Umfassende Übersicht der Technologiefortschritte bei Gasifizierungsanlagen

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Umfassende Übersicht über die innovativen Entwicklungswege in der Gaskohlenverarbeitungstechnologie Autor/Quelle: Datum: 11.08.2016 Klickzahlen: 10 Die Technologien zur Verarbeitung von Kohle sind eine wichtige Grundlage für eine saubere und effiziente Nutzung von Kohle. Durch kontinuierliche Innovationen und technische Verbesserungen in den letzten Jahren gibt es im Inland zahlreiche verschiedene Gaskohlenverarbeitungsanlagen. Die Entwicklungstrends der Gaskohlenstoffisierungstechnologie zu verstehen und Geräte und Technologien auszuwählen, die zur Art des Kohletyps passen, den Anforderungen der Produkte entsprechen, einen geringen Energieverbrauch aufweisen, niedrige Investitionskosten haben, zuverlässig sind sowie umweltfreundlich und sicher in der Anwendung, ist eine wichtige Richtung für die gesunde Entwicklung der Kohlechemieindustrie. Auf der am 29. Juli in Peking abgehaltenen Konferenz zur innovativen Entwicklung neuer Gaskoggenergieverfahren und damit verbundener Technologien im Jahr 2016 gaben die anwesenden Experten solche Ansichten und Empfehlungen ab. Es gibt zahlreiche verschiedene Ofentypen. „Die verschiedenen Arten von Gasifikationsöfen sind wichtige Träger und Kernausrüstungen für die Gasifikation. Sie werden in China bereits weit verbreitet eingesetzt; ihr Industrialisierungsgrad ist hoch, es gibt viele Technologietypen sowie eine große Anzahl an Gasifikationsöfen.“ Die Anzahl der inländischen, fortschrittlichen Großanlagen für die druckgestützte Gasifizierung mit Strömungsbett hat bereits 300 Stück überschritten. ”Das erklärte Han Hongmei, stellvertretende Leiterin der Abteilung für Energie- und Chemieindustrie am Planungsamt für die Öl- und Chemieindustrie. 　　Es ist bekannt, dass Gaskohlenstoffisierungsöfen je nach Art der Materialkontaktierung in drei Kategorien eingeteilt werden: Festbett-Öfen (Beweglichbett-Öfen), Fluidisierbett-Öfen (Siedebett-Öfen) und Gasstrombett-Öfen. Zu den gängigen Technologien für Gaskocher mit gepresstem Festbett und Zerkleinerung von Kohle (mit festen/flüssigen Schlackenabfällen) gehören die Ruhrchemie-Kocher, die Siede-Kocher, die BGL-Kocher sowie die Yun Ding YM-Kocher. Zu den weit verbreiteten End-Gas-Gasifizierungstechnologien mit Fluidisierbett gehören der chinesische ICC-Ofen, der End-Ofen sowie der Koda-Ofen (Newpower). Zu den gängigen Technologien zur trockenen, druckbeaufschlagten Gasifizierung von Pulverkohle gehören die Shell-Öfen, GSP-Öfen, Corin-Öfen, Zweistufenöfen (TPRI), HT-L-Öfen, Dongfang-Öfen, Huali-Öfen, Wuhuan-Öfen, Ningmei-Öfen, Liuhua-Qiyao-Öfen, Shengyu-Öfen sowie Jinzhong-Öfen. Zu den gängigen Ofertypen für die feuchte Gasifizierung von Kohlebrennstofflösungen in Gasifizierungsbetten gehören der GE-TCGP, Ofen mit gegenüberliegenden Vier-Düsen-Anordnungen, der Tsinghua-Ofen sowie der Mehrrohstoff-Brennstofflösungs-Ofen des Nordwestlichen Forschungsinstituts. 　　Unser Land hat derzeit bemerkenswerte Erfolge in der Innovation von Gasifizierungsöfen erzielt. Zhu Yuying, Assistent des Generalmanagers von Aerospace Changzheng Chemical Engineering Co., Ltd., erklärte, dass der von dem Raumfahrtunternehmen entwickelte HT-L-Ofen bereits durch langfristige Betriebsprüfungen bestätigt wurde. Die wichtigsten Komponenten dieses Ofens – nämlich der Vergasungsofen, die Brenner, das Schlackenzerstörungsgerät, der Heißluftofen, die Sicherheitsventile sowie spezielle Ventile (Sauerstoffventile, Kohlepulverventile, Schlackenverschlusssventile, Kohlepulverregelventile, Umrichterventile, Schwarzwasserrégelventile) – wurden alle im Inland hergestellt. Damit verfügt das Unternehmen über eigene Urheberrechte. 　　