중국: 탄화수소의 수소 - 기술과 생태? 

중국에서는 수소에 관해 이야기할 때 많은 사람들이 즉시 '녹색'을 상상합니다. 전기 분해. 그러나 지구상의 현실, 특히 산업 규모의 현실은 여전히 ​​다릅니다. 주요 부피는 여전히 탄화수소의 수소이며 여기에는 업계 보고서에서 종종 언급되지 않는 많은 뉘앙스가 있습니다. 나 자신은 증기 메탄 전환에 관한 여러 프로젝트에 참여해 왔으며 여기서 생태학에 대한 대화는 단순한 슬로건으로 축소될 수 없다고 말할 수 있습니다. 경제성, 이용 가능한 기술, 그리고 이제 모두가 심각하게 우려하고 있는 탄소 배출량 사이의 끊임없는 균형이 필요합니다.

기술적 기반: SMR뿐만 아니라

그렇습니다. 증기메탄 개질(SMR)은 고전적인 방법입니다. 그러나 중국에서는 현지 원자재를 조정하여 시행되고 있습니다. 우리는 종종 이상적인 천연 가스가 아닌 관련 석유 가스 또는 심지어 코크스로 가스를 사용하여 작업합니다. 구성이 불안정하므로 촉매로 인해 골치 아픈 일이 발생합니다. 원료의 높은 황 함량으로 인해 전처리 계획을 완전히 수정해야 했던 산시(Shanxi)의 한 프로젝트가 기억납니다. 표준 솔루션은 적합하지 않았습니다. 그 결과, 산화아연과 제올라이트를 기반으로 한 흡착제를 사용한 하이브리드 시스템이 개발되었습니다. 효율성은 수준에 도달했지만 전환촉매의 수명은 여전히 ​​15% 감소합니다. 이것이 적응의 대가이다.

부분 산화(POX)는 중질 공급원료의 경우에는 다른 이야기입니다. 이 기술은 에너지 집약적이며 복잡하고 값비싼 산소 장치가 필요합니다. 그러나 어떤 경우에는 그것 없이는 할 수 없습니다. 랴오닝의 한 정유소에서는 타르 처리용 POX 장치를 막 도입하고 있었습니다. 주요 문제는 공정 자체가 아니라 원자로 및 열 교환기용 내열 합금과 같은 관련 장비에 있었습니다. 부식과 침식에 대한 지속적인 문제. 중국어 유사체가 항상 유지되는 것은 아닙니다. 값비싼 수입 자재를 구입해야 했기 때문에 처음에는 프로젝트의 경제적 이점이 무효화되었습니다.

현재 보다 유연한 기술로서 자열 개질(ATR)에 대한 소문이 많이 있습니다. 수소 생산량이나 배출 측면에서 더 좋다고 합니다. 종이에 - 예. 그러나 실제로 중요한 것은 산소/증기/공급 비율을 정밀하게 제어하는 ​​것입니다. 약간의 실패로 인해 최적의 프로세스 대신 그을음이나 전환되지 않은 메탄이 발생하게 됩니다. 나는 파일럿 단지에서 그러한 설치를 시작하려는 시도를 보았습니다. 제어 시스템은 이상적인 실험실 조건에서 "날카롭게"되었지만 실제로는 가스 라인의 압력 변동으로 인해 모든 것이 망가졌습니다. 알고리즘을 미세 조정하는 데 한 달이 걸렸습니다. 따라서 이 기술은 유망하지만 여전히 많은 "실행"이 필요합니다. 현장에서.

생태학적 역설과 CCS 트릭

이것이 주요 걸림돌입니다. 메탄에서 수소를 생산하면 필연적으로 CO2가 발생합니다. 많은. 따라서 이제 "저탄소"라고 주장하는 중국의 모든 프로젝트에는 "CCS-ready?"라는 접두사가 붙습니다. 또는?포획된 탄소?. 그러나 준비 상태와 실제 구현은 별개입니다. 가장 큰 문제는 포획 기술(비록 비싸긴 하지만)이 아니라 물류와 보관입니다. 이 CO2는 어디로 가야 할까요? 공장 근처에는 산업 규모의 저장을 위한 지질 구조가 많지 않습니다.

