Китай: водень із вуглеводнів — технології та екологія? 

Коли говорять про водень у Китаї, багато хто відразу уявляє собі ?зелений? електроліз. Але реальність на землі, особливо в промислових масштабах, поки що інша. Основний обсяг - це все ще водень з вуглеводнів, і тут криється безліч нюансів, які в галузевих зведеннях часто замовчують. Сам працював над кількома проектами з парової конверсії метану, і можу сказати: розмову про екологію тут не можна зводити до простих гасел. Це постійний компроміс між економікою, доступними технологіями і тим самим вуглецевим слідом, який зараз так люто вважають.

Технологічна основа: не лише SMR

Так, парова конверсія метану (SMR) – це класика. Але в Китаї її впроваджують із поправкою на місцеву сировину. Часто працюємо не з ідеальним природним газом, а з попутним газом нафтовим або навіть коксовим. Склад нестабільний, звідси головний біль з каталізаторами. Пам'ятаю проект у Шаньсі, де через підвищений вміст сірки у сировині довелося повністю переглядати схему попереднього очищення. Стандартні рішення не підійшли, у результаті розробляли гібридну систему з адсорбентами на основі оксиду цинку та цеолітів. Ефективність вийшла рівень, але термін служби каталізатора конверсії все одно скоротився на 15%. Ось вона, ціна адаптації.

Парціальне окиснення (POX) – це окрема історія для важкої сировини. Технологія енергоємна, потребує складного та дорогого кисневого блоку. Але в деяких випадках без неї не обійтись. На одному з НПЗ у Ляоніні впроваджували установку POX для переробки гудрону. Основна проблема була навіть не в процесі, а в супутньому обладнанні — жаростійких сплавах для реактора та теплообмінників. Постійні проблеми з корозією та ерозією. Китайські аналоги не завжди витримували, доводилося закуповувати дорогі імпортні матеріали, що зводило нанівець економічну вигоду проекту спочатку.

Зараз багато шуму навколо автотермічного риформінгу (ATR) як гнучкішої технології. Кажуть, що вона краща з погляду співвідношення виходу водню та викидів. На папері – так. Але на практиці ключовий момент – це точне керування співвідношенням кисень/пар/сировина. Найменший збій – і замість оптимального процесу отримуєш або сажу, або неконвертований метан. Вбачав спробу запуску такої установки на пілотному комплексі. Система управління була ?заточена? під ідеальні лабораторні умови, а насправді коливання тиску в газовій магістралі все зіпсували. Місяць пішов на доналаштування алгоритмів. Так що технологія перспективна, але вимагає ще багато обкатки? у польових умовах.

Екологічний парадокс і прийом з CCS

Ось головний камінь спотикання. Виробництво водню із метану неминуче дає CO2. Багато. Тому зараз усі проекти в Китаї, які претендують на ?низьковуглецевість?, йдуть із приставкою ?CCS-ready? або ?з уловлюванням вуглецю?. Але готовність – це одне, а реальне впровадження – інше. Основна проблема навіть не в технології захоплення (хоча і вона дорога), а в логістиці та зберіганні. Куди подіти цей CO2? Геологічних формацій для зберігання у промислових масштабах поруч із заводами не так багато.

Був залучений до оцінки проекту зводню з вуглеводнівз повним циклом CCS у Сіньцзяні. Технічно все прораховано: уловлювання на 90%, трубопровід для транспортування CO2 на 150 км до виснаженого газового родовища. Але економіка хитка. Вартість тонни уловленого та похованого CO2 з'їдала весь потенційний прибуток від чистого? водню. Проект у результаті заморозили, чекають більшого держсубсидування чи зростання цін на вуглецеві квоти. Поки що CCS у Китаї — це демонстраційніші проекти більше, ніж масова практика.

Ще один момент – це непрямі викиди. Усі вважають вуглець від самого процесу конверсії, але часто забувають про ?сірий? слід від виробництва електроенергії до роботи компресорів, насосів, систем управління. Якщо завод стоїть у регіоні, де мережа зав'язана на вугіллі, то загальна картина викидів погіршується на 20-25%. Тому зараз при проектуванні все частіше закладають власні ВІЕ-установки, хоч би для часткового покриття потреб. Але це знову подорожчання.

Обладнання та локалізація: де ми зараз

Раніше ключове обладнання — реформери, компресори Syngas, системи PSA активно закуповували у Linde, Air Products, Topsoe. Нині тенденція на повну локалізацію. Китайські виробники вже вийшли на добрий рівень у виготовленні колон синтез-газу, теплообмінників, систем керування. Але з каталізаторами та деякими спеціальними сплавами для високотемпературних зон досі є складнощі.

