China: hidrógeno a partir de gas de coque: ¿perspectivas? 

Cuando escuchamos “¿hidrógeno del gas de horno de coque?”, muchas personas inmediatamente piensan en un proceso antiguo, casi parecido a un museo. Y este es el principal error. De hecho, no se trata de arcaísmo, sino de cómo darle una segunda vida a un subproducto que de otro modo simplemente ardería en una antorcha. En China, con sus colosales volúmenes de producción de coque, esta cuestión hace tiempo que pasó de ser teórica a puramente práctica y muy controvertida.

No sólo un flujo secundario, sino una base de materia prima.

Dejando a un lado las presentaciones bonitas, la clave es la composición y la coherencia. El gas de coquería no es gas natural; su composición varía según el tipo de carbón, el modo de coquización e incluso la climatología. El contenido de hidrógeno puede oscilar entre el 50% y el 60%, pero también contiene metano, monóxido de carbono, hidrocarburos pesados ​​y, fundamentalmente, azufre. Lo primero que encontramos en la práctica no es la “producción de hidrógeno”, sino una purificación preliminar. Sulfuro de hidrógeno, cianuro, naftaleno: todo esto debe eliminarse antes de que el gas llegue a launidad de adsorción. Muchos proyectos tropiezan en esta etapa, subestimando los costos de preparación.

Por ejemplo, en una de las antiguas fábricas de Shanxi intentaron instalar una separación por membrana inmediatamente después de una limpieza profunda. La idea era rapidez y economía. Pero las membranas se obstruyeron rápidamente con resinas residuales y el proyecto entró en una profunda parada. Tuve que volver a los clásicos.adsorción por cambio de presión(PSA), ¿pero con un prelavado más serio? gas Esto añadió costos de capital y dificultades operativas. Resultó que las materias primas baratas no requieren una preparación barata.

Y aquí se puede ver la diferencia entre una simple empresa de ingeniería y un instituto de diseño especializado. Es necesario comprender en profundidad la química del coque, y no sólo la separación de gases. He visto proyectos en los que la línea de proceso se construyó desde el propio horno, teniendo en cuenta la ciclicidad de la producción de gas y sus parámetros de temperatura. Este ya es un nivel diferente. Por cierto, uno de los pocos que trabaja sistemáticamente en este estrecho nicho en China esChengdu Yizhi Technology Co.(su sitio web esyzkjhx.ru). Surgieron de la tecnología química de Huaxi y, a juzgar por su cartera, abordan el problema de manera integral: no solo venden una unidad PSA, sino que diseñan todo el ciclo desde la aceptación del gas hasta la producción comercial de hidrógeno. Su experiencia es precisamente que sin un estudio detallado de las materias primas no se llega muy lejos.

Economía: ¿dónde se esconde el beneficio?

¿El argumento principal? - bajo coste de las materias primas. En realidad, el gas es gratis, sólo hay que deshacerse de él. Pero esto es una trampa para los inversores. Los principales costes son las inversiones de capital en purificación y separación, y luego en compresión y almacenamiento de hidrógeno. El hidrógeno puro de PSA aún no es un producto. Debe adaptarse a las necesidades del consumidor, ya searefinación de petróleo, producción de amoníacoo emergenteenergía del hidrógeno.

En uno de los proyectos en los que participé todo estaba calculado hasta el más mínimo detalle. Resulta que el punto de equilibrio depende en gran medida de dos factores: la estabilidad de las baterías de los hornos de coque (para que no haya tiempos de inactividad ni fluctuaciones en el volumen de gas) y el precio del hidrógeno alternativo, por ejemplo, del reformado con vapor de metano. Cuando los precios del gas natural son bajos, toda la economía de la ?coque? el hidrógeno colapsa. Pero en China, en los últimos años, la política ha ido avanzando hacia la diversificación de fuentes y la reducción de la huella de carbono. Y aquí el hidrógeno procedente de los gases derivados recibe un segundo impulso, no tanto económico como medioambiental y estratégico.

Otro matiz: ¿qué hacer con los gases residuales después de la extracción de hidrógeno? Todavía tiene poder calorífico. Lo más lógico es devolverlo al sistema energético de la planta para calentar hornos de coque o generar vapor. Pero esto requiere integración con la infraestructura existente, y en las fábricas antiguas su modernización es un dolor de cabeza aparte. Resulta ser un enigma donde las soluciones técnicas afectan directamente a la economía.

Horquillas tecnológicas: ¿PSA, membranas o criogénica?

domina el mundotecnología PSA. Fiable, probado, permite obtener una pureza de hidrógeno de hasta el 99,999%. Pero las instalaciones son voluminosas, requieren un sistema complejo de válvulas y automatización, y su mantenimiento es costoso. Los fabricantes chinos, incluida la ya mencionada Yizhi Technology, han localizado este equipo hace mucho tiempo, lo que ha reducido el coste. Pero no se puede engañar a la física: el proceso es cíclico, hay pérdida de hidrógeno con el flujo residual (hasta un 15-25%). Para las grandes producciones esto ya es significativo.

