中国：メタノールから水素へ - 技術とエコロジー? 

「メタノールから水素へ」と聞くと、多くの人はすぐに実験室の設備や遠く離れたパイロットプロジェクトを思い浮かべます。実際、中国ではこれはもはや単なる技術ではなく、プロセスの実際の経済性と環境への許容性という 2 つの柱に基づいた産業全体となっています。そして、これらの両極の間には、レポートでは見逃されがちな多くのニュアンスがあります。私自身、このようなシステムを長い間評価してきましたが、主な誤解は、メタノール変換反応は何十年も前から知られているため、実装は簡単であると信じることです。原材料の純度から副産物の CO2 をどのように正確に利用するかまで、すべては細部にまで及びます。

理論から実践へ: プロジェクトがつまずく場所

メタノールの古典的な水蒸気改質を考えてみましょう。教科書の公式は洗練されているように見えますが、実際には、重要なパラメータは提供の一貫性です。施設内でメタノールをタンクで輸送する際に中断があると、触媒が疲労する可能性があります。冷暖房サイクルから。山東省の現場で、次のような事例を見ました。メタノール変換設計容量 500 Nm3/h の水素は、最初の数か月間は優れた数値を示しましたが、6 か月間稼働した後、活性はほぼ 15% 低下しました。その理由は些細なことであることが判明しました。物流の関係で原材料中に塩化物の痕跡が定期的に検出されましたが、サプライヤーはそれについて黙っていました。

または別の側面 - 熱バランス。吸熱反応には正確な熱の供給が必要です。理論的には、排ガスまたは電気ヒーターの熱を利用します。しかし、北部の州では冬に現場の気温がマイナス20℃まで下がるため、原子炉入口の温度を安定に維持するのは別の作業となる。断熱および予熱システムを再検討する必要があります。これにより資本コストが増加しますが、予備的な実現可能性調査では必ずしも考慮されていません。

ここで、Chengdu Yizhi Technology Co. の同僚の経験に言及する価値があります (彼らの Web サイトは次のとおりです)。https://www.yzkjhx.ru）。これは、Huaxi Technology によって設立された、本格的な認可資本を持つ設計機関です。彼らは設置の販売だけではなく、包括的なエンジニアリング ソリューションに重点を置いています。彼らのアプローチの重要な詳細は目に見えています。彼らはクライアントに特定の工場からの実際の原材料の試運転を提供することがよくあります。これにより、「キャッチ」が可能になります。それらと同じ不純物を除去し、早い段階で技術スキームを調整し、後からの高価な変更を回避します。

エコロジー: CO2 だけではない

環境について話すとき、誰もがすぐに二酸化炭素の排出を思い浮かべます。はい、メタノールの変換中に CO2 が生成されます。しかし、従来の天然ガスの水蒸気改質と比較すると、炭素排出量は、それがどれだけ環境に優しいかに応じて異なる可能性があります。メタノール自体の原料。メタノールがバイオマスまたは回収された CO2 から合成されれば、チェーンはよりクリーンになります。中国は現在、まさにそのような「グリーンメタノール」プロジェクトを積極的に開発している。広西チワン族自治区などのバイオマスが豊富な地域では。

しかし、あまり明らかではない環境側面、つまり局地的排出もあります。インストール水素製造メタノールから作られた製品はコンパクトなので、消費者の近く（たとえば、水素充填ステーションやガラス工場）に設置できます。これにより、圧縮水素または液化水素の輸送に伴う物流とリスクが軽減されます。しかし同時に、メタノールや反応生成物の微量漏洩の可能性を非常に厳密に制御する必要があります。メタノールは、一部の炭化水素よりも揮発性が低いものの、依然として有毒です。

上海近郊の光学ガラス生産工場の 1 つでは、原材料の排出と保管の段階で追加の蒸気吸収システムを設備に装備する必要性に直面しました。これは当初のプロジェクトでは指定されていませんでしたが、地元の環境監督の要件がより厳しくなりました。私たちはモジュールと活性炭を迅速に統合する必要がありました。このようなニュアンスが会議で議論されることはほとんどありませんが、プロジェクトが本当に持続可能で環境に優しいものであるかどうかは、それらによって決まります。

技術のバリエーション：改革だけではない

水蒸気改質が主要なルートですが、唯一のルートではありません。メタノールの一部が空気によって酸化される自己熱改質が勢いを増しており、吸熱改質反応自体に熱を提供します。これにより、立ち上がりが速くなり、可変負荷アプリケーションに適しています。しかし、頭の痛い問題があります。それは、一酸化炭素などの副生成物が基準を超えないようにするために、酸化ゾーンの正確な空気量と温度制御です。

