الصين: الميثانول إلى الهيدروجين - التكنولوجيا والبيئة؟ 

عندما تسمع عن "تحويل الميثانول إلى الهيدروجين"، يفكر الكثير من الناس على الفور في المنشآت المعملية أو المشاريع التجريبية البعيدة. وفي الواقع، لم تعد هذه في الصين مجرد تكنولوجيا، بل إنها صناعة بأكملها ترتكز على ركيزتين: الاقتصاد الحقيقي للعملية ومقبوليتها البيئية. وبين هذه القطبين هناك الكثير من الفروق الدقيقة التي غالبًا ما يتم تفويتها في التقارير. لقد قمت بنفسي بتقييم مثل هذه الأنظمة لفترة طويلة، وسأقول: المفهوم الخاطئ الرئيسي هو الاعتقاد بأنه بما أن تفاعل تحويل الميثانول معروف منذ عقود، فإن التنفيذ بسيط. الأمر كله يتعلق بالتفاصيل: بدءًا من نقاء المواد الخام وحتى كيفية استخدامك لثاني أكسيد الكربون الناتج عن المنتج الثانوي.

من النظرية إلى التطبيق: حيث تتعثر المشاريع

لنأخذ عملية الإصلاح البخاري الكلاسيكية للميثانول. تبدو الصيغ في الكتب المدرسية أنيقة، ولكن في الممارسة العملية، فإن العامل الرئيسي هو اتساق التسليم. إذا تم نقل الميثانول في خزانات في إحدى المنشآت وحدثت انقطاعات، فقد يتعب المحفز. من دورات التدفئة والتبريد. لقد رأيت حالة في أحد المواقع في شاندونغ: التثبيتتحويل الميثانولأنتجت القدرة التصميمية البالغة 500 نيوتن متر مكعب/ساعة من الهيدروجين أرقامًا ممتازة في الأشهر الأولى، ولكن بعد ستة أشهر من التشغيل انخفض النشاط بنسبة 15% تقريبًا. تبين أن السبب بسيط - حيث تم العثور بشكل دوري على آثار الكلوريدات في المواد الخام بسبب الخدمات اللوجستية، والتي ظل المورد صامتًا بشأنها.

أو جانب آخر - توازن الحرارة. يتطلب التفاعل الماص للحرارة إمدادًا دقيقًا بالحرارة. من الناحية النظرية، يمكنك استخدام حرارة غازات المداخن أو السخانات الكهربائية. ولكن في المقاطعات الشمالية في فصل الشتاء، عندما تنخفض درجة الحرارة في الموقع إلى -20 درجة مئوية، يصبح الحفاظ على درجة حرارة مستقرة عند مدخل المفاعل مهمة منفصلة. من الضروري إعادة النظر في نظام العزل والتسخين المسبق - وهذا يزيد من تكاليف رأس المال، والتي لا تؤخذ دائما في الاعتبار في دراسة الجدوى الأولية.

ومن الجدير بالذكر هنا تجربة الزملاء من شركة Chengdu Yizhi Technology Co. (موقعهم على الإنترنت هوhttps://www.yzkjhx.ru). هذا معهد تصميم برأس مال معتمد كبير، تم إنشاؤه بواسطة Huaxi Technology. إنهم يركزون على الحلول الهندسية الشاملة، وليس فقط على بيع المنشآت. هناك تفصيل مهم واضح في نهجهم: فهم غالبًا ما يقدمون للعملاء عمليات تشغيل تجريبية على مواد خام حقيقية من مصنع معين. وهذا يسمح لك؟ الصيد؟ نفس الشوائب وضبط المخطط التكنولوجي في مرحلة مبكرة، وتجنب التعديلات الباهظة الثمن المتأخرة.

البيئة: ليس فقط حول ثاني أكسيد الكربون

عندما يتحدث الناس عن البيئة، يفكر الجميع على الفور في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. نعم، يتكون ثاني أكسيد الكربون أثناء تحويل الميثانول. ولكن بالمقارنة مع الإصلاح البخاري التقليدي للغاز الطبيعي، قد تكون البصمة الكربونية مختلفة - اعتمادًا على مدى خضرتها. مصدر الميثانول نفسه. إذا تم تصنيع الميثانول من الكتلة الحيوية أو احتجاز ثاني أكسيد الكربون، تصبح السلسلة أكثر نظافة. وتعمل الصين الآن بنشاط على تطوير مشاريع "الميثانول الأخضر" على وجه التحديد. في المناطق ذات الكتلة الحيوية الوفيرة، مثل قوانغشي.

