Der technologische Entwicklungsweg der Gaskohlenstoffisierung bei Tsinghua

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von Qinghua Lu am 8.8.2016 um 09:57 bearbeitet. Quelle zur technologischen Entwicklung der Gasifizierung von Kohle: Beijing Yingde Qingda Technology Co., Ltd. I. Einleitung Derzeit macht Kohle etwa 66 Prozent des gesamten Energieverbrauchs in unserem Land aus; der Gesamtverbrauch an Kohle beträgt etwa 3,7 Milliarden Tonnen. Die Energiestruktur unseres Landes ist geprägt durch viel Kohle, Mangel an Öl und wenig Gas. Die Energieverbrauchsstruktur, bei der Kohle die dominierende Rolle spielt, wird in absehbarer Zeit nicht wesentlich verändert werden. Mit der weiteren Fortentwicklung der Industrialisierung und Urbanisierung werden die Anforderungen an die Kontrolle des Gesamtenergieverbrauchs sowie an den Umweltschutz immer dringender. Daher ist es in China gegenwärtig eine wichtige Aufgabe, die saubere und effiziente Nutzung von Kohle voranzutreiben sowie Technologien zur umfassenden Verwertung von Kohle zu entwickeln. Unter den zahlreichen Technologien zur umfassenden Nutzung von Kohle ist die Kohlevergasung die führende und Schlüsseltechnologie für die saubere Umwandlung von Kohle. Unser Land ist der größte Anwender von Gaskohlenstoffisierungstechnologien weltweit. Die Gaskohlenstoffisierung bildet die Grundlage für die Herstellung kohlebasierter Chemikalien, kohlebasierter Flüssigkraftstoffe, synthetischen Erdgases, IGCC-Kraftwerke, Wasserstoffs sowie für Verfahren zur direkten Reduktion beim Eisenerzbergbau. Als großes Kohleverbrennungsland ist die Kohlegewinnung durch Gasifizierung die Kerntechnologie für die effiziente und saubere Nutzung von Kohle in China sowie eine wichtige Technologie zur Lösung der durch Kohleverbrennung verursachten Umweltverschmutzung. Die Gaskohlenstoffisierungstechnologie ist ebenfalls einer der wichtigsten und entscheidendsten Prozesse in der Entwicklung der modernen Kohlechemie. Seine Auswahl sowie ein stabiles, effizientes und wirtschaftliches Betriebsverhalten sind entscheidend für den Erfolg oder Misserfolg des Projekts. Die derzeit in der Petrochemiebranche gebräuchlichen Gaskohlenstoffisierungstechnologien lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: die Technologie mit wassergebundenem Kohlepulver und feuerfesten Ziegeln sowie die Technologie mit trockenem Pulver und wassergekühlten Wänden. Beide Technologien weisen jedoch jeweils ihre eigenen Nachteile auf. Im Vergleich zu diesen beiden Technologien nutzt der zweite Generationstyp des Tsinghua-Ofens, bei dem die Wasser-Kohle-Slurry-Technologie zur Kühlung der Wände eingesetzt wird, voll und ganz alle Vorteile der feuerfesten Ziegel aus Wasser-Kohle-Slurry sowie der Trockenpulver-Kühlungstechnologie. Gleichzeitig werden deren Nachteile vermieden. Damit stellt diese Technologie ein Beispiel für chinesisches Eigentum im Bereich der Kohlegasifizierung dar – eine Technologie, die den internationalen Standards übertrifft. Durch die breite Anwendung dieses Ofens in der Petrochemiebranche wird die Entwicklung der chinesischen Kohlechemieindustrie weiter vorangetrieben, sodass China eine führende Position in der Kohlegasifizierungstechnologie einnehmen kann. II. Die Entwicklungsgeschichte des Tsinghua-Ofens Seit dem Jahr 2001 haben die Tsinghua-Universität und die Beijing Dalike Technology Co., Ltd. mit der vorläufigen Forschung und Entwicklung im Bereich der Kohlevergasung begonnen. Im Jahr 2011 übernahm Yingde Gas Group, der größte unabhängige Anbieter von Industriegasen im Inland, die Aufgaben, die zuvor von Beijing DaliKe Technology Co., Ltd. wahrgenommen wurden. Dadurch entstand eine neue Allianz zwischen Universität, Industrie und Forschung rund um das Qinghua-Ofen-System. Zudem wurde die Beijing Yingde Qingda Technology Co., Ltd. gegründet. Diese Firma ist für den Betrieb der Gaskohlenstoffisierungstechnologie des Qinghua-Ofens verantwortlich und arbeitet gemeinsam mit der Tsinghua-Universität an der Weiterentwicklung und Verbreitung der damit verbundenen Technologien. Die Abteilung für Wärmeenergietechnik der Tsinghua-Universität widmet sich seit langem der Forschung und Entwicklung im Bereich der Kohleverbrennung, Gasifizierung sowie sauberen Kohletechnologien. Sie hat zahlreiche **Schlüsselprojekte zur wissenschaftlich-technischen Forschung** sowie Projekte der Nationalen Naturwissenschaftsstiftung, des 863-Programms und des 973-Programms durchgeführt und dabei viele bedeutende Ergebnisse erzielt, die in China führend und auf internationalem Niveau liegen. Mit Unterstützung des **863-Programms (2002AA529050)** wurden im Jahr 2002 die Modellstudien für die erste Generation des Tsinghua-Ofens, Experimente zum Strömungsfeld im kalten Zustand, numerische Simulationen sowie Experimente zur Simulation im heißen Zustand abgeschlossen. Zudem konnten einige technische Herausforderungen im Rahmen der Industrialisierung bewältigt werden. Innovativ wurden das in der Verbrennungstechnik weit verbreitete Konzept der stufenweisen Luftzufuhr sowie die Strukturform des vertikalen Wirbelschichtofens in die Gasifizierung eingeführt. Dadurch wurden die entscheidenden technologischen Hürden der Gasifizierung überwunden, das ausländische Monopol auf die Wirbelschicht-Gasifizierungstechnologie durchbrochen und Patente für die Gasifizierung mit eigenem geistigen Eigentum geschaffen. Es wurde ein umfassendes Set an experimentellen Methoden für die Forschung und Entwicklung der Gaskohlenstoffisierungstechnologie entwickelt, wodurch die entscheidende Schalttechnik für die stufenweise Sauerstoffzufuhr gelöst werden konnte ； Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Verbrennung