China: hidrogênio do gás de coqueria - perspectivas? 

O hidrogênio do gás de coqueria parece uma ideia óbvia, certo? Especialmente na China, onde a química do coque não é apenas uma indústria, mas toda uma camada de cultura industrial. Mas quando você começa a se aprofundar nisso, percebe que há algo entre a “ideia óbvia” e a “idéia óbvia”? e uma prática real, económica e segura - um abismo. Muitas pessoas imaginam imediatamente um fluxo de hidrogénio puro e certificados verdes, esquecendo-se do CO, do sulfureto de hidrogénio, do alcatrão e do facto de o gás de coqueria ser principalmente um combustível para as próprias coquerias. Tirar-lhes esse gás significa reconstruir todo o sistema de produção de energia. Talvez valha a pena começar com este paradoxo.

Não apenas um subproduto: a realidade do gás de coqueria

Trabalhando em projetos em cooperação com instituições comoTecnologia Co. de Chengdu Yizhi.(a propósito, este é o site deles,https://www.yzkjhx.ru- um recurso útil em tecnologias de separação), você se depara constantemente com o mesmo pedido dos metalúrgicos: “Sim, temos gás, mas não temos o suficiente para as nossas próprias necessidades?” E este é o ponto chave.Gás de coque- e não “resíduos”, que estão simplesmente à espera de eliminação. Este é um portador de energia calibrado, que é usado para aquecer baterias de fornos de coque, secar carvão e, às vezes, gerar vapor. Sua composição é cerca de 55-60% de H2, 25-30% de CH4, o restante é CO, N2, hidrocarbonetos pesados ​​​​e impurezas. O valor de aquecimento inicial é importante para o ciclo do processo.

Portanto, a conversa sobre o hidrogênio começa não com “como isolá-lo?”, mas com “como compensar o balanço energético?”. Se você levar gás parahidrogênio, você precisa oferecer algo em troca - digamos, reconstruir fornos para gás natural ou introduzir recuperação de calor. Estes são custos de capital que consomem imediatamente parte da economia do projecto. Em uma das fábricas em Shanxi, vi uma tentativa de instalar uma unidade de membrana para selecionar hidrogênio diretamente da rede geral. Parece que tudo foi calculado, mas não levaram em consideração as oscilações de pressão e composição do gás na troca dos lotes de carvão. As membranas coquearam rapidamente e o projeto foi congelado. A experiência é cara, mas reveladora.

E mais uma coisa sobre a composição. Além dos três principais (H2, CH4, CO), existe o naftaleno, o sulfeto de hidrogênio e o cianeto de hidrogênio. Qualquer instalação para recuperação de hidrogênio – seja ela de adsorção por ciclo de pressão (PSA) ou membranas – requer limpeza profunda e em vários estágios na entrada. Caso contrário, os catalisadores ficam envenenados e as membranas falham. Cadeia padrão: resfriamento, precipitadores eletrostáticos, remoção de resina e depois dessulfuração. Não é apenas “instalar um filtro”, é toda uma oficina química. E seu custo muitas vezes surpreende os clientes que pensavam apenas na unidade PSA.

Encruzilhada tecnológica: PSA, membranas ou algo mais?

A China historicamente gravitou mais em torno da adsorção de ciclo curto (SCA). Os motivos são claros: a tecnologia está comprovada, permite obter hidrogênio com pureza igual ou superior a 99,999% e, ao mesmo tempo, é possível isolar a fração metano-hidrogênio. Tais instalações, por exemplo, são projetadas e fornecidas porTecnologia Co. de Chengdu Yizhi, Ltd.— este instituto de design criado pela Huaxi Technology possui sólida experiência em separação de gases. Vi suas instalações em operação - são confiáveis, mas exigem operação adequada. O ponto chave aqui é a seleção correta de adsorventes para uma composição específica de gás e a capacidade de trabalhar com gás residual (refinado).

Mas o CCA não é uma panaceia. A instalação é volumosa, consome muita energia (são necessários compressores para criar pressão) e requer automação de alta qualidade para comutar as válvulas. Para pequenos fluxos de gás, pode ser excessivamente caro. É aqui que as tecnologias de membrana entram em ação. Eles são mais compactos e fáceis de operar, mas há uma nuance: a pureza do hidrogênio na saída raramente ultrapassa 99% em uma passagem e depende fortemente da pressão e da composição da matéria-prima. Para muitas aplicações – por exemplo, para hidrotratamento na indústria petroquímica – isso é suficiente. Mas se você precisa de hidrogênio ultrapuro para eletrônicos ou células de combustível, não pode prescindir da purificação subsequente.

Uma abordagem híbrida interessante, que está sendo testada atualmente em vários locais, é uma combinação de pré-tratamento de membrana e PSA. As membranas removem o hidrogênio a granel, reduzindo a carga na unidade de adsorção mais cara. Isso parece lógico, mas na prática surgem dificuldades em sincronizar a operação de dois sistemas com dinâmicas diferentes. Por enquanto, estas são soluções bastante piloto. Pessoalmente, tendo a acreditar que a escolha da tecnologia é sempre um compromisso entre a pureza exigida do produto, o capital disponível e a qualificação do pessoal local. Às vezes é mais fácil e barato fornecer dois estágios de membranas de seletividade diferente do que um PSA complexo.

