الصين: الهيدروجين من غاز فرن فحم الكوك - الآفاق؟ 

عندما تسمع عبارة "الهيدروجين من غاز فرن فحم الكوك؟"، يفكر الكثير من الناس على الفور في عملية قديمة تشبه المتحف تقريبًا. وهذا هو المفهوم الخاطئ الرئيسي. في الواقع، نحن لا نتحدث عن العتيق، ولكن حول كيفية إعطاء حياة ثانية لمنتج ثانوي، والذي من شأنه أن يحترق ببساطة في الشعلة. وفي الصين، حيث تنتج كميات هائلة من فحم الكوك، تحولت هذه القضية لفترة طويلة من النظرية إلى العملية البحتة - وهي مثيرة للجدل إلى حد كبير.

ليس مجرد تيار جانبي، بل قاعدة من المواد الخام

وبغض النظر عن العروض التقديمية الجميلة، فإن المفتاح هو التكوين والاتساق. غاز فرن فحم الكوك ليس غازًا طبيعيًا؛ يختلف تركيبه حسب نوع الفحم وطريقة فحم الكوك وحتى الطقس. يمكن أن يتراوح محتوى الهيدروجين من 50% إلى 60%، ولكن يأتي معه الميثان وأول أكسيد الكربون والهيدروكربونات الثقيلة، والأهم من ذلك، الكبريت. أول شيء تصادفه في الممارسة العملية ليس "إنتاج الهيدروجين"، بل التنقية الأولية. كبريتيد الهيدروجين والسيانيد والنفثالين - كل هذا يجب إزالته قبل وصول الغاز إلىوحدة الامتصاص. تتعثر العديد من المشاريع في هذه المرحلة، بسبب التقليل من تكاليف الإعداد.

على سبيل المثال، في أحد المصانع القديمة في شانشي، حاولوا تركيب غشاء فاصل مباشرة بعد التنظيف القاسي. وكانت الفكرة السرعة والاقتصاد. لكن الأغشية سرعان ما أصبحت مسدودة بالراتنجات المتبقية، ودخل المشروع في فترة توقف طويلة. كان علي أن أعود إلى الكلاسيكيات -امتصاص الضغط المتأرجح(PSA)، ولكن مع غسيل مسبق أكثر جدية؟ الغاز أضاف هذا تكاليف رأسمالية وصعوبات تشغيلية. اتضح أن المواد الخام الرخيصة لا تتطلب تحضيرًا رخيصًا.

وهنا يمكنك أن ترى الفرق بين مجرد شركة هندسية ومعهد تصميم متخصص. من الضروري أن نفهم بعمق كيمياء فحم الكوك، وليس فقط فصل الغاز. لقد رأيت مشاريع حيث تم بناء خط المعالجة من الفرن نفسه، مع الأخذ في الاعتبار دورة إنتاج الغاز ومعلمات درجة الحرارة الخاصة به. هذا بالفعل مستوى مختلف. بالمناسبة، أحد القلائل الذين يعملون بشكل منهجي في هذا المكان الضيق في الصينتشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة(موقعهم على الانترنت هوyzkjhx.ru). لقد نشأت هذه الشركة من تكنولوجيا Huaxi الكيميائية، واستنادًا إلى محفظتها الاستثمارية، فإنها تتعامل مع المشكلة بشكل شامل: فهي لا تبيع وحدة PSA فحسب، بل تصمم الدورة بأكملها بدءًا من قبول الغاز وحتى إنتاج الهيدروجين التجاري. تجربتهم هي على وجه التحديد أنه بدون دراسة مفصلة للمواد الخام فلن تذهب بعيدًا.

الاقتصاد: أين يتم إخفاء الربح؟

الحجة الرئيسية؟ - انخفاض تكلفة المواد الخام. الغاز في الحقيقة مجاني، فقط يجب التخلص منه. لكن هذا فخ للمستثمرين. التكاليف الرئيسية هي الاستثمارات الرأسمالية في التنقية والفصل، ومن ثم في ضغط وتخزين الهيدروجين. الهيدروجين النقي من PSA ليس منتجًا بعد. يجب أن يتم تقديمها لمتطلبات المستهلك، سواء كان ذلكتكرير النفط, إنتاج الأمونياأو الناشئةطاقة الهيدروجين.