eines Sauerstoffstrahls in brennbaren Gasen unter stark reduzierenden Bedingungen wurden durchgeführt, wodurch die Schlüsseltechnologie der Gegenflammenverbrennung durch Sauerstoffstrahlen gelöst wurde ； Die Parameter, die den Einfluss des Drucks unter Druckbedingungen auf die Dynamik der Verdampfungskraftstoff-Wasserdampf-Reaktion beeinflussen, wurden korrigiert. Dadurch entstand ein vollständigeres und zuverlässigeres Gesamtmodell für die Dynamik des Verdampfungsofens ； Erweitert die Anpassungsfähigkeit des Kohlegasifizierers an verschiedene Kohlenarten weiter ； Es wurden Gestaltungsrichtlinien sowie ein Prozessdesign-Paket für das stufenweise Sauerstoff-Gasifizierungsverfahren entwickelt. Die Yingde Gas Group verfügt über ein Team von hochqualifizierten Ingenieuren mit umfangreicher Erfahrung in der chemischen Prozessplanung und -betreuung. Sie sind seit langem mit der Entwicklung sowie dem Betrieb von Verfahren in der Chemieindustrie beschäftigt und verfügen über umfangreiche Erfahrungen sowie technisches Wissen im Bereich der chemischen Prozesse sowie der Gaskonversion. Die von dem Yingde Gas Group und der Tsinghua-Universität gegründete Beijing Yingde Qingda Technology Co., Ltd. wurde von der Tsinghua-Universität beauftragt, die Technologie zur Kohlevergasung mittels Tsinghua-Ofen exklusiv zu betreiben. Sie übernahm die technische Unterstützung sowie die Weiterentwicklung des Verfahrensentwurfs und der ingenieurtechnischen Umsetzung des Tsinghua-Ofens und löste dabei einige ingenieurtechnische Probleme im Prozess der Industrialisierung. Die großtechnischen Industrieanlagen zur Verwendung von Brandsteinen aus der ersten Generation der Qinghua-Öfen – also die Technologie zur Gasifizierung ohne Schlackenbildung bzw. mit getrennter Behandlung von Schlacke und Gas – sind bereits in den Anlagen von Datang Hulunbuir (Projekt 18/30), bei Jin Cheng Tai Chemical Co., Ltd. in Ordos (Anlage zur Herstellung von 600.000 Tonnen Methanol pro Jahr) sowie bei der Nyingyi-Niederlassung von Shanxi Yangmei Fengxi Fertilizer Group in Betrieb. Bis heute arbeiten alle drei Anlagen stabil. Die erste Generation der Qinghua-Öfen wurde im Dezember 2007 von der Chinesischen Vereinigung für Öl- und Chemieindustrie auf ihre Leistungsfähigkeit geprüft. Dabei wurde festgestellt, dass diese Technologie dem internationalen Spitzenniveau entspricht. Im Jahr 2009 wurde diese Technologie von der „Chinesischen Vereinigung für Düngemittelindustrie“ als Technologie zur Förderung der Entwicklung der Branche ausgewählt. Zudem erhielt sie im selben Jahr den ersten Preis für wissenschaftliche und technologische Fortschritte von der Petrochemievereinigung. 　 Das Projekt von Datang Hulunbuir Fertilizer Co., Ltd., das eine Produktionskapazität von 180.000 Tonnen Ammoniak pro Jahr sowie 300.000 Tonnen Urea pro Jahr umfasst, nutzt die Gaskohlenstoffisierungstechnologie der ersten Generation von Tsinghua. Es werden zwei Gaskohlenstoffisierungsanlagen mit einem Druck von 4,0 MPa und einem Durchmesser von 2800 errichtet, zusammen mit den dazugehörigen Systemen zur Herstellung von Kohlebrei sowie zur Behandlung von Schlamm. Das Projekt Datang Hulunbuir (Projekt 18/30) verwendet das lokale Braunkohle aus Hulunbuir als Rohstoff für die Gaserzeugung. Im Vergleich zu Steinkohle und Anthrazit ist der Preis von Braunkohle niedriger. Zudem weist sie eine hohe Reaktionsfähigkeit auf. Ihr Heizwert ist jedoch relativ gering, und ihr Wassergehalt ist hoch – in der Regel zwischen 25 % und 60 %. 　　Um die Braunkohlevorkommen unseres Landes besser nutzen zu können, wurden in den letzten Jahren im In- und Ausland zahlreiche Gaskernungstechnologien wie Festbettgaskernung, Fluidbettgaskernung sowie Pulvergaskernung in der Praxis erprobt. Allerdings erfordern diese Technologien eine gewisse Vorbehandlung der eingesetzten Braunkohle. Zudem sind die Investitionskosten sehr hoch. Insbesondere einige dieser Technologien verbrauchen viel frisches Wasser und erzeugen außerdem große Mengen an Abwasser – was wiederum erhebliche Umweltbelastungen für die Kohlechemieanlagen mit sich bringt. 　 Die Petrochemiebranche sucht seit vielen Jahren nach einer Technologie, mit der Braunkohle kostengünstig, effizient und umweltfreundlich in der Kohlenchemie eingesetzt werden kann. Bis 2012 gab es durch einen erfolgreichen Anwendungsversuch der ersten Generation der Tsinghua-Ofengasifizierungstechnologie Hoffnung. Im Juni 2012 wurde bei der Datang Hulunbuir Fertilizer Co., Ltd. die weltweit erste Anlage zur Gaserzeugung aus Braunkohle-Slurry erfolgreich in Betrieb genommen. Im Januar 2013 wurde außerdem der parallele Betrieb von zwei Braunkohle-Gasifiern über 240 Stunden erfolgreich realisiert. Ende 2015 kam es erneut zu guten Nachrichten von der Datang Hulunbuir Düngemittelgesellschaft: Das weltweit erste Anlage zur Gaserzeugung aus Braunkohle-Flüssigschicht erreichte bereits vorzeitig die geplante Produktionskapazität – im Rahmen des Projekts 18.30! 　 Vor der Gaskohlenstoffisierungstechnologie von Tsinghua gab es die Gasstrahlgasifizierungstechnologie mit Kohlewasserstoffslurry. Wenn Braunkohle als Rohstoff verwendet wurde, führte das hohe Wassergehalt der Braunkohle dazu, dass es schwierig war, einen geeigneten Kohlewasserstoffslurry herzustellen. Die Konzentration des entstehenden Slurries lag in der Regel bei etwa 53 %. Laut den traditionellen Ansichten jener Zeit konnte ein Kohlewasserstoffslurry mit einer Konzentration unter 58 % nicht für die Gasstrahlgasifizierungstechnologie verwendet werden. Doch bei der Datang Hulunbuir Fertilizer Co., Ltd. basiert das Gaskernungsverfahren auf dem Koksbraunkohlenressourcen der Stadt Hulunbuir; als Gaskernungsmaterial wird Koksbraunkohle aus der Dongming-Mine verwendet. Die Konzentration des Kohlesuds liegt bei 46% bis 51%, und das Verfahren arbeitet stabil. Seit dem erfolgreichen Betrieb im Juni 2012 funktioniert das System einwandfrei. Dies zeigt, dass die Gaskohlenstoffisierungstechnologie der Tsinghua-Universität bedeutende Fortschritte bei der Nutzung von Braunkohle als Rohstoff für Kohlewasserstofflösungen mit niedriger Konzentration erzielt hat. Diese Technologie stellt somit eine wichtige Vorlage dar – sie weist einen praktikablen Weg auf, um in unserem Land fortschrittliche, umweltfreundliche Gaskohlenstoffisierungstechnologien zur Verarbeitung schwer zu verarbeitender Braunkohlevorkommen einzusetzen. 　 