Cina: Hidrogen PSA - teknologi dan tren? 

Ketika orang berbicara tentang hidrogen di Tiongkok, banyak orang langsung berpikir tentang elektroliser atau alat pembaharu uap (steam reformer) yang sangat besar. Dan tentanghidrogen PSAsering dianggap sebagai sesuatu yang sekunder, hanya langkah pembersihan. Namun dalam praktiknya, terutama dalam 5-7 tahun terakhir, banyak hal yang menentukan apakah keseluruhan proyek akan layak secara ekonomi atau tidak. Saya sendiri pernah mengalami situasi ketika reformasi, ideal di atas kertas, menghasilkan hidrogen, yang kemudian tidak dapat dimurnikan secara efektif dengan instalasi PSA standar - dan semuanya menjadi menurun.

Bukan sekadar “saringan”: di mana mereka benar-benar tersandung dengan PSA di Tiongkok

Kesalahan utama adalah menganggap teknologi PSA (adsorpsi tekanan pendek) sebagai sesuatu yang mapan dan universal. Di Cina, bahan bakunya sangat berbeda: hidrogen dari metanol, dari produksi klor-alkali, dari gas oven kokas. Komposisi pengotor (tidak hanya CO atau CO2, tetapi juga jejak belerang, aromatik, kelembapan) sangat berbeda. Mengambil solusi "kotak" adalah jalan langsung menuju masalah. Saya ingat sebuah proyek di Shandong, di mana karena fluktuasi tekanan yang tidak terhitung dalam aliran bahan mentah, adsorbennya “diracuni?” berkali-kali lebih cepat dari perkiraan waktu. Akibatnya, kemurnian hidrogen turun di bawah 99,9% hanya dalam waktu enam bulan, meskipun kontrak tersebut menjamin pengoperasian yang stabil selama tiga tahun.

Poin kuncinya adalah adaptasi adsorben dan siklus operasi. Produsen adsorben Cina, seperti? Xinhua? atau ?Jiangsu Huanqiu?, menghasilkan zeolit ​​​​dan karbon aktif yang bagus, tetapi pemilihannya hampir seperti alkimia. Penting untuk mempertimbangkan tidak hanya komposisi tipikal, tetapi juga kemungkinan puncak emisi pengotor yang merupakan karakteristik produksi utama tertentu. Mereka sering kali berhemat pada tahap ini dengan membeli bahan penyerap yang lebih murah, dan kemudian membayar lebih untuk penggantian yang sering dan waktu henti.

Nuansa lainnya adalah otomatisasi dan kontrol. Instalasi PSA Tiongkok modern tidak lagi beroperasi dengan logika relai murni. Namun penerapan algoritma kontrol tingkat lanjut yang memprediksi perubahan komposisi bahan baku masih jarang. Sebagian besar siklus keras digunakan. Hal ini menimbulkan tantangan ketika mengintegrasikan dengan sumber terbarukan, seperti ketika hidrogen perlu dimurnikan dari fluks yang terkait dengan produksi yang terputus-putus melalui elektrolisis surya. Di sinilah hal-hal menjadi menarik - tren menuju produk yang fleksibel dan “pintar”. P.S.A.

Tren: fleksibilitas, integrasi dan konteks "hijau".

Sekarang pendorong utamanya adalah apa yang disebut “hidrogen hijau”. Namun memproduksinya melalui elektrolisis saja tidak cukup; itu harus dimurnikan secara efektif. Unit PSA tradisional yang besar dirancang untuk aliran yang stabil. Dan di sini arusnya bisa melonjak. Oleh karena itu, ada permintaan untuk sistem modular dan dapat dikonfigurasi ulang dengan cepat. Saya melihat perkembangannya, misalnya dariChengdu Yizhi Technology Co.(situs web mereka adalahyzkjhx.ru), yang memposisikan diri sebagai lembaga desain yang berpengalaman di bidang teknologi kimia. Mereka fokus pada perancangan sistem pengolahan untuk aliran tertentu, termasuk aliran yang tidak stabil. Ini bukan hanya penjualan peralatan, namun rekayasa turnkey, yang sangat penting.