프로젝트 평가에 참여했습니다.탄화수소의 수소신장에서는 전체 주기 CCS를 사용합니다. 기술적으로 모든 것이 계산됩니다. 90% 포집, CO2를 고갈된 가스전까지 150km 수송하는 파이프라인입니다. 하지만 경제는 불안하다. 포집 및 매장된 CO2 1톤당 비용은 "깨끗한" CO2의 잠재적 이익을 모두 소모합니다. 수소. 이 프로젝트는 결국 동결되었으며, 정부 보조금이 늘어나거나 탄소 할당량에 대한 가격이 인상될 때까지 기다렸습니다. 지금까지 중국의 CCS는 대규모 실습이라기보다는 시범 프로젝트에 가깝습니다.

또 다른 요점은 간접 배출입니다. 모든 사람은 전환 과정 자체에서 탄소를 계산하지만 종종 "회색" 부분을 잊어버립니다. 압축기, 펌프, 제어 시스템 작동을 위한 전기 생산으로 인한 발자국. 발전소가 네트워크가 석탄에 연결된 지역에 위치할 경우 전체 배출량은 20~25% 악화됩니다. 따라서 이제 설계 시 적어도 부분적으로 요구 사항을 충족하기 위해 자체 재생 에너지 설비를 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 그러나 이것은 다시 가격을 증가시킵니다.

장비와 현지화: 우리는 지금 어디에 있는가?

이전에는 개질기, 합성가스 압축기, PSA 시스템 등 주요 장비를 Linde, Air Products, Topsoe에서 적극적으로 구매했습니다. 현재의 추세는 완전한 현지화입니다. 중국 제조업체는 이미 합성 가스 컬럼, 열 교환기 및 제어 시스템 제조 분야에서 좋은 수준에 도달했습니다. 그러나 고온 영역용 촉매와 일부 특수 합금에는 여전히 어려움이 있습니다.

함께 일하기청두 Yizhi 기술 유한 회사(화시 테크놀로지가 설립한 디자인 연구소입니다.) 그들의 접근 방식을 관찰했습니다. 이들은 기성 솔루션을 복제할 뿐만 아니라 고객의 특정 원자재에 맞게 기술 패키지를 조정하는 경우도 많습니다. 그들의 웹사이트yzkjhx.ru실제로 이러한 비표준 프로젝트의 포트폴리오입니다. 그들은 황 중독에 대한 저항력이 향상된 메탄 전환용 다층 촉매를 자체 개발했습니다. 쓰촨성에 있는 시설에서 구현되었습니다. 결과는 나쁘지 않지만 이상적인 조건에서는 다시 발생합니다. 급격한 부하 변화로 인해 가져온 아날로그보다 활동이 더 빠르게 감소했습니다. 진전이 있지만 완전한 평등에 도달하려면 여전히 노력해야 합니다.

흥미로운 사례는 저전력 및 중간 전력의 기성 모듈식 설치를 사용하는 것입니다. 이는 주유소 등 분산형 수소 생산의 추세입니다. Yizhi Technology를 포함한 중국 기업들이 이곳에서 매우 활발하게 활동하고 있습니다. 조립하고, 연결하고, 출시했습니다. 그러나 중국 북부의 혹독한 겨울이나 남부의 높은 습도에서 이러한 "즉시 사용 가능한" 솔루션의 신뢰성은 큰 문제입니다. 빈번한 유지보수 중단 및 필터 교체. 신뢰성은 대형 고정 단지에 비해 여전히 열등합니다.