Працюючи зChengdu Yizhi Technology Co.(Це проектний інститут, створений Huaxi Technology), спостерігав їхній підхід. Вони не просто тиражують готові рішення, а й часто адаптують технологічні пакети під конкретну сировину клієнта. Їхній сайтyzkjhx.ru— це, насправді, портфоліо таких нестандартних проектів. Вони мають свою розробку — багатошаровий каталізатор для конверсії метану з підвищеною стійкістю до отруєння сіркою. Впроваджували на встановленні в Сичуані. Результати непогані, але знову ж таки, для ідеальних умов. При різких змінах навантаження активність падала швидше, ніж імпортний аналог. Прогрес є, але до повного паритету ще працюватиме і працюватиме.

Цікавий кейс - використання готових модульних установок малої та середньої потужності. Це тренд для децентралізованого виробництва водню, наприклад для заправних станцій. Тут китайські компанії, включаючи Yizhi Technology, дуже активні. Зібрав, підключив, запустив. Але надійність таких «коробкових»? рішень за умов суворих зим північ від Китаю чи високої вологості Півдні — велике питання. Часті зупинки на технічне обслуговування, заміна фільтрів. Надійність поки що програє великим стаціонарним комплексам.

Проміжні продукти: роль синтез-газу

Часто зважають на те, що виробництво водню — це не завжди кінцева мета. Сам синтез-газ – цінна сировина. У Китаї з його потужною хімічною промисловістю це критично важливо. Багато проектів спочатку замислюються як гнучкі виробництва: сьогодні максимізуємо вихід водню для НПЗ, завтра перемикаємо режим для виробництва метанолу чи аміаку.

Зіткнувся із ситуацією, коли через зміну ринкової кон'юнктури (упали ціни на водень, виросли на метанол) на чинному комплексі довелося терміново змінювати режим. Це було не просто налаштування, а фізична заміна картриджів у системі тонкого очищення водню (PSA) та переналагодження компресорного господарства. Простий становив майже місяць. Тепер при проектуванні нових установок закладають набагато більшу гнучкість, але це знову зростання капітальних витрат.

Ще один аспект – чистота водню. Для паливних елементів необхідна висока ступінь очищення (до 99,999%). Досягти її на основі вуглеводневої сировини складно та дорого. Основні домішки - CO і CO2 - є отрутою для каталізатора паливного елемента. Стандартні адсорбційні методи який завжди дають потрібний результат. Доводиться комбінувати високотемпературну конверсію, потім низькотемпературну, потім PSA, а іноді ще й мембранний поділ. Кожен додатковий етап – це втрати тиску, енергії та, звичайно, гроші. Тому водень для транспорту? з метану поки що не може конкурувати за ціною з тим самим воднем для нафтопереробки, де вимоги до чистоти нижчі.

Погляд уперед: що буде з цим сегментом?

Незважаючи на весь ажіотаж навколо зеленого водню, сіра та синя гілки з вуглеводнів ще довго домінуватимуть у Китаї. Причини — інфраструктура, вартість та, головне, наявність сировини. Питання, як зробити цей процес прийнятним з екологічної точки зору. Думаю, майбутнє не за якимось одним проривом, а за комплексом заходів: поступове впровадження CCS там, де це географічно та економічно виправдано; гібридизація з ВІЕ для енергопостачання установок; та постійна робота над ефективністю каталізаторів та теплових схем для зниження витрати сировини та енергії на одиницю продукту.

Дуже багато залежатиме від політики ціноутворення на вуглець. Якщо вартість викидів CO2 стане суттєвою, економіка проектів різко зміниться. Зараз багато рішень приймаються виходячи з короткострокової економіки, а не довгострокової екології.

Особисто я скептично ставлюся до швидкої повної відмови від вуглеводневої сировини для водню. Скоріше ми побачимо його нішування. Великі, сучасні, можливо, гібридні (з частковим використанням біометану) комплекси поруч із центрами споживання чи місцями зберігання CO2. А для віддалених чи дрібних споживачів розвиватимуться електролізери на ВІЕ. Але база – хімічна промисловість, нафтопереробка – ще років 20-30 триматиметься на технологіях конверсії метану та його аналогів. Головне — не замовчувати проблеми, а чесно над ними працювати, рахуючи всі витрати, включаючи екологічні.