Vorschläge zur Verbesserung des Niveaus der Gaserzeugungstechnologie
Thread Content
Vorschläge zur Verbesserung des Niveaus der GaskohlenstoffisierungstechnologieAutor/Quelle: Wang Shoujian, Leitender Ingenieur bei China Chemical Engineering Co., Ltd.
Datum: 03.08.2016
Klickzahlen: 17
Obwohl die Technologien der Pulvergaskohlenstoffisierung, der Wasserkohlemischungs-Gaskohlenstoffisierung sowie der Druckgasisierung von Kohle bereits seit fast 15 Jahren, 30 Jahren bzw. 40 Jahren erforscht, angewandt und weiterentwickelt werden, hat sich das technische Niveau dieser Verfahren auf ein recht hohes Niveau entwickelt. Dennoch bleibt die Gaskohlenstoffisierung weiterhin die Technologie, bei der in den Kohlechemieanlagen die höchsten Investitionskosten anfallen und der Energieverbrauch am größten ist. Zudem treten bei dieser Technologie am häufigsten Probleme auf. Aufgrund der Eigenschaften der Gaskohlenstoffisierungstechnologie sowie der Probleme, die bei deren Betrieb auftreten, gibt es noch viel Raum für Verbesserungen und Weiterentwicklungen. Weitere Steigerung des Anteils der inländischen Herstellung sowie Senkung der Investitionskosten. Im Vergleich zu den aus dem Ausland importierten Gaskohlenstoffisierungsverfahren von Shell, GSP, GE und Corning sind die Investitionskosten für ähnliche Verfahren im Inland deutlich höher. Die Hauptgründe dafür sind: Erstens die hohen Kosten für Software (Patentgebühren + PDP-Gebühren + Servicekosten). Zweitens müssen bestimmte patentierte oder wichtige Geräte angeschafft werden. Drittens sind die Designs einiger Prozesse und Steuerungssysteme zu kompliziert oder unlogisch – das trägt ebenfalls dazu bei, dass die Investitionskosten hoch bleiben. Daher müssen wir bei der Einführung ausländischer Gaskohlenstoffisierungsverfahren die Anschaffung von patentierten Geräten oder Schlüsselgeräten (d.h. Geräten bestimmter Hersteller) weiter reduzieren sowie Prozesse und Kontrollmechanismen weiter optimieren, um die Investitionskosten zu senken. Erhöhung des Gassierungsdrucks sowie Steigerung der Menge an Kohle, die pro Ofen verarbeitet wird. Bei den verschiedenen Gassierungsverfahren liegt der Druck bei der Wasserkohlebrennstoff-Gassierung bei 6,5–8,7 MPa. Bei allen anderen Verfahren liegt der Druck hingegen zwischen 1,0 und 4,0 MPa. Dies führt nicht nur zu größeren Anlagen und höheren Investitionskosten, sondern ist auch eine der Hauptursachen für den hohen Energieverbrauch in Projekten der Kohleverarbeitung. Daher besteht noch Potenzial, den Gaskernungsdruck zu erhöhen; beispielsweise hat die Ruhrchemie den Gaskernungsdruck im MK+-Gaszerkleinerungsverfahren auf 6,0 MPa erhöht (noch nicht vollständig industrialisiert). Die geringe Gasifizierkapazität pro Ofen ist ebenfalls eine der Hauptgründe für die hohen Investitionskosten und den großen Flächenbedarf bei Projekten im Bereich der Kohlechemie. Derzeit beträgt die maximale Menge an Kohle, die pro Ofen in den Verfahren zur Gasifizierung von pulverisierter Kohle durch Shell sowie im Verfahren mit mehreren Düsen verwendet werden kann, 3000 t/Tag. In allen anderen Gasifizierverfahren liegt diese Menge hingegen zwischen 1000 und 2200 t/Tag. Einige Verfahren ermöglichen zwar eine Menge von 3000 t/Tag, doch es gibt bisher noch keine industriellen Anwendungen dafür. Gesamte Reduzierung der Investitionen und Steigerung der Energieeffizienz: Wenn man sich die derzeit in Betrieb befindlichen oder im Bau befindlichen Kohlechemieanlagen ansieht, scheint es, als wäre die Gaskohlenstoffisierung in einer Art Teufelskreis gefangen – entweder sind die Investitionen in die Anlagen hoch und die Energieeffizienz gering, oder umgekehrt. Zum Beispiel verfügt die SHELL-Gasifizierung über einen Synthesegaskühler, der Dampf bei mittlem Druck von 5,2 MPa erzeugen kann. Dadurch entsteht eine hohe Energiebilanz – doch die Investitionskosten sind ebenfalls hoch ； Beispielsweise sind die Investitionskosten für GSP-, Raumfahrtöfen sowie andere Gasifizierungsverfahren wie Collin geringer