China: inovações na purificação de oxigênio? 

Quando você ouve falar de “inovações na purificação de oxigênio da China?”, o primeiro pensamento é novamente marketing, mais uma vez eles prometem montanhas de ouro. Muitas vezes me deparei com projetos onde, sob belas palavras, estava escondida uma reembalagem total de tecnologias antigas, ou algo tão grosseiro que não chegava nem perto da aplicação industrial. Mas nos últimos cinco a sete anos, o quadro, falando francamente, começou a mudar. E não se trata de declarações em voz alta, mas de projetos específicos que vi ou ouvi falar de colegas que trabalham no local. Não se trata de descobertas fundamentais, mas sim de sistemas, engenharia aplicada - como levar princípios conhecidos ao nível de equipamento confiável, eficiente e, criticamente, economicamente viável. Isto é especialmente perceptível no setorpurificação de oxigêniopara metalurgia, indústria química e medicina.

De onde vem esse interesse?

Tudo se resume à escala. A indústria chinesa é uma gigantesca consumidora de gases industriais. Qualquer aumento, mesmo pequeno, na eficiência do processo de separação do ar ou purificação do produto proporciona enormes economias em escala nacional. Portanto, os investimentos em P&D são bastante pragmáticos aqui. Mas outro fator é frequentemente esquecido: as regulamentações ambientais. Eles estão se fortalecendo aos trancos e barrancos e simplesmente “produzem oxigênio”. não é suficiente. É necessário minimizar o consumo de energia (e, portanto, as emissões das centrais eléctricas) e garantir a pureza do produto final para que, por exemplo, na indústria electrónica não haja risco de contaminação das pastilhas de silício.

Certa vez, trabalhei em uma auditoria de uma instalação de adsorção sem calor de ciclo curto (PSA) para a produção de oxigênio medicinal. O cliente reclamou do alto consumo de zeólita e da queda na produtividade. A resposta padrão é trocar o adsorvente. Mas os engenheiros chineses da empresa de desenvolvimento parecemTecnologia Co. de Chengdu Yizhi., cavou mais fundo. Eles não apenas ofereceram um tipo diferente de zeólito, mas também revisaram toda a hidrodinâmica nas colunas e alteraram a configuração das bandejas de distribuição para reduzir a resistência ao fluxo e detectar alagamentos. O resultado é que não só prolongaram a vida útil do adsorvente em 30%, mas também reduziram o consumo de energia do compressor. Este é um exemplo típico da sua abordagem: não reinventar a roda, mas otimizar cada engrenagem até ao limite.

Aliás, cercaTecnologia Co. de Chengdu Yizhi. (https://www.yzkjhx.ru). Não se trata apenas de um fabricante, mas de como ele se posiciona - um instituto de design criado a partir de uma empresa de tecnologia química. Um capital registrado de 120 milhões de yuans é uma oferta séria. A sua força, na minha opinião, é que funcionam como um elo entre a investigação fundamental (que existe actualmente em grande quantidade na China) e o próprio chão de fábrica. Eles pegam um desenvolvimento de laboratório, testam-no em plantas piloto e depois oferecem ao cliente uma solução tecnológica pronta para uso. Vi seus projetos de purificação profunda de oxigênio de hidrocarbonetos para processos de oxidação - lá a combinação de métodos catalíticos e de adsorção foi construída com muita competência.

Onde exatamente eles estão procurando inovações?

Se falamos de áreas tecnológicas, as atenções estão voltadas para vários pontos de crescimento. O primeiro são as membranas. Não aquelas membranas poliméricas genéricas para separação grosseira, mas materiais compósitos altamente seletivos. Os laboratórios chineses estão experimentando ativamente estruturas nanoporosas baseadas em estruturas metal-orgânicas (MOFs) ou óxidos de grafeno. Até agora são principalmente artigos em revistas científicas, mas já existem linhas piloto onde tais membranas estão sendo testadas para remover microimpurezas de nitrogênio e argônio do fluxo de oxigênio. O problema, como sempre, é durabilidade e dimensionamento. Um tecnólogo que conheço reclamou que uma membrana baseada em MOF mostrou uma seletividade fantástica durante as primeiras duzentas horas, e então seus poros começaram a ficar obstruídos com algo que nem mesmo a análise conseguiu identificar imediatamente.

A segunda área são os adsorventes. Aqui o trabalho caminha em duas direções: a criação de zeólitas com determinado tamanho de poro (para uma molécula poluente específica) e o desenvolvimento de materiais híbridos. Por exemplo, zeólito impregnado com nanopartículas de óxido de prata ou manganês, que não apenas adsorve, mas decompõe cataliticamente impurezas como etileno ou acetileno. É fundamental para a produção de oxigênio para a respiração e para algumas sínteses químicas. Vi um lote experimental desse material - pareciam grânulos comuns, mas sua regeneração não exigia aquecimento padrão, mas lavagem com uma certa mistura de gases. Os engenheiros tiveram que refazer a unidade de controle da válvula.