もう 1 つの方向は膜反応器で、反応中に水素が直接放出され、平衡が変化します。この技術は効率の点で有望ですが、膜 (多くの場合パラジウム) は硫黄や塩素による中毒を受けやすいです。中国では、Chengdu Yizhi Technology Co. を含むいくつかの科学グループや企業が、より耐久性の高い複合膜の開発に取り組んでいます。彼らのプロフィールはまさに化学技術の設計と実装であるため、彼らの研究は多くの場合、パイロット工業サンプルにすぐに反映されます。

これを試してみましたか？はい、50 Nm3/h の小規模設備用の膜モジュールを使用したパイロット プロジェクトがありました。主な問題は膜自体にあるのではなく、メタノールを「超高純度」のレベルまで予備精製するシステムにあることが判明しました。この事前準備のコストが、コンバージョンの増加による経済的利益をすべて使い果たしてしまいました。この地域のメタノール市場の現状と価格を考慮すると、出口での水素の多段階吸着精製を伴う実績のある水蒸気改質の方が費用効率が高いと結論付け、プロジェクトは凍結された。

経済学: 数字が語り始めるとき

テクノロジーに関する会話はすべて、結局はお金の話になります。コストメタノールからの水素中国ではこの地域と強く結びついています。大規模なメタノール生産が行われている省（寧夏回族自治区、内モンゴル自治区）では、原料の価格が輸送が必要な南部よりも30～40％安くなる可能性があります。したがって、標準的な経済計算は存在せず、各プロジェクトでは現地の状況を参照する必要があります。

重要なポイントは関連商品です。その過程で排出される純粋な CO2 は捨てることはできませんが、同じ食品業界の企業に販売したり、溶接用に販売したりすることができます。ただし、これには洗浄、圧縮、分配システムへの追加投資が必要です。小規模な設備の場合、これは採算が合わないことがよくありますが、1 日あたり数千 Nm3/h の処理能力を持つ大規模施設の場合、すでにかなりの追加収入が得られます。

投資回収も代替手段に大きく依存します。近くに天然ガスのパイプラインがなく、電解槽には高価な「グリーン」電解槽が必要な場合。電力と広い面積を考慮すると、メタノールプラントは非常に競争力があるように見えます。特に、医薬品中間体や金属熱処理などの業界では、比較的高純度の水素が必要ですが、必ずしも 9 分の 1 である必要はありません。

先を見据えて：風はどっちに吹くのか

傾向は明らかです - 統合です。インストールメタノール水素孤立した装置ではなくなります。それはより大きなエネルギーまたは化学システムの一部として見られることが増えています。たとえば、コークス炉ガスが過剰な製鉄所では、それを使用してメタノールを合成し、メタノールから水素を取り出して鉄を還元することができます。これにより、付加価値のある閉じたサイクルが生まれます。

もう一つのベクトルは、再生可能エネルギー源とのつながりです。風力発電または太陽光発電が過剰な期間には、電力を使用して「グリーン」電力を生成できます。メタノール（「緑色の」H2 の生成とその後の回収された CO2 による合成による）。そして、このメタノールを、太陽や風がないときの便利なエネルギー媒体および水素源として使用します。これにより、RES の断続性の問題が解決されます。中国では甘粛省などでこうした実証プロジェクトがすでに始まっている。

次は何でしょうか？私たちを待っているのは革命ではなく進化だと思います。触媒の改善（不純物に対する耐性の向上、動作温度の低下）、精密洗浄システムのコストの削減、さまざまな容量に合わせたモジュール式ソリューションの標準化。そしてもちろん、チェーン全体の二酸化炭素排出量を削減するという規制の圧力もかかります。このテクノロジーは有望なカテゴリーから実用的なカテゴリーに移行しつつあるが、その成功は今後も美しいプレゼンテーションではなく、発売の 1 年前にすべての金額を計算し、サイト上での問題を予測できるエンジニアの能力によって決まるだろう。ちなみに、これはまさに成都宜志科技有限公司で行われていることです。詳細については、同社のウェブサイトで読むことができます。機器の価格だけでなく、生涯にわたる所有コスト全体を考慮して設計するという彼らのアプローチは、おそらく業界全体にとって近年の主な教訓です。