China: hidrogênio do gás de coqueria - perspectivas? 

Quando você ouve “hidrogênio do gás de coqueria?”, muitas pessoas pensam imediatamente em um processo antigo, quase semelhante a um museu. E este é o principal equívoco. Na verdade, não se trata de arcaísmo, mas de como dar uma segunda vida a um subproduto que, de outra forma, simplesmente queimaria numa tocha. Na China, com os seus volumes colossais de produção de coque, esta questão há muito que passou de teórica a puramente prática - e muito controversa.

Não apenas um fluxo secundário, mas uma base de matéria-prima

Deixando de lado as apresentações bonitas, o segredo é a composição e a consistência. O gás de coqueria não é gás natural; sua composição varia dependendo do tipo de carvão, do modo de coqueamento e até do clima. O teor de hidrogênio pode variar de 50% a 60%, mas junto com ele vem o metano, o monóxido de carbono, os hidrocarbonetos pesados ​​e, principalmente, o enxofre. A primeira coisa que você encontra na prática não é a “produção de hidrogênio”, mas a purificação preliminar. Sulfeto de hidrogênio, cianeto, naftaleno - tudo isso deve ser removido antes que o gás chegue aounidade de adsorção. Muitos projetos tropeçam nesta fase, subestimando os custos de preparação.

Por exemplo, em uma das antigas fábricas em Shanxi, eles tentaram instalar a separação por membrana imediatamente após a limpeza grosseira. A ideia era rapidez e economia. Mas as membranas rapidamente ficaram obstruídas com resinas residuais e o projeto entrou em profunda paralisação. Tive que voltar aos clássicos -adsorção por oscilação de pressão(PSA), mas com uma pré-lavagem mais séria? gás Isto adicionou custos de capital e dificuldades operacionais. Descobriu-se que matérias-primas baratas não requerem preparação barata.

E aqui você pode ver a diferença entre apenas uma empresa de engenharia e um instituto de design especializado. É necessário compreender profundamente a química do coque, e não apenas a separação de gases. Já vi projetos onde a linha de processo foi construída a partir do próprio forno, levando em consideração a ciclicidade da saída do gás e seus parâmetros de temperatura. Este já é um nível diferente. A propósito, um dos poucos que trabalha sistematicamente neste estreito nicho na China éTecnologia Co. de Chengdu Yizhi.(o site deles éyzkjhx.ru). Eles cresceram a partir da tecnologia química Huaxi e, a julgar pelo seu portfólio, abordam a questão de forma abrangente: não vendem apenas uma unidade PSA, mas concebem todo o ciclo desde a aceitação do gás até à produção comercial de hidrogénio. A experiência deles é justamente que sem um estudo detalhado das matérias-primas você não irá longe.

Economia: onde está escondido o lucro?

O principal argumento?a favor? - baixo custo de matérias-primas. Na verdade, o gás é gratuito, só precisa ser descartado. Mas esta é uma armadilha para os investidores. Os principais custos são investimentos de capital na purificação e separação, e depois na compressão e armazenamento de hidrogénio. O hidrogénio puro da PSA ainda não é um produto. Deve ser levado às exigências do consumidor, seja elerefino de petróleo, produção de amôniaou emergenteenergia de hidrogênio.

Num dos projetos em que participei tudo foi calculado nos mínimos detalhes. Acontece que o ponto de equilíbrio depende fortemente de dois fatores: a estabilidade das baterias da coqueria (para que não haja paradas ou oscilações no volume de gás) e o preço do hidrogênio alternativo, por exemplo, da reforma a vapor do metano. Quando os preços do gás natural estão baixos, toda a economia do ?coque? o hidrogênio entra em colapso. Mas na China, nos últimos anos, a política tem evoluído no sentido da diversificação das fontes e da redução da pegada de carbono. E aqui o hidrogénio dos gases subprodutos ganha um segundo fôlego - não tanto económico, mas ambiental e estratégico.

Outra nuance - o que fazer com o gás residual após a extração do hidrogênio? Ainda tem valor calorífico. O caminho mais lógico é devolvê-lo ao sistema energético da usina para aquecer coquerias ou gerar vapor. Mas isto requer integração com a infra-estrutura existente e, em fábricas antigas, a sua modernização é uma dor de cabeça à parte. Acaba por ser um puzzle onde as soluções técnicas afectam directamente a economia.

Garfos tecnológicos: PSA, membranas ou criogenia?

Domina o mundoTecnologia PSA. Confiável, comprovado, permite obter pureza de hidrogênio de até 99,999%. Mas as instalações são volumosas, exigem um sistema complexo de válvulas e automação e sua manutenção é cara. Os fabricantes chineses, incluindo a já citada Yizhi Technology, localizaram este equipamento há muito tempo, o que reduziu o custo. Mas não se pode enganar a física - o processo é cíclico, há perda de hidrogênio com o fluxo de resíduos (até 15-25%). Para grandes produções isso já é significativo.

