الصين: الهيدروجين PSA - التقنيات والاتجاهات؟ 

عندما يتحدث الناس عن الهيدروجين في الصين، يفكر الكثير من الناس على الفور في المحللات الكهربائية أو أجهزة الإصلاح البخارية الضخمة. وحولالهيدروجين PSAغالبًا ما يُنظر إليها على أنها شيء ثانوي، مجرد خطوة تنظيف. ولكن في الممارسة العملية، خاصة في آخر 5-7 سنوات، هناك الكثير من التفاصيل الدقيقة التي تحدد ما إذا كان المشروع بأكمله سيكون قابلاً للتطبيق اقتصاديًا أم لا. لقد واجهت بنفسي مواقف حيث أدى الإصلاح، المثالي على الورق، إلى إنتاج الهيدروجين، والذي لم يكن من الممكن بعد ذلك تنقيته بشكل فعال من خلال تركيب PSA القياسي - وانحدر كل شيء.

ليس مجرد "منخل": حيث يتعثرون حقًا مع PSA في الصين

الخطأ الرئيسي هو اعتبار تقنية PSA (امتصاص الضغط القصير) شيئًا راسخًا وعالميًا. في الصين، تختلف المواد الخام بشكل كبير: الهيدروجين من إعادة تشكيل الميثانول، ومن إنتاج الكلور والقلويات، ومن غاز فرن فحم الكوك. يختلف تكوين الشوائب (ليس فقط ثاني أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون، ولكن أيضًا آثار الكبريت والعطريات والرطوبة) اختلافًا جذريًا. إن اتخاذ الحل "المعبأ" هو طريق مباشر للمشاكل. أتذكر أحد المشاريع في شاندونغ، حيث تم "تسمم" المواد الماصة بسبب تقلبات الضغط غير المحسوبة في تدفق المواد الخام؟ عدة مرات أسرع من الوقت المقدر. ونتيجة لذلك، انخفضت نسبة نقاء الهيدروجين إلى أقل من 99.9% بعد ستة أشهر فقط، على الرغم من أن العقد يضمن ثلاث سنوات من التشغيل المستقر.

النقطة الأساسية هي التكيف مع الممتزات ودورة التشغيل. الشركات المصنعة الصينية من الممتزات، مثل؟ شينهوا؟ أو "جيانغسو هوانكيو"، يصنعون الزيوليت الجيد والكربون المنشط، لكن اختيارهم يكاد يكون كيمياء. من الضروري أن نأخذ في الاعتبار ليس فقط التركيبة النموذجية، ولكن أيضًا ذروة انبعاثات الشوائب المحتملة التي تتميز بإنتاج رئيسي معين. غالبًا ما يدخرون المال في هذه المرحلة عن طريق شراء مواد ماصة أرخص ثم يدفعون مبالغ زائدة مقابل الاستبدال المتكرر ووقت التوقف عن العمل.

فارق بسيط آخر هو الأتمتة والتحكم. لم تعد تركيبات PSA الصينية الحديثة تعمل بمنطق التتابع البحت. لكن تنفيذ خوارزميات التحكم المتقدمة التي تتنبأ بالتغيرات في تركيبة المواد الخام لا يزال نادرًا. في الغالب يتم استخدام دورة صعبة. ويطرح هذا تحديات عند التكامل مع المصادر المتجددة، مثل عندما يحتاج الهيدروجين إلى تنقيته من التدفقات المرتبطة بالإنتاج المتقطع عبر التحليل الكهربائي الشمسي. هذا هو المكان الذي تصبح فيه الأمور مثيرة للاهتمام - الاتجاه نحو المنتجات المرنة "الذكية". P.S.A.

الاتجاهات: المرونة والتكامل والسياق "الأخضر".

الآن المحرك الرئيسي هو ما يسمى "الهيدروجين الأخضر". ولكن لا يكفي إنتاجه عن طريق التحليل الكهربائي؛ يجب تنقيته بشكل فعال. تم تصميم وحدات PSA التقليدية الكبيرة لتحقيق تدفق ثابت. وهنا يمكن أن يقفز التدفق. ولذلك، كان هناك طلب لأنظمة معيارية وقابلة لإعادة التشكيل بسرعة. رأيت التطورات، على سبيل المثال، منتشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة(موقعهم على الانترنت هوyzkjhx.ru)، والتي تضع نفسها كمعهد تصميم يتمتع بخبرة في التقنيات الكيميائية. وهي تركز على تصميم أنظمة معالجة لتدفقات محددة، بما في ذلك التدفقات غير المستقرة. لا يقتصر الأمر على بيع المعدات فحسب، بل أيضًا على الهندسة الجاهزة، وهو أمر بالغ الأهمية.

