الصين: الهيدروجين من غاز فرن فحم الكوك - الآفاق؟ 

يبدو الهيدروجين الناتج عن غاز فرن فحم الكوك فكرة واضحة، أليس كذلك؟ خاصة في الصين، حيث كيمياء فحم الكوك ليست مجرد صناعة، بل هي طبقة كاملة من الثقافة الصناعية. ولكن عندما تبدأ بالبحث في الأمر، تدرك أن هناك شيئًا ما بين "الفكرة الواضحة؟" والممارسة الحقيقية والفعالة من حيث التكلفة والآمنة - هوة. يتخيل الكثير من الناس على الفور تيار هيدروجين نقي وشهادات خضراء، متناسين ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين والقطران وحقيقة أن غاز فرن فحم الكوك هو في المقام الأول وقود لمصانع فحم الكوك نفسها. إن إبعاد هذا الغاز عنهم يعني إعادة بناء نظام إنتاج الطاقة بأكمله. ربما يكون من المفيد البدء بهذه المفارقة.

ليس مجرد منتج ثانوي: واقع غاز فرن فحم الكوك

العمل على مشاريع بالتعاون مع مؤسسات مثلتشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة(وهذا هو موقعهم على الانترنت، بالمناسبة،https://www.yzkjhx.ru- مورد مفيد حول تقنيات الفصل)، تصادف باستمرار نفس الطلب من علماء المعادن: "نعم، لدينا غاز، ولكن ليس لدينا ما يكفي لاحتياجاتنا الخاصة؟" وهذه هي النقطة الأساسية.غاز الكوك- وليس "النفايات"، التي تنتظر التخلص منها ببساطة. هذا عبارة عن ناقل طاقة تمت معايرته، ويستخدم لتسخين بطاريات فرن فحم الكوك والفحم الجاف وفي بعض الأحيان توليد البخار. تكوينه هو حوالي 55-60٪ H2، 25-30٪ CH4، والباقي هو ثاني أكسيد الكربون، N2، الهيدروكربونات الثقيلة والشوائب. تعتبر قيمة التسخين الأولية مهمة لدورة العملية.

ولذلك فإن الحديث عن الهيدروجين لا يبدأ بـ«كيفية عزله؟»، بل بـ«كيف نعوض توازن الطاقة؟». إذا كنت تأخذ الغاز لالهيدروجين، عليك أن تقدم شيئًا في المقابل - على سبيل المثال، إعادة بناء أفران الغاز الطبيعي أو إدخال استعادة الحرارة. هذه هي التكاليف الرأسمالية التي تلتهم على الفور جزءًا من اقتصاديات المشروع. وفي أحد المصانع في شانشي رأيت محاولة لتركيب وحدة غشائية لاختيار الهيدروجين مباشرة من الشبكة العامة. يبدو أن كل شيء تم حسابه، لكنهم لم يأخذوا في الاعتبار التقلبات في الضغط وتكوين الغاز عند تغيير دفعات الفحم. وسرعان ما تفحمت الأغشية وتم تجميد المشروع. التجربة باهظة الثمن، ولكنها كاشفة.

وشيء آخر يتعلق بالتكوين. بالإضافة إلى الثلاثة الرئيسية (H2، CH4، CO)، هناك النفثالين وكبريتيد الهيدروجين وسيانيد الهيدروجين. أي تركيب لاستعادة الهيدروجين - سواء كان ذلك لامتصاص دورة الضغط (PSA) أو الأغشية - يتطلب تنظيفًا عميقًا ومتعدد المراحل عند المدخل. وبخلاف ذلك، تتسمم المحفزات وتفشل الأغشية. السلسلة القياسية: التبريد، المرسبات الكهروستاتيكية، إزالة الراتنج، ثم إزالة الكبريت. لا يقتصر الأمر على "تركيب مرشح"، بل هو ورشة عمل كيميائية كاملة. وغالبًا ما تكون تكلفتها بمثابة مفاجأة للعملاء الذين فكروا فقط في وحدة PSA.

مفترق طرق التكنولوجيا: PSA أم الأغشية أم شيء آخر؟

لقد انجذبت الصين تاريخيًا أكثر نحو الامتزاز بالدورة القصيرة (SCA). الأسباب واضحة: لقد تم إثبات التكنولوجيا، فهي تجعل من الممكن الحصول على الهيدروجين بنقاء 99.999٪ أو أعلى، وعلى طول الطريق من الممكن عزل جزء الميثان والهيدروجين. مثل هذه التركيبات، على سبيل المثال، يتم تصميمها وتوريدها بواسطةتشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة- يتمتع معهد التصميم هذا الذي أنشأته شركة Huaxi Technology بخبرة قوية في فصل الغاز. لقد رأيت تركيباتها قيد التشغيل - فهي موثوقة ولكنها تتطلب التشغيل السليم. النقطة الأساسية هنا هي الاختيار الصحيح للمواد الماصة لتركيبة غاز معينة والقدرة على العمل مع الغاز المتبقي (رافينات).

