Chine : hydrogène issu du gaz de cokerie : perspectives ? 

Lorsque l’on entend « l’hydrogène issu du gaz de cokerie ? », beaucoup de gens pensent immédiatement à un procédé ancien, qui ressemble presque à un musée. Et c’est la principale idée fausse. En fait, il ne s’agit pas d’archaïsme, mais de la manière de donner une seconde vie à un sous-produit qui, autrement, brûlerait simplement dans une torche. En Chine, avec ses volumes colossaux de production de coke, cette question est depuis longtemps passée de théorique à purement pratique – et très controversée.

Pas seulement un flux secondaire, mais une base de matières premières

Mis à part les jolies présentations, la clé est la composition et la cohérence. Le gaz de cokerie n’est pas du gaz naturel ; sa composition varie en fonction du type de charbon, du mode de cokéfaction et même de la météo. La teneur en hydrogène peut varier de 50 à 60 %, mais elle contient également du méthane, du monoxyde de carbone, des hydrocarbures lourds et, surtout, du soufre. La première chose que l’on rencontre dans la pratique n’est pas la « production d’hydrogène », mais une purification préalable. Sulfure d'hydrogène, cyanure, naphtalène - tout cela doit être éliminé avant que le gaz n'atteigne leunité d'adsorption. De nombreux projets trébuchent à ce stade, sous-estimant les coûts de préparation.

Par exemple, dans l’une des anciennes usines du Shanxi, ils ont essayé d’installer une séparation par membrane immédiatement après un nettoyage approfondi. L’idée était la rapidité et l’économie. Mais les membranes se sont rapidement obstruées par des résines résiduelles et le projet s'est retrouvé dans une période d'arrêt prolongée. J'ai dû revenir aux classiques -adsorption modulée en pression(PSA), mais avec un prélavage plus sérieux ? gaz Cela a ajouté à la fois des coûts d'investissement et des difficultés opérationnelles. Il s'est avéré que les matières premières bon marché ne nécessitent pas de préparation bon marché.

Et ici, vous pouvez voir la différence entre une simple société d’ingénierie et un institut de design spécialisé. Il est nécessaire de comprendre en profondeur la chimie du coke, et pas seulement la séparation des gaz. J'ai vu des projets où la chaîne de traitement était construite à partir du four lui-même, en tenant compte de la cyclicité de la production de gaz et de ses paramètres de température. C'est déjà un autre niveau. À propos, l'un des rares à travailler systématiquement dans ce créneau étroit en Chine estChengdu Yizhi Technology Co.(leur site Internet estyzkjhx.ru). Ils sont issus de la technologie chimique de Huaxi et, à en juger par leur portefeuille, abordent le problème de manière globale : ils ne se contentent pas de vendre une unité PSA, mais conçoivent l'ensemble du cycle depuis l'acceptation du gaz jusqu'à la production commerciale d'hydrogène. Leur expérience est précisément que sans une étude détaillée des matières premières, vous n'irez pas loin.

Économie : où se cache le profit ?

L'argument principal ?pour ? - faible coût des matières premières. Le gaz est en fait gratuit, il suffit de l’éliminer. Mais c'est un piège pour les investisseurs. Les principaux coûts sont des investissements en capital dans la purification et la séparation, puis dans la compression et le stockage de l'hydrogène. L’hydrogène pur issu de PSA n’est pas encore un produit. Il doit être adapté aux exigences du consommateur, qu'il s'agisseraffinage du pétrole, production d'ammoniacou émergenténergie hydrogène.

Sur l'un des projets auxquels j'ai participé, tout était calculé dans les moindres détails. Il s'avère que le seuil de rentabilité dépend fortement de deux facteurs : la stabilité des batteries des fours à coke (afin qu'il n'y ait pas de temps d'arrêt ou de fluctuations du volume de gaz) et le prix de l'hydrogène alternatif, par exemple issu du reformage à la vapeur du méthane. Lorsque les prix du gaz naturel sont bas, toute l’économie du « coke » est menacée. l'hydrogène s'effondre. Mais en Chine, ces dernières années, la politique s’est orientée vers la diversification des sources et la réduction de l’empreinte carbone. Et ici, l’hydrogène issu des gaz dérivés retrouve un second souffle – pas tant économique qu’environnemental et stratégique.

Autre nuance : que faire des gaz résiduaires après l'extraction de l'hydrogène ? Il a encore un pouvoir calorifique. La solution la plus logique est de la réinjecter dans le système énergétique de l'usine pour chauffer les fours à coke ou produire de la vapeur. Mais cela nécessite une intégration avec l'infrastructure existante, et dans les anciennes usines, sa modernisation est un autre casse-tête. Il s’agit d’un casse-tête dans lequel les solutions techniques affectent directement l’économie.

Fourches technologiques : PSA, membranes ou cryogénie ?

Domine le mondeTechnologie PSA. Fiable, éprouvé, permet d'obtenir une pureté d'hydrogène jusqu'à 99,999%. Mais les installations sont volumineuses, nécessitent un système complexe de vannes et d’automatisation et sont coûteuses à entretenir. Les fabricants chinois, dont Yizhi Technology, susmentionné, ont localisé cet équipement depuis longtemps, ce qui a réduit le coût. Mais vous ne pouvez pas tromper la physique : le processus est cyclique, il y a une perte d'hydrogène avec le flux de déchets (jusqu'à 15-25 %). Pour les grandes productions, c’est déjà important.

