China: del metanol al hidrógeno: ¿tecnología y ecología? 

Cuando se oye hablar de “metanol a hidrógeno”, mucha gente piensa inmediatamente en instalaciones de laboratorio o proyectos piloto a distancia. De hecho, en China esto ya no es sólo una tecnología, sino toda una industria que se apoya en dos pilares: la economía real del proceso y su aceptabilidad ambiental. Y entre estos polos hay muchos matices que a menudo pasan desapercibidos en los informes. Yo mismo he estado evaluando estos sistemas durante mucho tiempo y diré: el principal error es creer que, dado que la reacción de conversión de metanol se conoce desde hace décadas, la implementación es simple. Todo se reduce a los detalles: desde la pureza de las materias primas hasta cómo se utiliza exactamente el subproducto CO2.

De la teoría a la práctica: donde tropiezan los proyectos

Tomemos el clásico reformado con vapor de metanol. Las fórmulas de los libros de texto parecen elegantes, pero en la práctica el parámetro clave es la coherencia en la entrega. Si el metanol se transporta en tanques en una instalación y hay interrupciones, el catalizador puede cansarse. de los ciclos de calefacción-refrigeración. Vi un caso en uno de los sitios en Shandong: instalaciónconversión de metanolLa capacidad de diseño de 500 Nm3/h de hidrógeno arrojó excelentes cifras en los primeros meses, pero tras seis meses de funcionamiento la actividad cayó casi un 15%. La razón resultó ser una pequeña cosa: periódicamente se encontraban trazas de cloruros en las materias primas debido a cuestiones logísticas, sobre lo que el proveedor guardó silencio.

U otro aspecto: el equilibrio térmico. Una reacción endotérmica requiere un suministro preciso de calor. En teoría, se utiliza el calor de los gases de combustión o calentadores eléctricos. Pero en las provincias del norte, en invierno, cuando la temperatura en el lugar desciende a -20°C, mantener una temperatura estable en la entrada del reactor se convierte en una tarea aparte. Es necesario reconsiderar el sistema de aislamiento y precalentamiento; esto aumenta los costos de capital, que no siempre se tienen en cuenta en el estudio de viabilidad preliminar.

Aquí vale la pena mencionar la experiencia de colegas de Chengdu Yizhi Technology Co. (su sitio web eshttps://www.yzkjhx.ru). Se trata de un instituto de diseño con un capital autorizado importante, creado por Huaxi Technology. Se centran en soluciones integrales de ingeniería, y no sólo en la venta de instalaciones. Un detalle importante de su enfoque es visible: a menudo ofrecen a sus clientes pruebas con materias primas reales de una planta específica. ¿Esto le permite? Atrapar? esas mismas impurezas y ajustar el esquema tecnológico en una etapa temprana, evitando costosas modificaciones tardías.

Ecología: no sólo sobre CO2

Cuando la gente habla de medio ambiente, todo el mundo piensa inmediatamente en las emisiones de dióxido de carbono. Sí, el CO2 se forma durante la conversión del metanol. Pero en comparación con el reformado tradicional de gas natural con vapor, la huella de carbono puede ser diferente, dependiendo de qué tan ecológico sea. fuente del propio metanol. Si el metanol se sintetiza a partir de biomasa o CO2 capturado, la cadena se vuelve mucho más limpia. China ahora está desarrollando activamente precisamente ese tipo de proyectos de “metanol verde”. en regiones con abundante biomasa, como Guangxi.

Sin embargo, también hay un aspecto medioambiental menos evidente: las emisiones locales. Instalaciónproducción de hidrógenoEl material fabricado con metanol es compacto y puede colocarse cerca del consumidor (por ejemplo, en una estación de servicio de hidrógeno o en una fábrica de vidrio). Esto reduce la logística y los riesgos asociados con el transporte de hidrógeno comprimido o licuado. Pero al mismo tiempo es necesario controlar muy estrictamente las posibles microfugas de metanol y productos de reacción. El metanol, aunque menos volátil que algunos hidrocarburos, sigue siendo tóxico.

En una de las plantas de producción de vidrio óptico cerca de Shanghai, nos enfrentamos a la necesidad de equipar la instalación con un sistema adicional de absorción de vapor en la etapa de drenaje y almacenamiento de materias primas. Esto no estaba especificado en el proyecto original, pero los requisitos de la supervisión ambiental local se han vuelto más estrictos. Tuvimos que integrar rápidamente el módulo con carbón activo. Estos matices rara vez se discuten en las conferencias, pero determinan si un proyecto será verdaderamente sostenible y respetuoso con el medio ambiente.

