Därför "väte för transport?" från metan kan ännu inte konkurrera i pris med samma väte för oljeraffinering, där renhetskraven är lägre.

Framöver: vad kommer att hända med det här segmentet?

Trots all hype kring grönt väte kommer de grå och blå linjerna av kolväten att dominera Kina under lång tid framöver. Orsakerna är infrastruktur, kostnader och, viktigast av allt, tillgången på råvaror. Frågan är hur man gör denna process acceptabel ur miljösynpunkt. Jag tror att framtiden inte ligger i ett enda genombrott, utan i en uppsättning åtgärder: det gradvisa införandet av CCS där det är geografiskt och ekonomiskt motiverat; hybridisering med förnybara energikällor för kraftförsörjning av installationer; och kontinuerligt arbete med effektiviteten hos katalysatorer och termiska kretsar för att minska råmaterial- och energiförbrukningen per produktenhet.

Mycket kommer att bero på koldioxidprispolitik. Om kostnaden för CO2-utsläpp blir betydande kommer ekonomin i projekten att förändras dramatiskt. Nu fattas många beslut utifrån kortsiktig ekonomi, snarare än långsiktig ekologi.

Personligen är jag skeptisk till det förestående fullständiga övergivandet av kolväteråvara för väte. Snarare kommer vi att se dess nisch. Stora, moderna, möjligen hybridkomplex (delvis med biometan) nära konsumtionscentra eller CO2-lagringsplatser. Och för avlägsna eller små konsumenter kommer elektrolysatorer som drivs av förnybara energikällor att utvecklas. Men basen - den kemiska industrin, oljeraffinering - kommer att förbli baserad på teknik för omvandling av metan och dess analoger i ytterligare 20-30 år. Det viktigaste är att inte tysta problemen, utan att arbeta ärligt med dem, med hänsyn till alla kostnader, inklusive miljömässiga.