Direkte Herstellung von Ethylen aus Methan – eine neue Durchbruch in der Petrochemieindustrie

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Direkte Umwandlung von Methan in Ethylen – eine neue Errungenschaft in der Petrochemieindustrie
Nachrichten von Chemie707: Die Bemühungen der Chemie- und Petrochemiebranche über einen Zeitraum von mehr als 30 Jahren haben endlich Früchte getragen – reichlich vorhandenes, günstiges Erdgas kann direkt in Ethylen umgewandelt werden, das weltweit wichtigste Grundmaterial für die Chemieindustrie. 　　Kürzlich veranstaltete das amerikanische Unternehmen Siluria Technologies (im Folgenden einfach Siluria genannt) eine feierliche Eröffnungszeremonie für seine Testanlage in Texas. Damit wurde das Unternehmen zum weltweit ersten, das es geschafft hat, Erdgas auf industrieller Ebene in großem Maßstab direkt in Ethylen umzuwandeln. Die neue Route könnte eine bedeutende Veränderung in der traditionellen Ethylenindustrie bringen, die auf Öl als Rohstoff basiert. 　　Der „Heilige Gral“ der Chemiebranche: Als Grundstoff für die Industrie spielt Ethylen in der Petrochemieindustrie eine wichtige Rolle. Die Produktion von Ethylen ist eines der wichtigsten Indikatoren für das Niveau der Entwicklung der Petrochemieindustrie. 　　Abgesehen von Nordamerika und dem Nahen Osten verwendet der größte Teil der Welt – einschließlich unseres Landes – als Rohstoff Naphtha und gewinnt Ethylen durch die Verfahren der Dampfkracking. Diese Methode ist nicht nur energieintensiv, führt zu hohen Emissionen von Treibhausgasen und hat hohe Kosten, sondern benötigt aufgrund der aus Öl stammenden Rohstoffe zudem wertvolle Ölressourcen. 　　Um die Abhängigkeit vom Öl zu verringern, führen Länder Forschungen durch zur Herstellung von Olefinen aus Erdgas, dessen Hauptbestandteil Methan ist. Es gibt zwei Methoden zur Herstellung von Ethylen aus Erdgas: die direkte Methode und die indirekte Methode. Im Vergleich zum umständlichen und komplizierten Verfahren der indirekten Methode erfordert die direkte Methode nur einen Schritt, um Methan in Ethylen umzuwandeln. Dadurch weist sie einen hohen wirtschaftlichen Wert auf und ist daher äußerst attraktiv. 　　Da jedoch die selektive Aktivierung und gezielte Umwandlung von Methan eine weltweite Herausforderung darstellt – sie gilt als das „Heilige Gral“ der gesamten Chemiebranche – konnte von den 1980er Jahren bis Anfang dieses Jahrhunderts die Wissenschaft keine industriell praktikable Methode zur direkten Herstellung von Ethylen aus Methan entwickeln. 　　Der Schlüssel zur Durchbruch liegt im Katalysator. Im Jahr 2010 nutzte das Unternehmen Siluria auf kreative Weise biologische Vorlagen, um Nanowire-Katalysatoren präzise herzustellen. Mit Hilfe von Hochdurchsatztechnologien konnten aus einer großen Anzahl möglicher Katalysatoren die am besten geeigneten Elementkombinationen ausgewählt werden. So entstand ein für die Industrie verwendbarer Katalysator, der es ermöglicht, Methan direkt in Ethylen umzuwandeln. 　　Der Katalysator kann bei Temperaturen von 200 °C bis 300 °C – das sind niedrigere Temperaturen als bei der herkömmlichen Dampfspaltung – unter einem Druck von 5 bis 10 Atmosphären die Umwandlung von Methan in Ethylen effizient katalysieren. Seine Aktivität ist mehr als 100 Mal höher als die von herkömmlichen Katalysatoren. 　　