Die Ergebnisse der Tsinghua-Ofen-Technologie bei der Anwendung in Braunkohle haben die Aufmerksamkeit weiterer Unternehmen in der Branche auf sich gezogen. Im Juli 2013 wählte das Unternehmen Inner Mongolia Ulan Tai’an Energy Chemical Co., Ltd. für sein Projekt zur Herstellung von 1,35 Millionen Tonnen Ammoniak pro Jahr erneut die Technologie der zweiten Generation von Qinghua-Öfen – also eine Gaskochtechnologie mit wassergekühlten Wänden. Bei diesem Projekt wird Braunkohle aus der Region Xing’an als Rohstoff verwendet; die Konzentration der Kohlemischung beträgt 53 %. Vor dem Bau des Projekts führte die Ulan-Tai’an Energy and Chemical Co., Ltd. eine fast vierjährige Technologieauswahl durch, bei der mehr als zehn Gaskohlenstoffisierungsverfahren aus dem In- und Ausland technisch-wirtschaftlich bewertet wurden. Schließlich wurde festgestellt, dass das Tsinghua-Verfahren am besten geeignet ist, um den Braunkohlebergbau in der Region Xing’an zu unterstützen. Ebenfalls im Jahr 2013 wählten das Unternehmen Xinjiang Tianye für sein Projekt zur Herstellung von 200.000 Tonnen Ethylenoxid pro Jahr sowie das Unternehmen Xinjiang Guotai Xinhua Mining Co., Ltd. für sein Projekt zur Herstellung von 1,4-Butanediol die Qinghua-Ofen-Technologie als Gastechnologie zur Produktion. Dabei wurde Braunkohle aus Xinjiang verwendet, wobei die Konzentration der Kohlesuspension bei 53 % lag. Die Anwendungstechnologie von Wasserkohlebrennstoffen in geringer Konzentration ist heute zu einem Trumpf der zweiten Generation der Tsinghua-Öfen geworden, um den Markt zu erobern. Im Jahr 2005 begann die Tsinghua-Universität mit der Entwicklung der zweiten Generation des Tsinghua-Ofens. Bei dieser Technologie werden für den Brennraum des Gasifizierungsofens Wassertemperierwände verwendet. Die inneren Komponenten des Gasifizierungsofens selbst bestehen aus Membran-Wassertemperierwänden, die in der druckfesten Hülle des gesamten Ofens angebracht sind. Während der Betriebszeit des Vergasungsofens schützt die in der Reaktionszone befindliche Ascheschicht an der Membranwand die wassergekühlten Wände, indem sie verhindert, dass diese von der Lava angegriffen werden. Dadurch entsteht eine Art „Schutz durch Asche gegen Asche“. Am 22. August 2011 gelang es erstmals in der Welt, einen Gaskocher mit wassergekühlten Wänden und Kohlebrennstoff zur Gasgewinnung in der Fabrik Yangmei Fengxi in Shanxi erfolgreich in Betrieb zu nehmen. Schon bei der ersten Inbetriebnahme arbeitete das Gerät stabil – somit wurden alle Ziele der Entwicklung und des Designs vollständig erreicht. Bei der geplanten Wartung am 9. Januar 2012 gelang es, zum ersten Mal Rohstoffe einzuspeisen und anschließend 140 Tage lang sicher, stabil und kontinuierlich zu betreiben – ein Wunder in der Kohlechemie-Industrie. Am 3. September 2012 veranstaltete der Verband der chinesischen Öl- und Chemieindustrie in Peking eine Expertenkonferenz zur Bewertung der wissenschaftlichen und technologischen Errungenschaften im Bereich der Gaskohlenstoffisierung mit wassergekühlten Wänden in den Qinghua-Öfen. Nach 72 Stunden kontinuierlicher Betriebsprüfung zeigte sich, dass das Gerät stabil arbeitet, über ein hohes Maß an Automatisierung verfügt, sicher und zuverlässig ist sowie eine gute Bedienbarkeit aufweist ； Die Investitions- und Betriebskosten sind gering, und die Anpassungsfähigkeit an verschiedene Kohlesorten ist gut ； Die Anlage verwendet ausschließlich eigenständige chinesische Technologien sowie inländische Geräte; der Anteil an inländischen Komponenten beträgt 100 %. Die Prüfdaten erfüllen die gesteckten Zielwerte: Der Sauerstoffverbrauch beträgt 404,3 Nm³ O2/1000 Nm³ (CO+H2), der Kohleverbrauch 605,0 kg Kohle/1000 Nm³ (CO+H2). Der Anteil der wirksamen Bestandteile im Synthesegas (CO+H2) liegt bei 78,46 %, die Kohlenstoffumwandlungsrate bei 97,6 %. Der Prüfausschuss ist der Ansicht, dass diese Gasifizierungsanlagentechnologie eine bemerkenswerte Innovationskraft aufweist und über eigene Urheberrechte verfügt. Zudem vereint sie die Vorteile von Feuerfestziegeln für Kohlewasserstofflösungen sowie von trocken-pulverbasierten wassergekühlten Wänden in den Gasifizierungsanlagen. Die Gesamtleistung dieser Technologie ist hervorragend, und es bestehen deutliche wirtschaftliche sowie soziale Vorteile. Insgesamt gehört diese Technologie zu den weltweit führenden Lösungen. Der Ausschuss stimmte einstimmig dafür, diese Technologie zu zertifizieren. Die Gaskohlenstoffisierungstechnik mit Hochdruckgasbett kann hinsichtlich der Zuführmethode in die beiden Arten Zufuhr von Kohlewasserstofflösung (feuchte Methode) und Zufuhr von Trockenpulver (trockene Methode) unterteilt werden. Die Feuermethode mit feuchter Kohlebrennstofflösung weist die Eigenschaft auf, einen stabilen und zuverlässigen Durchfluss zu gewährleisten. Dadurch bleibt das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohle im Gasifizierer innerhalb eines kontrollierbaren Bereichs – was wiederum eine stabile Funktionsweise des