يعد التكامل مع أنظمة احتجاز الكربون (CCUS) مجالًا آخر للتركيز. الهيدروجين الناتج عن إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار (SMR) سيبقى معنا لفترة طويلة. وهنا لا يقتصر PSA على الحصول على الهيدروجين النقي فحسب، بل يتعلق أيضًا بإطلاق تيار مركز من ثاني أكسيد الكربون للتخلص منه أو استخدامه لاحقًا. تعد كفاءة هذا الفصل وتقليل فقد الهيدروجين مع تيار النفايات السائلة مهمة هندسية منفصلة. تحقق بعض المصانع في الصين الآن معدلات استرداد هيدروجين تزيد عن 90% بنقاء 99.999% بينما تنتج ثاني أكسيد الكربون بتركيزات أعلى من 95%. لكن تحقيق ذلك في ظروف صناعية حقيقية، وليس في مصنع تجريبي، يشكل تحديًا آخر.

ويؤثر أيضا الاتجاه نحو اللامركزية. بدلاً من تركيب واحد ضخم بقدرة 100.000 متر مكعب في الساعة، تم بناء عدة منشآت متوسطة أو صغيرة، تقع بالقرب من نقاط الاستهلاك. يؤدي هذا إلى تغيير متطلبات PSA: زيادة التركيز على كفاءة استخدام الطاقة للمنشآت الصغيرة، وسهولة الصيانة في الموقع، وربما المراقبة والتشخيص عن بعد. لقد رأيت كيف قام أحد المجمعات الكيميائية في مقاطعة تشجيانغ بتركيب ثلاثة أنظمة PSA صغيرة نسبيًا من موردين مختلفين للمقارنة. اختلفت نتائج الموثوقية وتكاليف التشغيل بشكل كبير.

العوائق والمزالق العملية

واحدة من أكبر العوائق هي مؤهلات موظفي الصيانة. الصمامات المعقدة متعددة المنافذ، والصمامات الحساسة التي تتطلب فحصًا منتظمًا، وتشخيص حالة المواد الماصة - لا يتم تدريسها بسرعة. في كثير من الأحيان، صادفت في المواقع حقيقة أن فريق الميكانيكيين يعرف الإنتاج الرئيسي جيدًا، لكن تثبيت PSA بالنسبة لهم هو صندوق أسود. وفي حالة وجود أي مشكلة يتم استدعاء مهندسي المورد، مما يؤدي إلى التوقف لفترة طويلة. بعض الشركات ومنها تلك المذكورةتشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة، أصبح من الإلزامي الآن تضمين دورة موسعة من التدريب في الموقع في العقد، لكن هذا لم يصبح ممارسة واسعة النطاق بعد.

المشكلة هي موثوقية المكونات. الصمامات هي الحلقة الأضعف. لقد تعلمت الشركات المصنعة الصينية بالفعل كيفية صنع أجهزة امتصاص وأنظمة تحكم جيدة، لكن الصمامات عالية التردد لدورات PSA السريعة لا تزال تُشترى في بعض الأحيان من الخارج أو يتم نسخها، وهذا يؤثر على المتانة. كانت هناك قصة في أحد مصانع إنتاج الأمونيا في سيتشوان عندما كان من الضروري تغيير مجموعة الصمامات بأكملها بشكل عاجل على وحدة واحدة بعد عام من التشغيل - فهي ببساطة لا تستطيع تحمل العدد المحسوب للدورات.

استهلاك الطاقة هو عامل يتم تجاهله في كثير من الأحيان. يتطلب PSA طاقة للتطهير والضغط والكنس. سعيًا لتحقيق معدلات نقاء واسترداد عالية، يتم أحيانًا تصميم الأنظمة بعدد كبير من المراحل أو الدورات الطويلة، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف التشغيل بشكل كبير. إن التوازن المثالي بين النقاء والاستخلاص واستهلاك الطاقة هو دائمًا حل وسط يتم البحث عنه على أساس كل مشروع على حدة.

