Гидрирование бутана: технологии Китай? 

Когда слышишь ?гидрирование бутана?, первое, что приходит в голову — это классические нефтеперерабатывающие процессы, где-нибудь на крупных НПЗ. Но вопрос с припиской ?технологии Китай?? — он уже из другой оперы. Сразу хочется уточнить: речь о самом процессе гидрирования, или всё же о том, откуда взять для него водород? Потому что в последние лет десять китайский подход к водородной теме — это отдельный, очень прагматичный разговор. Многие, кстати, путают: думают, что Китай просто копирует западные установки. Не совсем так, а часто — и совсем не так. Особенно когда дело касается не мега-заводов, а средних и небольших производств, где нужна гибкость и экономия капвложений. Вот тут их инженерная мысль развернулась весьма характерно.

Связка процесса и источника H2: где китайские инженеры видят иначе

Если говорить конкретно о гидрировании бутана (допустим, для получения изобутана на алкилацию или ещё для каких целей), то ключевая статья расходов и головная боль — это водород. Чистый, стабильный, недорогой. На западе часто идут по пути крупных централизованных установок парового риформинга (SMR) или берут водород с соседнего производства. В Китае же, особенно для вновь строящихся или модернизируемых мощностей вне гигантских нефтехимических кластеров, очень полюбили модульный подход. То есть, не тянуть трубопровод, а поставить рядом собственную компактную установку получения водорода. И здесь на первый план выходят технологии адсорбционной очистки.

Я лично сталкивался с проектом модернизации установки изомеризации, где как раз встал вопрос водорода. Заказчик рассматривал вариант с цистернами, но это оказалось дорого и ненадёжно по логистике. Китайские подрядчики предложили схему на базе парового риформинга природного газа, но не гигантского, а небольшого, с последующей очисткой водородсодержащего газа до нужной чистоты (часто требуется 99,9% и выше) с помощью технологий адсорбции под давлением. Суть в том, что они собрали эту установку, условно, из ?кубиков? — реформер, блоки компрессии, блок осушки, и главное — блок PSA (pressure swing adsorption) для тонкой очистки. Всё это приехало в виде крупноблочных модулей, которые собрали на площадке за считанные недели.

Что в этом китайского? Не сама технология PSA, она известна давно. А именно подход к оптимизации и адаптации под конкретные, иногда довольно жёсткие, требования заказчика по цене и срокам. Они научились считать так, чтобы, с одной стороны, не потерять в эффективности (выход водорода, энергопотребление), а с другой — радикально снизить стоимость изготовления. Как? За счёт глубокой стандартизации модулей, использования собственных (и часто весьма неплохих) адсорбентов, и, что важно, за счёт интегрированной системы управления, которая уже ?заточена? под такие гибридные процессы. Но есть и подводные камни: иногда в погоне за экономией страдает запас по надёжности некоторых вспомогательных компонентов — клапанов, датчиков. Это нужно очень внимательно прописывать в спецификациях.

PSA и TSA: китайские лидеры и их нишевые решения

Вот здесь мы как раз подходим к компаниям, которые сделали на этом имя. Когда говорим о производстве и извлечении водорода в Китае через адсорбционные методы, список серьёзных игроков не такой уж большой. Один из тех, чьи установки я видел в работе — это ООО Сычуань Яси Технологии. Они позиционируют себя как лидеры в области PSA и TSA (температурной адсорбции). Заходишь на их сайт https://www.yaxikeji.ru — видишь типично китайский подход: много цифр, проектов, ссылок на патенты. Но что важно, у них есть реальный опыт именно в связке с процессами нефтепереработки, включая обеспечение водородом установок гидроочистки и гидрирования.

В чём их сильная сторона, на мой взгляд? Они не просто продают коробку с надписью ?PSA?. Они могут предложить комплекс: от проектирования источника сырьевого газа (тот же паровой риформинг метанола, если нет доступа к природному газу) до блока финальной очистки. Для гидрирования бутана критична именно стабильность чистоты и давления водорода. Колебания — и селективность процесса падает, могут пойти побочные реакции. В установках, которые я изучал, они применяют многоступенчатые схемы адсорбции, где сначала удаляются основные примеси (CO2, CO), а потом на финальных ступенях ?дотягивают? чистоту. Причём, что характерно, они активно используют TSA для осушки и предварительной очистки, если сырьевой газ влажный, а потом уже ?добивают? PSA. Это даёт больший ресурс адсорбентов в основном блоке и стабильность.

Проблема, с которой сталкиваешься при работе с такими поставщиками, — это иногда излишний оптимизм по срокам выхода на параметры. В одном из проектов установка PSA от китайского поставщика (не Яси, а другой) после запуска неделю ?выходила на режим? по чистоте водорода. Оказалось, что расчётные циклы адсорбции-десорбции не совсем соответствовали реальному составу сырья, которое немного отличалось от заявленного в ТЗ. Пришлось ?на ходу? корректировать логику контроллера. Это к вопросу о важности точного исходного данных и гибкости настройки.