لكن التقييم القطري المشترك ليس حلا سحريا. عملية التثبيت ضخمة، وتستهلك الكثير من الطاقة (تلزم وجود ضواغط لتوليد الضغط)، وتتطلب أتمتة عالية الجودة لتبديل الصمامات. بالنسبة لتدفقات الغاز الصغيرة، يمكن أن تكون باهظة الثمن بشكل غير معقول. وهنا يأتي دور تقنيات الأغشية. إنها أكثر إحكاما وأسهل في التشغيل، ولكن هناك فارق بسيط: نادرا ما يتجاوز نقاء الهيدروجين عند الإخراج 99٪ في تمريرة واحدة، ويعتمد بشدة على ضغط المادة الخام وتكوينها. بالنسبة للعديد من التطبيقات - على سبيل المثال، المعالجة الهيدروجينية في صناعة البتروكيماويات - يعد هذا كافيًا. ولكن إذا كنت بحاجة إلى هيدروجين فائق النقاء للإلكترونيات أو خلايا الوقود، فلا يمكنك الاستغناء عن التنقية اللاحقة.

هناك نهج هجين مثير للاهتمام، والذي يتم اختباره حاليًا في عدة مواقع، وهو عبارة عن مزيج من المعالجة المسبقة للأغشية وPSA. تقوم الأغشية بإزالة الهيدروجين السائب، مما يقلل الحمل على وحدة الامتزاز الأكثر تكلفة. يبدو هذا منطقيًا، ولكن في الممارسة العملية تنشأ صعوبات في مزامنة تشغيل نظامين بديناميكيات مختلفة. في الوقت الحالي، هذه حلول تجريبية إلى حد ما. أنا شخصياً أميل إلى الاعتقاد بأن اختيار التكنولوجيا يمثل دائمًا حلاً وسطًا بين نقاء المنتج المطلوب ورأس المال المتاح ومؤهلات الموظفين المحليين. في بعض الأحيان يكون من الأسهل والأرخص توفير مرحلتين من الأغشية ذات انتقائية مختلفة عن PSA المعقد.

أين تضع هذا الهيدروجين؟ السوق مقابل الاستهلاك المحلي

لذلك قمنا بعزل الهيدروجين. وماذا؟ أسهل طريقة هي استخدامه في نفس المصنع أو في إنتاج مجاور. صناعة فحم الكوك لديها عمليات الهدرجة الخاصة بها، وتكرير النفط لديها عمليات المعالجة الهيدروجينية الخاصة بها. هذا هو الخيار الأفضل، حيث يقلل من الخدمات اللوجستية وتكاليف الضغط والتخزين. ولكن في كثير من الأحيان تتجاوز قدرة التخصيص الاحتياجات المحلية. ثم يطرح السؤال حول دخول السوق الخارجية.

وهنا يبدأ الجزء الأصعب. سوق الهيدروجين في الصين آخذ في الظهور للتو. البنية التحتية للنقل (خطوط الأنابيب، ناقلات النفط المضغوطة) مفقودة بشدة. تكلفة النقل لمسافة تزيد عن 200 كيلومتر قد تجعل المنتج غير قادر على المنافسة مقارنة ببخار الميثان المنتج محليًا والذي يقوم بإصلاح الهيدروجين. ولذلك العديد من المشاريعالهيدروجين من غاز فرن فحم الكوكوهي اليوم مرتبطة بإنشاء مجموعات محلية: مصنع لفحم الكوك + مصفاة نفط + وربما مؤسسة كيميائية. الجغرافيا هي كل شيء.

المستهلك المحتمل الآخر هو إنتاج الصلب. هناك تجارب جارية لاستخدام الهيدروجين في الأفران العالية ليحل محل فحم الكوك جزئيًا. لكن هذه هي تقنيات المستقبل، التي لا تزال في مهدها. والسيناريو الأكثر واقعية هو توجيه الهيدروجين لتصنيع الأمونيا أو الميثانول، إذا كانت هناك مرافق إنتاج مقابلة قريبة. ولكن هنا مرة أخرى نواجه اقتصاديًا: تكلفة الهيدروجين الناتج عن غاز فرن فحم الكوك، حتى مع الأخذ بعين الاعتبار جميع تكاليف التنقية، أقل من تكلفة الغاز الطبيعي. هذه هي بطاقته الرابحة الرئيسية. لكن هذه الميزة لا يمكن تحقيقها إلا إذا كانت هناك قناة توزيع موثوقة ومستقرة قريبة.

