China: hidrogénio a partir de hidrocarbonetos – tecnologia e ecologia? 

Quando se fala em hidrogénio na China, muitas pessoas imediatamente imaginam “verde”. eletrólise. Mas a realidade na Terra, especialmente à escala industrial, ainda é diferente. O volume principal ainda é o hidrogênio proveniente de hidrocarbonetos, e aqui residem muitas nuances que muitas vezes são abafadas nos relatórios do setor. Eu próprio trabalhei em vários projetos de conversão de vapor de metano e posso dizer: a conversa sobre ecologia aqui não pode ser reduzida a simples slogans. É um equilíbrio constante entre a economia, a tecnologia disponível e a pegada de carbono com a qual todos estão tão veementemente preocupados.

Base tecnológica: não apenas SMR

Sim, a reforma a vapor do metano (SMR) é um clássico. Mas na China está a ser implementado com ajustes às matérias-primas locais. Muitas vezes não trabalhamos com gás natural ideal, mas com gás de petróleo associado ou mesmo gás de coqueria. A composição é instável, daí a dor de cabeça com os catalisadores. Lembro-me de um projecto em Shanxi, onde, devido ao elevado teor de enxofre nas matérias-primas, o esquema de pré-tratamento teve de ser completamente revisto. As soluções padrão não eram adequadas; como resultado, foi desenvolvido um sistema híbrido com adsorventes à base de óxido de zinco e zeólitas. A eficiência atingiu o nível, mas a vida útil do catalisador de conversão ainda foi reduzida em 15%. Este é o preço da adaptação.

A oxidação parcial (POX) é uma história diferente para matérias-primas pesadas. A tecnologia consome muita energia e requer uma unidade de oxigênio complexa e cara. Mas em alguns casos você não pode viver sem ele. Numa das refinarias em Liaoning, estavam a introduzir uma unidade POX para processar alcatrão. O principal problema não estava nem no processo, mas nos equipamentos que o acompanham - ligas resistentes ao calor para o reator e trocadores de calor. Problemas constantes com corrosão e erosão. Os análogos chineses nem sempre resistiram; materiais importados caros tiveram que ser adquiridos, o que inicialmente negou os benefícios econômicos do projeto.

Atualmente há muito burburinho em torno da reforma autotérmica (ATR) como uma tecnologia mais flexível. Diz-se que é melhor em termos de rendimento e emissões de hidrogénio. No papel - sim. Mas, na prática, a chave é o controle preciso da relação oxigênio/vapor/alimentação. A menor falha e em vez do processo ideal você acaba com fuligem ou metano não convertido. Vi uma tentativa de lançar tal instalação em um complexo piloto. O sistema de controle foi “afiado” em condições ideais de laboratório, mas na realidade, as flutuações de pressão na linha de gás estragaram tudo. Demorou um mês para ajustar os algoritmos. Portanto a tecnologia é promissora, mas ainda exige muito “rodeio”. no campo.

Paradoxo Ecológico e o Truque CCS

Este é o principal obstáculo. A produção de hidrogénio a partir do metano produz inevitavelmente CO2. Muitos. Portanto, agora todos os projetos na China que afirmam ser de “baixo carbono” vêm com o prefixo “pronto para CCS?” ou ?carbono capturado?. Mas a prontidão é uma coisa e a implementação real é outra. O principal problema nem é a tecnologia de captura (embora seja cara), mas sim a logística e o armazenamento. Para onde deveria ir esse CO2? Não existem muitas formações geológicas para armazenamento em escala industrial próximas às fábricas.

Esteve envolvido na avaliação do projetohidrogênio de hidrocarbonetoscom CCS de ciclo completo em Xinjiang. Tecnicamente, tudo está calculado: captura de 90%, um gasoduto para transportar CO2 por 150 km até um campo de gás esgotado. Mas a economia está instável. O custo por tonelada de CO2 capturado e enterrado consome todos os lucros potenciais do CO2 “limpo”. hidrogênio. O projecto acabou por ser congelado, aguardando maiores subsídios governamentais ou preços mais elevados para as quotas de carbono. Até agora, a CCS na China é mais um projecto de demonstração do que uma prática de massa.

Outro ponto são as emissões indiretas. Todos contam o carbono do próprio processo de conversão, mas muitas vezes esquecem-se da parte “cinza”. pegada da produção de eletricidade para operação de compressores, bombas, sistemas de controle. Se a central estiver localizada numa região onde a rede está ligada ao carvão, o quadro geral de emissões piora entre 20-25%. Portanto, agora, ao projetar, utilizam cada vez mais instalações próprias de energias renováveis, pelo menos para cobrir parcialmente as necessidades. Mas isso novamente aumenta o preço.

Equipamentos e localização: onde estamos agora?

Anteriormente, os principais equipamentos - reformadores, compressores Syngas, sistemas PSA - eram adquiridos ativamente da Linde, Air Products, Topsoe. A tendência atual é para a localização completa. Os fabricantes chineses já atingiram um bom nível na fabricação de colunas de gás de síntese, trocadores de calor e sistemas de controle. Mas ainda existem dificuldades com catalisadores e algumas ligas especiais para zonas de alta temperatura.

