중국: 코크스로 가스에서 나오는 수소 - 전망은? 

“코크스로 가스에서 나오는 수소?”라는 말을 들으면 많은 사람들은 즉시 박물관과 같은 오래된 공정을 떠올립니다. 그리고 이것이 주요 오해입니다. 사실, 이것은 고대주의에 관한 것이 아니라 단순히 횃불에 타버릴 부산물에 두 번째 생명을 주는 방법에 관한 것입니다. 엄청난 양의 코크스 생산량을 자랑하는 중국에서는 이 문제가 오랫동안 이론적인 문제에서 순전히 실용적인 문제로 바뀌었고 매우 논란의 여지가 있었습니다.

단순한 사이드 스트림이 아닌 원료 기반

예쁜 프레젠테이션은 제쳐두고 핵심은 구성과 일관성입니다. 코크스 오븐 가스는 천연 가스가 아닙니다. 그 구성은 석탄의 종류, 코킹 모드, 심지어 날씨에 따라 달라집니다. 수소 함량은 50%~60% 범위일 수 있지만 이와 함께 메탄, 일산화탄소, 중질 탄화수소 및 결정적으로 황도 포함됩니다. 실제로 가장 먼저 접하게 되는 것은 '수소생산'이 아니라 예비정제이다. 황화수소, 시안화물, 나프탈렌 - 가스가 가스에 도달하기 전에 이 모든 것을 제거해야 합니다.흡착 단위. 많은 프로젝트가 이 단계에서 실패하여 준비 비용을 과소평가합니다.

예를 들어, Shanxi의 오래된 공장 중 한 곳에서는 대략적인 청소 후 즉시 분리막을 설치하려고 했습니다. 아이디어는 속도와 경제성이었습니다. 그러나 멤브레인은 잔여 수지로 인해 빠르게 막혔고 프로젝트는 심각한 가동 중단 시간에 빠졌습니다. 나는 고전으로 돌아가야 했다.압력 스윙 흡착(PSA), 하지만 더 심각한 사전 세탁이 필요합니까? 가스 이로 인해 자본 비용과 운영상의 어려움이 추가되었습니다. 값싼 원자재에는 값싼 준비가 필요하지 않다는 것이 밝혀졌습니다.

여기서 엔지니어링 회사와 전문 디자인 연구소의 차이점을 확인할 수 있습니다. 가스 분리뿐만 아니라 코크스의 화학에 대한 깊은 이해가 필요합니다. 나는 가스 출력의 주기성과 온도 매개변수를 고려하여 용광로 자체에서 프로세스 라인을 구축하는 프로젝트를 보았습니다. 이것은 이미 다른 수준입니다. 그건 그렇고, 중국의 좁은 틈새 시장에서 체계적으로 일하는 몇 안되는 사람 중 한 명은청두 Yizhi 기술 유한 회사(그들의 웹사이트는yzkjhx.ru). 그들은 Huaxi 화학 기술에서 성장했으며 포트폴리오로 판단할 때 이 문제에 포괄적으로 접근합니다. 그들은 단순히 PSA 장치를 판매하는 것이 아니라 가스 수용부터 상업용 수소 생산까지 전체 주기를 설계합니다. 그들의 경험은 원자재에 대한 자세한 연구 없이는 멀리 갈 수 없다는 것입니다.

경제학: 이익은 어디에 숨겨져 있는가?

주요 주장은 무엇입니까? - 원자재 가격이 저렴합니다. 가스는 실제로 무료이므로 폐기하면 됩니다. 하지만 이는 투자자들에게는 함정이다. 주요 비용은 정제 및 분리, 그리고 수소 압축 및 저장에 대한 자본 투자입니다. PSA의 순수 수소는 아직 제품이 아닙니다. 소비자의 요구에 맞춰야 합니다.정유, 암모니아 생산또는 신흥수소 에너지.