Onde colocar esse hidrogênio? Mercado vs. consumo interno

Então isolamos o hidrogênio. E o quê? A maneira mais fácil é utilizá-lo na mesma fábrica ou em produção vizinha. A indústria do coque possui seus próprios processos de hidrogenação e o refino de petróleo possui seus próprios processos de hidrotratamento. Esta é a melhor opção, minimizando logística e custos de compressão e armazenamento. Mas muitas vezes a capacidade de atribuição excede as necessidades locais. Surge então a questão de entrar no mercado externo.

E aqui começa a parte mais difícil. O mercado do hidrogénio na China está apenas a emergir. A infra-estrutura de transporte (oleodutos, navios-tanque pressurizados) é extremamente deficiente. O custo do transporte ao longo de 200 km pode tornar o produto não competitivo em comparação com o hidrogénio de reforma do metano a vapor produzido localmente. Portanto, muitos projetoshidrogênio do gás de coqueriahoje estão ligados à criação de clusters locais: uma coqueria + uma refinaria de petróleo + possivelmente uma empresa química. Geografia é tudo.

Outro consumidor potencial é a produção de aço. Estão em andamento experimentos para usar hidrogênio em altos-fornos para substituir parcialmente o coque. Mas estas são tecnologias do futuro, ainda na sua infância. Um cenário mais realista é direcionar o hidrogênio para sintetizar amônia ou metanol, se houver instalações de produção correspondentes nas proximidades. Mas aqui novamente nos deparamos com a economia: o custo do hidrogénio do gás de coqueria, mesmo tendo em conta todos os custos de purificação, é inferior ao do gás natural. Este é o seu principal trunfo. Mas esta vantagem só pode ser alcançada se houver um canal de distribuição confiável e estável nas proximidades.

Economia e armadilhas: o que não está escrito nas apresentações

Nos estudos de viabilidade, tudo parece tranquilo: baixo custo das matérias-primas (o gás é “gratuito”), procura crescente de hidrogénio, subsídios governamentais para o gás “verde”. tecnologias. A realidade é mais dura. Primeiro de tudo, é ?grátis? matérias-primas. Como já disse, a extração de gás é uma perda de combustível. Precisamos considerar o real custo de oportunidade desse gás para a usina. Às vezes acontece que é mais lucrativo vender o próprio gás de coqueria como combustível para uma usina vizinha do que investir em uma usina cara de separação de hidrogênio.

Em segundo lugar, os custos de capital. Um complexo completo - da limpeza à compressão - custa dezenas de milhões de dólares. O período de retorno depende muito do preço final do hidrogénio, que é muito volátil. Em terceiro lugar, os custos operacionais. Substituição de adsorventes, membranas, reagentes para remoção de enxofre, energia para compressão - esta é uma saída de caixa constante. Vi um projeto onde, devido ao alto teor de sulfeto de hidrogênio, foi necessária a instalação de uma etapa adicional de dessulfurização oxidativa, o que acabou com toda a rentabilidade.

E o principal obstáculo é a estabilidade. A produção de coque é cíclica. Há paradas planejadas para reparos de baterias e há flutuações na qualidade do carvão. A composição e quantidade do gás não são constantes. A instalação de hidrogénio deve ser flexível e resistente a tais flutuações, e esta é uma automação complexa e cara. Nem todos os fabricantes de tecnologia levam isso em consideração ao vender produtos “padrão”. soluções. ExperiênciaTecnologia Co. de Chengdu Yizhi.é valioso aqui precisamente porque, a julgar pelos seus projetos, eles estão profundamente imersos nas especificidades da produção química de coque e não oferecem instalações abstratas.

Olhando para o futuro: há luz no fim do túnel?

Apesar de todas as dificuldades, a direção tem perspectivas. Existem vários motoristas. A primeira é a política de “dupla neutralidade carbónica”. na China. Obriga-nos a procurar oportunidades para reduzir a nossa pegada de carbono.Hidrogênio do gás de coqueriaé a utilização de um subproduto para produzir hidrogênio de baixo carbono (não confundir com “verde?”). Isto é melhor do que queimar o gás ou simplesmente usá-lo como combustível sem purificação. Podem aparecer créditos de carbono ou outras preferências.

O segundo motor é o desenvolvimento da energia do hidrogénio e da mobilidade em determinadas regiões. Se for criada uma rede de postos de abastecimento de hidrogénio nas províncias de Shanxi ou Hebei, onde se concentram as principais capacidades coquequímicas, a produção local de gás de coqueria tornar-se-á estrategicamente importante. Por enquanto estas são iniciativas direcionadas.

O terceiro fator é tecnológico. Estão surgindo membranas mais baratas e resistentes a impurezas, adsorventes com maior capacidade e métodos de limpeza eficazes. O consumo de energia do processo é reduzido. Isso melhora a economia. Mas a conclusão fundamental, baseada na prática, é esta: bem-sucedido não será o projeto que simplesmente extrai tecnicamente o hidrogénio, mas aquele que é inicialmente integrado num esquema abrangente de fornecimento de energia e recursos para todo o cluster industrial, com um equilíbrio ponderado e vendas fiáveis. Esta é uma tarefa complexa do sistema, não apenas a compra de equipamentos. E é nesta abordagem sistemática, parece-me, que reside a principal perspectiva para o hidrogénio proveniente do gás de coqueria na China.