الصين: الهيدروجين من الهيدروكربونات - التكنولوجيا والبيئة؟ 

عندما يتحدث الناس عن الهيدروجين في الصين، يتخيل الكثير من الناس على الفور أنه "أخضر". التحليل الكهربائي. لكن الواقع على الأرض، وخاصة على المستوى الصناعي، لا يزال مختلفا. لا يزال الحجم الرئيسي هو الهيدروجين من الهيدروكربونات، وهنا يكمن الكثير من الفروق الدقيقة التي غالبًا ما يتم التكتم عليها في تقارير الصناعة. لقد عملت بنفسي في العديد من المشاريع المتعلقة بتحويل بخار الميثان، وأستطيع أن أقول: إن الحديث عن البيئة هنا لا يمكن اختزاله في شعارات بسيطة. إنها مقايضة مستمرة بين الاقتصاد والتكنولوجيا المتاحة والبصمة الكربونية التي يهتم بها الجميع بشدة الآن.

الأساس التكنولوجي: ليس فقط SMR

نعم، يعد إصلاح غاز الميثان بالبخار (SMR) أمرًا كلاسيكيًا. لكن في الصين يتم تنفيذه مع إدخال تعديلات على المواد الخام المحلية. نحن في كثير من الأحيان لا نعمل مع الغاز الطبيعي المثالي، ولكن مع غاز البترول المصاحب أو حتى غاز فرن فحم الكوك. التركيبة غير مستقرة، وبالتالي الصداع مع المحفزات. أتذكر مشروعًا في شانشي، حيث كان لا بد من مراجعة مخطط المعالجة المسبقة بالكامل نظرًا لمحتوى الكبريت العالي في المواد الخام. الحلول القياسية لم تكن مناسبة؛ ونتيجة لذلك، تم تطوير نظام هجين باستخدام مواد ماصة تعتمد على أكسيد الزنك والزيوليت. وصلت الكفاءة إلى هذا المستوى، لكن عمر خدمة محفز التحويل لا يزال منخفضًا بنسبة 15%. وهذا هو ثمن التكيف.

أما الأكسدة الجزئية (POX) فهي قصة مختلفة بالنسبة للمواد الأولية الثقيلة. هذه التكنولوجيا كثيفة الاستهلاك للطاقة وتتطلب وحدة أكسجين معقدة ومكلفة. لكن في بعض الحالات لا يمكنك الاستغناء عنها. في إحدى المصافي في لياونينغ، كانوا يقومون للتو بإدخال وحدة POX لمعالجة القطران. لم تكن المشكلة الرئيسية حتى في هذه العملية، ولكن في المعدات المصاحبة لها - السبائك المقاومة للحرارة للمفاعل والمبادلات الحرارية. مشاكل مستمرة مع التآكل والتآكل. ولم تكن نظائرها الصينية تصمد دائما؛ وكان لا بد من شراء مواد مستوردة باهظة الثمن، مما أبطل الفوائد الاقتصادية للمشروع في البداية.

يوجد حاليًا الكثير من الضجة حول الإصلاح الحراري الذاتي (ATR) كتقنية أكثر مرونة. ويقال أنه أفضل من حيث إنتاج الهيدروجين والانبعاثات. على الورق - نعم. لكن من الناحية العملية، المفتاح هو التحكم الدقيق في نسبة الأكسجين/البخار/العلف. أدنى فشل وبدلاً من العملية المثالية سينتهي بك الأمر إما بالسخام أو الميثان غير المحول. لقد رأيت محاولة لإطلاق مثل هذا التثبيت في مجمع تجريبي. تم "شحذ" نظام التحكم في ظل ظروف معملية مثالية، ولكن في الواقع، دمرت تقلبات الضغط في خط الغاز كل شيء. استغرق الأمر شهرًا لضبط الخوارزميات. لذا فإن التكنولوجيا واعدة، لكنها لا تزال تتطلب الكثير من "التشغيل". في الميدان.

التناقض البيئي وخدعة CCS

هذا هو حجر العثرة الرئيسي. إن إنتاج الهيدروجين من الميثان يؤدي حتماً إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون. كثير. لذلك، أصبحت جميع المشاريع في الصين التي تدعي أنها "منخفضة الكربون" تأتي مع البادئة "جاهزة لـ CCS؟" أو "الكربون الملتقط؟". لكن الاستعداد شيء والتنفيذ الفعلي شيء آخر. المشكلة الرئيسية لا تكمن حتى في تكنولوجيا الالتقاط (على الرغم من أنها باهظة الثمن)، بل في الخدمات اللوجستية والتخزين. أين يجب أن يذهب ثاني أكسيد الكربون هذا؟ لا توجد تكوينات جيولوجية كثيرة للتخزين على نطاق صناعي بالقرب من المصانع.