Integrasi dengan sistem penangkapan karbon (CCUS) adalah area fokus lainnya. Hidrogen dari steam methane reforming (SMR) akan bertahan lama. Dan di sini PSA bukan hanya tentang memperoleh H2 murni, tetapi juga tentang pelepasan aliran CO2 yang terkonsentrasi untuk pembuangan atau penggunaan selanjutnya. Efisiensi pemisahan dan minimalisasi kehilangan hidrogen dalam aliran limbah merupakan tugas teknis tersendiri. Beberapa pabrik di Tiongkok kini mencapai tingkat perolehan hidrogen di atas 90% dengan kemurnian 99,999% sekaligus memproduksi CO2 pada konsentrasi di atas 95%. Namun mencapai hal ini dalam kondisi industri nyata, dan bukan di pabrik percontohan, merupakan tantangan lain.

Tren menuju desentralisasi juga berdampak. Alih-alih satu instalasi besar dengan kapasitas 100.000 Nm3/jam, beberapa instalasi menengah atau kecil dibangun, terletak lebih dekat ke titik konsumsi. Hal ini mengubah persyaratan PSA: penekanan yang lebih besar pada efisiensi energi untuk instalasi kecil, kemudahan pemeliharaan di lokasi, dan kemungkinan pemantauan dan diagnostik jarak jauh. Saya melihat bagaimana sebuah pabrik kimia di Zhejiang memasang tiga sistem PSA yang relatif kecil dari pemasok yang berbeda sebagai perbandingan. Hasil untuk keandalan dan biaya pengoperasian sangat bervariasi.

Hambatan dan kendala praktis

Salah satu hambatan terbesar adalah kualifikasi staf pemeliharaan. Katup multi-port yang rumit, katup sensitif yang memerlukan pemeriksaan rutin, diagnostik kondisi adsorben - ini tidak diajarkan dengan cepat. Seringkali di lokasi saya menemukan fakta bahwa tim mekanik mengetahui produksi utama dengan sangat baik, tetapi bagi mereka pemasangan PSA adalah kotak hitam. Jika ada masalah, teknisi pemasok akan dipanggil, sehingga menyebabkan waktu henti yang lama. Beberapa perusahaan, termasuk yang disebutkanChengdu Yizhi Technology Co., saat ini sudah menjadi kewajiban untuk memasukkan siklus pelatihan lapangan yang diperpanjang ke dalam kontrak, namun hal ini belum menjadi praktik yang meluas.

Masalahnya adalah keandalan komponen. Katup adalah mata rantai terlemah. Pabrikan China telah mempelajari cara membuat penyerap dan sistem kontrol yang baik, namun katup frekuensi tinggi untuk siklus PSA cepat terkadang masih dibeli atau disalin di luar negeri, dan ini memengaruhi daya tahan. Ada sebuah cerita di salah satu pabrik produksi amonia di Sichuan ketika seluruh kumpulan katup pada satu modul harus segera diganti setelah satu tahun beroperasi - katup tersebut tidak dapat menahan jumlah siklus yang dihitung.

Konsumsi energi merupakan faktor yang sering diabaikan. PSA membutuhkan energi untuk pembersihan, kompresi, penyedotan debu. Untuk mencapai tingkat kemurnian dan pemulihan yang tinggi, sistem terkadang dirancang dengan jumlah tahapan yang berlebihan atau siklus yang panjang, sehingga meningkatkan biaya pengoperasian secara drastis. Keseimbangan ideal antara kemurnian, pemulihan, dan konsumsi energi selalu merupakan kompromi yang dicari berdasarkan proyek demi proyek.

