中国：コークス炉ガスからの水素 - 見通しは？ 

「コークス炉ガスから水素？」と聞くと、多くの人はすぐに博物館のような古いプロセスを思い浮かべます。そしてこれが主な誤解です。実際、これは古風さに関するものではなく、そうでなければただトーチで燃えてしまう副産物に第二の命を与える方法についてです。コークス生産量が膨大な中国では、この問題は長い間、理論的な問題から純粋に実際的な問題へと変わり、非常に物議を醸しています。

単なる副流ではなく原料基地

美しいプレゼンテーションはさておき、重要なのは構成と一貫性です。コークス炉ガスは天然ガスではありません。その組成は石炭の種類、コークス化モード、さらには天候によっても異なります。水素含有量は 50% から 60% の範囲ですが、それに伴ってメタン、一酸化炭素、重炭化水素、そして重要な点として硫黄も含まれます。実際に最初に遭遇するのは「水素の製造」ではなく、予備精製です。硫化水素、シアン化物、ナフタレン - ガスが到達する前に、これらすべてを除去する必要があります。吸着ユニット。多くのプロジェクトは、準備コストを過小評価しており、この段階でつまずいてしまいます。

たとえば、山西省の古い工場の 1 つでは、大まかな洗浄の直後に膜分離を導入しようとしました。アイデアはスピードと経済性でした。しかし、すぐに膜が残留樹脂で詰まり、プロジェクトは大幅なダウンタイムに陥りました。古典に戻らなければなりませんでした -圧力スイング吸着(PSA) しかし、より本格的な予洗いは必要ですか?ガス これにより、資本コストと運用上の困難の両方が追加されました。安価な原材料は安価な準備を必要としないことが判明しました。

ここで、単なるエンジニアリング会社と専門の設計機関の違いがわかります。ガス分離だけでなくコークスの化学についても深く理解する必要があります。ガス出力の周期性とその温度パラメータを考慮して、プロセスラインが炉自体から構築されているプロジェクトを見てきました。これはもうレベルが違いますね。ところで、中国のこの狭いニッチ分野で体系的に活動している数少ない人の一人は、成都宜之科技有限公司(彼らのウェブサイトはyzkjhx.ru）。彼らは華西の化学技術から成長しており、そのポートフォリオから判断すると、この問題に包括的にアプローチしています。単に PSA ユニットを販売するだけではなく、ガスの受け入れから商用水素生産までのサイクル全体を設計しています。彼らの経験はまさに、原材料の詳細な研究なしには遠くまでは進めないということです。

経済学: 利益はどこに隠されているのでしょうか?

主な議論は? - 原材料の低コスト。ガスは実際には無料で、廃棄する必要があるだけです。しかし、これは投資家にとっての罠です。主なコストは、水素の精製と分離、次に圧縮と貯蔵への設備投資です。 PSA からの純粋な水素はまだ製品ではありません。それは消費者の要求に合わせなければなりません。石油精製, アンモニアの生成または新興水素エネルギー.

私が参加したプロジェクトのひとつでは、すべてが細部に至るまで計算されていました。損益分岐点は、コークス炉バッテリーの安定性 (ダウンタイムやガス量の変動がないように) と、メタンの水蒸気改質などによる代替水素の価格の 2 つの要素に大きく依存することがわかりました。天然ガス価格が安いと、「コークス」の経済全体が減少します。水素が崩壊する。しかし中国では近年、資源の多様化と二酸化炭素排出量の削減に向けた政策が進んでいる。そしてここで、副生ガスからの水素は第二の風を受けます - 経済的というよりは環境的、戦略的です。

もう一つのニュアンスは、水素抽出後の廃ガスをどうするかということです。まだまだ発熱量はあります。最も論理的な方法は、それを工場のエネルギー システムに戻してコークス炉を加熱したり、蒸気を生成したりすることです。しかし、これには既存のインフラストラクチャとの統合が必要であり、古い工場ではその近代化が別の悩みの種となっています。それは、技術的解決策が経済に直接影響を与えるパズルであることが判明しました。

技術フォーク: PSA、膜、それとも極低温?