Variaciones tecnológicas: no sólo reformar

El reformado con vapor es la ruta principal, pero no la única. El reformado autotérmico, en el que una parte del metanol se oxida con el aire, está ganando impulso y proporciona calor para la propia reacción de reformado endotérmico. Esto proporciona un aumento más rápido y es más adecuado para aplicaciones de carga variable. Pero hay un dolor de cabeza: la dosificación precisa del aire y el control de la temperatura en la zona de oxidación, para que subproductos como el monóxido de carbono no superen lo normal.

Otra dirección son los reactores de membrana, donde se libera hidrógeno directamente durante la reacción, alterando el equilibrio. La tecnología es prometedora en términos de eficiencia, pero las membranas (a menudo de paladio) son susceptibles al envenenamiento por azufre y cloro. En China, varios grupos científicos y empresas, incluida Chengdu Yizhi Technology Co., están trabajando en membranas compuestas más resistentes. Su perfil es precisamente el diseño y la implementación de tecnologías químicas, por lo que sus investigaciones a menudo encuentran rápidamente su camino hacia muestras industriales piloto.

¿Hemos probado esto? Sí, hubo un proyecto piloto con un módulo de membrana para una instalación pequeña a 50 Nm3/h. La principal dificultad resultó no estar en la membrana en sí, sino en el sistema de prepurificación del metanol al nivel de "pureza ultraalta". El costo de esta preparación previa consumió todos los beneficios económicos del aumento de la conversión. El proyecto se congeló y se concluyó que, teniendo en cuenta el estado actual del mercado y los precios del metanol en la región, el reformado con vapor probado con purificación por adsorción de múltiples etapas de hidrógeno en la salida es más rentable.

Economía: cuando los números empiezan a hablar

Cualquier conversación sobre tecnología se reduce al dinero. Costohidrógeno del metanolen China está fuertemente ligada a la región. En aquellas provincias donde se produce metanol a gran escala (Ningxia, Mongolia Interior), el precio de las materias primas puede ser entre un 30 y un 40% más bajo que en el sur, donde es necesario transportarlo. Por lo tanto, no existen cálculos económicos estándar: cada proyecto requiere referencia a las condiciones locales.

Un punto importante son los productos relacionados. El CO2 puro que se libera en el proceso no se puede desechar, sino que se puede vender a las mismas empresas de la industria alimentaria o para soldar. Pero esto requiere una inversión adicional en el sistema de limpieza, compresión y dosificación. Para una instalación pequeña, esto suele no ser rentable, pero para instalaciones grandes con una capacidad de varios miles de Nm3/h por día ya puede proporcionar importantes ingresos adicionales.

La recuperación de la inversión también depende en gran medida de la alternativa. Si no hay una tubería de gas natural cerca y el electrolizador requiere uno “verde” costoso. electricidad y grandes áreas, entonces la planta de metanol parece muy competitiva. Particularmente para industrias como las de productos intermedios farmacéuticos o el tratamiento térmico de metales, donde se necesita hidrógeno de pureza relativamente alta, pero no necesariamente cinco nueves.

De cara al futuro: hacia dónde sopla el viento

La tendencia es obvia: la integración. Instalaciónmetanol-hidrógenodeja de ser un aparato aislado. Se considera cada vez más como parte de un sistema energético o químico más amplio. Por ejemplo, en las acerías donde hay un exceso de gas de horno de coque, se puede utilizar para sintetizar metanol y se puede obtener hidrógeno a partir del metanol para reducir el hierro. Esto da como resultado un ciclo cerrado con valor añadido.

Otro vector es la conexión con fuentes de energía renovables. Durante los períodos de exceso de generación eólica o solar, la electricidad se puede utilizar para producir electricidad “verde”. metanol (mediante la producción de H2 “verde” y posterior síntesis con CO2 capturado). Y luego utilice este metanol como un conveniente portador de energía y fuente de hidrógeno cuando no haya sol ni viento. Esto resuelve el problema de la intermitencia de las RES. En China ya se han puesto en marcha proyectos de demostración de este tipo, por ejemplo en la provincia de Gansu.

¿Qué sigue? Creo que lo que nos espera no es la revolución, sino la evolución. Mejorar los catalizadores (mayor resistencia a las impurezas, menores temperaturas de operación), reducir el costo de los sistemas de limpieza fina, estandarizar soluciones modulares para diferentes capacidades. Y, por supuesto, presión regulatoria para reducir la huella de carbono global de toda la cadena. La tecnología está pasando de la categoría de prometedora a la de práctica, pero su éxito seguirá estando determinado no por las hermosas presentaciones, sino por la capacidad de los ingenieros de contar cada yuan y anticipar los problemas en el sitio un año antes de su lanzamiento. Esto es exactamente lo que, por cierto, hacen en Chengdu Yizhi Technology Co., sobre lo que puede leer más en su sitio web. Su enfoque (diseñar teniendo en cuenta el coste de propiedad durante toda la vida útil, y no sólo el precio del equipo) es quizás la principal lección de los últimos años para toda la industria.