als bei den Shell-Gasifizierungsverfahren. Allerdings erzeugen die wassergekühlten Wände niederdruckigen, gesättigten Dampf – dessen Energiegehalt gering ist und daher schwer nutzbar ist. Der aus dem Gasifizierofen austretende Gas mit einer Temperatur von 1350 °C wird direkt abgekühlt, wodurch das Gas große Mengen an Wasserdampf enthält. Dies ist für Kohlechemieprojekte, bei denen eine tiefgreifende CO-Umwandlung erforderlich ist (zum Beispiel bei der Herstellung von Ammoniak), sinnvoll. Für Kohlechemieprojekte, bei denen keine solche tiefgreifende Umwandlung notwendig ist (zum Beispiel bei der Herstellung von Erdgas oder Erdöl aus Kohle), führt der überschüssige Wasserdampf nicht nur zu einem Rückgang des Energiegehalts und Energieverlusten, sondern erfordert auch den Einsatz zusätzlicher Wärmetauscher und Trennvorrichtungen zur Energierückgewinnung. Dadurch verlängert sich der Prozess, es entstehen mehr Widerstände – und die Investitionskosten steigen ebenfalls ； Die Gasifizierung von Wasserkohlebrennstoffen erfolgt fast immer im Kühlschritt – auch hier tritt dieses Problem auf ； Die Druckgasvergasung von Kohlebruch sowie die CO-Umwandlung erzeugen ebenfalls große Mengen an niedrigdruckigem gesättigtem Dampf, der schwer zu nutzen ist. Daher muss die Auswahl des Gaskohlenstoffisierungsverfahrens im Einklang mit dem gesamten Kohlechemieprojekt berücksichtigt werden, um sowohl die Investitionskosten zu senken als auch den Energiegehalt zu erhöhen, sodass das Projekt insgesamt vernünftig und effizient wird. Verringerung des Energie- und Wasserverbrauchs: Kohleverarbeitungsprojekte sind Projekte mit hohem Energie- und Wasserverbrauch. Es ist daher unerlässlich, diesen Verbrauch weiter zu senken. Auch bei der Gaskohlenvergasung gibt es noch Möglichkeiten zur Verbesserung. Beispielsweise verwendet das Shell-Gasifizierungsverfahren komprimierte Zirkulationsgase, um das Synthesegas auf etwa 900 °C abzukühlen – was wiederum zu Energieverschwendung führt. Ist es möglich, andere Medien oder Methoden zu verwenden, um Abkühlung und Staubentfernung zu erreichen? Inländische Ingenieurbüros versuchen bereits, dies zu verbessern ； Der Shell-Gasifizierungsprozess verwendet eine trockene Staubentfernungsmethode, wodurch viel Blasgas benötigt wird – was zu höheren Verbrauchskosten führt. Auch hier ließen sich Verbesserungen in Betracht ziehen. Heutzutage berücksichtigen große Kohlechemieprojekte die Kombination mehrerer unterschiedlicher Gaskohlenstoffisierungsverfahren, um das Problem des Verhältnisses zwischen Rohkohlepulver und zerkleinertem Kohle zu bewältigen. Es lässt sich untersuchen, ob durch gekoppelte Methoden die verschiedenen Probleme, die bei den verschiedenen Gaskohlenstoffisierungsverfahren auftreten, gemeinsam gelöst werden können. Zum Beispiel werden bei großen Projekten zur Herstellung von Erdgas aus Kohle heute meist Verfahren kombiniert, bei denen sowohl die Druckgasifizierung von zerkleinertem Kohle als auch die Gasifizierung in Strahlbettreaktoren eingesetzt werden – beispielsweise die Kombination aus Druckgasifizierung von zerkleinertem Kohle und Gasifizierung mit Kohlebinderlösung. Dadurch können die großen Mengen an schädlichem Abwasser, die bei der Druckgasifizierung entstehen, zur Herstellung der Kohlebinderlösung verwendet werden. So wird nicht nur der Wasserverbrauch reduziert, sondern auch die Investitionen und Kosten für die Abwasseraufbereitung sowie die Umweltbelastung verringert. Optimierung des Aschewassermanagementsystems zur Verringerung der Staubemissionen. In einigen Gasvergasungsanlagen ist der Gehalt an Staub im Gas sehr hoch, was zu Verstopfungen der Wärmetauscher in den CO-Umwandlungsanlagen sowie zur Inaktivierung des Katalysators im oberen Bereich des ersten Umwandlungsofens führt. Zudem besteht ein Problem mit hohen Abwassermengen sowie einem hohen Kreislaufvolumen des Aschewassers. Es ist daher notwendig, die Prozesse zur Reinigung des Gases sowie den Kreislauf des Aschewassers weiter zu optimieren.