Экономика вопроса: почему это может быть выгодно

Давайте начистоту: выбор в пользу китайской технологической цепочки для обеспечения водородом процесса гидрирования — это часто вопрос цены. Капвложения в установку получения водорода ?под ключ? от китайских инжиниринговых компаний могут быть на 20-30%, а иногда и больше, ниже, чем у европейских или американских аналогов. Особенно если речь идёт о мощностях до 10-20 тысяч нм3/ч водорода. Экономия складывается из всего: стоимость стального листа, труда инженеров, изготовления адсорбционных колонн, самих адсорбентов.

Но есть нюанс, который многие упускают при первоначальном расчёте. Экономия на капвложениях не должна съедаться высокими эксплуатационными расходами. Здесь ключевые параметры: потребление энергии компрессорами (очень важно для PSA, где идут постоянные перепады давления), долговечность и стоимость замены адсорбентов, надёжность системы автоматики. Китайские компании в последние годы сильно продвинулись в энергоэффективности. Например, применяют рекуперацию энергии при сбросе давления в колоннах, используют более совершенные алгоритмы управления циклами, что снижает расход очищаемого газа на десорбцию (так называемые ?потери водорода?).

Однако, при всём этом, сервис и наличие запчастей на месте — это больной вопрос. Если где-то в Сибири стоит такая установка, и вышел из строя специализированный быстродействующий клапан для PSA, ждать его из Китая можно месяц. Умные заказчики сейчас сразу закладывают в контракт расширенный складской запас критичных компонентов. И это правильно.

Не только водород: интеграция с процессом гидрирования

А теперь от источника водорода вернёмся к самому реактору гидрирования бутана. Китайские технологические компании предлагают решения и для этого блока? Да, но здесь ситуация сложнее. Основные лицензии на процессы изомеризации (а гидрирование бутана часто его часть) всё ещё принадлежат крупным международным компаниям: UOP, Axens, Shell. Китайцы же часто выступают как подрядчики по детальному проектированию, изготовлению оборудования и строительству ?под лицензию?. Но их ноу-хау заключается в оптимизации обвязки, теплообменных систем, подборе более доступных, но адекватных материалов.

Где они действительно проявляют себя — так это в системах контроля и управления всем этим хозяйством. Интеграция блока подготовки водорода (той же PSA-установки) с системой управления реакторным блоком гидрирования. Чтобы при сбое в одном узле плавно снижалась нагрузка на другом, чтобы поддерживалось оптимальное соотношение водород/сырьё. Видел реализацию, где китайские инженеры связали систему APC (продвинутого управления) реакторного блока с контроллером установки PSA, добившись того, что при изменении нагрузки по бутану, производство водорода также плавно регулировалось, минимизируя его сброс в факел. Получилась довольно изящная система, сэкономившая немало ресурса.

Но был и негативный опыт. На одной из установок попытались применить китайский катализатор гидрирования (не сам процесс, а именно катализатор) для доочистки сырья. Заявленные характеристики были хороши, цена привлекательна. На практике же его стойкость к отравлению серой оказалась ниже ожидаемой, пришлось менять гораздо раньше расчётного срока. Выгода от дешевизны катализатора была съедена простоем и затратами на внеплановую замену. Вывод: на ключевых элементах процесса, таких как катализатор, экономить с непроверенными поставщиками рискованно. А вот на вспомогательных системах — вполне можно.

Взгляд в будущее: куда движется тренд

Сейчас тренд в Китае — это ?зелёный? водород. Все говорят об электролизе. Но для процессов нефтепереработки, таких как гидрирование бутана, это пока что далёкое будущее. Слишком дорого. Более реальный путь, который я вижу в развитии китайских технологий для этой области, — это дальнейшая гибридизация. Например, использование побочных водородсодержащих газов с других производств (например, с установок пиролиза) и их доочистка с помощью усовершенствованных адсорбционных технологий до уровня, пригодного для гидрирования. Это требует очень гибких и селективных схем адсорбции, над чем они активно работают.

Ещё одно направление — миниатюризация и повышение мобильности. Установка получения и очистки водорода в несколько контейнеров, которую можно быстро развернуть на небольшом НПЗ или даже на удалённом месторождении для подготовки лёгких углеводородов. Здесь компании вроде ООО Сычуань Яси Технологии уже имеют предложения. Их технология, как они заявляют, позволяет эффективно извлекать водород даже из газов с нестабильным составом.

Итоговый вывод по теме ?? будет таким. Если вопрос стоит о комплексном обеспечении процесса водородом с умеренными капитальными затратами и вы готовы вникать в детали, плотно работать с поставщиком на этапе проектирования и иметь стратегический запас критичных запчастей — то китайские решения, особенно в части адсорбционного получения и очистки H2, представляют собой очень серьёзный и конкурентоспособный вариант. Они перестали быть просто дешёвыми копиями. Это уже самостоятельные, отработанные на множестве проектов технологические линейки. Но подходить к выбору нужно без иллюзий, с холодной головой и вниманием к мелочам, которые в эксплуатации превращаются в крупные проблемы. Как и в любом другом серьёзном деле.