중국: PSA 수소 - 기술과 동향은? 

중국에서는 수소에 대해 이야기할 때 많은 사람들이 즉시 전해조나 거대한 증기 개질기를 떠올립니다. 그리고 약PSA 수소흔히 부차적인 것으로 생각되며 단지 청소 단계일 뿐입니다. 그러나 실제로는 특히 지난 5~7년 동안 전체 프로젝트가 경제적으로 실행 가능한지 여부를 결정하는 많은 미묘한 요소가 여기에 있습니다. 나 자신도 종이에 이상적인 개질을 통해 수소를 생산한 후 표준 PSA 설치로는 효과적으로 정화할 수 없는 상황을 접했고 모든 것이 내리막길을 걷고 있었습니다.

단순한 "체"가 아닙니다: 실제로 중국에서 PSA를 발견한 경우

가장 큰 실수는 PSA(단압 흡착) 기술을 확립되고 보편적인 것으로 간주하는 것입니다. 중국에서는 원료가 매우 다릅니다. 메탄올 개질에서 나오는 수소, 염소-알칼리 생산에서 나오는 수소, 코크스 오븐 가스에서 나오는 수소입니다. 불순물의 구성(CO 또는 CO2뿐만 아니라 미량의 황, 방향족 화합물, 수분)도 근본적으로 다릅니다. "박스형" 솔루션을 사용하면 문제에 대한 직접적인 경로가 됩니다. 원료 흐름의 설명할 수 없는 압력 변동으로 인해 흡착제가 "중독되었습니까?" 산둥에서 한 프로젝트를 기억합니다. 예상 시간보다 몇 배나 빠릅니다. 그 결과 3년 동안 안정적인 운영이 보장됐음에도 불구하고 수소 순도는 6개월 만에 99.9% 이하로 떨어졌다.

핵심은 흡착제의 적응과 작동 주기입니다. 중국의 흡착제 제조업체, ?Xinhua? 또는 "Jiangsu Huanqiu"는 좋은 비석과 활성탄을 만들지 만 선택은 거의 연금술입니다. 일반적인 구성뿐만 아니라 특정 주요 생산의 특징인 불순물의 최대 배출 가능성도 고려해야 합니다. 그들은 종종 이 단계에서 더 저렴한 흡착제를 구입하여 비용을 절감한 다음 빈번한 교체 및 가동 중지 시간에 대해 초과 비용을 지불했습니다.

또 다른 뉘앙스는 자동화와 제어입니다. 현대 중국 PSA 설치는 더 이상 순수 릴레이 로직으로 작동하지 않습니다. 그러나 원자재 구성의 변화를 예측하는 고급 제어 알고리즘의 구현은 여전히 ​​드물다. 대부분 하드 사이클이 사용됩니다. 이는 태양 전기분해를 통한 간헐적 생산과 관련된 플럭스에서 수소를 정제해야 하는 경우와 같이 재생 가능한 소스와 통합할 때 문제를 제기합니다. 유연하고 "스마트"한 제품을 향한 추세가 흥미롭습니다. 추신.

트렌드: 유연성, 통합 및 "친환경" 컨텍스트

이제 그 주역은 이른바 '그린수소'다. 그러나 전기분해로 생산하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 효과적으로 정화되어야 합니다. 기존의 대형 PSA 장치는 안정적인 흐름을 위해 설계되었습니다. 그리고 여기서 흐름이 점프할 수 있습니다. 따라서 모듈식이며 신속하게 재구성 가능한 시스템에 대한 요청이 있었습니다. 예를 들어 나는 다음과 같은 발전을 보았습니다.청두 Yizhi 기술 유한 회사(그들의 웹사이트는yzkjhx.ru)는 화학기술 경험을 갖춘 디자인 연구소로 자리매김하고 있습니다. 그들은 불안정한 흐름을 포함한 특정 흐름에 대한 처리 시스템을 설계하는 데 중점을 둡니다. 이는 단순한 장비 판매가 아니라 매우 중요한 턴키 엔지니어링입니다.

탄소 포집 시스템(CCUS)과의 통합도 또 다른 초점 분야입니다. 증기메탄개질(SMR)을 통해 얻은 수소는 오랫동안 우리와 함께할 것입니다. 그리고 여기서 PSA는 순수한 H2를 얻는 것뿐만 아니라 후속 폐기 또는 사용을 위해 농축된 CO2 흐름을 방출하는 것이기도 합니다. 이러한 분리의 효율성과 배출수 흐름에 따른 수소 손실 최소화는 별도의 엔지니어링 작업입니다. 중국의 일부 공장에서는 현재 99.999% 순도에서 90% 이상의 수소 회수율을 달성하는 동시에 95% 이상의 농도에서 CO2를 생산하고 있습니다. 그러나 파일럿 플랜트가 아닌 실제 산업 환경에서 이를 달성하는 것은 또 다른 과제입니다.

분권화 추세도 영향을 미칩니다. 100,000 Nm3/h를 위한 하나의 거대한 설치 대신, 소비 지점에 더 가까운 곳에 여러 개의 중소형 설치가 건설됩니다. 이로 인해 PSA에 대한 요구 사항이 변경되었습니다. 즉, 소규모 설치의 에너지 효율성에 대한 강조, 현장 유지 관리의 용이성, 원격 모니터링 및 진단이 가능해졌습니다. 저는 저장성의 한 화학 단지에서 비교를 위해 서로 다른 공급업체의 상대적으로 작은 PSA 시스템 3개를 설치한 방법을 보았습니다. 신뢰성과 운영 비용에 대한 결과는 상당히 다양했습니다.