제가 참여한 프로젝트 중 하나에서는 모든 것이 아주 세세한 부분까지 계산되었습니다. 손익분기점은 코크스로 배터리의 안정성(가동 중단 시간이나 가스량 변동이 없음)과 대체 수소 가격(예: 메탄의 증기 개질로 인한)이라는 두 가지 요소에 크게 좌우되는 것으로 나타났습니다. 천연가스 가격이 낮을 때, 전체 경제는? 코크스? 수소가 붕괴된다. 그러나 최근 중국에서는 배출원을 다양화하고 탄소 배출량을 줄이는 방향으로 정책이 움직이고 있습니다. 그리고 여기에서 부산물 가스의 수소는 환경적, 전략적 만큼 경제적이지는 않지만 두 번째 바람을 얻습니다.

또 다른 뉘앙스 - 수소 추출 후 폐가스를 어떻게 처리합니까? 여전히 발열량이 있습니다. 가장 논리적인 방법은 이를 발전소의 에너지 시스템으로 되돌려 코크스 오븐을 가열하거나 증기를 생성하는 것입니다. 그러나 이를 위해서는 기존 인프라와의 통합이 필요하며 오래된 공장에서는 현대화하는 것이 골치 아픈 문제입니다. 기술적 솔루션이 경제에 직접적인 영향을 미치는 것은 수수께끼로 밝혀졌습니다.

기술 포크: PSA, 멤브레인 또는 극저온?

세계를 지배하다PSA 기술. 신뢰성이 입증되었으며 최대 99.999%의 수소 순도를 얻을 수 있습니다. 그러나 설치 규모가 크고 복잡한 밸브 및 자동화 시스템이 필요하며 유지 관리 비용이 많이 듭니다. 앞서 언급한 Yizhi Technology를 포함한 중국 제조업체는 오래 전부터 이 장비를 국산화하여 비용을 절감했습니다. 그러나 물리학을 속일 수는 없습니다. 프로세스는 주기적이며 폐기물 흐름으로 인해 수소가 손실됩니다(최대 15-25%). 대규모 제작의 경우 이는 이미 중요합니다.

멤브레인 분리가 더욱 우아해 보입니다. 컴팩트하고 움직이는 부품 수가 적습니다. 그러나 이미 언급했듯이 유입 가스의 순도는 매우 중요합니다. 세척 후 코크스로 가스에 고급 탄화수소 또는 방향족 증기의 흔적이 남아 있으면 멤브레인이 파손됩니다. 나는 거친 세척 -> 멤브레인(대량의 수소 분리) -> 작은 PSA로 마무리 등의 결합된 계획에 대한 시도를 보았습니다. 이론적으로는 자본 및 운영 비용 측면에서 최적입니다. 실제로는 서로 다른 두 가지 기술 라인을 관리하는 복잡성으로 인해 절감액이 모두 소진되는 경우가 많습니다.

극저온 분리는 매우 큰 부피와 수소뿐만 아니라 에틸렌도 분리해야 하는 경우에 사용됩니다. 표준 코크스 화학의 경우 이는 대부분 중복됩니다. 결론? 보편적인 해결책은 없습니다. 기술의 선택은 항상 원자재의 순도, 필요한 제품의 양과 순도, 더 복잡한 관리에 대한 고객의 준비성 사이의 절충안입니다.

실제 사례: "건조" 가스의 명백하지 않은 문제

나는 원자재의 특성을 잘 보여주는 그다지 명백하지 않은 실패 하나를 공유하고 싶습니다. 허베이성 한 공장에서 PSA 공장을 성공적으로 가동한 후 몇 달이 지나자 생산성이 점차 저하되기 시작했습니다. 압력, 온도 - 모든 것이 정상이며 흡착제는 신선합니다. 우리는 오랫동안 그 이유를 찾았습니다. 장마철에는 코킹에 공급되는 석탄의 습도가 증가하는 것으로 나타났습니다. 이는 결국 코크스로 가스의 구성에 영향을 미쳤습니다. 즉, 수소 함량이 약간 감소하고 CO 함량이 증가했습니다. 그러나 가장 중요한 것은 작업장의 미기후가 바뀌었고 더 많은 대기 수분이 가스 처리 시스템에 유입되었다는 것입니다.

