중국: 메탄올에서 수소로 - 기술과 생태학? 

"메탄올을 수소로"라는 말을 들으면 많은 사람들은 즉시 실험실 설치나 원격 파일럿 프로젝트를 생각합니다. 실제로 중국에서 이는 더 이상 단순한 기술이 아니라 프로세스의 실제 경제성과 환경적 수용성이라는 두 가지 기둥에 기반을 둔 전체 산업입니다. 그리고 이 극들 사이에는 보고서에서 종종 놓치는 뉘앙스가 많이 있습니다. 나 자신은 오랫동안 그러한 시스템을 평가해 왔으며 다음과 같이 말할 것입니다. 주된 오해는 메탄올 전환 반응이 수십 년 동안 알려져 왔기 때문에 구현이 간단하다고 믿는 것입니다. 원자재의 순도부터 부산물 CO2를 얼마나 정확하게 활용하는지까지 모든 것이 세부 사항으로 귀결됩니다.

이론에서 실제까지: 프로젝트가 실패하는 지점

메탄올의 고전적인 증기 개질을 살펴보겠습니다. 교과서의 공식은 우아해 보이지만 실제로 핵심 매개변수는 전달의 일관성입니다. 메탄올이 시설의 탱크로 운송되는 경우 중단이 발생하면 촉매가 피로해질 수 있습니다. 가열-냉각 사이클로부터. 산동의 한 현장에서 설치 사례를 봤습니다.메탄올 전환500Nm3/h의 수소 설계 용량은 처음 몇 달 동안 뛰어난 수치를 나타냈지만, 작동 6개월 후에는 활동이 거의 15% 감소했습니다. 그 이유는 작은 것으로 밝혀졌습니다. 물류로 인해 원료에서 미량의 염화물이 주기적으로 발견되었으며 공급 업체는 이에 대해 침묵했습니다.

또는 또 다른 측면 - 열 균형. 흡열 반응에는 정확한 열 공급이 필요합니다. 이론적으로는 배가스나 전기 히터의 열을 사용합니다. 그러나 겨울철 북부 지방에서는 현장 온도가 -20°C까지 떨어지면 원자로 입구의 온도를 안정적으로 유지하는 것이 별도의 작업이 됩니다. 단열 및 예열 시스템을 재검토할 필요가 있습니다. 이는 예비 타당성 조사에서 항상 고려되지 않는 자본 비용을 증가시킵니다.

여기에서는 Chengdu Yizhi Technology Co.의 동료들의 경험을 언급할 가치가 있습니다(그들의 웹사이트는 다음과 같습니다).https://www.yzkjhx.ru). Huaxi Technology가 설립한 심각한 공인 자본을 보유한 디자인 연구소입니다. 그들은 단지 설치 판매에만 집중하는 것이 아니라 포괄적인 엔지니어링 솔루션에 중점을 둡니다. 그들의 접근 방식에서 중요한 세부 사항은 눈에 띕니다. 그들은 종종 특정 공장의 실제 원자재에 대한 시험 실행을 고객에게 제공합니다. 이를 통해 당신은?잡을 수 있습니까? 동일한 불순물을 제거하고 초기 단계에서 기술 체계를 조정하여 나중에 비용이 많이 드는 수정을 피합니다.

생태학: CO2뿐만 아니라

사람들이 환경에 관해 이야기할 때, 누구나 즉시 이산화탄소 배출을 떠올립니다. 예, 메탄올 전환 중에 CO2가 형성됩니다. 그러나 천연가스의 전통적인 증기 개질과 비교할 때, 탄소 발자국은 그것이 얼마나 친환경적인가에 따라 다를 수 있습니다. 메탄올 자체의 원천. 메탄올이 바이오매스나 포집된 CO2로부터 합성되면 사슬이 훨씬 더 깨끗해집니다. 중국은 현재 이러한 "녹색 메탄올" 프로젝트를 적극적으로 개발하고 있습니다. 광시(廣西)와 같이 바이오매스가 풍부한 지역.

그러나 덜 분명한 환경 측면, 즉 지역 배출도 있습니다. 설치수소 생산메탄올로 만든 제품은 콤팩트하므로 소비자 가까이에 배치할 수 있습니다(예: 수소 충전소 또는 유리 공장). 이는 압축 또는 액화 수소 운송과 관련된 물류 및 위험을 줄입니다. 그러나 동시에 메탄올과 반응 생성물의 미세 누출 가능성을 매우 엄격하게 제어할 필요가 있습니다. 메탄올은 일부 탄화수소보다 휘발성이 덜하지만 여전히 독성이 있습니다.

상하이 근처의 광학 유리 생산 공장 중 한 곳에서 우리는 원자재를 배출하고 저장하는 단계에서 추가 증기 흡수 시스템을 설치해야 하는 필요성에 직면했습니다. 이는 원래 프로젝트에서는 명시되지 않았지만 지역 환경 감독의 요구 사항이 더욱 엄격해졌습니다. 우리는 모듈을 활성탄과 신속하게 통합해야 했습니다. 이러한 미묘한 차이는 회의에서 거의 논의되지 않지만 프로젝트가 진정으로 지속 가능하고 환경 친화적인지 여부를 결정합니다.

기술적 변화: 개량뿐만 아니라

증기 개질이 주요 경로이지만 유일한 경로는 아닙니다. 메탄올의 일부가 공기에 의해 산화되는 자열 개질이 점점 탄력을 받아 흡열 개질 반응 자체에 열을 제공합니다. 이는 더 빠른 램프업을 제공하고 가변 부하 애플리케이션에 더 적합합니다. 그러나 일산화탄소와 같은 부산물이 표준을 벗어나지 않도록 산화 영역의 정확한 공기 주입 및 온도 제어라는 골칫거리가 있습니다.