في أحد المشاريع التي شاركت فيها، تم حساب كل شيء بأدق التفاصيل. اتضح أن نقطة التعادل تعتمد بقوة على عاملين: استقرار بطاريات فرن فحم الكوك (بحيث لا يكون هناك توقف أو تقلبات في حجم الغاز) وسعر الهيدروجين البديل، على سبيل المثال، من إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار. عندما تكون أسعار الغاز الطبيعي منخفضة، فإن اقتصاد فحم الكوك بأكمله؟ ينهار الهيدروجين. ولكن في الصين، في السنوات الأخيرة، كانت السياسة تتجه نحو تنويع المصادر والحد من البصمة الكربونية. وهنا يحصل الهيدروجين الناتج عن الغازات الثانوية على ريح ثانية - ليست اقتصادية بقدر ما هي بيئية واستراتيجية.

فارق بسيط آخر - ماذا تفعل بالغاز العادم بعد استخراج الهيدروجين؟ لا يزال لديه قيمة من السعرات الحرارية. الطريقة الأكثر منطقية هي إعادته إلى نظام الطاقة في المصنع لتسخين أفران فحم الكوك أو توليد البخار. لكن هذا يتطلب التكامل مع البنية التحتية الحالية، وفي المصانع القديمة يمثل تحديثها صداعًا منفصلاً. لقد اتضح أن الأمر يشكل لغزًا حيث تؤثر الحلول التقنية بشكل مباشر على الاقتصاد.

الشوكات التكنولوجية: PSA أم الأغشية أم التبريد؟

يسيطر على العالمتقنية بي اس ايه. موثوق ومثبت يسمح لك بالحصول على نقاء الهيدروجين بنسبة تصل إلى 99.999٪. لكن التركيبات ضخمة الحجم، وتتطلب نظامًا معقدًا من الصمامات والأتمتة، كما أن صيانتها مكلفة. قامت الشركات المصنعة الصينية، بما في ذلك شركة Yizhi Technology المذكورة أعلاه، بتوطين هذه المعدات منذ فترة طويلة، مما أدى إلى خفض التكلفة. لكن من المستحيل خداع الفيزياء - فالعملية دورية، وهناك فقدان للهيدروجين مع تيار النفايات (يصل إلى 15-25٪). بالنسبة للإنتاج الكبير، يعد هذا أمرًا مهمًا بالفعل.

يبدو فصل الغشاء أكثر أناقة - حيث يحتوي على أجزاء متحركة أقل حجمًا. ولكن، كما ذكرت سابقًا، فهو أمر بالغ الأهمية لنقاء الغاز الداخل. إذا ظلت آثار الهيدروكربونات العالية أو الأبخرة العطرية في غاز فرن فحم الكوك بعد التنظيف، فسيفشل الغشاء. لقد رأيت محاولات للمخططات المجمعة: التنظيف الخام -> الغشاء (فصل الجزء الأكبر من الهيدروجين) -> التشطيب على PSA صغير. من الناحية النظرية، فهو الأمثل من حيث رأس المال وتكاليف التشغيل. ومن الناحية العملية، فإن التعقيد المتمثل في إدارة خطين تكنولوجيين متباينين ​​غالبًا ما كان يلتهم كل المدخرات.

يتم استخدام الفصل المبرد للأحجام والحالات الكبيرة جدًا عندما يكون من الضروري فصل ليس فقط الهيدروجين، ولكن أيضًا، على سبيل المثال، الإيثيلين. بالنسبة لكيمياء فحم الكوك القياسية، غالبًا ما يكون هذا زائدًا عن الحاجة. خاتمة؟ لا يوجد حل عالمي. إن اختيار التكنولوجيا هو دائمًا حل وسط بين نقاء المادة الخام، والحجم المطلوب ونقاء المنتج، بالإضافة إلى استعداد العميل لإدارة أكثر تعقيدًا.

حالة من الممارسة: مشكلة غير واضحة في الغاز "الجاف".

أود أن أشارك فشلًا غير واضح جدًا، والذي يوضح جيدًا تفاصيل المادة الخام. وبعد التشغيل الناجح لمصنع PSA في أحد المصانع في خبي، بدأ الانخفاض التدريجي في الإنتاجية بعد بضعة أشهر. الضغوط ودرجات الحرارة - كل شيء طبيعي، الممتزات طازجة. لقد بحثنا عن السبب لفترة طويلة. اتضح أنه خلال موسم الأمطار زادت رطوبة الفحم المورد لفحم الكوك. وهذا بدوره أثر على تكوين غاز فرن فحم الكوك: فقد انخفض محتوى الهيدروجين قليلاً وزاد محتوى ثاني أكسيد الكربون. لكن الشيء الرئيسي هو أن المناخ المحلي في ورشة العمل قد تغير، ودخل المزيد من الرطوبة الجوية إلى نظام معالجة الغاز.

