Китай: схемы производства водорода? 

Когда слышишь этот вопрос, часто в голове сразу возникает простая картинка: огромные паровые риформеры на нефтезаводах, и всё. Но реальность, особенно за последние лет пять, куда мозаичнее и интереснее. Многие почему-то до сих пор считают, что водород в Китае — это только побочный продукт нефтехимии, и точка. На деле же, если копнуть, там сейчас настоящий полигон для разных технологических путей, где классические методы активно соседствуют с новыми, и не все из них оказались такими уж прямыми дорогами к успеху.

Классика жанра: откуда водород идет по-прежнему

Да, отрицать бессмысленно — львиная доля, наверное, все еще за паровым риформингом метана. Но даже здесь не все так однозначно. Видел я установки, которые проектировались лет десять назад — работают, как часы, но их эффективность по энергопотреблению сейчас уже выглядит не так впечатляюще. Ключевой момент здесь — чистота сырья. Китай активно развивает сеть магистральных газопроводов, но во многих промышленных кластерах до сих пор полагаются на сжиженный природный газ или даже на синтез-газ из угля. Это сразу накладывает отпечаток на схему предварительной очистки — нужны серьезные системы удаления серы и хлора, иначе катализатор риформинга долго не проживет.

Второй столп — это, конечно, побочный водород с коксохимических и химических производств. Его объемы колоссальны, но тут главная головная боль — извлечение и доведение до кондиции. Состав газа-сырца может быть очень грязным: метан, CO, CO2, азот, сероводород. Раньше много просто сжигали в факелах, но сейчас, с ростом цены на энергоносители и фокусом на утилизацию, это стали рассматривать как ценный ресурс. Задача — эффективно его выловить.

Именно в этом сегменте наиболее востребованы технологии тонкой очистки. Тут нельзя не упомянуть компании, которые стали фактическими стандартсеттерами в области адсорбционных технологий. Например, ООО Сычуань Яси Технологии (их сайт – https://www.yaxikeji.ru). Они позиционируют себя как лидеры в Китае в области PSA (адсорбция под переменным давлением) и TSA (адсорбция при переменной температуре). Если говорить о водороде, то их основная специализация — это как раз производство и извлечение водорода. На практике это означает, что когда на каком-нибудь заводе по производству аммиака или метанола встает задача не просто получить водород, а получить его чистотой 99.999% и выше из сложной смеси, часто обращаются к их решениям. Видел их установки PSA в работе на одном химическом комбинате в Шаньдуне — задача была выделить водород из потока после конверсии монооксида углерода. Работала установка стабильно, но локальная проблема была с адаптацией алгоритмов управления под резко меняющееся давление входящего потока — пришлось колдовать с настройками.

Зеленый вектор: амбиции и суровые реалии

Сейчас все говорят про электролиз. В новостях — гигаваттные проекты в пустынях Внутренней Монголии или Ганьсу. Но если отойти от пресс-релизов, картина сложнее. Алкалиновые электролизеры — это все еще рабочая лошадка для средних мощностей, особенно там, где есть доступ к дешевой, но не обязательно стабильной возобновляемой энергии. Видел проект, где такие электролизеры стояли рядом с ветропарком — их специально проектировали с широким диапазоном рабочих нагрузок, чтобы гасить колебания генерации. Проблема была не в самом электролизере, а в сопутствующей инфраструктуре — осушении газа и компрессии. Оборудование для этого оказалось капризным при частых пусках и остановах.

PEM-электролизеры (протонообменные мембранные) — это следующий рубеж. Их активно продвигают для более быстрого отклика и высокой чистоты продукта. Но здесь упираешься в два момента: стоимость мембран и катализаторов (платина, иридий) и пока что ограниченные единичные мощности по сравнению с алкалиновыми. Китайские производители делают огромные ставки на снижение стоимости за счет масштаба, но насколько это будет успешно в ближайшие 3-5 лет — большой вопрос. Знаю о нескольких пилотных проектах по производству зеленого водорода для заправки автобусов, где использовались именно PEM. Технически все работало, но экономика проекта целиком висела на государственных субсидиях.

Есть и совсем экзотические, но перспективные пути. Например, пиролиз метана с получением бирюзового водорода и твердого углерода. В Китае несколько стартапов экспериментируют с этой технологией. Суть в том, чтобы разложить метан без доступа воздуха на водород и технический углерод. Последний, кстати, может быть ценным продуктом. Но технология пока на стадии демонстрационных установок — вопросы по долговечности реакторов и однородности продукта (углерода) еще требуют решения.