사전 PSA 건조 장치의 흡착제는 표준 조건에 맞게 설계되었으며 이러한 추가 수분만으로는 충분하지 않았습니다. 결과적으로 원료 가스가 PSA 컬럼으로 유입되고 수분이 "독"을 일으키기 시작했습니다. 수소의 미세정제를 담당하는 제올라이트 흡착제. 고가의 흡착제를 교체하는 것이 아닌 유입구 건조 시스템을 개선하고 계절에 따른 규정을 개정해 문제를 해결했다. 시시한 것? 종이에 - 예. 실제로는 몇 주간의 가동 중지 시간과 수많은 제품 손실이 발생합니다. 교과서에도 없는 '연습'이다.

어디서 판매하나요? 시장은 순수함을 좌우한다

수소를 얻는 것은 전투의 절반입니다. 판매해야합니다. 그리고 여기서 순결의 문제가 발생합니다. 정유소의 수소처리에는 99.9%면 충분합니다. 하지만 연료전지나 전자제품에 전력을 공급하려면 99.999% 이상의 순도가 요구되며, 촉매의 독이 되는 CO도 엄격히 관리해야 한다. 코크스로 가스는 가장 진보된 정제 과정을 거친 후에도 항상 특정 탄화수소의 미량 불순물이 존재할 위험이 있습니다.

따라서 중국의 기존 프로젝트 대부분은 특히 동일한 정유소 또는 화학 공장과 같은 공장 근처의 산업 소비자를 대상으로 합니다. 압축 또는 액화 수소 운송을 위한 인프라를 구축하는 것은 투자 수익이 여전히 모호한 다른 이야기입니다. 코크스 공장 - 수소 생산 - 인근 소비자 기업 등 지역 클러스터 생성에서 전망이 보입니다. 이를 통해 물류 위험과 비용이 줄어듭니다.

예를 들어, 등록 자본금이 1억 2천만 위안인 디자인 연구소로 자리잡은 동일한 Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd.와 같은 일부 회사가 잠재 시장 분석을 포함한 턴키 솔루션을 제공한다는 것은 흥미롭습니다. 누구에게 어떤 가격으로 수소를 판매할지 이해하지 못하면 기술적으로 가장 진보된 설치조차도 부담이 되기 때문에 이는 올바른 접근 방식입니다.

결과: 전망은 있지만 평범합니다.

그렇다면 전망이 있나요? 확실히 그렇습니다. 그러나 이것은 미래의 획기적인 "녹색" 기술이 아니라 이미 존재하는 거대 산업을 위한 실용적이고 자원 효율적인 솔루션입니다. 그 동인은 수소 유행이 아니라 엄격한 환경 기준(수반가스 연소 금지)과 폐기물 처리의 경제적 타당성입니다.

주요 잠재력은 통합에 있습니다. 개별적인 '수소'를 건설하는 것이 아닙니다. 작업장, 그리고 제품 영역 중 하나로 수소 벡터를 사용하여 전체 코크스 화학 공정의 심층적인 현대화를 진행하고 있습니다. 이를 위해서는 대규모 투자와 역량이 필요하지만 모든 사람이 갖고 있는 것은 아닙니다.

개인적으로 나는 이 문제를 조심스럽게 낙관적으로 보고 있습니다. 이 기술은 새로운 것이 아니며 그 함정은 알려져 있습니다. 프로젝트의 성공 여부는 PSA 또는 멤브레인 중 하나를 선택하는 것이 아니라 엔지니어링 품질, 원자재 기반의 개발 깊이 및 석탄의 계절별 수분 함량까지 모든 것을 고려하는 냉철한 경제 계산에 의해 결정됩니다. 이곳은 아마추어의 영역이 아닙니다. 이것은 코크스의 화학을 내부적으로 이해하고 복잡하고 비표준적인 문제를 해결할 준비가 된 사람들을 위한 직업입니다. 그리고 다행스럽게도 이미 시장에는 그러한 플레이어가 있습니다.