شاركت في تقييم المشروعالهيدروجين من الهيدروكربوناتمع دورة CCS الكاملة في شينجيانغ. من الناحية الفنية، كل شيء محسوب: احتجاز بنسبة 90%، ومد خط أنابيب لنقل ثاني أكسيد الكربون مسافة 150 كيلومتراً إلى حقل غاز مستنفد. لكن الاقتصاد هش. إن تكلفة الطن من ثاني أكسيد الكربون الذي يتم احتجازه ودفنه تلتهم كل الأرباح المحتملة من ثاني أكسيد الكربون "النظيف". هيدروجين. تم تجميد المشروع في نهاية المطاف، في انتظار الحصول على دعم حكومي أكبر أو أسعار أعلى لحصص الكربون. حتى الآن، يعتبر احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه في الصين بمثابة مشروع تجريبي أكثر من كونه ممارسة جماهيرية.

نقطة أخرى هي الانبعاثات غير المباشرة. يحسب الجميع الكربون الناتج عن عملية التحويل نفسها، لكنهم غالبًا ما ينسون الجزء "الرمادي". البصمة الناتجة عن إنتاج الكهرباء لتشغيل الضواغط والمضخات وأنظمة التحكم. إذا كان المصنع يقع في منطقة ترتبط فيها الشبكة بالفحم، فإن الصورة الإجمالية للانبعاثات تتفاقم بنسبة 20-25%. لذلك، الآن، عند التصميم، يستخدمون بشكل متزايد منشآت الطاقة المتجددة الخاصة بهم، على الأقل لتغطية الاحتياجات جزئيًا. ولكن هذا يزيد السعر مرة أخرى.

المعدات والتوطين: أين نحن الآن؟

في السابق، تم شراء المعدات الرئيسية - أجهزة الإصلاح، وضواغط Syngas، وأنظمة PSA - من Linde، وAir Products، وTopsoe. الاتجاه الحالي هو نحو التوطين الكامل. لقد وصل المصنعون الصينيون بالفعل إلى مستوى جيد في تصنيع أعمدة الغاز الاصطناعي والمبادلات الحرارية وأنظمة التحكم. ولكن لا تزال هناك صعوبات فيما يتعلق بالمحفزات وبعض السبائك الخاصة بالمناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة.

العمل معتشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة(هذا معهد تصميم أنشأته شركة Huaxi Technology)، لاحظوا نهجهم. إنهم لا يقومون فقط بتكرار الحلول الجاهزة، ولكنهم غالبًا ما يقومون بتكييف حزم التكنولوجيا لتناسب المواد الخام المحددة للعميل. موقعهم على الانترنتyzkjhx.ruهو، في الواقع، مجموعة من هذه المشاريع غير القياسية. لديهم تطورهم الخاص - محفز متعدد الطبقات لتحويل الميثان مع زيادة المقاومة للتسمم بالكبريت. تم تنفيذه في التثبيت في سيتشوان. النتائج ليست سيئة، ولكن مرة أخرى، في ظل الظروف المثالية. مع التغيرات المفاجئة في الحمل، انخفض النشاط بشكل أسرع من نظيره المستورد. هناك تقدم، ولكن لا يزال يتعين علينا العمل للوصول إلى التكافؤ الكامل.

ومن الحالات المثيرة للاهتمام استخدام التركيبات المعيارية الجاهزة ذات الطاقة المنخفضة والمتوسطة. وهذا هو الاتجاه نحو إنتاج الهيدروجين اللامركزي، على سبيل المثال لمحطات الوقود. الشركات الصينية، بما في ذلك Yizhi Technology، نشطة للغاية هنا. تم تجميعها، توصيلها، إطلاقها. لكن مدى موثوقية مثل هذه الحلول "الخارجية" في فصول الشتاء القاسية في شمال الصين أو الرطوبة العالية في الجنوب هي مسألة كبيرة. توقفات الصيانة المتكررة واستبدال الفلتر. لا تزال الموثوقية أدنى من المجمعات الثابتة الكبيرة.