Die Kombination verschiedener Gaskohlenstoffisierungsverfahren ist eine gute Idee – man kann die Vorteile der einzelnen Verfahren nutzen, um die Nachteile der anderen auszugleichen und so eine gegenseitige Ergänzung zu erreichen.
Bei der Kombination verschiedener Technologien – fraglich, ob es Probleme bei der erteilung von Patentlizenzen geben wird:
Diese Kopplung ist nicht Teil einer patentierten Technologie; es geht einfach darum, verschiedene Gasifizierungsverfahren in einem einzigen Gerät zu nutzen. So kann Kohle aus Bergwerken vollständig genutzt werden – beispielsweise kann bei der Festbettgasifizierung Kohleklumpen verwendet werden, während bei der Wasserkohlesuspension- oder Pulverkohlegasifizierung feine Kohlepulver verwendet werden können. Das ist im Grunde alles
Die oben genannten Empfehlungen zum Stand der Gaskohlenstoffisierungstechnologie geben einen Überblick über die Quellen für das Ausgangsgas. Der Bereich der Gaskohlenstoffisierungstechnologie sollte auch im Zusammenhang mit den Technologien zur Herstellung von Brenngas untersucht werden.
Da die Kohlenpreise derzeit steigen, möchte ich fragen, ob Kokereipetrolkoks in Gaskochern bei Normaldruck mit verbrannt werden kann
Ich habe Ihren Sinn nicht ganz verstanden. Die Preise für Kohle steigen, und auch die Preise für Koks aus der Koksherstellung gehen nach oben. Petroleumbrennstoff wird in Wasserkohlebrennmasse eingesetzt.
Eine ganze Menge Text – alles nur Probleme, die jeder kennt, und es gibt überhaupt keine Lösungen. Die Planungsbüros machen das immer so – wie soll das funktionieren? Die Dampfzersetzungsrate bei Lurgi liegt unter 40 %; bei 60 Kilogramm ist die Zersetzungsrate noch niedriger. Bei der Verarbeitung mit Wasserkohlebrennstoff muss man berücksichtigen, wie viel Wasserkohlebrennstoff benötigt wird. Wenn man bereits so viel Geld für solche Anlagen ausgibt, warum dann noch auf Lurgi setzen? Ist das Ziel nicht, in Anlagen mit niedrigen Investitionskosten und geringem Sauerstoffverbrauch zu investieren? Doch die Dampfkohlebrenner, die für die Abwasserbehandlung benötigt werden, erfordern sogar noch höhere Investitionskosten als die Anlagen der Ruchi-Serie. Ist das wirklich eine gute Lösung für das Problem? Daher wird bei Projekten zur Herstellung von Gas aus Kohle im Grunde weiterhin hauptsächlich das Verfahren von Lurgi mit Trockenpulver verwendet – abgesehen von dem Vorschlag von Guanghui, ein solches Verfahren mit Wasserstoffbinder für Kohlebrennstoffe anzuwenden. Der relative Energieverbrauch ist geringer. Andere Kohlechemieprojekte für Produkte werden wohl noch weniger Lust haben, sich mit den Lurgi-Öfen zu beschäftigen. Der Energieverbrauch für die Verarbeitung von Abwasser mit Kohlebrennstoff ist immer noch zu hoch. Es sei denn, das Ziel ist tatsächlich die Wasseraufbereitung – bei den Abwässern aus der Pharmaindustrie sowie aus der Farbstoffherstellung in Jiangsu und Zhejiang ist die Behandlung schwierig und kostspielig. In solchen Fällen könnte man einen Nieddruck-Brennstoffkessel einsetzen, bei dem das Kohlepulver mit Wasser vermischt wird. Dabei geht es nicht um die Erzeugung von Gas, sondern ausschließlich um die Behandlung der Abwässer. Das Gas kann dann als Brennstoff für Heizkessel verwendet werden. Das ist vielleicht eine Lösung – doch im Bereich der Kohleverarbeitung lässt sich das kaum anwenden.