중간체: 합성가스의 역할

종종 간과되는 것은 수소 생산이 항상 최종 목표는 아니라는 점입니다. 합성가스는 그 자체로 귀중한 원료입니다. 강력한 화학 산업을 보유한 중국에서는 이것이 매우 중요합니다. 많은 프로젝트는 처음에는 유연한 생산으로 구상되었습니다. 오늘은 정유소의 수소 생산량을 최대화하고 내일은 메탄올 또는 암모니아 생산 모드를 전환합니다.

시장 상황의 변화(수소 가격 하락, 메탄올 가격 상승)로 인해 긴급하게 운영체제를 변경해야 하는 상황을 접하게 되었습니다. 이는 단순한 설정이 아닌 수소정밀정화시스템(PSA) 카트리지의 물리적 교체와 압축기 시스템 재조정 작업이었다. 가동 중지 시간은 거의 한 달이었습니다. 이제 새로운 설치를 설계할 때 훨씬 더 큰 유연성이 기본으로 제공되지만 이는 다시 자본 비용의 증가를 의미합니다.

또 다른 측면은 수소의 순도입니다. 연료전지에는 최고 수준의 정화(최대 99.999%)가 필요합니다. 탄화수소 원료를 사용하여 이를 달성하는 것은 어렵고 비용이 많이 듭니다. 주요 불순물인 CO와 CO2는 연료전지 촉매에 독이 됩니다. 표준 흡착 방법이 항상 원하는 결과를 제공하는 것은 아닙니다. 고온 전환, 저온 전환, PSA, 때로는 막 분리를 결합해야 합니다. 각 추가 단계는 압력, 에너지 및 물론 돈의 손실입니다. 그렇다면 “수송용 수소?” 메탄에서 추출한 수소는 순도 요구 사항이 더 낮은 정유용 수소와 가격 면에서 아직 경쟁할 수 없습니다.

미래를 내다보며: 이 부문에는 어떤 일이 일어날까요?

녹색 수소를 둘러싼 온갖 과대 광고에도 불구하고 탄화수소의 회색과 파란색 선은 앞으로도 오랫동안 중국을 지배할 것입니다. 그 이유는 인프라, 비용, 그리고 가장 중요하게는 원자재의 가용성 때문입니다. 문제는 환경적 관점에서 이 프로세스를 어떻게 받아들일 수 있게 만드는가입니다. 저는 미래가 한 번의 돌파구에 있는 것이 아니라 일련의 조치에 있다고 생각합니다. 지리적으로나 경제적으로 정당한 경우 CCS를 점진적으로 도입하는 것입니다. 설비의 전원 공급을 위한 재생 에너지원과의 하이브리드화; 제품 단위당 원자재 및 에너지 소비를 줄이기 위해 촉매 및 열 회로의 효율성에 대한 지속적인 연구를 수행합니다.

많은 부분이 탄소 가격 책정 정책에 달려 있습니다. CO2 배출 비용이 커지면 프로젝트의 경제성이 극적으로 변할 것입니다. 이제는 장기적인 생태학보다는 단기적인 경제성을 바탕으로 많은 결정이 내려집니다.

개인적으로 나는 수소 공급원료인 탄화수소의 완전한 포기가 임박했다는 것에 대해 회의적입니다. 오히려 우리는 그 틈새 시장을 보게 될 것입니다. 소비 센터 또는 CO2 저장 장소 근처에 있는 대규모의 현대적인 하이브리드(일부 바이오메탄 사용) 단지입니다. 그리고 원격 또는 소규모 소비자를 위해 재생 에너지원으로 구동되는 전해조가 개발될 것입니다. 그러나 화학 산업, 정유 등의 기반은 앞으로 20~30년 동안 메탄과 그 유사체의 전환 기술을 기반으로 남을 것입니다. 가장 중요한 것은 문제를 숨기는 것이 아니라 환경 문제를 포함한 모든 비용을 고려하여 정직하게 작업하는 것입니다.