الحالة: التكامل مع إنتاج الميثانول

ومن دراسة الحالة الجيدة تحديث مصنع الميثانول في نينغشيا. كان هناك غاز ثانوي يحتوي على الهيدروجين، والذي كان يتم حرقه في السابق. قررنا توريد PSA لتنقيته وإعادة الهيدروجين إلى عملية تصنيع الميثانول. قد يبدو وكأنه مشروع نموذجي.

لكن المشكلة كانت في التركيب: بالإضافة إلى H2، CO، CO2، كانت هناك نسبة جيدة من النيتروجين وآثار الهيدروكربونات العالية. لم يتمكن المخطط القياسي من التكيف، وكان نقاء الهيدروجين منخفضًا، وقد تؤدي عودته إلى مفاعل التوليف إلى الإخلال بالتوازن. مصممين من معهد مرتبط بتكنولوجيا هواشي(كما هو مذكور في الوصفتشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة، تم إنشاؤها بواسطة هذه الشركة)، اقترحت حلاً غير قياسي: دعم البرامج والإدارة على مرحلتين. تقوم المرحلة الأولى بإزالة الجزء الأكبر من ثاني أكسيد الكربون والشوائب الثقيلة، بينما تقوم المرحلة الثانية باستخدام مجموعة مختلفة من المواد الممتزة وثاني أكسيد الكربون المنقى بدقة والنيتروجين. اضطررت إلى العبث بإعداد الدورات لتقليل فقدان الهيدروجين.

ونتيجة لذلك، بعد الإطلاق وفترة التشغيل، كان من الممكن تحقيق إمدادات مستقرة من الهيدروجين بنقاء 99.99% وزيادة إجمالي إنتاج الميثانول بعدة بالمائة. لكن الشيء الأكثر أهمية هو أن التثبيت لم يدفع تكاليفه خلال السنوات الأربع المقدرة بل خلال 6 سنوات تقريبًا. لماذا؟ ولم يأخذوا في الاعتبار التكاليف المتزايدة للحفاظ على نظام أكثر تعقيدًا والحاجة إلى تحليل أكثر تكرارًا لتكوين المواد الخام لضبط النظام. هذه قصة نموذجية: كل شيء يسير على ما يرام، لكن الاقتصاد يتعثر بسبب تكاليف التشغيل غير المحسوبة.

التطلع إلى المستقبل: ماذا سيحدث لـ PSA في الصين

أعتقد أننا في السنوات المقبلة لن نشهد ثورة، بل تطورا. سيتحول التركيز من إنتاج أكبر قدر ممكن من الهيدروجين النقي؟ "إنتاجه بتكلفة زهيدة وثبات قدر الإمكان في ظل ظروف محددة؟". وهذا يعني زيادة في الطلب على الحلول المخصصة، حيث تم تصميم نظام PSA ليس كجهاز منفصل، ولكن كجزء لا يتجزأ من السلسلة التكنولوجية بأكملها.

سوف تتطور الرقمنة. إن إدخال أجهزة استشعار للمراقبة عبر الإنترنت لحالة المواد الماصة، واستخدام البيانات الضخمة للصيانة التنبؤية للصمامات، والتوائم الرقمية لتحسين الدورات في الوقت الفعلي - لم يعد هذا خيالًا، بل ضرورة للقدرة التنافسية. الشركات الصينية وخاصة معاهد التصميم مثلتشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة، تتمتع بميزة هنا لأنها أقرب إلى الواقع المحلي ويمكنها اختبار مثل هذه الحلول بسرعة على كائنات حقيقية.

وآخر شيء هو البيئة. إن الضغط من أجل تقليل البصمة الكربونية سيفرض تحسينات على دعم البرامج والإدارة ليس فقط لتنقية الهيدروجين، ولكن أيضًا كأداة لإدارة الانبعاثات على مستوى المصنع. يمكن أن تصبح تركيبات PSA وحدة تعمل في نفس الوقت على زيادة الكفاءة الاقتصادية (من خلال إعادة الهيدروجين الثمين) وتقليل التأثير البيئي. وهذه حجة قوية للمستثمرين والدولة. لذلك، على الرغم من نضجها الواضح، فإن التكنولوجياالهيدروجين PSAلا تزال الصين لديها الكثير من الآفاق للنمو والتعقيد. الشيء الرئيسي هو ألا ننسى أن هذه ممارسة دائمًا وليست مجرد نظرية من الكتالوج.