تم تصميم المواد الممتزة في وحدات التجفيف السابقة للPSA للظروف القياسية، ولم تكن هذه الرطوبة الإضافية كافية. ونتيجة لذلك، دخل الغاز الخام إلى أعمدة PSA، وبدأت الرطوبة في "التسمم؟" الممتزات الزيوليت المسؤولة عن تنقية الهيدروجين بشكل جيد. ولم يتم حل المشكلة عن طريق استبدال المواد الماصة باهظة الثمن، ولكن عن طريق تحسين نظام تجفيف المدخل ومراجعة اللوائح حسب الموسم. تافه؟ على الورق - نعم. من الناحية العملية، هناك أسابيع من التوقف وأطنان من المنتجات المفقودة. هذه هي نفس "الممارسة" غير الموجودة في الكتب المدرسية.

أين تبيع؟ السوق يملي النقاء

الحصول على الهيدروجين هو نصف المعركة. يجب بيعها. وهنا تطرح مسألة النقاء. بالنسبة للمعالجة الهيدروجينية في المصافي، غالبًا ما تكون نسبة 99.9% كافية. ولكن لتشغيل خلايا الوقود أو الإلكترونيات، يلزم نقاء عند مستوى 99.999% أو أعلى، مع رقابة صارمة على ثاني أكسيد الكربون، وهو سم للمحفزات. إن غاز فرن فحم الكوك، حتى بعد التنقية الأكثر تقدمًا، يحمل دائمًا خطر وجود شوائب ضئيلة من هيدروكربونات معينة.

ولذلك، فإن معظم المشاريع القائمة في الصين تستهدف على وجه التحديد المستهلكين الصناعيين بالقرب من المصنع - نفس المصافي أو المصانع الكيماوية. إن بناء بنية تحتية لنقل الهيدروجين المضغوط أو المسال قصة مختلفة مع عائد استثماري لا يزال مشكوكًا فيه. ويتجلى هذا الاحتمال في إنشاء مجموعات محلية: مصنع لفحم الكوك - إنتاج الهيدروجين - مؤسسة استهلاكية قريبة. وهذا يقلل من المخاطر والتكاليف اللوجستية.

ومن المثير للاهتمام أن بعض الشركات، على سبيل المثال، نفس شركة Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd.، التي تم وضعها كمعهد تصميم برأس مال مسجل قدره 120 مليون يوان، تقدم حلولاً متكاملة، بما في ذلك تحليل الأسواق المحتملة. هذا هو النهج الصحيح، لأنه دون فهم لمن وبأي سعر ستبيع الهيدروجين، حتى التركيب الأكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية يصبح عبئًا.

النتائج: هناك آفاق، لكنها عادية

فهل هناك أي آفاق؟ بالتأكيد نعم. ولكن هذه ليست تكنولوجيا "خضراء" خارقة للمستقبل، بل هي حل عملي يتسم بالكفاءة في استخدام الموارد لصناعة عملاقة قائمة بالفعل. إن محركاتها ليست موضة الهيدروجين، بل المعايير البيئية الصارمة (حظر حرق الغازات المصاحبة) والجدوى الاقتصادية للتخلص من النفايات.

الإمكانات الرئيسية تكمن في التكامل. ليس في بناء الفرد؟ الهيدروجين؟ ورش العمل، وفي التحديث العميق للعملية الكيميائية لفحم الكوك بأكملها مع ناقل الهيدروجين كأحد مجالات الإنتاج. وهذا يتطلب استثمارات وكفاءات كبيرة، وهو ما لا يتمتع به الجميع.

أنا شخصياً أنظر إلى هذا بتفاؤل حذر. التكنولوجيا ليست جديدة، ومزالقها معروفة. لن يتم تحديد نجاح المشروع من خلال الاختيار بين PSA أو الغشاء، ولكن من خلال جودة الهندسة وعمق تطوير قاعدة المواد الخام والحسابات الاقتصادية الرصينة التي تأخذ في الاعتبار كل شيء - وصولاً إلى محتوى الرطوبة الموسمية للفحم. هذا ليس مجالا للهواة. هذه وظيفة لأولئك الذين يفهمون كيمياء فحم الكوك من الداخل ومستعدون لحل المشكلات المعقدة وغير القياسية. ولحسن الحظ، يوجد بالفعل مثل هؤلاء اللاعبين في السوق.