또 다른 방향은 반응 중에 수소가 직접 방출되어 평형을 이동시키는 막 반응기입니다. 이 기술은 효율성 측면에서 가능성을 보여 주지만 멤브레인(종종 팔라듐)은 황과 염소 중독에 취약합니다. 중국에서는 Chengdu Yizhi Technology Co.를 포함한 여러 과학 그룹과 회사가 내구성이 뛰어난 복합막을 개발하고 있습니다. 그들의 프로필은 정확히 화학 기술의 설계 및 구현이므로 그들의 연구는 종종 파일럿 산업 샘플에 빠르게 적용됩니다.

우리 이거 해봤어? 예, 50Nm3/h의 소규모 설치를 위한 멤브레인 모듈을 사용한 파일럿 프로젝트가 있었습니다. 가장 큰 어려움은 막 자체에 있는 것이 아니라 메탄올을 "초고순도" 수준으로 사전 정제하는 시스템에 있는 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 사전 준비 비용으로 인해 전환율 증가로 인한 경제적 이익이 모두 사라졌습니다. 이 프로젝트는 동결되었으며, 현재 시장 상태와 해당 지역의 메탄올 가격을 고려할 때 배출구에서 수소의 다단계 흡착 정화를 통한 입증된 증기 개질이 더 비용 효과적이라는 결론을 내렸습니다.

경제학: 숫자가 말하기 시작할 때

기술에 관한 모든 대화는 결국 돈으로 귀결됩니다. 비용메탄올의 수소중국은 지역과 밀접하게 연관되어 있다. 대규모 메탄올 생산이 이루어지는 지역(내몽고 닝샤)에서는 원자재 가격이 운송이 필요한 남부 지역보다 30~40% 낮을 수 있습니다. 따라서 표준 경제 계산은 없습니다. 각 프로젝트에는 현지 조건을 참조해야 합니다.

중요한 점은 관련 제품입니다. 이 과정에서 배출되는 순수 CO2는 버릴 수 없지만, 동일한 식품 산업 기업에 판매하거나 용접용으로 판매할 수 있습니다. 그러나 이를 위해서는 세척, 압축 및 분배 시스템에 대한 추가 투자가 필요합니다. 소규모 설치의 경우 수익성이 없는 경우가 많지만, 하루에 수천 Nm3/h의 용량을 갖춘 대규모 시설의 경우 이미 상당한 추가 수입을 제공할 수 있습니다.

투자 회수 또한 대안에 따라 크게 달라집니다. 근처에 천연가스 파이프라인이 없고 전해조에 값비싼 "친환경" 파이프라인이 필요한 경우. 전기와 넓은 면적을 고려한다면 메탄올 공장은 매우 경쟁력이 있어 보입니다. 특히 상대적으로 높은 순도의 수소가 필요하지만 반드시 99.9999%는 아닌 제약 중간체 또는 금속 열처리와 같은 산업의 경우.

앞을 바라보다: 바람이 부는 방향

추세는 분명합니다 - 통합. 설치메탄올-수소더 이상 고립된 장치가 아닙니다. 그것은 점점 더 큰 에너지 또는 화학 시스템의 일부로 간주됩니다. 예를 들어, 코크스로 가스가 과잉되는 제철소에서는 메탄올을 합성하는 데 사용할 수 있고, 철을 환원하기 위해 메탄올에서 수소를 얻을 수 있습니다. 그 결과 가치가 더해진 폐쇄적인 사이클이 탄생합니다.

또 다른 벡터는 재생 가능 에너지원과의 연결입니다. 과도한 풍력 또는 태양열 발전 기간 동안 전기를 사용하여 "친환경" 전기를 생산할 수 있습니다. 메탄올(“녹색” H2의 생성 및 포집된 CO2와의 후속 합성을 통해). 그리고 태양이나 바람이 없을 때 이 메탄올을 편리한 에너지 운반체이자 수소 공급원으로 사용하십시오. 이는 RES 간헐성 문제를 해결합니다. 중국에서는 간쑤성 등에서 이미 이러한 시범 프로젝트가 시작되었습니다.

다음은 무엇입니까? 우리를 기다리는 것은 혁명이 아니라 진화라고 생각합니다. 촉매 개선(불순물에 대한 저항성 향상, 작동 온도 감소), 정밀 세척 시스템 비용 절감, 다양한 용량에 대한 모듈식 솔루션 표준화. 물론 전체 체인의 전반적인 탄소 배출량을 줄이려는 규제 압력도 있습니다. 이 기술은 유망한 범주에서 실용적인 범주로 이동하고 있지만, 그 성공은 계속해서 아름다운 프레젠테이션이 아니라 출시 1년 전에 모든 위안을 계산하고 사이트의 문제를 예측하는 엔지니어의 능력에 의해 결정될 것입니다. 그건 그렇고, 이것이 바로 Chengdu Yizhi Technology Co.에서 하는 일입니다. 자세한 내용은 해당 웹사이트에서 확인할 수 있습니다. 장비의 가격표뿐만 아니라 전체 수명 기간 동안의 소유 비용을 염두에 두고 설계하는 그들의 접근 방식은 아마도 최근 몇 년간 전체 업계에서 얻은 주요 교훈일 것입니다.