Gasifizierers sicherstellt. Bei der trockenen Zufuhr wird eine Hochdruck-Strömungstechnik verwendet. Der Fluss des Kohlepulvers ist instabil, was zu einer Störung des Sauerstoff-Kohle-Verhältnisses im Vergasungsofen führen kann und somit die Sicherheit des Betriebs des Vergasungsofens beeinträchtigt. Gleichzeitig ermöglicht die feuchte Zufuhr einen Betrieb bei hohem Druck; es gibt bereits serienmäßig verfügbare Anlagen für das Vergasungssystem bei Drücken von 4,0 MPa, 6,5 MPa und 8,7 MPa. Derzeit beträgt der maximale Druck in den Gasifizierern für das Trockenpulver-Befeed nur 4,0 MPa. Die Erhöhung des Drucks im Gasifizierungssystem kann die Größe der Anlagen verringern, den Energieverbrauch beim Betrieb des Systems senken und eine isobarische Synthese im chemischen Prozess ermöglichen. Von der Schutzkonstruktion her können Gaskocher in Feuerfestziegel und wassergekühlte Wände unterteilt werden. Durch die Verwendung einer wassergekühlten Wand kann die Betriebstemperatur des Vergasers auf 1500 °C oder mehr erhöht werden. Dadurch wird die Anpassungsfähigkeit des Vergasers an verschiedene Kohlestoffe verbessert und die Kosten für die verwendeten Rohstoffe gesenkt. Die Betriebstemperatur des Ofens aus feuerfesten Ziegeln darf 1400 °C nicht überschreiten. Die erfolgreiche Entwicklung und Inbetriebnahme des zweiten Generationss von Tsinghua-Öfen – nämlich der Öfen mit wassergekühlten Wänden für Kohlebrennstoffe – hat das Problem der Stabilität bei Gasifizierungsöfen mit trockenem Brennstoff sowie das Problem der Anpassungsfähigkeit solcher Öfen an verschiedene Kohlestärken bei Verwendung von feuchtem Brennstoff endgültig gelöst ； Die Gaserzeugung aus Kohle mit hohem Gehalt an Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff wurde realisiert, wodurch die Verwendung von Kohle für die Gaserzeugung vor Ort möglich wurde und die Kosten für die eingesetzte Kohle gesenkt wurden ； Gleichzeitig entsprechen die technischen Eigenschaften der Gasifizierung mit wassergekühlten Wänden für Wasser-Kohle-Slurry den aktuellen Entwicklungsrichtungen einer sauberen und effizienten Nutzung von Kohle. Die Gaskohlenstoffisierungstechnologie mit wassergekühlten Wänden für Wasser-Kohle-Slurry aus dem Jahr 2012 wurde von dem Ministerium für Industrie und Informationstechnologie in den „Umsetzungsplan zur Förderung fortschrittlicher energieeffizienter Gaskohlenstoffisierungstechnologien“ aufgenommen. Im Jahr 2015 veröffentlichten das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie sowie das Finanzministerium gemeinsam den „Aktionsplan für die saubere und effiziente Nutzung von Kohle in der Industrie (2015–2020)“. Dabei wurden die mit Wasserkühlwänden ausgestatteten Qinghua-Öfen als eine von 21 Technologien zur effizienten Nutzung von Kohle in der Industrie aufgeführt. III. Prinzip der Gaskohlenstoffisierungstechnologie von Tsinghua
Die Gaskohlenstoffisierungstechnologie von Tsinghua verwendet Kohle als Rohstoff und reines Sauerstoff als Oxidationsmittel. In dem Gaskohlenstoffisierer findet eine hocheffiziente Teiloxidation statt, wodurch ein Prozessgas entsteht, dessen Hauptbestandteile CO und H2 sind. Nachdem dieses Gas in einer Kühlkammer sowie in einer Waschturm behandelt wurde, wird es als sauberes Prozessgas an die nachfolgenden Anlagen als Rohstoffgas weitergeleitet. Das Kohle-Wasser-Slurry-Gasifizierungsverfahren ist ein nicht-katalytisches Teiloxidationsverfahren. Reinster Sauerstoff wird zusammen mit dem Kohlewasserstoffgemisch durch speziell konstruierte Brenner gemischt und anschließend in den Gasifizierofen eingebracht. Unter hohen Temperaturen und Drücken findet dort eine teilweise Oxidation statt, wodurch Rohgas entsteht, dessen Hauptbestandteile CO und H2 sind. Im Gasifizierofen erfolgen die folgenden Reaktionen zwischen dem Kohlewasserstoffgemisch und dem Sauerstoff:
CmHnO + m/2 O2 → m CO + (n/2 – r) H2 + r H2S
CmHnO → (m/4 – r/2) CH4 + (m – n/4 + r/2) C + H2S
C + O2 → CO2 + Q
C + O2 → CO + Q
C + CO2 → 2 CO – Q
C + H2O → CO + H2 – Q
C + H2O → H2 + CO2 – Q
C + H2O → CO2 + H2 + Q
C + H2 → CH4 + H2O + Q
C + H2 → CH4 + CO2 + Q
CO2 + H2 → CH4 + H2O + Q
C + H2 → CH4 + Q
H2 + O2 → H2O + Q
CH4 + O2 → CO2 + H2O + Q
Im Gasifizierofen finden hauptsächlich drei Arten von Reaktionen statt: die Oxidation von Kohlenstoff, die Zersetzung von Wasserdampf sowie die Reduktion von Kohlendioxid. Bei der Oxidation des Kohlenstoffs entsteht viel Wärme, die wiederum dazu dient, die beiden endothermen Reaktionen sowie die hohe Temperatur im Ofen aufrechtzuerhalten. Die Produkte der Vergasungsreaktion sind hauptsächlich CO + H2 sowie geringe Mengen an H2O(g) sowie Gase wie CO2, H2S, CH4 und N2. Ein Gasstrombett ist ein Reaktor für die Gasifizierung bei paralleler Strömung der beiden Phasen. Die Kohlebutter wird gleichmäßig mit dem Vergaser vermischt und durch spezielle Düsen in die Reaktionskammer geblasen. Dort entsteht sofort ein Brand – es findet eine Flammenreaktion statt. Die Temperatur beträgt dabei 1300–1700 °C. Sauerstoff und Wasser-Kohleschlamm werden durch eine Düse gemischt und gelangen so in den Gaskenerator, wo die Gasbildung innerhalb weniger Sekunden stattfindet. Um eine höhere Umsetzungsrate zu erzielen, wird durch teilweise Oxidation Energie freigesetzt, um den Reaktor bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Kohlenstaubs in Gang zu halten. Die Reaktionstemperatur wird entsprechend den Anforderungen des gewählten Kohletyps festgelegt, der Gasdruck gemäß den Anforderungen des Prozesses. Die Gasifikationsreaktion verläuft äußerst schnell; die Verweildauer des Feststoffs im Ofen beträgt in der Regel nur wenige Sekunden. Der entstehende Rohsynthesegas weist einen geringen Methangehalt auf – meist unter 0,1 %. Die Umsetzungsrate des Kohlenstoffs ist hingegen sehr hoch und erreicht bis zu 98 %. Aufgrund der hohen Reaktionstemperatur entstehen keine kondensierbaren Nebenprodukte wie Teer, Phenol und höhere Kohlenwasserstoffe. Dadurch ist die Umweltbelastung geringer und auch die Abwassermenge ist geringer. Der Gasifizierungsprozess gliedert sich in drei Teile: die Pelletierung, die Gasifizierung und die Abwasserbehandlung. Rohkohle wird zusammen mit Wasser und geringen Mengen an Zusatzstoffen in einer Kohlemühle zu einem Kohleschlamm mit einem Feststoffgehalt von 58–65 % gemahlen. Unter dem Einfluss einer Hochdruck-Kohleschlammpumpe gelangt der Kohleschlamm durch eine Prozessdüse in den wassergekühlten Gaserzeuger ； Der aus der Luft gewonnene Sauerstoff gelangt über die Prozessbrenner in den Vergasungsofen. Dort findet die Vergasungsreaktion zwischen dem Kohlebrei und dem Sauerstoff statt. Das entstehende Synthesegas sowie der Schlamm werden im Kühlraum unterhalb des Vergasungsofens gekühlt und gereinigt. Das abgekühlte Synthesegas gelangt anschließend durch Leitungen ins Reinigungssystem ； Die abgekühlte Schlacke wird regelmäßig über eine Lockhopper-Anlage und eine Schlackeabfuhrleitung in den Schlackenteich geleitet. Das schlammige Wasser, das feine Schlacke enthält, gelangt in das Schlackewasserbehandlungssystem, wo es nach der Aufbereitung dem System zur Wiederverwendung zugeführt wird. Abbildung 1 – Schematischer Ablauf des Zellstoffherstellungsprozesses. Abbildung 2 – Schematischer Ablauf des Gasifizierungsprozesses. http://ydqd.yingdegas.com/chinese/DataBase/UploadFile/20160808091722822.jpg Abbildung 3 – Schematischer Ablauf des Prozesses zur Behandlung von Aschewasser. IV. Technische Merkmale des Qingshua-Ofens mit Wasser-Kohle-Slurry-Kühlwand 4.1 Hohe Sicherheit: Durch die Verwendung von Wasser-Kohle-Slurry als Brennstoff ist der Betrieb sicher und zuverlässig. Dadurch werden Probleme wie instabile Förderung von Kohlenstaub, Brand- und Explosionsgefahr sowie Verschleiß und Undichtigkeiten vermieden. Die wassergekühlten Wände nutzen eine in der Wärmetechnik etablierte Struktur aus vertikal angeordneten Rohren, die sowohl die Sicherheit des Wasserkreislaufs gewährleistet als auch komplexe Probleme im Zusammenhang mit der thermischen Ausdehnung vermeidet. Der Wasserkreislauf ist nach einem natürlichen Prinzip konzipiert und arbeitet in einer gezwungenen Zirkulation. Im Falle eines Unfalls kann der natürliche Kreislauf wiederhergestellt werden, wodurch die sichere Funktionsfähigkeit der Wassertemperierwände gewährleistet wird. 4.2 Gute Anpassungsfähigkeit an verschiedene Kohlesorten: Die Gasifizierungstemperatur wird durch das feuerfeste Material nicht begrenzt; in der Praxis wurden bereits Temperaturen von 1520 °C (oder höher) erreicht. Die Gasifizierungsreaktion verläuft schnell, die Kohlenstoffumwandlungsrate ist hoch. Zudem weist das Verfahren eine gute Anpassungsfähigkeit an verschiedene Kohlesorten auf – es kann auch Kohle mit hohem Aschegehalt, hohem Schmelzpunkt der Asche sowie hohem Schwefelgehalt verarbeiten. Dadurch lässt sich die lokale Produktion von Gasifizierungskohle leicht realisieren. 4.3 Hohe Betriebsrate des Systems: Die Anlage arbeitet kontinuierlich und stabil. Der Brennerkopf ist speziell behandelt, wodurch eine durchgehende Betriebsdauer von mehr als 120 Tagen gewährleistet wird. Es ist nicht notwendig, die Anlage jährlich wegen des Austauschs der hitzebeständigen Ziegel stillzulegen – die jährliche Betriebszeit kann somit bis zu 8000 Stunden betragen. 4.4 Umweltfreundlich und effizient: Die Reaktionstemperatur ist hoch, der Anteil an Rückständen ist gering. Es entstehen keine kondensierbaren Nebenprodukte wie Teer, Phenole oder höherwertige Kohlenwasserstoffe. Dadurch wird die Umwelt weniger belastet, und auch die Menge an Abwasser, die abgegeben werden muss, ist gering. Zudem lässt sich das Abwasser leicht sammeln und behandeln ； Gleichzeitig kann die Zellstoffherstellung verschiedene schwer zu behandelnde organische Abwässer verwenden. 4.5 Schnelle Systemstartzeit: Der kombinierte Prozess der Zündung und Erwärmung wird vereinfacht; Zündung und Einbringen der Materialien erfolgen in einem einzigen Schritt. Für das Zünden des Wasserkohlebrennstoffs wird eine einzigartige „Feuermethode“ verwendet; es dauert nur fünf Stunden, bis der Gasifizierer von einem kalten Zustand auf Volllast gebracht werden kann. 4.6 Energieeinsparung: Der Vergasungsdruck ist hoch, und er wird nicht vom Rohstofftransportsystem beeinflusst. Es ist daher möglich, eine geeignetere Wahl vorzunehmen, je nach Anforderungen der nachfolgenden Verarbeitungsschritte. Dadurch kann der Druck mit dem bei der Methanolherstellung verwendeten Druck übereinstimmen, wodurch der Energieverbrauch gesenkt werden kann. Kann Kohle mit hohem Aschengehalt, hohem Schmelzpunkt der Asche sowie hohem Schwefelgehalt verarbeiten. Dadurch lässt sich die Vergasung der Kohle vor Ort leicht umsetzen, was die Transportkosten senkt und den Wert der Kohle um ein Vielfaches erhöht ； Es wird weniger mit dem Austausch von Feuerfestziegeln nötig, wodurch jährlich Kosten in Höhe von über 3 Millionen Yuan eingespart werden können ； 4.7 Investitionsersparnis: Durch die vollständige Inlandsherstellung der Gaskomprimierungsanlagen lassen sich im Vergleich zu anderen inländisch eingesetzten Technologien zur Druckgas-Komprimierung 30–50 % an Investitionskosten sparen. 