China: innovaties op het gebied van zuurstofgebruik? 

Als je over ‘zuurstofgebruik’ hoort, denken veel mensen onmiddellijk aan grote metallurgische of chemische fabrieken, of gigantische luchtscheidingseenheden (ASU). Maar de realiteit, althans wat ik de afgelopen tien jaar in China heb waargenomen, is veel interessanter en, laten we zeggen, ‘nuchterder’. We hebben het niet zozeer over de mondiale verzameling en verwerking, maar over lokale, bijna puntsgewijze optimalisatie van processen, waar deze ‘zuurstof’ zich bevindt. – vaak een bijproduct, overtollige of, omgekeerd, schaarse hulpbron – wordt een punt voor innovatie. En hier tonen Chinese ingenieurs, vooral in particuliere ontwerpinstituten, een verbazingwekkende flexibiliteit. Soms lijken hun benaderingen niet-standaard en zelfs riskant voor hun westerse collega's, maar ze maken het mogelijk om problemen op te lossen die binnen het raamwerk van klassieke schema's als onrendabel zouden worden beschouwd.

Waar komt het ‘extra’ vandaan? zuurstof?

De eerste en meest voor de hand liggende bron zijn dezelfde instellingenlucht scheiding. Cryogeen of adsorptie. Ze produceren voornamelijk stikstof, waarbij zuurstof vaak een bijproduct is. Voorheen werd het gewoon... in de atmosfeer vrijgelaten. Tegenwoordig wordt dit als verspilling beschouwd. De tweede bron zijn technologische processen, bijvoorbeeld in de chemische industrie, waarbij gas met een hoog O2-gehalte vrijkomt. De derde, minder voor de hand liggende, zijn de met zuurstof verrijkte stromen in industrieën waar de parameters nauwkeurig zijn afgestemd. Het is de taak om dit gas niet te laten verdwijnen.

Maar hier is een belangrijk punt dat vaak over het hoofd wordt gezien in theoretische artikelen: gas zelf is geen hulpbron. Het moet op de vereiste zuiverheid en druk worden gebracht, een stabiel aanbod worden gewaarborgd en, belangrijker nog, een consument op loopafstand worden gevonden. De logistiek van vloeibare of gecomprimeerde zuurstof is een aparte hoofdpijn- en kostenveroorzaker. Daarom zijn de meest succesvolle recyclingprojecten die ik heb gezien altijd verbonden met de symbiose van ondernemingen op één locatie of op één industriepark.

Er was bijvoorbeeld een project voor een productiefabriek voor polysilicium. Daar produceerde het proces een bijproduct dat zuurstofhoudend gas bevatte. Enerzijds zou het kunnen worden gezuiverd en gebruikt om de explosie in de ovens van de naburige metallurgische locatie te verrijken. Aan de andere kant rezen er vragen over de stabiliteit van de samenstelling en de veiligheid. De oplossing bleek niet in supertechnologie te zitten, maar in een flexibel systeem voor het monitoren en mengen van stromen. Ingenieurs vanChengdu Yizhi Technologie Co.Ze specialiseren zich gewoon in zulke ‘niet-standaard’. integraties. Ze verkopen niet alleen de installatie, maar ontwerpen het systeem voor een specifieke technologische puzzel.

Mislukkingen en lessen: wanneer is ?innovatie? hangt af van de economie

Ik zal je vertellen over een voorval waar ik veel van heb geleerd. Ongeveer vier jaar geleden werd er bij een cementfabriek geprobeerd een zuurstofterugwinningssysteem te introduceren met een kleine ASU. Het idee was prachtig: overtollige zuurstof gebruiken om de lucht in de oven te verrijken, de verbrandingstemperatuur te verhogen, het brandstofverbruik en de uitstoot te verminderen. Technisch gezien werkte alles in de proeffabriek.

Maar op grote schaal deden zich onverwachte complicaties voor. Ten eerste versnelde de corrosie in gaskanalen door het verhoogde gehalte aan zuurstof en waterdamp. Op bepaalde gebieden moesten we dringend het materiaal vervangen; dit slokte het leeuwendeel van de besparingen op. Ten tweede kon de automatisering die verantwoordelijk was voor het mengen niet omgaan met drukschommelingen in de belangrijkste zuurstofstroom uit de ASU. Als gevolg hiervan werd het proces instabiel. Het project werd bevroren. De belangrijkste conclusie is dat recycling niet op zichzelf kan worden bekeken. We hebben een systeemaudit nodig van alle bijbehorende apparatuur en een ingebouwde veiligheidsmarge in termen van geld en tijd voor dergelijke ‘verrassingen’.

Het was na dergelijke gevallen dat bedrijven als Yizhi Technology meer aandacht begonnen te besteden aan risicoanalyse voorafgaand aan het project, vooral voor niet-standaardtoepassingen. Hun websiteyzkjhx.runu weerspiegelt trouwens deze aanpak: er zijn veel gevallen over de integratie van gasstromen in complexe technologische ketens, en niet alleen een catalogus van apparatuur.

Waar gaat de gerecyclede zuurstof eigenlijk naartoe?