La séparation par membrane est plus élégante - compacte, avec moins de pièces mobiles. Mais, comme je l’ai déjà mentionné, cela est essentiel à la pureté du gaz d’entrée. S'il reste même des traces d'hydrocarbures supérieurs ou de vapeurs aromatiques dans le gaz du four à coke après le nettoyage, la membrane échoue. J'ai vu des tentatives de schémas combinés : nettoyage grossier -> membrane (séparation de la majeure partie de l'hydrogène) -> finition sur un petit PSA. En théorie, c’est optimal en termes de coûts d’investissement et d’exploitation. Dans la pratique, la complexité de la gestion de deux lignes technologiques différentes a souvent englouti toutes les économies réalisées.

La séparation cryogénique est destinée aux très grands volumes et aux cas où il est nécessaire de séparer non seulement l'hydrogène, mais aussi, par exemple, l'éthylène. Pour la chimie standard du coke, cela est le plus souvent redondant. Conclusion? Il n’existe pas de solution universelle. Le choix de la technologie est toujours un compromis entre la pureté de la matière première, le volume requis et la pureté du produit, ainsi que la disposition du client à une gestion plus complexe.

Cas pratique : un problème non évident avec du gaz « sec »

Je voudrais partager un échec pas si évident, qui illustre bien les spécificités de la matière première. Après le démarrage réussi de l'usine PSA dans une usine du Hebei, une baisse progressive de la productivité a commencé après quelques mois. Pressions, températures, tout est normal, les adsorbants sont frais. Nous avons longtemps cherché la raison. Il s'est avéré que pendant la saison des pluies, l'humidité du charbon fourni pour la cokéfaction augmentait. Cela a à son tour affecté la composition du gaz de cokerie : sa teneur en hydrogène a légèrement diminué et celle en CO a augmenté. Mais l'essentiel est que le microclimat dans l'atelier a changé et que davantage d'humidité atmosphérique est entrée dans le système de traitement des gaz.

Les adsorbants des unités de séchage pré-PSA ont été conçus pour des conditions standard, et cette humidité supplémentaire n'était pas suffisante. En conséquence, le gaz brut est entré dans les colonnes PSA et l'humidité a commencé à « empoisonner ? adsorbants zéolitiques responsables de la purification fine de l'hydrogène. Le problème a été résolu non pas en remplaçant des adsorbants coûteux, mais en améliorant le système de séchage d'entrée et en révisant les réglementations en fonction de la saison. Bagatelle? Sur le papier – oui. En pratique, il y a des semaines d’arrêt et des tonnes de produits perdus. C’est la même « pratique » qui ne figure pas dans les manuels.

Où vendre ? Le marché dicte la pureté

Obtenir de l’hydrogène représente la moitié de la bataille. Il faut le vendre. Et ici se pose la question de la pureté. Pour l’hydrotraitement en raffinerie, 99,9 % suffisent souvent. Mais pour alimenter les piles à combustible ou l’électronique, une pureté est requise à un niveau de 99,999 % ou plus, avec un contrôle strict du CO, qui est un poison pour les catalyseurs. Le gaz de cokerie, même après la purification la plus avancée, comporte toujours le risque de traces d'impuretés d'hydrocarbures spécifiques.

Par conséquent, la plupart des projets existants en Chine s'adressent spécifiquement aux consommateurs industriels proches de l'usine - les mêmes raffineries ou usines chimiques. Construire une infrastructure de transport d’hydrogène comprimé ou liquéfié est une autre histoire avec un retour sur investissement encore douteux. La perspective se voit dans la création de clusters locaux : une cokerie - une production d'hydrogène - une entreprise de consommation de proximité. Cela réduit les risques et les coûts logistiques.

Il est intéressant de noter que certaines entreprises, par exemple la même Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd., positionnée comme un institut de design au capital social de 120 millions de yuans, proposent des solutions clé en main, y compris l'analyse des marchés potentiels. C’est la bonne approche, car sans comprendre à qui et à quel prix vous allez vendre de l’hydrogène, même l’installation la plus avancée technologiquement devient un fardeau.

Résultats : il y a des perspectives, mais elles sont banales

Alors, y a-t-il des perspectives ? Certainement oui. Mais il ne s’agit pas d’une technologie « verte » révolutionnaire du futur, mais d’une solution pragmatique et économe en ressources pour une industrie géante déjà existante. Ses moteurs ne sont pas la mode de l’hydrogène, mais des normes environnementales strictes (interdiction du torchage des gaz associés) et la faisabilité économique de l’élimination des déchets.

Le principal potentiel réside dans l’intégration. Pas dans la construction de « l’hydrogène » individuel ? ateliers, et dans la modernisation en profondeur de l'ensemble du processus chimique du coke avec le vecteur hydrogène comme l'un des domaines de produits. Cela nécessite des investissements et des compétences importants, que tout le monde ne possède pas.

Personnellement, je considère la situation avec un optimisme prudent. La technologie n’est pas nouvelle, ses pièges sont connus. Le succès du projet ne sera pas tant déterminé par le choix entre PSA ou membrane, mais par la qualité de l'ingénierie, la profondeur du développement de la base de matières premières et des calculs économiques sobres qui prennent en compte tout - jusqu'à la teneur en humidité saisonnière du charbon. Ce n'est pas un domaine pour les amateurs. C'est un travail pour ceux qui comprennent la chimie du coke de l'intérieur et sont prêts à résoudre des problèmes complexes et non standard. Et heureusement, de tels acteurs existent déjà sur le marché.