Trabalhando comTecnologia Co. de Chengdu Yizhi.(este é um instituto de design criado pela Huaxi Technology), observou a sua abordagem. Eles não apenas replicam soluções prontas, mas muitas vezes adaptam pacotes de tecnologia para as matérias-primas específicas do cliente. O site delesyzkjhx.rué, na verdade, um portfólio desses projetos não padronizados. Eles têm seu próprio desenvolvimento - um catalisador multicamadas para conversão de metano com maior resistência ao envenenamento por enxofre. Implementado numa instalação em Sichuan. Os resultados não são ruins, mas, novamente, para condições ideais. Com mudanças bruscas de carga, a atividade caiu mais rapidamente do que a do análogo importado. Há progressos, mas ainda temos de trabalhar para alcançar a paridade plena.

Um caso interessante é a utilização de instalações modulares prontas de baixa e média potência. Esta é uma tendência para a produção descentralizada de hidrogénio, por exemplo para postos de gasolina. As empresas chinesas, incluindo a Yizhi Technology, são muito ativas aqui. Montado, conectado, lançado. Mas a confiabilidade dessas soluções “prontas para uso” em invernos rigorosos no norte da China ou em alta umidade no sul é uma grande questão. Paradas frequentes para manutenção e substituição de filtros. A confiabilidade ainda é inferior aos grandes complexos estacionários.

Intermediários: o papel do gás de síntese

O que muitas vezes é esquecido é que a produção de hidrogénio nem sempre é o objetivo final. O próprio gás de síntese é uma matéria-prima valiosa. Na China, com a sua poderosa indústria química, isto é extremamente importante. Muitos projetos são inicialmente concebidos como produção flexível: hoje maximizamos o rendimento de hidrogénio para as refinarias, amanhã mudamos o modo de produção de metanol ou amoníaco.

Deparei-me com uma situação em que, devido a mudanças nas condições de mercado (os preços do hidrogénio caíram, os preços do metanol subiram), o sistema operacional teve que ser alterado com urgência. Não se tratou apenas de uma configuração, mas sim de uma substituição física dos cartuchos do sistema de purificação fina de hidrogênio (PSA) e reajuste do sistema compressor. O tempo de inatividade foi de quase um mês. Agora, ao projetar novas instalações, é incorporada uma flexibilidade muito maior, mas isto novamente significa um aumento nos custos de capital.

Outro aspecto é a pureza do hidrogênio. As células de combustível requerem o mais alto grau de purificação (até 99,999%). Consegui-lo utilizando matérias-primas de hidrocarbonetos é difícil e caro. As principais impurezas - CO e CO2 - são venenosas para o catalisador da célula a combustível. Os métodos de adsorção padrão nem sempre fornecem o resultado desejado. Você tem que combinar: conversão em alta temperatura, depois conversão em baixa temperatura, depois PSA e, às vezes, também separação por membrana. Cada estágio adicional representa uma perda de pressão, energia e, claro, de dinheiro. Portanto, “hidrogênio para transporte?” O hidrogénio produzido a partir do metano ainda não pode competir em preço com o mesmo hidrogénio utilizado na refinação de petróleo, onde os requisitos de pureza são mais baixos.

Olhando para o futuro: o que acontecerá com esse segmento?

Apesar de todo o entusiasmo em torno do hidrogénio verde, as linhas cinzentas e azuis dos hidrocarbonetos dominarão a China durante muito tempo. As razões são a infra-estrutura, o custo e, mais importante ainda, a disponibilidade de matérias-primas. A questão é como tornar este processo aceitável do ponto de vista ambiental. Penso que o futuro não reside num avanço isolado, mas num conjunto de medidas: a introdução gradual da CAC onde for geográfica e economicamente justificada; hibridização com fontes de energia renováveis ​​para alimentação de instalações; e trabalho contínuo na eficiência de catalisadores e circuitos térmicos para redução do consumo de matéria-prima e energia por unidade de produto.

Muito dependerá das políticas de precificação do carbono. Se o custo das emissões de CO2 se tornar significativo, a economia dos projectos mudará dramaticamente. Actualmente, muitas decisões são tomadas com base na economia de curto prazo, em vez de na ecologia de longo prazo.

Pessoalmente, sou céptico quanto ao iminente abandono total da matéria-prima de hidrocarbonetos pelo hidrogénio. Em vez disso, veremos seu nicho. Complexos grandes, modernos, possivelmente híbridos (que utilizam parcialmente biometano) perto de centros de consumo ou locais de armazenamento de CO2. E para consumidores remotos ou pequenos, serão desenvolvidos eletrolisadores alimentados por fontes de energia renováveis. Mas a base - a indústria química, o refino de petróleo - permanecerá baseada em tecnologias de conversão de metano e seus análogos por mais 20-30 anos. O principal não é abafar os problemas, mas sim trabalhar honestamente sobre eles, levando em consideração todos os custos, inclusive os ambientais.