Als we zaken op hoog niveau als de geneeskunde (waar de eisen voor reinheid onbetaalbaar zijn) buiten beschouwing laten, is de belangrijkste toepassing uiteraard de industrie. Maar ook hier is sprake van evolutie. Vroeger was de belangrijkste consument de metallurgie. Nu zie ik groei in twee richtingen.

De eerste is de behandeling van afvalwater (beluchting). Het lijkt triviaal. Maar nieuwe membraan- en adsorptietechnologieën maken het mogelijk om ter plekke zuurstof in de vereiste concentratie (85-93%) goedkoper en betrouwbaarder te verkrijgen dan het importeren van cilinders. Voor grote afvalwaterzuiveringsinstallaties in nieuwe ecoparken in China is dit bijna een standaard geworden. De tweede richting is kleinschalige chemie en de productie van nieuwe materialen, bijvoorbeeld grafeen of zeer zuivere oxiden, waarbij controle over de atmosfeer in de reactor van cruciaal belang is. Wat hier nodig is, zijn niet duizenden kubieke meters per uur, maar stabiele 10-50 kubieke meters met de hoogste stabiliteit van parameters.

En dit is wat interessant is: grote cryogene installaties zijn niet effectief voor dergelijke behoeften. Compacte PSA (adsorptie) of membraanunits, die direct in de proceslijn kunnen worden geïntegreerd, komen op de voorgrond. Ze zijn ontworpen en geconfigureerd door instituten als Yizhi Technology. Hun niche is niet het gigawattvermogen, maar het nauwkeurig afstemmen op het proces.

De rol van ontwerpinstituten: waarom zijn zij een aanjager geworden?

Het Chinese model, waarbij een sterk ontwerpinstituut met een maatschappelijk kapitaal van 120 miljoen yuan (zoalsChengdu Yizhi Technologie Co., Ltd.) werkt samen met een technologiebedrijf (Huaxi Technology) en heeft zijn effectiviteit in dergelijke nichegebieden bewezen. Staatsreuzen zijn goed voor grootschalige standaardprojecten. En wanneer niet-standaard technisch denken, snelle aanpassing en de bereidheid om technologische risico's te nemen nodig zijn, komen dergelijke spelers in actie.

Ze werken volgens het principe ‘van probleem naar oplossing’. Een klant komt niet naar hen toe met de vraag “koop ons een zuurstofterugwinningsunit?”, maar met de opdracht: “we hebben deze gasstroom met die en die parameters, we moeten de kosten van dit proces verlagen, of deze emissies benutten?”. En het instituut begint te modelleren en opties aan te bieden: op sommige plaatsen is het mogelijk om rond te komen met extra afstemming van bestaande apparatuur, op andere is een nieuwe module nodig, en op andere is het economisch winstgevender om een ​​deel van het technische basisproces volledig te veranderen.

Is dit nu precies de “innovatie op het gebied van recycling”? in de praktijk. Het wordt niet altijd geassocieerd met baanbrekende technologie voor de productie of zuivering van zuurstof. Vaker is het een innovatie in systeemdenken en technische integratie. Op hun website is duidelijk te zien dat zij zich specifiek positioneren als projectintegrator, wat volledig aansluit bij mijn observaties van de markt.

Wat is het volgende? Trends en beperkingen

Als we naar de komende vijf tot tien jaar kijken, zal de trend in de richting van verdere decentralisatie en “slimme” integratie gaan. Op IoT gebaseerde systemen die de stroom van verschillende gassen (zuurstof, stikstof, argon) tussen verschillende werkplaatsen of zelfs naburige fabrieken in realtime in evenwicht brengen. Zoiets als energienetwerken, maar dan voor procesgassen. Dit zal de algehele efficiëntie van het gebruik van hulpbronnen op de industriële locatie naar een nieuw niveau tillen.

Maar er zijn ook ernstige beperkingen. De eerste is veiligheid. Zuurstof is een gevaarlijk oxidatiemiddel. Elk systeem voor de verwijdering ervan, vooral bij het gebruik van compressoren en complexe fittingen, vereist een onberispelijk ontwerp op het gebied van explosieveiligheid. De tweede is economische volatiliteit. Vandaag is het winstgevend om zuurstof te leveren aan een naburige fabriek, en morgen zal deze sluiten of overschakelen op een andere technologie. Daarom omvatten moderne projecten de mogelijkheid om stromen om te leiden of zelfs het eindproduct te veranderen (bijvoorbeeld van gasvormig naar vloeibaar voor logistiek over langere afstanden).

Als gevolg hiervan is het beantwoorden van de vraag uit de titel: ja, er is innovatie. Maar het gaat niet zozeer om het creëren van iets fundamenteel nieuws vanaf het begin, maar om de flexibele, pragmatische en systematische toepassing van bekende technologieën om specifieke industriële problemen op te lossen. En de drijfveren hier zijn juist die teams die diep verdiept zijn in de technologische processen van hun klanten, klaar zijn voor iteraties en niet bang zijn voor niet-standaard oplossingen. Zoals de hierboven genoemde. Dit is naar mijn mening de belangrijkste Chinese knowhow op dit ogenschijnlijk beperkte gebied.