世界を支配するPSA技術。信頼性と実績があり、最大 99.999% の水素純度を得ることができます。しかし、設備は大きく、バルブと自動化の複雑なシステムが必要で、維持費も高価です。前述の Yizhi Technology を含む中国メーカーはずっと前にこの装置を国産化し、コストを削減しました。しかし、物理学をだますことはできません。このプロセスは循環的であり、廃棄物の流れとともに水素が失われます (最大 15 ～ 25%)。大規模なプロダクションでは、これはすでに重要です。

膜分離はよりエレガントに見えます - コンパクトで可動部品が少なくなります。しかし、すでに述べたように、入口ガスの純度は非常に重要です。洗浄後のコークス炉ガス中に高級炭化水素または芳香族蒸気が微量でも残っている場合、膜は機能しません。私は、大まかな洗浄 -> 膜 (大量の水素の分離) -> 小さな PSA での仕上げという組み合わせのスキームの試みを見てきました。理論的には、資本コストと運用コストの点で最適です。実際には、2 つの異なる技術ラインを管理する複雑さによって、すべての節約が使い果たされてしまうことがよくありました。

極低温分離は、非常に大量の場合や、水素だけでなく、たとえばエチレンも分離する必要がある場合に使用されます。標準的なコークス化学の場合、これはほとんどの場合冗長です。結論？普遍的な解決策はありません。テクノロジーの選択は常に、原材料の純度、必要な量と製品の純度、さらにはより複雑な管理に対する顧客の準備状況との間の妥協点となります。

実践事例: 「乾燥」ガスに関する明らかではない問題

原材料の特性をよく表している、それほど明白ではない失敗を 1 つ共有したいと思います。河北省のある工場で PSA 工場の立ち上げが成功した後、数か月後には生産性が徐々に低下し始めました。圧力、温度 - すべて正常で、吸着剤は新鮮です。私たちはその理由を長い間探しました。雨季にはコークス化に供給される石炭の湿度が上昇することが判明した。これは、コークス炉ガスの組成に影響を及ぼし、水素含有量がわずかに減少し、CO 含有量が増加しました。しかし、重要なことは、作業場の微気候が変化し、より多くの大気中の湿気がガス処理システムに入り込んだことです。

PSA 前乾燥ユニットの吸着剤は標準条件向けに設計されており、この追加の水分では十分ではありませんでした。その結果、生ガスが PSA カラムに入り、湿気が「中毒」を起こし始めました。水素の精製を担うゼオライト吸着剤。この問題は、高価な吸着剤の交換ではなく、入口乾燥システムの改善と季節に応じた規制の見直しによって解決されました。些細なこと？紙の上では - はい。実際には、数週間のダウンタイムが発生し、大量の製品が失われます。これも教科書に載っていない「実践」です。

どこで売る？市場が純度を決める

水素を入手すれば戦いは半分完了です。販売する必要があります。そしてここで純粋性の問題が生じます。製油所での水素化処理の場合、多くの場合、99.9% で十分です。しかし、燃料電池や電子機器に電力を供給するには、触媒にとって有害なCOを厳密に管理し、99.999%以上の純度が必要です。コークス炉ガスは、最先端の精製を行った後でも、特定の炭化水素の微量不純物が常に含まれるリスクを伴います。

したがって、中国の既存プロジェクトのほとんどは、特に同じ製油所や化学工場など、工場近くの産業消費者を対象としています。圧縮水素または液化水素を輸送するためのインフラを構築する場合は、投資収益率が依然として疑わしいため、別の話になります。その見通しは、コークス工場、水素製造、近くの消費者企業といった地域クラスターの創設に見られます。これにより、物流のリスクとコストが削減されます。

興味深いのは、登録資本金 1 億 2,000 万元の設計機関として位置付けられている同じ成都宜志科技有限公司など、潜在市場の分析を含むターンキー ソリューションを提供する企業もあるということです。これは正しいアプローチです。なぜなら、水素を誰に、どのくらいの価格で販売するのかを理解していなければ、最先端の技術を導入したとしても負担になるからです。

結果: 見通しはあるが、ありふれたものである

それで、何か見通しはあるのでしょうか？確かにそうです。しかし、これは未来の画期的な「グリーン」テクノロジーではなく、既存の巨大産業のための実用的でリソース効率の高いソリューションです。その原動力は水素の流行ではなく、厳格な環境基準（随伴ガスの燃焼禁止）と廃棄物処理の経済的実現可能性です。

主な可能性は統合にあります。個々の「水素」の構築ではありません。また、製品分野の 1 つとして水素ベクトルを使用したコークス化学プロセス全体の大幅な近代化にも取り組んでいます。これには多額の投資と能力が必要ですが、誰もがそれを持っているわけではありません。

個人的には、私はこれを慎重ながら楽観的に見ています。このテクノロジーは新しいものではありませんが、その落とし穴は知られています。プロジェクトの成功は、PSAか膜のどちらを選択するかということよりも、エンジニアリングの質、原料ベースの開発の深さ、石炭の季節的な水分含有量に至るまですべてを考慮した冷静な経済計算によって決まります。これはアマチュアの分野ではありません。これは、コークスの化学を内部から理解し、複雑で非標準的な問題を解決する準備ができている人向けの仕事です。そして幸いなことに、そのようなプレーヤーはすでに市場に存在しています。