الاقتصاد والمزالق: ما لا يكتب في العروض

في دراسات الجدوى، يبدو كل شيء سلساً: انخفاض تكلفة المواد الخام (الغاز "مجاني")، والطلب المتزايد على الهيدروجين، والدعم الحكومي للغاز "الأخضر". التقنيات. الواقع أقسى. أولا وقبل كل شيء، إنه مجاني؟ مواد خام. كما قلت من قبل، استخراج الغاز هو فقدان الوقود. نحن بحاجة إلى النظر في تكلفة الفرصة البديلة الحقيقية لهذا الغاز للمحطة. في بعض الأحيان يتبين أن بيع غاز فرن فحم الكوك نفسه إلى مصنع مجاور كوقود أكثر ربحية من الاستثمار في مصنع باهظ الثمن لفصل الهيدروجين.

ثانيا، التكاليف الرأسمالية. مجمع كامل - من التنظيف إلى الضغط - يكلف عشرات الملايين من الدولارات. وتعتمد فترة الاسترداد بشكل كبير على السعر النهائي للهيدروجين، وهو سعر متقلب للغاية. ثالثا، تكاليف التشغيل. استبدال الممتزات والأغشية والكواشف لإزالة الكبريت والطاقة للضغط - وهذا تدفق نقدي ثابت. لقد رأيت مشروعًا، نظرًا للمحتوى العالي من كبريتيد الهيدروجين، كان من الضروري تركيب مرحلة إضافية لإزالة الكبريت التأكسدي، مما أدى إلى مقتل كل الربحية.

والعائق الرئيسي هو الاستقرار. إنتاج فحم الكوك دوري. هناك عمليات إيقاف مخطط لها لإصلاح البطاريات، وهناك تقلبات في جودة الفحم. تكوين وكمية الغاز ليست ثابتة. يجب أن يكون تركيب الهيدروجين مرنًا ومقاومًا لمثل هذه التقلبات، وهذه عملية أتمتة معقدة ومكلفة. لا تأخذ جميع الشركات المصنعة للتكنولوجيا هذا في الاعتبار عند بيع المنتجات "القياسية". الحلول. الخبرةتشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودةتعتبر ذات قيمة هنا على وجه التحديد لأنه، وفقًا لمشاريعهم، فإنهم منغمسون بعمق في تفاصيل إنتاج فحم الكوك الكيميائي، ولا يقدمون تركيبات مجردة.

التطلع إلى الأمام: هل هناك ضوء في نهاية النفق؟

وعلى الرغم من كل الصعوبات، فإن الاتجاه له آفاق. هناك العديد من السائقين. الأول هو سياسة "الحياد الكربوني المزدوج". في الصين. إنه يجبرنا على البحث عن أي فرص لتقليل بصمتنا الكربونية.الهيدروجين من غاز فرن فحم الكوكهو استخدام منتج ثانوي لإنتاج الهيدروجين منخفض الكربون (يجب عدم الخلط بينه وبين الهيدروجين "الأخضر؟"). وهذا أفضل من حرق الغاز أو استخدامه كوقود دون تنقية. قد تظهر أرصدة الكربون أو تفضيلات أخرى.

الدافع الثاني هو تطوير الطاقة الهيدروجينية والتنقل في مناطق معينة. إذا تم إنشاء شبكة من محطات تعبئة الهيدروجين في مقاطعتي شانشي أو خبي، حيث تتركز القدرات الرئيسية لفحم الكوك الكيميائي، فإن الإنتاج المحلي من غاز فرن فحم الكوك سيصبح ذا أهمية استراتيجية. في الوقت الحالي، تعتبر هذه المبادرات موجهة.

العامل الثالث هو التكنولوجي. تظهر أغشية أرخص ومقاومة للشوائب، ومواد ماصة ذات سعة أكبر، وطرق تنظيف فعالة. يتم تقليل استهلاك الطاقة العملية. وهذا يحسن الاقتصاد. ولكن الاستنتاج الأساسي، استناداً إلى الممارسة، هو أن المشروع الذي يستخرج الهيدروجين من الناحية الفنية لن يكون ناجحاً، بل المشروع الذي تم بناؤه في البداية ضمن مخطط شامل لإمدادات الطاقة والموارد للمجموعة الصناعية بالكامل، في ظل توازن مدروس ومبيعات يمكن الاعتماد عليها. هذه مهمة نظام معقدة، وليس مجرد شراء المعدات. ويبدو لي أن هذا النهج المنهجي يكمن في الاحتمال الرئيسي للحصول على الهيدروجين من غاز فرن فحم الكوك في الصين.