Kasus: integrasi dengan produksi metanol

Sebuah studi kasus yang baik adalah modernisasi pabrik metanol Ningxia. Ada produk sampingan gas yang mengandung hidrogen, yang sebelumnya dibakar begitu saja. Kami memutuskan untuk memasok PSA untuk memurnikannya dan mengembalikan hidrogen ke proses sintesis metanol. Ini akan tampak seperti proyek biasa.

Namun masalahnya ada pada komposisinya: selain H2, CO, CO2, terdapat persentase nitrogen yang cukup dan sedikit hidrokarbon yang lebih tinggi. Skema standar tidak dapat mengatasinya, kemurnian hidrogen rendah, dan kembalinya hidrogen ke reaktor sintesis dapat mengganggu keseimbangan. Desainer dari institut yang terkait denganTeknologi Huaxi(seperti yang tercantum dalam deskripsiChengdu Yizhi Technology Co., mereka diciptakan oleh perusahaan ini), mengusulkan solusi non-standar: PSA dua tahap. Tahap pertama menghilangkan sebagian besar CO2 dan pengotor berat, tahap kedua, dengan serangkaian adsorben berbeda, memurnikan CO dan nitrogen secara halus. Saya harus mengutak-atik pengaturan siklus untuk meminimalkan kehilangan hidrogen.

Hasilnya, setelah peluncuran dan periode run-in, pasokan hidrogen yang stabil dengan kemurnian 99,99% dapat dicapai dan total hasil metanol meningkat beberapa persen. Namun yang terpenting adalah pemasangannya terbayar sendiri bukan dalam perkiraan 4 tahun, melainkan dalam waktu hampir 6 tahun. Mengapa? Mereka tidak memperhitungkan peningkatan biaya pemeliharaan sistem yang lebih kompleks dan kebutuhan akan analisis komposisi bahan mentah yang lebih sering untuk menyesuaikan rezim. Ini adalah kisah yang khas: segala sesuatunya sempurna, namun perekonomian tertatih-tatih karena biaya operasional yang tidak terhitung.

Ke depan: apa yang akan terjadi pada PSA di Tiongkok

Saya pikir di tahun-tahun mendatang kita tidak akan melihat revolusi, tapi evolusi. Fokusnya akan beralih dari ?memproduksi hidrogen murni sebanyak mungkin? untuk “memproduksinya semurah dan sestabil mungkin dalam kondisi tertentu?”. Ini berarti peningkatan permintaan akan solusi khusus, di mana sistem PSA dirancang bukan sebagai perangkat terpisah, namun sebagai bagian integral dari keseluruhan rantai teknologi.

Digitalisasi akan berkembang. Pengenalan sensor untuk pemantauan online terhadap kondisi adsorben, penggunaan data besar untuk pemeliharaan katup prediktif, digital twins untuk optimalisasi siklus secara real time - ini bukan lagi sebuah fantasi, tetapi sebuah kebutuhan untuk daya saing. Perusahaan China, khususnya lembaga desain sepertiChengdu Yizhi Technology Co., memiliki keuntungan di sini karena lebih dekat dengan realitas lokal dan dapat dengan cepat menguji solusi tersebut pada objek nyata.

Dan yang terakhir adalah ekologi. Tekanan untuk mengurangi jejak karbon akan memaksa perbaikan PSA tidak hanya untuk memurnikan hidrogen, namun juga sebagai alat untuk mengelola emisi di seluruh pabrik. Instalasi PSA dapat menjadi unit yang sekaligus meningkatkan efisiensi ekonomi (dengan mengembalikan H2 yang berharga) dan mengurangi dampak lingkungan. Ini adalah argumen yang kuat bagi investor dan negara. Jadi, meski terlihat sudah matang, teknologinyahidrogen PSATiongkok masih memiliki banyak prospek pertumbuhan dan kompleksitas. Hal utama adalah jangan lupa bahwa ini selalu merupakan praktik, dan bukan hanya teori dari katalog.