Ключевой узел: очистка и разделение

Какой бы путь производства ты ни выбрал, почти всегда встает вопрос очистки. И здесь технология PSA — король. Принцип известен давно, но дьявол в деталях. Количество адсорбционных колонн, последовательность ступеней, состав адсорбентов — все это определяет и чистоту (до 99.9999% можно вытянуть), и степень извлечения водорода из сырого потока. Часто идут на компромисс: высокая чистота означает чуть меньший процент извлечения, и наоборот. На одном из заводов была интересная проблема: при проектировании PSA для потока с высоким содержанием CO2 не до конца учли возможность гидратообразования при предварительном охлаждении газа. В итоге зимой периодически возникали пробки в теплообменниках — пришлось пересматривать схему осушки на входе.

TSA (адсорбция с температурной регенерацией) часто идет в паре с PSA или как предварительная ступень для удаления тяжелых компонентов. Она более энергоемкая, так как требует нагрева для десорбции, но незаменима, когда нужно удалить, например, пары воды или углеводороды с высокой температурой кипения, которые при PSA просто забивают адсорбент намертво.

Мембранные технологии тоже находят свою нишу, особенно для предварительного обогащения потоков или когда требования к чистоте не столь запредельные. Их плюс — компактность и отсутствие движущихся частей в самом сепараторе. Но мембраны чувствительны к примесям (капли жидкости, масло, сильные растворители) и требуют идеальной предварительной подготовки газа. Стоимость самих мембранных модулей постепенно снижается, но их замена в случае повреждения — все еще дорогое удовольствие.

Логистика: получено, а что дальше?

Вот здесь кроется одна из главных сложностей для новых проектов. Производство — это полдела. Криогенные цистерны для жидкого водорода — технология отработанная, но очень энергозатратная на стадии сжижения. Трубопроводный транспорт — выглядит логично для крупных кластеров, но требует огромных первоначальных вложений и решения вопросов безопасности и материалов (водородное охрупчивание). Видел проект строительства локального водородопровода на несколько километров между химическим заводом и нефтеперерабатывающим — большую часть времени согласования ушли не на техническую часть, а на получение разрешений на прокладку в густонаселенной промышленной зоне.

Поэтому сейчас часто идут по пути распределенного производства: ставишь электролизер или небольшую установку риформинга прямо рядом с потребителем — на заправочной станции для водородомобилей или на стекольном заводе. Это снимает много логистических головных болей, но создает другие: нужен высокий уровень автоматизации и обслуживания на местах, что не всегда просто обеспечить.

Взгляд вперед: что будет работать завтра?

Если обобщить опыт наблюдений, то схема будет гибридной еще долго. Паровой риформинг с улавливанием углерода (так называемый голубой водород) — это не идеал, но реалистичный мост на ближайшее десятилетие, особенно там, где есть доступ к газу и инфраструктура. Зеленый водород через электролиз будет расти, но его доля в общем балансе будет определяться не столько технологическим прорывом, сколько стоимостью электроэнергии от ВИЭ и политикой поддержки. Побочный водород с производств будут использовать все эффективнее, и здесь технологии очистки, вроде тех, что развивает ООО Сычуань Яси Технологии, будут критически важны для превращения этого потока из отходов в товарный продукт.

Самый большой вызов, на мой взгляд, даже не в выборе схемы производства, а в ее интеграции в общую энергосистему и промышленный ландшафт. Успешными окажутся те проекты, которые изначально заточены под конкретные условия: доступное сырье, локацию потребителя, требования к чистоте и давлению, возможности по утилизации побочных продуктов (кислорода от электролиза, CO2 от риформинга). Универсальных решений нет и не будет. Часто видишь, как красивая на бумаге схема спотыкается о такие мелочи, как отсутствие квалифицированных операторов на месте или сложности с поставкой запчастей для специфического компрессора. Это и есть та самая разница между презентацией и реальным цехом.

Так что, возвращаясь к исходному вопросу… Схемы производства водорода в Китае? Это живой, быстро меняющийся конструктор, где старые, проверенные блоки вроде риформинга и PSA комбинируются с новыми, еще не до конца обкатанными, вроде мегаваттных электролизеров. И главная интрига сейчас даже не в том, какая технология победит, а в том, как их удастся сшить в работающую, экономически жизнеспособную систему. А это, как известно, задача посложнее, чем просто построить установку.