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を作るというのは、当然のアイデアのように思えますよね?特に中国では、コークス化学が単なる産業ではなく、産業文化全体の層となっています。しかし、それを掘り下げ始めると、「明白なアイデア」の間に何かがあることに気づきます。そして実際の、費用対効果が高く安全な実践、それがキャズムです。多くの人はすぐに純粋な水素の流れとグリーン証明書を想像し、二酸化炭素、硫化水素、タール、そしてコークス炉ガスが主にコークス工場自体の燃料であるという事実を忘れています。このガスを彼らから取り除くことは、エネルギー生産システム全体を再構築することを意味します。おそらく、この矛盾から始める価値があるでしょう。

単なる副産物ではないコークス炉ガスの実態

などの機関と協力してプロジェクトに取り組んでいます。成都宜之科技有限公司（ちなみに、これは彼らのウェブサイトです、https://www.yzkjhx.ru- 分離技術に関する有用なリソース）を使用すると、冶金学者からの同じ要求に常に遭遇します。「はい、ガスはありますが、自分たちのニーズを満たすのに十分なものはありませんか?」そしてこれが重要なポイントです。コークスガス- 単に処分を待つだけの「廃棄物」ではありません。これは調整されたエネルギーキャリアであり、コークス炉バッテリーの加熱、石炭の乾燥、場合によっては蒸気の生成に使用されます。その組成は約 55 ～ 60% の H2、25 ～ 30% CH4、残りは CO、N2、重質炭化水素および不純物です。初期発熱量はプロセスサイクルにとって重要です。

したがって、水素についての会話は、「どうやって分離するか?」ではなく、「エネルギーバランスをどう補うか?」から始まります。ガソリンを入れるなら水素、たとえば、天然ガス用の炉を再建したり、熱回収を導入したりするなど、見返りに何かを提供する必要があります。これらは資本コストであり、プロジェクトの経済性の一部を即座に消費します。山西省のある工場で、一般ネットワークから直接水素を選択するための膜ユニットを設置する試みを見ました。すべて計算されていたようですが、石炭のバッチを変更する際の圧力とガス組成の変動は考慮されていませんでした。膜はすぐにコーキングし、プロジェクトは凍結されました。この経験は高価ですが、発見があります。

そして、構成についてもう一つ。主要な 3 つ (H2、CH4、CO) に加えて、ナフタレン、硫化水素、シアン化水素があります。圧力サイクル吸着 (PSA) であれ膜であれ、水素回収のためのあらゆる設備では、入口での徹底的な多段階洗浄が必要です。そうしないと、触媒が汚染され、膜が機能しなくなります。標準チェーン：冷却、電気集塵機、樹脂除去、脱硫。それは単なる「フィルターの設置」ではなく、化学ワークショップ全体です。そして、そのコストは、PSA ユニットのことだけを考えていた顧客にとってはしばしば驚きです。

テクノロジーの岐路: PSA、膜、あるいはその他?

中国は歴史的に短サイクル吸着（SCA）にもっと引き寄せられてきました。理由は明らかです。この技術は実証済みであり、99.999%以上の純度の水素を得ることが可能であり、その過程でメタン水素留分を分離することが可能です。たとえば、このような設備は、次の企業によって設計および供給されています。成都宜之科技有限公司— Huaxi Technology によって設立されたこの設計機関は、ガス分離において確かな経験を持っています。私は彼らの設備が稼働しているのを見ました。それらは信頼性がありますが、適切な操作が必要です。ここで重要な点は、特定のガス組成に対する吸着剤を正しく選択することと、残留ガス (ラフィネート) を処理できることです。

しかし、CCAは万能薬ではありません。設置は大掛かりで、エネルギーを大量に消費し（圧力を生成するにはコンプレッサーが必要）、バルブを切り替えるには高品質の自動化が必要です。ガス流量が少ない場合、不当に高価になる可能性があります。ここで膜技術が活躍します。それらはよりコンパクトで操作が簡単ですが、微妙な点があります。出力時の水素の純度が 1 回のパスで 99% を超えることはほとんどなく、圧力と原料の組成に大きく依存します。多くの用途 (石油化学産業における水素化処理など) では、これで十分です。しかし、エレクトロニクスや燃料電池に超高純度の水素が必要な場合は、その後の精製なしでは対応できません。

現在いくつかの施設でテストされている興味深いハイブリッド アプローチは、膜前処理と PSA の組み合わせです。膜は大量の水素を除去し、より高価な吸着ユニットの負荷を軽減します。これは論理的であるように思えますが、実際には、ダイナミクスが異なる 2 つのシステムの動作を同期させると困難が生じます。現時点では、これらはパイロット ソリューションです。個人的には、テクノロジーの選択は常に、必要な製品の純度、利用可能な資本、および現地スタッフの資格の間の妥協点であると考える傾向があります。場合によっては、1 つの複雑な PSA よりも、選択性の異なる 2 段階の膜を供給する方が簡単で安価です。