La separación por membrana parece más elegante: compacta y con menos piezas móviles. Pero, como ya mencioné, la pureza del gas de entrada es fundamental. Si después de la limpieza quedan incluso trazas de hidrocarburos superiores o vapores aromáticos en el gas de la coquería, la membrana falla. He visto intentos de esquemas combinados: limpieza preliminar -> membrana (separación de la mayor parte del hidrógeno) -> acabado con un pequeño PSA. En teoría, es óptimo en términos de capital y costos operativos. En la práctica, la complejidad de gestionar dos líneas tecnológicas diferentes a menudo consumía todos los ahorros.

La separación criogénica se aplica a volúmenes muy grandes y a casos en los que es necesario separar no solo hidrógeno, sino también, por ejemplo, etileno. Para la química del coque estándar, esto suele ser redundante. ¿Conclusión? No existe una solución universal. La elección de la tecnología es siempre un compromiso entre la pureza de la materia prima, el volumen requerido y la pureza del producto, así como la disposición del cliente para una gestión más compleja.

Caso práctico: un problema no evidente con el gas "seco"

Me gustaría compartir un fallo no tan evidente, que ilustra bien las particularidades de la materia prima. Después de la exitosa puesta en marcha de la planta de PSA en una planta en Hebei, al cabo de unos meses comenzó una disminución gradual de la productividad. Presiones, temperaturas: todo es normal, los adsorbentes están frescos. Buscamos el motivo durante mucho tiempo. Resultó que durante la temporada de lluvias aumentaba la humedad del carbón suministrado para coquizar. Esto, a su vez, afectó a la composición del gas del horno de coque: su contenido de hidrógeno disminuyó ligeramente y el contenido de CO aumentó. Pero lo principal es que el microclima en el taller cambió y entró más humedad atmosférica en el sistema de tratamiento de gases.

Los adsorbentes en las unidades de secado previas al PSA fueron diseñados para condiciones estándar y esta humedad adicional no fue suficiente. Como resultado, el gas bruto entró en las columnas de PSA y la humedad comenzó a "envenenar". Adsorbentes de zeolita responsables de la purificación fina del hidrógeno. El problema no se resolvió reemplazando los costosos adsorbentes, sino mejorando el sistema de secado de entrada y revisando las regulaciones según la temporada. ¿Bagatela? En papel, sí. En la práctica, hay semanas de inactividad y toneladas de producto perdido. Ésta es la misma “práctica” que no aparece en los libros de texto.

¿Dónde vender? El mercado dicta la pureza

Obtener hidrógeno es la mitad de la batalla. Es necesario venderlo. Y aquí surge la cuestión de la pureza. Para el hidrotratamiento en refinerías, el 99,9% suele ser suficiente. Pero para alimentar pilas de combustible o dispositivos electrónicos se requiere una pureza del 99,999% o superior, con un control estricto del CO, que es un veneno para los catalizadores. El gas de horno de coque, incluso después de la purificación más avanzada, siempre conlleva el riesgo de contener trazas de impurezas de hidrocarburos específicos.

Por lo tanto, la mayoría de los proyectos existentes en China están dirigidos específicamente a los consumidores industriales cercanos a la planta: las mismas refinerías o plantas químicas. Construir una infraestructura para transportar hidrógeno comprimido o licuado es una historia diferente con un retorno de la inversión aún dudoso. La perspectiva se ve en la creación de clusters locales: una planta de coque, producción de hidrógeno y una empresa de consumo cercana. Esto reduce los riesgos y costes logísticos.

Es interesante que algunas empresas, por ejemplo la misma Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd., posicionada como un instituto de diseño con un capital registrado de 120 millones de yuanes, ofrezcan soluciones llave en mano, incluido el análisis de mercados potenciales. Este es el enfoque correcto, porque sin entender a quién y a qué precio se venderá el hidrógeno, incluso la instalación tecnológicamente más avanzada se convierte en una carga.

Resultados: hay perspectivas, pero son mundanas

¿Hay entonces alguna perspectiva? Definitivamente sí. Pero ésta no es una innovadora tecnología “verde” del futuro, sino una solución pragmática y eficiente en el uso de recursos para una industria gigante ya existente. Sus impulsores no son la moda del hidrógeno, sino las estrictas normas medioambientales (prohibición de quemar gases asociados) y la viabilidad económica de la eliminación de residuos.

El principal potencial reside en la integración. ¿No en la construcción de ?hidrógeno? talleres, y en la profunda modernización de todo el proceso coque-químico con el vector hidrógeno como una de las áreas de producto. Esto requiere grandes inversiones y competencias que no todos tienen.

Personalmente, miro esto con cauteloso optimismo. La tecnología no es nueva, sus riesgos son conocidos. El éxito del proyecto estará determinado no tanto por la elección entre PSA o membrana, sino por la calidad de la ingeniería, la profundidad del desarrollo de la base de materias primas y cálculos económicos sobrios que lo tengan todo en cuenta, hasta el contenido de humedad estacional del carbón. Este no es un campo para aficionados. Este es un trabajo para aquellos que entienden la química del coque desde adentro y están listos para resolver problemas complejos y no estándar. Y, afortunadamente, ya existen jugadores de este tipo en el mercado.