4.8 Technische Details müssen sorgfältig handhabt werden: Die Gassynthesisteknologie von Tsinghua weist im industriellen Einsatz viele innovative Lösungen in der Detailplanung auf, wie beispielsweise den Gasverteiler am Boden des Waschturms, der eine vollständige Mischung von Aschwasser und Kohlengas ermöglicht und so die Wirksamkeit der Reinigung des Kohlengases gewährleistet ； Die Anordnung der Ringe im Verdampfungstank sorgt dafür, dass die Wartung des Verdampfungssystems einfacher wird ； Das Design mit Flüssigkeitsabschluss bei der Vakuum-Flash-Vergärung verhindert, dass der Flash-Kessel verstopft. Durch weitere Verbesserungen kann das Vergasungssystem über einen langen Zeitraum hinweg stabil arbeiten. V. Der erfolgreiche Einsatz der Kesseltechnologie von Tsinghua bei der Kühlung mit Wasserbad – Die Gaskohlenstoffisierungstechnologie dieser Kessel ist das Ergebnis einer interdisziplinären Verbindung aus Wärmetechnik und Chemietechnik. Die Kessel mit Wasserbad-Kühlung weisen eine gute Anpassungsfähigkeit an verschiedene Kohlestoffe auf. Dadurch wird es möglich, die Rohkohle vor Ort zu nutzen und somit die Kosten für diese zu senken. Auf diese Weise wurde ein innovativer Weg zur sauberen Nutzung von Kohle gefunden – insbesondere durch die Nutzung der reichlichen Vorkommen an „hochwertiger“ Kohle. Bei einem Gaskocher mit einer täglichen Kohleverbrauchsmenge von 1000 Tonnen bedeutet eine Senkung des Preises für die Rohkohle um 100 Yuan pro Tonne eine jährliche Ersparnis von mehr als 30 Millionen Yuan bei den Kosten für die Rohkohle pro Kocher. Durch den Einsatz von Wassertrennwänden anstelle von Feuerfestziegeln sinken die Reparaturkosten für die Feuerfestziegel. Die Nutzungsdauer von Feuerfestziegeln beträgt in der Regel etwa 1,5 Jahre. Die Kosten für den Austausch der Feuerfestziegel liegen bei etwa 2 Millionen Yuan pro Mal. Wenn die Lebensdauer der wassergekühlten Wände auf 10 Jahre angenommen wird, lassen sich durch die Gesamtberechnung jährlich Ersparnisse von über einer Million Yuan bei den Wartungskosten erzielen. Im Vergleich zu Gasifizierungsöfen mit wassergekühlten Wänden aus Wasser-Kohle-Slurry sowie anderen Gasifizierungsöfen, die aus feuerfesten Ziegeln bestehen, weisen diese Anlagen nach ihrem Betrieb deutliche wirtschaftliche und soziale Vorteile auf. Die Gaskohlenstoffisierung ist eine der wichtigsten Technologien zur sauberen Umwandlung von Kohle. Der Qinghua-Ofen mit wassergekühlten Wänden für Wasser-Kohle-Suspensionen weist folgende Vorteile auf: große Anpassungsfähigkeit an verschiedene Kohlestoffe, hohe Gaskohlenstoffisierungsleistung, geringe Schadstoffemissionen, hocheffiziente und saubere Funktionsweise sowie ein stabiles Betriebsverhalten. Im Vergleich zu anderen ähnlichen Technologien bietet dieser Ofen zudem Vorteile wie niedrigere Investitionskosten und eine höhere Verfügbarkeit. Dadurch wird es Kohlekraftwerken möglich, eine neue Gaskohlenstoffisierungstechnologie einzusetzen, die weniger Investitionen erfordert und niedrigere Betriebskosten verursacht. Dies steigert die Wettbewerbsfähigkeit der Kohlekraftwerke. Zudem trägt diese Technologie dazu bei, die lokale Wirtschaft zu fördern, den Umweltschutz zu verbessern und somit zur Entwicklung der lokalen Wirtschaft sowie zur Steigerung der lokalen Einnahmen beizutragen – mit positiven gesellschaftlichen Auswirkungen. Durch die strukturellen Vorteile des Kessels mit wassergekühlten Wänden aus Kohlewasserstoffslurry lässt sich die bestehende Gaserzeugungsanlage mit hitzebeständigen Ziegeln auf diese Art sehr einfach umrüsten. Dies eröffnet weite Entwicklungsmöglichkeiten für die Verbreitung und Anwendung von Kesseln mit wassergekühlten Wänden aus Kohlewasserstoffslurry. Die Gaskohlenstoffisierungstechnologie von Tsinghua wurde zur sauberen Verarbeitung von Kohle entwickelt. Durch die Nutzung der reichlichen Kohlevorkommen mit hohen Gehalten an Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff wurde ein innovativer Weg gefunden. Die zweite Generation dieser Technologie – die Gaskohlenstoffisierung mit wassergekühlten Wänden – wird bereits in den Unternehmen Yangmei Fengxi in Shanxi, Tianye in Xinjiang sowie Yangmei Jishan eingesetzt. Zudem wurden Verträge mit mehr als einem Dutzend Unternehmen abgeschlossen, darunter Shijiazhuang Yingding, Weifang Yingde, Karamay Yingde, CNOOC Tianye Chemical Co., Ltd., Jiangsu Debang Xinghua Chemical Technology Co., Ltd., Shandong Jincheng Chemical Technology Co., Ltd., Hebei Zhengyuan Chemical Group Company, Yangquan Coal Industry (Group) Co., Ltd. sowie Xing’an League Wulantai’an Energy Chemical Co., Ltd. Derzeit werden die Wassertemperierungswände in den Öfen aus feuerfesten Ziegeln bei der Xinsheng Coal Chemical Co., Ltd. der Guizhou Shuicheng Mining Group, der Haolianghe-Niederlassung der Heilongjiang Beidahuang Agricultural Co., Ltd. sowie der Anhui Huaihua Northwest Energy Chemical Company umgerüstet. Dies wird den Einsatz der Tsinghua-Ofen-Technologie mit wassergekühlten Wänden für Wasser-Kohle-Schlämme weitaus bessere Entwicklungschancen bieten. Das Projekt von Xinjiang Tianye zur jährlichen Produktion von 200.000 Tonnen Ethylenoxid wird mit einer Kapazität für die Erzeugung von effektivem Synthesegas (CO+H2) in Höhe von 120.000 Nm3/Stunde errichtet. Die Vergasungsanlage nutzt die von Tsinghua entwickelte Vergasungstechnologie mit wassergekühlten Wänden aus Kohlewasserstoffslösung. Der Vergasungsofen arbeitet bei einem Druck von 6,5 MPa und hat einen Durchmesser von 2800 mm. Jeder Vergasungsofen ist so konzipiert, dass er eine Kohlemenge von 1500 t pro Tag verarbeiten kann. Durch den Einsatz von lokalem Braunkohle aus Xinjiang beträgt die Konzentration des Pürees, wenn nur Braunkohle verwendet wird, 53 %. Durch das Hinzufügen von Kokoschips kann diese Konzentration auf über 58 % erhöht werden. Abbildung 4: Zwei Gaskochanlagen vom Typ „Tsinghua“ bei Xinjiang Tianye.
Kohlenart, die verwendet wird: Shenhua-Kohle.