この水素をどこに入れるか？市場消費と国内消費

そこで水素を分離しました。そして何？最も簡単な方法は、同じ工場または隣接する生産現場で使用することです。コークス産業には独自の水素化プロセスがあり、石油精製には独自の水素化処理プロセスがあります。これは最良のオプションであり、圧縮と保管にかかる物流とコストを最小限に抑えます。しかし、多くの場合、割り当て容量がローカルのニーズを超えています。次に、海外市場への参入についての疑問が生じます。

そしてここから最も難しい部分が始まります。中国の水素市場はまだ勃興したばかりです。輸送インフラ（パイプライン、加圧タンカー）が著しく不足しています。 200 kmを超える輸送コストにより、地元で生産される水蒸気メタン改質水素と比較して製品の競争力がなくなる可能性があります。そのため、多くのプロジェクトがコークス炉ガスからの水素今日、それらはコークス工場 + 製油所 + おそらく化学企業といった地元クラスターの創設と結びついています。地理がすべてです。

もう 1 つの潜在的な消費者は鉄鋼生産です。高炉でコークスの一部を置き換えるために水素を使用する実験が進行中です。しかし、これらは未来のテクノロジーであり、まだ初期段階にあります。より現実的なシナリオは、近くに対応する生産施設がある場合、水素を直接使用してアンモニアまたはメタノールを合成することです。しかし、ここでも経済の問題に直面します。コークス炉ガスからの水素のコストは、すべての精製コストを考慮しても、天然ガスからの水素のコストよりも低いのです。これが彼の主な切り札だ。ただし、この利点は近くに信頼性が高く安定した流通チャネルがある場合にのみ実現できます。

経済学と落とし穴: プレゼンテーションに書かれていないこと

実現可能性の調査では、原材料の低コスト（ガスは「無料」）、水素の需要の増大、「グリーン」ガスに対する政府の補助金など、すべてが順調に見えます。テクノロジー。現実はもっと厳しいです。まず第一に、それは「無料」です。原材料。すでに述べたように、ガス抽出は燃料の損失です。プラントにおけるこのガスの実際の機会費用を考慮する必要があります。場合によっては、高価な水素分離プラントに投資するよりも、コークス炉ガスそのものを燃料として近隣のプラントに販売した方が収益性が高いことが判明することがあります。

第二に、資本コストです。洗浄から圧縮までの本格的な複合施設には数千万ドルの費用がかかります。回収期間は水素の最終価格に大きく依存し、価格は非常に不安定です。第三に、運営コストです。吸着剤、膜、硫黄除去用試薬、圧縮用エネルギーの交換 - これは継続的な現金流出です。硫化水素の含有量が高いため、追加の酸化脱硫段階を設置する必要があり、すべての収益性が損なわれたプロジェクトを目にしました。

そして主な障害は安定性です。コークスの生産は循環的です。バッテリー修理のため計画停止があり、石炭の品質には変動がある。ガスの組成や量は一定ではありません。水素設備は柔軟性があり、そのような変動に耐性がなければなりませんが、これは複雑で高価な自動化です。すべてのテクノロジー メーカーが「標準」製品を販売する際にこれを考慮しているわけではありません。ソリューション。経験成都宜之科技有限公司彼らのプロジェクトから判断すると、彼らはコークス化学製品の製造の詳細に深く没頭しており、抽象的なインスタレーションを提供していないため、ここでの価値はまさにあります。

前を見据えて: トンネルの終わりに光はありますか?

あらゆる困難にもかかわらず、この方向性には展望がある。ドライバーは数名います。 1つ目は「デュアルカーボンニュートラル」政策です。中国で。このため、私たちは二酸化炭素排出量を削減するあらゆる機会を探す必要があります。コークス炉ガスからの水素副産物を利用して低炭素 (「グリーン?」と混同しないでください) 水素を生成することです。これは、ガスを燃焼させたり、精製せずに単に燃料として使用したりするよりも優れています。カーボン クレジットまたはその他の設定が表示される場合があります。

2 番目の推進力は、特定の地域における水素エネルギーとモビリティの開発です。コークス化学品の主要生産能力が集中している山西省や河北省に水素充填所のネットワークが構築されれば、コークス炉ガスの現地生産が戦略的に重要になる。現時点では、これらは対象を絞った取り組みです。

3 番目の要素は技術的なものです。安価で不純物に強い膜、より大容量の吸着剤、効果的な洗浄方法が登場しています。プロセスのエネルギー消費が削減されます。これにより経済が改善されます。しかし、実践に基づいた基本的な結論は、成功するのは単に技術的に水素を抽出するプロジェクトではなく、最初から産業クラスター全体のエネルギーと資源の供給のための包括的なスキームに組み込まれ、思慮深いバランスと信頼できる販売が行われたプロジェクトであるということです。これは、単に機器を購入するだけではなく、複雑なシステムタスクです。そして、この体系的なアプローチの中に、中国におけるコークス炉ガスからの水素の主な見通しがあるように私には思われます。