China: methanol naar waterstof - technologie en ecologie? 

Als je hoort over ‘methanol naar waterstof’, denken veel mensen meteen aan laboratoriuminstallaties of pilotprojecten op afstand. In feite is dit in China niet langer slechts een technologie, maar een hele industrie die op twee pijlers rust: de werkelijke economische aspecten van het proces en de aanvaardbaarheid ervan voor het milieu. En tussen deze polen zitten veel nuances die in rapporten vaak over het hoofd worden gezien. Zelf evalueer ik dergelijke systemen al heel lang, en ik zal zeggen: de belangrijkste misvatting is te geloven dat, aangezien de methanolomzettingsreactie al tientallen jaren bekend is, de implementatie eenvoudig is. Het komt allemaal neer op details: van de zuiverheid van de grondstoffen tot hoe je het bijproduct CO2 precies benut.

Van theorie naar praktijk: waar projecten struikelen

Laten we de klassieke stoomreforming van methanol nemen. De formules in schoolboeken zien er elegant uit, maar in de praktijk is consistentie in de uitvoering de belangrijkste parameter. Als methanol in tanks in een fabriek wordt getransporteerd en er zijn onderbrekingen, kan de katalysator moe worden. van verwarmings-koelcycli. Ik zag een casus op een van de locaties in Shandong: installatieomzetting van methanolDe ontwerpcapaciteit van 500 Nm3/u waterstof leverde in de eerste maanden mooie cijfers op, maar na zes maanden in bedrijf daalde de activiteit met bijna 15%. De reden bleek een kleinigheid: door de logistiek werden er periodiek sporen van chloriden in de grondstoffen aangetroffen, waarover de leverancier zweeg.

Of een ander aspect: warmtebalans. Een endotherme reactie vereist een nauwkeurige toevoer van warmte. In theorie maak je gebruik van de warmte van rookgassen of elektrische kachels. Maar in de noordelijke provincies in de winter, wanneer de temperatuur ter plaatse daalt tot -20°C, wordt het handhaven van een stabiele temperatuur aan de inlaat van de reactor een aparte taak. Het is noodzakelijk om het isolatie- en voorverwarmingssysteem te heroverwegen - dit verhoogt de kapitaalkosten, waarmee niet altijd rekening wordt gehouden in de voorlopige haalbaarheidsstudie.

Hier is het de moeite waard om de ervaring van collega's van Chengdu Yizhi Technology Co. te vermelden (hun website ishttps://www.yzkjhx.ru). Dit is een ontwerpinstituut met een serieus toegestaan ​​kapitaal, opgericht door Huaxi Technology. Zij richten zich op totaaltechnische oplossingen en niet alleen op de verkoop van installaties. Een belangrijk detail in hun aanpak is zichtbaar: ze bieden klanten vaak proefdraaien aan met echte grondstoffen uit een specifieke fabriek. Hierdoor kunt u ?vangen? diezelfde onzuiverheden en pas het technologische schema in een vroeg stadium aan, waarbij late dure aanpassingen worden vermeden.

Ecologie: niet alleen over CO2

Als mensen over het milieu praten, denkt iedereen meteen aan de uitstoot van kooldioxide. Ja, bij de omzetting van methanol ontstaat CO2. Maar vergeleken met traditionele stoomreforming van aardgas kan de ecologische voetafdruk anders zijn, afhankelijk van hoe groen het is. bron van de methanol zelf. Als methanol wordt gesynthetiseerd uit biomassa of afgevangen CO2, wordt de keten veel schoner. China is nu actief bezig met het ontwikkelen van precies zulke ‘groene methanol’-projecten. in regio's met overvloedige biomassa, zoals Guangxi.

Er is echter ook een minder voor de hand liggend milieuaspect: lokale emissies. Installatiewaterstof productiegemaakt uit methanol is compact en kan dicht bij de consument worden geplaatst (bijvoorbeeld bij een waterstoftankstation of in een glasfabriek). Dit vermindert de logistiek en risico’s die gepaard gaan met het transport van gecomprimeerde of vloeibare waterstof. Maar tegelijkertijd is het noodzakelijk om mogelijke microlekken van methanol en reactieproducten zeer strikt te controleren. Methanol is, hoewel minder vluchtig dan sommige koolwaterstoffen, nog steeds giftig.

In een van de productiefabrieken voor optisch glas in de buurt van Shanghai werden we geconfronteerd met de noodzaak om de installatie uit te rusten met een extra dampabsorptiesysteem in de fase van het afvoeren en opslaan van grondstoffen. In het oorspronkelijke project was dit niet gespecificeerd, maar de eisen van het lokale milieutoezicht zijn strenger geworden. We moesten de module snel integreren met actieve kool. Dergelijke nuances worden zelden besproken op conferenties, maar ze bepalen of een project echt duurzaam en milieuvriendelijk zal zijn.

Technologische variaties: niet alleen hervormingen

Stoomhervorming is de belangrijkste route, maar niet de enige. Autothermische reforming, waarbij een deel van de methanol door lucht wordt geoxideerd, wint aan kracht en levert warmte voor de endotherme reformreactie zelf. Dit zorgt voor een snellere aanloop en is beter geschikt voor toepassingen met variabele belasting. Maar er is hoofdpijn: nauwkeurige dosering van lucht en temperatuurregeling in de oxidatiezone, zodat bijproducten zoals koolmonoxide niet verder gaan dan de norm.