Der von der Firma Siluria entworfene Reaktor ist in zwei Teile unterteilt: Ein Teil dient dazu, Methan in Ethylen und Ethan umzuwandeln, während der andere Teil dazu dient, den Nebenprodukt Ethan in Ethylen zu spalten. Die für die Spaltungsreaktion benötigte Energie stammt von der Energie, die bei der Umwandlung von Methan freigesetzt wird. Durch dieses Design kann die Zufuhr zum Reaktor sowohl aus Erdgas als auch aus Ethan bestehen, wodurch Energie optimal eingespart wird. 　　Förderung von Strategien zur Ersetzung von Öl: Die technischen Vorteile des von der Firma Siluria entwickelten Verfahrens zur direkten Herstellung von Ethylen aus Erdgas (im Folgenden als „neuer Weg“ bezeichnet) liegen hauptsächlich in fünf Aspekten: Im Vergleich zur herkömmlichen Herstellung von Ethylen durch Kracking von Naphtha sind die Kosten geringer, die Emissionen von Treibhausgasen sind niedriger, es wird Energie eingespart und der wirtschaftliche Nutzen ist höher ； Ethylen kann weiter in Flüssigtreibstoff umgewandelt werden, wodurch der wirtschaftliche Wert der gesamten Prozesskette weiter gesteigert wird ； Die Anforderungen an die Rohstoffe sind nicht streng – Methan kann aus Erdgas oder aus Biomasse stammen. Die Quelle für Sauerstoff kann reiner Sauerstoff sein, aber auch sauerstoffreiche Luft oder komprimierte Luft ； Es ist möglich, die vorhandenen Ethylen-Produktionsanlagen sowie Rückgewinnungseinrichtungen zu nutzen – dadurch sind die Umbaukosten gering ； Aufgrund reicher Erdgasvorkommen hat es große strategische Bedeutung. 　　Neben den Auswirkungen auf die Olefinindustrie wird der neue Weg auch die Produktion von Flüssigkraftstoffen einschließlich Benzin, Diesel und Flugkraftstoff beeinflussen. Das Unternehmen Siluria hat gleichzeitig eine Technologie zur Herstellung von Flüssigtreibstoffen aus Ethylen entwickelt. Damit entsteht eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Flüssigtreibstoffen – und zwar auf der Grundlage von Erdgas. Im Vergleich zu den aktuellen Methoden, die auf der Fischer-Tropsch-Synthese beruhen, erfordert dieser Ansatz von Siluria keine energieintensive Fischer-Tropsch-Synthese. Dadurch können bereits 25 % bis 30 % an Investitionskosten eingespart werden. 　　Sowohl Ethylen als auch Flüssigtreibstoffe werden traditionell aus Erdöl hergestellt. Neue Herstellungswege können wertvolle Ölressourcen sparen und die Strategie zur Substitution von Erdöl vorantreiben. 　　Im Juni 2014 schloss das weltweit größte Gas- und Ingenieurunternehmen, die deutsche Linde AG, eine Kooperationsvereinbarung mit dem Unternehmen Siluria ab. Beide Parteien werden in einer Testanlage in Texas zusammenarbeiten, um die Technologie weiter zu entwickeln und zu überprüfen. Gemäß der Vereinbarung werden beide Parteien ihre jeweiligen technischen und fachlichen Lösungen zu einem integrierten Paket zusammenführen. Die Linde-Gruppe wird für die Vergabe von Lizenzen zur Nutzung dieses Pakets an die Petrochemiebranche zuständig sein – zur Modernisierung oder Erweiterung bestehender Ethylenfabriken oder zum Bau neuer, weltklassefähiger Ethylenfabriken. Mit der Vergabe der Lizenzen wird voraussichtlich ab dem zweiten Halbjahr 2015 begonnen. 　　