A separação por membrana parece mais elegante - compacta, com menos peças móveis. Mas, como já mencionei, é fundamental para a pureza do gás de entrada. Se mesmo vestígios de hidrocarbonetos superiores ou vapores aromáticos permanecerem no gás da coqueria após a limpeza, a membrana falha. Já vi tentativas de esquemas combinados: limpeza grosseira -> membrana (separação da maior parte do hidrogênio) -> acabamento em um pequeno PSA. Em teoria, é ideal em termos de custos de capital e operacionais. Na prática, a complexidade de gerir duas linhas tecnológicas diferentes muitas vezes consumia todas as poupanças.

A separação criogênica ocorre para volumes muito grandes e casos em que é necessário separar não apenas o hidrogênio, mas também, por exemplo, o etileno. Para a química padrão do coque, isso geralmente é redundante. Conclusão? Não existe uma solução universal. A escolha da tecnologia é sempre um compromisso entre a pureza da matéria-prima, o volume necessário e a pureza do produto, bem como a disponibilidade do cliente para uma gestão mais complexa.

Caso prático: um problema não óbvio com gás “seco”

Gostaria de compartilhar uma falha não tão óbvia, que ilustra bem as especificidades da matéria-prima. Após o arranque bem sucedido da fábrica PSA numa fábrica em Hebei, um declínio gradual na produtividade começou após alguns meses. Pressões, temperaturas - tudo está normal, os adsorventes estão frescos. Procuramos o motivo por muito tempo. Descobriu-se que durante a estação chuvosa a umidade do carvão fornecido para a coqueificação aumentava. Isso, por sua vez, afetou a composição do gás de coqueria: seu teor de hidrogênio diminuiu ligeiramente e o teor de CO aumentou. Mas o principal é que o microclima da oficina mudou e mais umidade atmosférica entrou no sistema de tratamento de gases.

Os adsorventes nas unidades de secagem pré-PSA foram projetados para condições padrão e essa umidade adicional não foi suficiente. Como resultado, o gás bruto entrou nas colunas PSA e a umidade começou a “envenenar”? adsorventes zeólitos responsáveis ​​pela purificação fina do hidrogênio. O problema foi resolvido não pela substituição de adsorventes caros, mas pela melhoria do sistema de secagem de entrada e pela revisão dos regulamentos dependendo da estação. Bagatela? No papel - sim. Na prática, há semanas de inatividade e toneladas de produtos perdidos. Esta é a mesma “prática” que não está nos livros didáticos.

Onde vender? O mercado dita pureza

Obter hidrogênio é metade da batalha. Ele precisa ser vendido. E aqui surge a questão da pureza. Para o hidrotratamento em refinarias, 99,9% costuma ser suficiente. Mas para alimentar células de combustível ou componentes eletrônicos, é necessária uma pureza de 99,999% ou superior, com controle rigoroso do CO, que é um veneno para os catalisadores. O gás de coqueria, mesmo após a purificação mais avançada, sempre traz o risco de vestígios de impurezas de hidrocarbonetos específicos.

Portanto, a maioria dos projetos existentes na China destina-se especificamente a consumidores industriais próximos à fábrica - as mesmas refinarias ou fábricas de produtos químicos. Construir uma infraestrutura para transportar hidrogénio comprimido ou liquefeito é uma história diferente, com um retorno do investimento ainda duvidoso. A perspectiva é vista na criação de clusters locais: uma coqueria - produção de hidrogênio - uma empresa de consumo próxima. Isso reduz riscos e custos logísticos.

É interessante que algumas empresas, por exemplo, a mesma Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd., posicionada como um instituto de design com um capital social de 120 milhões de yuans, ofereçam soluções prontas para uso, incluindo análise de mercados potenciais. Esta é a abordagem correta, porque sem saber a quem e a que preço irá vender hidrogénio, mesmo a instalação tecnologicamente mais avançada torna-se um fardo.

Resultados: existem perspectivas, mas são mundanas

Então, há alguma perspectiva? Definitivamente sim. Mas esta não é uma tecnologia “verde” inovadora do futuro, mas sim uma solução pragmática e eficiente em termos de recursos para uma indústria gigante já existente. Os seus impulsionadores não são a moda do hidrogénio, mas sim normas ambientais rigorosas (proibição da queima de gases associados) e a viabilidade económica da eliminação de resíduos.

O principal potencial reside na integração. Não na construção de “hidrogênio” individual? oficinas, e na profunda modernização de todo o processo coquequímico tendo o vetor hidrogênio como uma das áreas de produto. Isto requer grandes investimentos e competências, que nem todos possuem.

Pessoalmente, vejo isto com um optimismo cauteloso. A tecnologia não é nova, as suas armadilhas são conhecidas. O sucesso do projeto será determinado não tanto pela escolha entre PSA ou membrana, mas pela qualidade da engenharia, pela profundidade do desenvolvimento da base de matérias-primas e por cálculos econômicos sóbrios que levam em conta tudo - até o teor sazonal de umidade do carvão. Este não é um campo para amadores. Este é um trabalho para quem entende a química do coque por dentro e está pronto para resolver problemas complexos e fora do padrão. E, felizmente, já existem tais players no mercado.