ومع ذلك، هناك أيضًا جانب بيئي أقل وضوحًا، ألا وهو الانبعاثات المحلية. التثبيتإنتاج الهيدروجينفالميثانول مصنوع من مادة مدمجة، ويمكن وضعه بالقرب من المستهلك (على سبيل المثال، في محطة تعبئة الهيدروجين أو في مصنع للزجاج). وهذا يقلل من الخدمات اللوجستية والمخاطر المرتبطة بنقل الهيدروجين المضغوط أو المسال. ولكن في الوقت نفسه، من الضروري التحكم بشكل صارم في التسريبات الدقيقة المحتملة للميثانول ومنتجات التفاعل. وعلى الرغم من أن الميثانول أقل تطايرا من بعض الهيدروكربونات، إلا أنه لا يزال ساما.

في أحد مصانع إنتاج الزجاج البصري بالقرب من شنغهاي، واجهنا الحاجة إلى تجهيز المنشأة بنظام إضافي لامتصاص البخار في مرحلة تصريف وتخزين المواد الخام. ولم يتم تحديد ذلك في المشروع الأصلي، لكن متطلبات الإشراف البيئي المحلي أصبحت أكثر صرامة. كان علينا دمج الوحدة بسرعة مع الكربون النشط. ونادرا ما تتم مناقشة مثل هذه الفروق الدقيقة في المؤتمرات، ولكنها تحدد ما إذا كان المشروع سيكون مستداما حقا وصديقا للبيئة.

الاختلافات التكنولوجية: ليس الإصلاح فقط

إصلاح البخار هو الطريق الرئيسي، ولكنه ليس الوحيد. الإصلاح الحراري الذاتي، حيث يتم أكسدة جزء من الميثانول بالهواء، يكتسب زخمًا، مما يوفر الحرارة لتفاعل الإصلاح الماص للحرارة نفسه. وهذا يوفر زيادة أسرع وهو أكثر ملاءمة لتطبيقات التحميل المتغير. ولكن هناك صداع - الجرعات الدقيقة للهواء والتحكم في درجة الحرارة في منطقة الأكسدة، بحيث لا تتجاوز المنتجات الثانوية مثل أول أكسيد الكربون القاعدة.

الاتجاه الآخر هو المفاعلات الغشائية، حيث يتم إطلاق الهيدروجين مباشرة أثناء التفاعل، مما يؤدي إلى تغيير التوازن. تبدو هذه التكنولوجيا واعدة من حيث الكفاءة، لكن الأغشية (غالبًا البلاديوم) تكون عرضة للتسمم بالكبريت والكلور. وفي الصين، تعمل العديد من المجموعات والشركات العلمية، بما في ذلك شركة تشنغدو ييزي للتكنولوجيا، على أغشية مركبة أكثر مقاومة. إن ملفهم الشخصي هو على وجه التحديد تصميم وتنفيذ التقنيات الكيميائية، لذلك غالبًا ما تجد أبحاثهم طريقها سريعًا إلى العينات الصناعية التجريبية.

هل جربنا هذا؟ نعم، كان هناك مشروع تجريبي لوحدة غشائية لتركيب صغير بطاقة 50 نيوتن متر مكعب في الساعة. وتبين أن الصعوبة الرئيسية لم تكن في الغشاء نفسه، ولكن في نظام تنقية الميثانول مسبقًا إلى مستوى "النقاء الفائق". لقد التهمت تكلفة هذا الإعداد المسبق جميع الفوائد الاقتصادية الناجمة عن زيادة التحويل. تم تجميد المشروع، وخلص إلى أنه بالنسبة للحالة الراهنة للسوق وأسعار الميثانول في المنطقة، فإن الإصلاح البخاري المثبت مع تنقية الهيدروجين بالامتصاص متعدد المراحل في المنفذ يعد أكثر فعالية من حيث التكلفة.