Terceiro, é “inteligente”? controlar. Ao que parece, o que há de novo aqui? Mas as empresas chinesas, incluindo a Yizhi Technology, estão a implementar ativamente sistemas baseados na Internet Industrial das Coisas (IIoT) e na aprendizagem automática. Os sensores monitoram não apenas a pressão e a temperatura em tempo real, mas também a composição espectral do fluxo de saída. O algoritmo aprende a prever o momento de ruptura das impurezas ou esgotamento do adsorvente não por um tempo fixo, mas pela dinâmica das mudanças nos parâmetros. Isto permite otimizar ciclos, economizar energia e recursos. É verdade que, no início, esses sistemas são uma dor de cabeça para o pessoal de manutenção acostumado com botões e manômetros.

Quedas e armadilhas

Não se pode falar de inovação sem falar de fracasso. Há um número suficiente deles. Uma história comum é quando o sucesso laboratorial é tentado de forma demasiado rápida e grosseira para ser transferido para a indústria. Houve um caso numa siderúrgica: eles introduziram um novo esquemapurificação de oxigêniousando catálise de baixa temperatura para remover o hidrogênio. No laboratório, utilizando gás de síntese puro, tudo funcionou perfeitamente. Na planta, o fluxo continha vestígios de siloxanos provenientes de lubrificantes de compressores, que não foram levados em consideração. O catalisador foi envenenado? dentro de uma semana, o projeto foi congelado e eles voltaram ao esquema antigo, menos eficaz, mas comprovado. Este é um erro clássico - subestimar o real, “sujo”? composição das matérias-primas.

Outro problema é a economia. O adsorvente ou membrana mais avançado pode simplesmente ser muito caro. As empresas chinesas estão a sair desta situação através da localização da produção de matérias-primas e da escala. Mas mesmo isso nem sempre salva. Lembro-me de que um fornecedor ofereceu superzeólita com capacidade recorde de umidade. Mas a sua regeneração exigia uma temperatura 50 graus superior à temperatura padrão. Teríamos que refazer a fornalha e aumentar o consumo de combustível. Como resultado, o ciclo de vida do projeto tornou-se negativo. Ninguém precisa de inovação pela inovação.

E, claro, o fator humano. Novas tecnologias exigem novas competências. Não basta instalar a instalação, é preciso treinar pessoas para operá-la, para entender o seu “comportamento”. Me deparei com uma situação em que, após a atualização da unidade de limpeza, os operadores, por hábito, ligaram o modo de regeneração de acordo com o temporizador antigo, anulando todas as vantagens do sistema adaptativo. Tive que realizar toda uma série de treinamentos práticos na hora.

O que isso significa para o mercado?

Então, o que temos no resultado final? A China não está inventando princípios completamente novospurificação de oxigênio, quantos se tornam líderes mundiais em seu desenvolvimento, integração e comercialização. A sua abordagem é sistemática: desde a ciência básica (que é generosamente financiada pelo Estado), passando por institutos aplicados (como o já mencionado Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd.) até à produção em massa de equipamento. Isso cria um poderoso efeito sinérgico.

Para os intervenientes globais, isto é simultaneamente um desafio e uma oportunidade. O desafio é porque os equipamentos chineses estão se tornando cada vez mais competitivos não só em preço, mas também em características técnicas, principalmente no segmento de média potência. Oportunidade – porque está surgindo uma nova fonte de soluções e componentes tecnológicos. Já não é incomum que a engenharia europeia compre elementos-chave de instalações da China, por exemplo, unidades de controlo ou adsorvedores especializados, e integre-os nos seus complexos.

Pessoalmente, acho que a tendência mais interessante é a hibridização. O futuro não pertence a apenas um “vitorioso”. tecnologia, mas por trás de sua combinação inteligente. Por exemplo, uma unidade de membrana para enriquecimento primário, seguida de adsorção de ciclo curto nas unidades “inteligentes”. zeólitas para limpeza fina, e tudo isso sob o controle de um sistema de autoaprendizagem. É na criação de complexos tão flexíveis, eficientes e confiáveis, e não em slogans barulhentos, que hoje se manifestam verdadeiras inovações chinesas nesta área. E a julgar pelo ritmo e profundidade do desenvolvimento, esta tendência só ganhará força.

Em vez de uma conclusão: um olhar para o futuro

Se você tentar olhar além do horizonte, os principais esforços, na minha opinião, serão direcionados à economia de recursos e à customização. As demandas da indústria estão se tornando cada vez mais específicas. Uma planta necessita de oxigênio com pureza de 99,8%, mas com ausência garantida de vestígios uniformes de CO2, outra - 99,5%, mas com o menor custo possível sob carga instável. Haverá menos soluções universais.

Os gêmeos digitais começarão a desempenhar um papel importante – modelos virtuais de instalações nos quais novos modos de operação podem ser testados, previstos desgastes e pessoal treinado sem riscos para a produção real. As empresas chinesas já estão a investir ativamente nesta área.

E uma última coisa. O sucesso dependerá não só da tecnologia, mas também do ecossistema. Depende da rapidez e da facilidade com que os dados dos sensores da instalação podem ser integrados no sistema geral de gestão de energia da planta ou na logística técnica de gás. É aqui que a inovação na purificação de oxigénio deixa de ser uma tarefa isolada e passa a fazer parte do quadro geral do “inteligente”. produção. E neste quadro geral, os jogadores chineses parecem ter todas as chances de ocupar um lugar de destaque. Não porque gritem alto, mas porque aprenderam a fazer coisas complexas de forma confiável e de olho na economia final do projeto. E este, em última análise, é o argumento mais poderoso do mercado.