Een andere richting zijn membraanreactoren, waarbij waterstof direct tijdens de reactie vrijkomt, waardoor het evenwicht verschuift. De technologie is veelbelovend qua efficiëntie, maar de membranen (vaak palladium) zijn gevoelig voor zwavel- en chloorvergiftiging. In China werken verschillende wetenschappelijke groepen en bedrijven, waaronder Chengdu Yizhi Technology Co., aan resistentere composietmembranen. Hun profiel ligt juist in het ontwerp en de implementatie van chemische technologieën, dus hun onderzoek vindt vaak snel zijn weg naar industriële pilotmonsters.

Hebben wij dit geprobeerd? Ja, er is een pilotproject geweest met een membraanmodule voor een kleine installatie van 50 Nm3/h. De grootste moeilijkheid bleek niet in het membraan zelf te zitten, maar in het systeem voor het voorzuiveren van methanol tot het niveau van “ultrahoge zuiverheid”. De kosten van deze voorbereiding aten alle economische voordelen van de toenemende conversie op. Het project werd bevroren, waarbij werd geconcludeerd dat, gezien de huidige stand van de markt en prijzen voor methanol in de regio, de bewezen stoomreforming met meertraps adsorptiezuivering van waterstof aan de uitlaat kosteneffectiever is.

Economie: wanneer de cijfers beginnen te praten

Elk gesprek over technologie komt neer op geld. Kostenwaterstof uit methanolin China is sterk verbonden met de regio. In die provincies waar op grote schaal methanol wordt geproduceerd (Ningxia, Binnen-Mongolië) kan de prijs van grondstoffen 30-40% lager zijn dan in het zuiden, waar het moet worden getransporteerd. Daarom zijn er geen standaard economische berekeningen; voor elk project is een verwijzing naar lokale omstandigheden vereist.

Een belangrijk punt zijn gerelateerde producten. Zuivere CO2, die daarbij vrijkomt, kan niet worden weggegooid, maar kan worden verkocht aan dezelfde bedrijven in de voedingsindustrie of voor lasdoeleinden. Maar dit vereist extra investeringen in het reinigings-, compressie- en doseersysteem. Voor een kleine installatie is dit vaak onrendabel, maar voor grote installaties met een capaciteit van enkele duizenden Nm3/h per dag kan het al aanzienlijke extra inkomsten opleveren.

De terugverdientijd is ook sterk afhankelijk van het alternatief. Als er geen aardgasleiding in de buurt is en de elektrolyseur een dure "groene" pijpleiding nodig heeft. elektriciteit en grote gebieden, dan ziet de methanolfabriek er zeer concurrerend uit. Met name voor industrieën zoals farmaceutische tussenproducten of warmtebehandeling van metalen, waar waterstof met een relatief hoge zuiverheid nodig is, maar niet noodzakelijkerwijs vijf-negens.

Vooruitkijken: welke kant de wind op waait

De trend is duidelijk: integratie. Installatiemethanol-waterstofis niet langer een geïsoleerd apparaat. Het wordt steeds meer gezien als onderdeel van een groter energie- of chemisch systeem. In staalfabrieken waar er een overmaat aan cokesovengas is, kan dit bijvoorbeeld worden gebruikt om methanol te synthetiseren, en waterstof kan uit methanol worden verkregen om ijzer te verminderen. Hierdoor ontstaat een gesloten kringloop met meerwaarde.

Een andere vector is een verbinding met hernieuwbare energiebronnen. Tijdens periodes van overmatige opwekking van wind- of zonne-energie kan elektriciteit worden gebruikt om “groene” elektriciteit te produceren. methanol (door de productie van “groene” H2 en daaropvolgende synthese met afgevangen CO2). En gebruik deze methanol dan als handige energiedrager en bron van waterstof als er geen zon of wind is. Dit lost het probleem van de RES-intermittentie op. In China zijn dergelijke demonstratieprojecten al gelanceerd, bijvoorbeeld in de provincie Gansu.

Wat is het volgende? Ik denk dat wat ons te wachten staat geen revolutie is, maar evolutie. Het verbeteren van katalysatoren (grotere weerstand tegen onzuiverheden, lagere bedrijfstemperaturen), het verlagen van de kosten van fijnreinigingssystemen, het standaardiseren van modulaire oplossingen voor verschillende capaciteiten. En uiteraard de regeldruk om de totale CO2-voetafdruk van de hele keten te verkleinen. De technologie evolueert van de categorie veelbelovend naar de categorie praktisch, maar het succes ervan zal niet bepaald blijven door mooie presentaties, maar door het vermogen van ingenieurs om elke yuan te tellen en te anticiperen op problemen op de site een jaar vóór de lancering. Dit is trouwens precies wat ze doen bij Chengdu Yizhi Technology Co., waarover je meer kunt lezen op hun website. Hun aanpak – ontwerpen met het oog op de gehele levensduurkosten van het eigendom, en niet alleen op het prijskaartje van de apparatuur – is misschien wel de belangrijkste les van de afgelopen jaren voor de hele industrie.