Im August 2014 investierte Saudi Aramco, das weltweit führende Unternehmen im Bereich der integrierten Energie- und Chemieindustrie, in das Unternehmen Siluria und plante, diese neue Technologie zunächst in Saudi-Arabien einzuführen. 　　Zuvor mussten neue Anlagen aufgrund einer unzureichenden Ethan-Produktion im Nahen Osten auf kostspieligere Rohstoffe wie Naphtha ausweichen, um weiterhin betrieben werden zu können. 　　Die neue Route der Firma Siluria kam wie eine Erlösung und erregte schnell das Interesse der petrochemischen Unternehmen im Nahen Osten, wodurch sie zu einem potenziellen Markt für diese Unternehmen wurde. 　　Nicht nur im Ausland haben die neuen Routen auch die Aufmerksamkeit der USA auf sich gezogen. Im März 2014 wurde der CEO von Siluria eingeladen, am hochrangigen „2020 Energy Policy Forum“ teilzunehmen und einen Vortrag zu halten. Es war das einzige Unternehmen aus der Gasbranche unter den eingeladenen Unternehmen. Anschließend wurden die Führungskräfte von Siluria in das Weiße Haus eingeladen, um mit dem US-Energieminister und anderen Beamten über die zukünftige Energiepolitik der USA zu diskutieren. 　　Die USA **haben erkannt, dass die neue Route ihre strategische Bedeutung für Energie und Fertigungsindustrie haben könnte, und überdenken derzeit Maßnahmen zur Förderung von Beschäftigung und Wirtschaftswachstum. 　　Lernauswertung: In unserem Land besteht die Hauptquelle für Ethylen aus Naphtha – sie macht etwa 65 Prozent der gesamten Rohstoffmenge aus. 　　Zuvor hat der starke Anstieg der internationalen Rohölpreise sowie die zunehmenden Engpässe bei Angebot und Nachfrage im Inland zu einer Knappheit an Olefin-Rohstoffen geführt, was die Entwicklung der Ethylenindustrie behindert hat. Es wird erwartet, dass im Jahr 2015 in unserem Land ein Mangel an Ethylen von bis zu 13,7 Millionen Tonnen bestehen wird. 　　Darüber hinaus weist unser Land das Problem auf, dass die Produktionskosten für Ethylen hoch sind und die Wettbewerbsfähigkeit gering ist. Im Jahr 2013 lag die Herstellungskosten für Ethylen in der Nahost-Region bei nur 100 US-Dollar pro Tonne. In Nordamerika lagen die Kosten im Durchschnitt bei etwa 300 US-Dollar pro Tonne. In unserem Land lagen die Herstellungskosten für Ethylen hingegen bei über 900 US-Dollar pro Tonne. 　　Daher ist es notwendig, in unserem Land neue Produktionswege für Ethylen zu entwickeln. Im Bereich der Forschung zur direkten Herstellung von Ethylen aus Erdgas hat unser Land bereits eine solide Forschungsgrundlage geschaffen. Forschungseinrichtungen wie die Chinesische Akademie der Wissenschaften sowie Universitäten verfügen über starke Forschungskräfte. 　　Daher wird empfohlen, dass unser Land von den erfolgreichen Erfahrungen bei der Entwicklung von Methanol zu Olefinen im Rahmen des „12. Fünfjahresplans“ profitiert und die Forschung zur direkten Herstellung von Ethylen aus Erdgas in die entsprechenden Entwicklungspläne des „13. Fünfjahresplans“ aufnimmt. Es wird Kooperationen zwischen Forschungseinrichtungen und Petrochemieunternehmen gefördert, um Forschungsergebnisse so schnell wie möglich in industrielle Produktion umzusetzen. Dadurch sollen die aktuellen Engpässe bei den Rohstoffquellen in der Ethylenindustrie überwunden werden, die Produktionskosten gesenkt werden und die Wettbewerbsfähigkeit der Ethylenindustrie sowie der damit verbundenen Branchen in unserem Land gestärkt werden.