Industrianalyse: Feuchtigkeit – Marwt%: 24,4; Aschegehalt – Adwt%: 6,56; Flüchtigkeitsgehalt – Vdwt%: 30,99; fester Kohlenstoffgehalt – FCdwt%: 62,45.
Elementaranalyse: Kohlenstoffgehalt – CCdwt%: 75,71; Wasserstoffgehalt – HHdwt%: 3,7; Stickstoffgehalt – NNdwt%: 0,54; Schwefelgehalt – SSdwt%: 0,58; Sauerstoffgehalt – OOdwt%: 12,91; Chlorgehalt – CLCldwt%: 0,014; Arsengehalt – AsAsdug/g: 0,35.
Niedrigwertige Heizwert – Qnet.arMJ/kg: 20,01.
Mahlbarkeitsindex – HGI/100.
Schmelzpunkt der Asche – DT°C: 1250; Weichpunktempunkt – ST°C: 1280; Fließtemperatur – FT°C: 1300.
Konzentration des hergestellten Kohlepulvers nach dem herkömmlichen Verfahren – %: 53,04.
Scheinviskosität des Kohlepulvers unter normalen Bedingungen (100 s⁻¹, 25 °C) – mPa·s: 954.
Tabelle 1: Parameter der Braunkohle, die bei Xinjiang Tianye verwendet wird. Im August 2015 wurde die erste Gaskochanlage vom Typ „Tsinghua“ erfolgreich in Betrieb genommen. Bereits nach weniger als einer Woche konnten alle weiteren Schritte des Prozesses abgeschlossen werden. Im Oktober 2015 arbeiteten beide Gaskochanlagen parallel – dabei wurde eine Gasmenge von über 120.000 Nm³/Stunde erzeugt. Bis März 2016 betrug die kontinuierliche Betriebsdauer des Gaskochers mehr als 100 Tage, wodurch das Ziel eines störungsfreien, langanhaltenden und effizienten Betriebs erreicht wurde. Haupttechnische Kennwerte: Kohleschlammkonzentration: 58 % (mit 40 % Koksstaub vermischt); Anteil der wirksamen Gasbestandteile: CO+H2 ≥ 78 %; spezifischer Sauerstoffverbrauch: ≤ 420 Nm³/1000 Nm³ (CO+H2); spezifischer Kohleverbrauch: ≤ 620 kg/1000 Nm³ (CO+H2); Kohlenstoffumsetzungsrate: ≥ 98 %; Gehalt an brennbaren Stoffen im Schlacke: ≤ 5 %. Bislang wurde der mit Wasserkühlwänden aus Wasser-Kohle-Slurry ausgestattete Tsinghua-Ofen bei Xinjiang Tianye erfolgreich für einen langfristigen industriellen Betrieb eingesetzt. Durch den erfolgreichen Einsatz bei Xinjiang Tianye hat der Tsinghua-Ofen bei der Gaserzeugung aus Braunkohle in Xinjiang eine Gesamtenergieverbrauchseffizienz erreicht, die auf dem neuesten Stand im Inland ist. VI. Entwicklungsperspektiven der Kohlevergasung im Tsinghua-Ofen
1. Umwandlung der veralteten Produktionskapazitäten in kleinen und mittleren Stickstoffdüngerbetrieben
Die traditionelle Kohlechemie setzt größtenteils auf die Gasifizierungstechnologie in Atmosphärendruck-Festbettreaktoren. Diese zeichnet sich durch hohen Energieverbrauch, hohe Emissionen, starke Umweltbelastung sowie geringe Wirtschaftlichkeit aus – also das sogenannte „Drei-Hohes-und-Eins-Niedriges“. Unter dem Druck der „drei Höhen und einer Niedrigkeit“ ist eine Anpassung der traditionellen Kohlechemieindustrie sowie deren Aufwertung unvermeidlich. Derzeit müssen mehr als 500 Unternehmen im Inland, die Gase auf Basis von Festbettverfahren herstellen, mit einer Modernisierung und Aufwertung ihrer Anlagen konfrontiert werden. Da die Gaskocher zur Druckgasifizierung von Braunkohle aufgrund hoher Investitionskosten für bereits in Schwierigkeiten befindliche kleine und mittlere Stickstoffdüngemittelunternehmen schwer akzeptabel sind, wird die kostengünstige Gasifizierungstechnologie mit wassergekühlten Wänden aus Kohlebinderlösung zur bevorzugten Technologie vieler solcher Unternehmen sowie von Herstellern von Brennstoffgasen werden. Im Vergleich zur Gasherstellung in festen Betten kann der Kosten pro Tonne Ammoniak um mehr als 500 Yuan gesenkt werden, indem man die Art des Rohkohlematerials ändert und den Verbrauch verringert. Für ein Unternehmen, das jährlich 200.000 Tonnen Ammoniak herstellt, bedeutet dies eine jährliche Kosteneinsparung von 100 Millionen Yuan. Durch die Verwendung von Wassercooler-Wänden bei der Gaserzeugung mit Wasserkohlebrennstoff ist die Methode nicht nur sicher und umweltfreundlich sowie langlebig in der Nutzung, sondern auch die Investitions- und Betriebskosten werden **gesenkt**. Dies wird die Produktivität der Unternehmen erheblich steigern, zur Erhaltung der Umwelt beitragen und zur Entwicklung der lokalen Wirtschaft sowie zur Steigerung der lokalen Einnahmen beitragen. Dadurch entstehen gute soziale und wirtschaftliche Vorteile. 2. Die Gesamtgasifizierungstechnologie in der modernen Kohlechemie: Kohlechemieprojekte weisen in der Regel eine hohe Kohleverbrauch, einen hohen Wasserverbrauch sowie eine große Menge an abgegebenem Abwasser, Abgasen und Abfällen auf. Unter den „drei Abfällen“, die bei der Kohlechemieindustrie entstehen, sind viele schädliche Stoffe enthalten, wodurch ihre Behandlung schwierig wird. Beispielsweise stellt bei der Herstellung von Erdgas aus Kohle die Abwasserbehandlung eine große Herausforderung dar – nicht nur bei der Gaserzeugung aus Kohlebrei, sondern auch bei der Verwendung von Festbett- oder Fluidbettverfahren. Diese Problematik wurde sogar in das Wissenschafts- und Technologieprojekt „863“ aufgenommen. Obwohl es derzeit viele Verfahren zur Behandlung von Abwässern aus der Kohlechemieindustrie gibt, sind deren Leistungen im Allgemeinen instabil – ganz zu schweigen davon, eine „Null-Emission“ zu erreichen. Aufgrund der schwierigen Lösung des Problems der Abwasserbehandlung werden mehrere inländische Kohlechemieprojekte immer wieder mit ihrem Start oder Betrieb verzögert. 　　