실제적인 장벽과 함정

가장 큰 장벽 중 하나는 유지보수 직원의 자격입니다. 복잡한 다중 포트 밸브, 정기적인 점검이 필요한 민감한 밸브, 흡착제 상태 진단 등은 빠르게 교육되지 않습니다. 종종 현장에서 나는 기계 팀이 주요 생산을 매우 잘 알고 있지만 그들에게 PSA 설치는 블랙 박스라는 사실을 발견했습니다. 문제가 있으면 공급업체의 엔지니어가 호출되므로 다운타임이 길어집니다. 언급된 회사를 포함한 일부 회사청두 Yizhi 기술 유한 회사, 이제 계약에 연장된 현장 교육 주기를 포함하는 것이 필수이지만 아직 널리 보급되지는 않았습니다.

문제는 부품의 신뢰성이다. 밸브는 가장 약한 링크입니다. 중국 제조업체는 이미 좋은 흡착기와 제어 시스템을 만드는 방법을 배웠지만 빠른 PSA 사이클을 위한 고주파 밸브는 여전히 해외에서 구매되거나 복제되고 있으며 이는 내구성에 영향을 미칩니다. 사천에 있는 암모니아 생산 공장 중 한 곳에서 1년 작동 후 한 모듈의 전체 밸브 배치를 긴급하게 변경해야 했을 때 이야기가 있었습니다. 계산된 사이클 수를 견딜 수 없었기 때문입니다.

에너지 소비는 종종 간과되는 요소입니다. PSA는 퍼지, 압축, 진공 청소를 위해 에너지가 필요합니다. 높은 순도와 회수율을 추구하기 위해 시스템은 때때로 과도한 수의 단계나 긴 사이클로 설계되어 운영 비용이 크게 증가합니다. 순도, 회수 및 에너지 소비 사이의 이상적인 균형은 항상 프로젝트별로 추구되는 절충안입니다.

사례: 메탄올 생산과의 통합

좋은 사례 연구는 Ningxia 메탄올 공장의 현대화입니다. 이전에는 단순히 연소되었던 부산물인 수소 함유 가스가 있었습니다. 이를 정제하고 메탄올 합성 공정에 수소를 환원하기 위해 PSA를 공급하기로 결정했습니다. 전형적인 프로젝트처럼 보일 것입니다.

그러나 문제는 구성에 있었습니다. H2, CO, CO2 외에도 상당한 비율의 질소와 미량의 고급 탄화수소가 있었습니다. 표준 방식으로는 대처할 수 없었고, 수소의 순도가 낮았으며, 합성 반응기로의 회수가 균형을 깨뜨릴 수 있었습니다. 관련 연구소의 디자이너화시 기술(설명에 나와 있듯이청두 Yizhi 기술 유한 회사, 이 회사에서 만든 것임), 비표준 솔루션인 2단계 PSA를 제안했습니다. 첫 번째 단계에서는 대량의 CO2와 무거운 불순물을 제거하고, 두 번째 단계에서는 다른 흡착제 세트, 미세하게 정제된 CO 및 질소를 사용하여 제거했습니다. 수소 손실을 최소화하기 위해 사이클 설정을 고민해야 했습니다.

그 결과, 출시 및 시운전 이후 순도 99.99%의 안정적인 수소 공급을 달성하고, 전체 메탄올 수율을 수% 증가시킬 수 있었다. 그러나 가장 중요한 것은 설치 비용이 예상 4년이 아니라 거의 6년 만에 발생했다는 것입니다. 이유는 무엇입니까? 그들은 더 복잡한 시스템을 유지하는 데 드는 비용 증가와 체제 조정을 위해 원자재 구성에 대한 더 빈번한 분석의 필요성을 고려하지 않았습니다. 이것은 전형적인 이야기입니다. 모든 것이 완벽한 엔지니어링이지만 계산되지 않은 운영 비용으로 인해 경제가 위축되고 있습니다.

전망: 중국 PSA에 무슨 일이 일어날까?

앞으로 몇 년 안에 우리는 혁명이 아니라 진화를 보게 될 것이라고 생각합니다. 초점은 '가능한 한 많은 순수 수소를 생산하는 것'으로 옮겨갈 것입니다. “특정 조건에서 최대한 저렴하고 안정적으로 생산하는 것”. 이는 PSA 시스템이 별도의 장치가 아닌 전체 기술 체인의 필수적인 부분으로 설계되는 맞춤형 솔루션에 대한 수요가 증가한다는 것을 의미합니다.

디지털화가 발전할 것이다. 흡착제 상태의 온라인 모니터링을 위한 센서 도입, 밸브의 예측 유지 관리를 위한 빅데이터 사용, 실시간 사이클 최적화를 위한 디지털 트윈 등은 더 이상 환상이 아니라 경쟁력을 위한 필수 요소입니다. 중국 기업, 특히 다음과 같은 디자인 연구소청두 Yizhi 기술 유한 회사, 지역 현실에 더 가깝고 실제 물체에 대해 이러한 솔루션을 신속하게 테스트할 수 있기 때문에 이점이 있습니다.

그리고 마지막은 생태학입니다. 탄소 배출량을 줄이려는 압력으로 인해 PSA는 수소 정화뿐 아니라 공장 전체의 배출 관리 도구로도 개선될 것입니다. PSA 설치는 경제적 효율성을 높이는 동시에(가치 있는 H2를 반환함으로써) 환경에 미치는 영향을 줄이는 장치가 될 수 있습니다. 이는 투자자와 국가에 대한 강력한 주장입니다. 따라서 겉으로 보이는 성숙도에도 불구하고 기술은PSA 수소중국은 여전히 성장과 복잡성에 대한 많은 전망을 갖고 있습니다. 가장 중요한 것은 이것이 카탈로그의 이론이 아니라 항상 실천이라는 점을 잊지 않는 것입니다.