الوسطيات: دور الغاز التوليفي

ما يتم التغاضي عنه غالبًا هو أن إنتاج الهيدروجين ليس هو الهدف النهائي دائمًا. يعتبر الغاز الاصطناعي في حد ذاته مادة خام قيمة. وفي الصين، في ظل صناعتها الكيميائية القوية، يشكل هذا الأمر أهمية بالغة. تم تصميم العديد من المشاريع في البداية على أنها إنتاج مرن: اليوم نقوم بتعظيم إنتاج الهيدروجين لمصافي التكرير، وغدًا نقوم بتبديل وضع إنتاج الميثانول أو الأمونيا.

لقد واجهت موقفًا حيث، بسبب التغيرات في ظروف السوق (انخفضت أسعار الهيدروجين، وارتفعت أسعار الميثانول)، كان لا بد من تغيير نظام التشغيل بشكل عاجل. لم يكن هذا مجرد إعداد، بل كان استبدالًا فعليًا للخراطيش في نظام تنقية الهيدروجين الدقيق (PSA) وإعادة ضبط نظام الضاغط. وكان التوقف لمدة شهر تقريبا. الآن، عند تصميم المنشآت الجديدة، يتم توفير قدر أكبر من المرونة، ولكن هذا يعني مرة أخرى زيادة في تكاليف رأس المال.

جانب آخر هو نقاء الهيدروجين. تتطلب خلايا الوقود أعلى درجة من التنقية (تصل إلى 99.999%). وتحقيق ذلك باستخدام المواد الخام الهيدروكربونية أمر صعب ومكلف. الشوائب الرئيسية - ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون - هي سموم لمحفز خلايا الوقود. طرق الامتزاز القياسية لا تعطي دائمًا النتيجة المرجوة. عليك أن تجمع بين: تحويل درجة الحرارة العالية، ثم تحويل درجة الحرارة المنخفضة، ثم PSA، وأحيانًا أيضًا فصل الغشاء. كل مرحلة إضافية هي فقدان الضغط والطاقة وبالطبع المال. إذن "الهيدروجين للنقل؟" من الميثان لا يمكن أن يتنافس بعد في السعر مع نفس الهيدروجين لتكرير النفط، حيث تكون متطلبات النقاء أقل.

التطلع إلى المستقبل: ماذا سيحدث لهذا القطاع؟

على الرغم من كل الضجيج حول الهيدروجين الأخضر، فإن الخطوط الرمادية والزرقاء للهيدروكربونات سوف تهيمن على الصين لفترة طويلة قادمة. والأسباب هي البنية التحتية والتكلفة، والأهم من ذلك، توافر المواد الخام. والسؤال هو كيفية جعل هذه العملية مقبولة من الناحية البيئية. أعتقد أن المستقبل لا يكمن في أي اختراق واحد، بل في مجموعة من التدابير: التقديم التدريجي لتكنولوجيا احتجاز وتخزين الكربون حيثما يكون ذلك مبرراً جغرافياً واقتصادياً؛ التهجين مع مصادر الطاقة المتجددة لتزويد المنشآت بالطاقة؛ والعمل المستمر على كفاءة المحفزات والدوائر الحرارية لتقليل استهلاك المواد الخام والطاقة لكل وحدة من المنتج.

وسوف يعتمد الكثير على سياسات تسعير الكربون. وإذا أصبحت تكلفة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون كبيرة، فإن اقتصاديات المشاريع سوف تتغير بشكل كبير. والآن يتم اتخاذ العديد من القرارات على أساس اقتصاديات قصيرة المدى، وليس على أسس بيئية طويلة المدى.

أنا شخصياً متشكك بشأن التخلي الكامل الوشيك عن المواد الخام الهيدروكربونية للهيدروجين. بل سنرى مكانته. مجمعات كبيرة وحديثة وربما هجينة (تستخدم الميثان الحيوي جزئيًا) بالقرب من مراكز الاستهلاك أو مواقع تخزين ثاني أكسيد الكربون. وبالنسبة للمستهلكين البعيدين أو الصغار، سيتم تطوير المحللات الكهربائية التي تعمل بمصادر الطاقة المتجددة. لكن القاعدة - الصناعة الكيميائية وتكرير النفط - ستظل تعتمد على تقنيات تحويل الميثان ونظائره لمدة 20 إلى 30 سنة أخرى. الشيء الرئيسي هو عدم إخفاء المشاكل، ولكن العمل عليها بصدق، مع مراعاة جميع التكاليف، بما في ذلك البيئة.