الاقتصاد: عندما تبدأ الأرقام بالحديث

أي محادثة حول التكنولوجيا تعود إلى المال. التكلفةالهيدروجين من الميثانولفي الصين ترتبط بقوة بالمنطقة. في تلك المقاطعات حيث يوجد إنتاج الميثانول على نطاق واسع (نينغشيا، منغوليا الداخلية)، يمكن أن يكون سعر المواد الخام أقل بنسبة 30-40٪ مما كانت عليه في الجنوب، حيث يجب نقلها. ولذلك، لا توجد حسابات اقتصادية قياسية - فكل مشروع يتطلب الرجوع إلى الظروف المحلية.

نقطة مهمة هي المنتجات ذات الصلة. لا يمكن التخلص من ثاني أكسيد الكربون النقي الذي يتم إطلاقه أثناء هذه العملية، ولكن يمكن بيعه لنفس شركات صناعة الأغذية أو للحام. لكن هذا يتطلب استثمارًا إضافيًا في نظام التنظيف والضغط والتوزيع. بالنسبة للمنشآت الصغيرة، غالبًا ما يكون هذا غير مربح، ولكن بالنسبة للمنشآت الكبيرة التي تبلغ طاقتها عدة آلاف متر مكعب في الساعة يوميًا، يمكن أن توفر بالفعل دخلاً إضافيًا كبيرًا.

يعتمد الاسترداد أيضًا بشكل كبير على البديل. إذا لم يكن هناك خط أنابيب للغاز الطبيعي في مكان قريب، ويتطلب المحلل الكهربائي "أخضر" باهظ الثمن. الكهرباء ومساحات كبيرة، فإن مصنع الميثانول يبدو تنافسيًا للغاية. خاصة بالنسبة للصناعات مثل الوسائط الصيدلانية أو المعالجة الحرارية للمعادن، حيث تكون هناك حاجة إلى هيدروجين عالي النقاء نسبيًا، ولكن ليس بالضرورة خمسة تسعة.

التطلع إلى الأمام: في أي اتجاه تهب الريح

الاتجاه واضح: التكامل. التثبيتالميثانول والهيدروجينيتوقف عن كونه جهازًا معزولًا. ويُنظر إليه بشكل متزايد على أنه جزء من نظام طاقة أو كيميائي أكبر. على سبيل المثال، في مصانع الصلب حيث يوجد فائض من غاز فرن فحم الكوك، يمكن استخدامه لتصنيع الميثانول، ويمكن الحصول على الهيدروجين من الميثانول لتقليل الحديد. وينتج عن ذلك دورة مغلقة ذات قيمة مضافة.

ناقل آخر هو الاتصال بمصادر الطاقة المتجددة. خلال فترات توليد الرياح أو الطاقة الشمسية الزائدة، يمكن استخدام الكهرباء لإنتاج الكهرباء "الخضراء". الميثانول (من خلال إنتاج الهيدروجين "الأخضر" والتوليف اللاحق مع ثاني أكسيد الكربون المحتجز). ثم استخدم هذا الميثانول كحامل طاقة مناسب ومصدر للهيدروجين في حالة عدم وجود شمس أو رياح. هذا يحل مشكلة انقطاع RES. وفي الصين، تم بالفعل إطلاق مثل هذه المشاريع التجريبية، على سبيل المثال، في مقاطعة قانسو.

ما هي الخطوة التالية؟ أعتقد أن ما ينتظرنا ليس الثورة، بل التطور. تحسين المحفزات (مقاومة أكبر للشوائب، وانخفاض درجات حرارة التشغيل)، وتقليل تكلفة أنظمة التنظيف الدقيقة، وتوحيد الحلول المعيارية للسعات المختلفة. وبطبيعة الحال، الضغط التنظيمي للحد من البصمة الكربونية الإجمالية للسلسلة بأكملها. تنتقل التكنولوجيا من فئة الواعدة إلى فئة العملية، لكن نجاحها سيظل يتحدد ليس من خلال العروض التقديمية الجميلة، ولكن من خلال قدرة المهندسين على حساب كل يوان وتوقع المشكلات على الموقع قبل عام من إطلاقه. هذا هو بالضبط ما يفعلونه، بالمناسبة، في Chengdu Yizhi Technology Co.، والذي يمكنك قراءة المزيد عنه على موقعهم على الإنترنت. ولعل النهج الذي يتبعونه - وهو التصميم مع الأخذ في الاعتبار التكلفة الكاملة للملكية مدى الحياة، وليس فقط سعر المعدات - هو الدرس الرئيسي الذي تعلمته الصناعة بأكملها في السنوات الأخيرة.