Derzeit müssen bei den in China verwendeten Gasifizierungstechnologien außer der Wasser-Kohle-Slurry-Gasifizierung – wie z. B. Lurgi-Ofen, BGL-Ofen, Aerospace-Ofen, GSP-Ofen, SHELL-Ofen und Ende-Ofen – Dampf hinzugefügt werden. Der für den Dampf benötigte Wasserbedarf erfordert entsalztes Wasser; aus Frischwasser wird durch Aufbereitung Kesselwasser gewonnen. Die Wasserausnutzungsrate liegt dabei unter 80 %. In wasserarmen Regionen wie Innermongolei und Xinjiang, wo das Wasser einen hohen Salzgehalt aufweist, ist die Wasserausnutzungsrate noch geringer. Vor dem Hintergrund immer strengerer Umweltvorschriften und zunehmender Wasserknappheit werden die Anforderungen an die Abwasserbehandlung sowie an den Wassersparenden Umgang voraussichtlich zu einem der entscheidenden Faktoren für den Erfolg oder Misserfolg eines Kohlechemieprojekts sein. 　　Bei der Trockengasmethode wird im Prozess der Kohlepulverherstellung hauptsächlich Brenngas oder ein anderes Medium verwendet, um die überschüssige Feuchtigkeit in der Kohle zu entfernen. In der Regel soll die Feuchtigkeit auf etwa 2 % reduziert werden. Dieser Wassergehalt ist in einigen Gebieten mit knappen Wasserressourcen wie Innere Mongolei und Xinjiang umso wertvoller, doch bis heute gibt es keine Methode zur Wiederverwertung. Um die Trockenheit der Kohlepulverleitungen zu gewährleisten, müssen diese mit Dampf beheizt werden. Ein Teil des Kondensats kann nicht zurückgewonnen werden, was zu Verschwendungen führt. 　 Die Tsinghua-Ofengasifizierung beinhaltet die Zugabe des größten Teils des Wassers in Form von Kohlewasserstoffslurry. Es gibt keine besonderen Anforderungen an den Wassergehalt der Kohle, und auch die Anforderungen an die Qualität des zugeführten Wassers sind gering. In der Regel wird für die Herstellung des Slurries schwierig zu behandelndes organisches Abwasser verwendet, was ökologische Vorteile mit sich bringt. Die Trockenpulververgasung beinhaltet das Entfernen des überschüssigen Wassers aus dem Kohlepulver, wobei anschließend das benötigte Wasser schrittweise zugeführt wird. Das für den Vergasungsprozess erforderliche Wasser muss in Form von hochdruckigem Überhitzungsdampf zugeführt werden. Das für die Umwandlungsstufen benötigte Wasser hingegen muss in Form von Überhitzungsdampf oder Kesselwasser zugeführt werden. Daher erfordert die Trockenpulververgasung im Vergleich zur Tsinghua-Ofenvergasung eine höhere Qualität des Wassers sowie eine größere Menge an Wasser im Vergleich zur Kohlewasserstofflösungsvergasung. Was die derzeit beliebten Projekte zur Herstellung von Erdgas aus Kohle angeht, so gilt allgemein, dass Rohre vom Typ Ruhr etwa 8 % bis 12 % Methan enthalten. Dadurch ist die Herstellung von Erdgas aus Kohle wirtschaftlich sinnvoll. Allerdings können mit diesen Rohren nur Kohleblöcke mit einem Durchmesser von 8 mm bis 50 mm verarbeitet werden. Dabei bleibt eine große Menge an Abfallkohle übrig, die nicht weiter genutzt werden kann. Zudem erzeugen diese Rohre große Mengen an phenolhaltigem Abwasser, das schwierig zu behandeln ist. Der Gaskocher für Wasserkohlebrennstoff verwendet eine halbgeschlossene Kohlezufuhr, die feuchte Zerkleinerung der Kohle sowie eine Gasbett-Gasifizierung. Der gesamte Prozess verursacht nur geringe Umweltbelastungen. Weder bei der Gasifizierung noch bei der Umwandlung wird Dampf benötigt. Zur Herstellung der Kohlepaste kann Abwasser mit Alkohol verwendet werden. Zudem entsteht nur wenig Abwasser – die charakteristischen Schadstoffe im Abwasser sind begrenzt. Der COD-Wert im Abwasser liegt bei nur 200–760 Milligramm pro Liter, wodurch eine biologische Aufbereitung einfach möglich ist. Mit der Gassynthesistechologie des Tsinghua-Ofens mit wassergekühlten Wänden aus Kohlewasserstofflösung kann man erstens den pulverförmigen Kohlestoff, der im Kohleabbau entsteht, nutzen ； Zweitens können die schwer zu bewältigenden Abwässer, die bei der Verwendung von Ruhci-Öfen entstehen, behandelt werden ； Drittens kann eine Teilmenge der Investitionen für die Abwasserbehandlung eingespart werden ； Viertens können die Betriebskosten einiger Abwasserbehandlungsanlagen eingespart werden. 　　Daher empfehlen Experten für konkrete Projekte zur Herstellung von Erdgas aus Kohle, zunächst ein Gleichgewicht zwischen Stückkohle und Kohlenstaub herzustellen – basierend auf der Klumpungsrate der Rohkohle sowie dem Bedarf an Kohlenstaub. Falls nach dieser Abstimmung noch überschüssiger Kohlenstaub vorhanden ist und keine anderen Verwendungsmöglichkeiten bestehen, sollte die Gasifikationsanlage eine Konfiguration mit zwei Gaserzeugern wählen: primär unter Einsatz der Festbett-Gasifikationstechnologie und sekundär unter Verwendung der Gasifikationstechnologie des Tsinghua-Ofens. Zudem muss das Volumen von Frischwasser und Abwasser ins Gleichgewicht gebracht werden, um es im Kreislauf zu verwenden. 　 7. Fazit: Der Wettbewerb in der heutigen Welt dreht sich letztendlich um den Kampf um Energiequellen. Nur durch Praxis kann man wahre Erkenntnisse gewinnen. In China gibt es insgesamt mehr als 1000 Öfen verschiedener Art – somit gibt es auch viele Erfahrungen und Lektionen zu ziehen. Die Gasifizierung ist die Schlüsseltechnologie für die saubere Umwandlung von Kohle. Die Wahl dieser Technologie sowie ihr stabiles, effizientes und wirtschaftliches Funktionieren sind entscheidend für den Erfolg eines Projekts. Der erfolgreiche Betrieb der Gassifizierungstechnologie mit wassergekühlten Wänden für Kohlewasserstofflösungen hat einen innovativen Weg zur sauberen Nutzung der reichlichen „drei-hohen“ Kohlevorkommen eröffnet. Dadurch wurde Chinas Einfluss und Stimme im Bereich der Gassifizierung weltweit erheblich gestärkt. Zudem bietet diese Technologie eine starke technische Grundlage für die effiziente und umweltfreundliche Nutzung von Kohle selbst.