Liu Haifeng, Professor an der East China University of Science and Technology, erklärte, dass die von Sinopec Ningbo Engineering Company, dem Ningbo Institute of Technology sowie der East China University of Science and Technology gemeinsam entwickelte Technologie zur Kohlevergasung mit einzelnem Düsenkopf und kalter Wand (SE-Ostofen) in einer Demonstrationsanlage von 1000 Tonnen pro Tag bei Yangzi Petrochemical in Nanjing, Provinz Jiangsu, bereits in Betrieb genommen wurde. Für das Projekt zur Herstellung von Olefinen aus Kohle mit einer Kapazität von 1,7 Millionen Tonnen pro Jahr von Zhong’an United werden derzeit sieben Gasifikationsöfen mit einer Leistung von jeweils 1500 Tonnen pro Tag geplant. Diese Ofertypart verwendet eine Rohrgefäß-Wasserkühlwand sowie einen integrierten Brenner, der Zünden, Erwärmen und den Prozess in einem zusammenfasst. Die Stufenreinigungsanlage setzt sich aus einem Mischer, einem Wirbelstromtrenner und einer Waschturm-Anlage zusammen. Der Dampfturm erfüllt gleichzeitig die Funktionen des Siedevorgangs und des Wärmetauschs – dadurch werden Probleme wie das Verstopfen der Wärmetauscher durch schmutziges Wasser und die daraus resultierenden Einflüsse auf die Wärmeübertragung beseitigt. 　　Der Jinhua-Ofen (Gasifizierungsofen zur Kombination von Synthesegas und Dampf), der gemeinsam vom Institut für saubere Energie der Tsinghua-Universität in Shanxi, von Yangmei Fengxi sowie von Yangmei Chemical Machinery (Group) Co., Ltd. entwickelt wurde, wurde am 1. April 2016 in der Nyingyi-Niederlassung von Yangmei Fengxi in Betrieb genommen. Mit Kohle aus Shanxi als Rohstoff funktioniert der Ofen bereits seit über 100 Tagen zuverlässig. Diese Gasifizierungsanlage verhindert effektiv das Verstopfen durch Schlacke und den Ablagerung von Ruß ； Das einzigartige Konstruktionsdesign verringert den Anteil der Anordnungen mit Wärmebelastung auf beiden Seiten, wodurch das Volumen der Anlage sowie die Investitionskosten sinken ； Die Wiederverwendung der Wärme aus dem hochtemperierten Synthesegas sowie die Erzeugung von hochtemperaturigem, hohldruckigem Dampf können die Energieumwandlungsleistung des Vergasers verbessern. 　　Laut den Untersuchungsergebnissen gab es Ende 2015 insgesamt 392 Gaskompressoranlagen, die in der Industrie eingesetzt wurden – abzüglich der Festbett-Gaskompressoranlagen bei Normaldruck. Die meisten davon waren Festbett-Anlagen zur Gaskompression von Kohle: 120 Anlagen, was 77,9 % ausmacht. Es gab außerdem 20 Fluidbett-Anlagen zur Gaskompression von Kohlepulver, was 55,5 % entspricht. Schließlich gab es 75 Anlagen vom Typ GE für die Gaskompression von Kohlestofflösungen, was 37,1 % ausmacht. Technologische Innovationen zur Überwindung von Schwächen: Han Hongmei sagte, dass die Gaskohlenstoffisierungstechnologie im Laufe von Jahrzehnten durch Forschung und Praxis ständig weiterentwickelt wurde. Dadurch hat sich das technische Niveau erheblich verbessert. Doch da die Anwendungsbereiche und -gebiete der Kohlevergasung im Inland immer weiter ausweiten, werden auch die Anforderungen an die Zusammensetzung des Gases immer vielfältiger. Es gibt mehr verschiedene Kohlestoffe, und die Qualität der Kohle ist zunehmend komplexer. Angesichts der steigenden Anforderungen in Bezug auf Umweltschutz und Sicherheit muss die Kohlevergasungstechnologie weiterentwickelt und verbessert werden – unter Berücksichtigung ihrer eigenen Eigenschaften sowie der Probleme, die bei der Produktion auftreten. 　　Laut Angaben gibt es bei den derzeit verwendeten Gasifizierungsanlagen dringend zu lösende Probleme: Es ist notwendig, den Kauf von patentierten Geräten sowie wichtiger Ausrüstung zu reduzieren und diese stattdessen im Inland herzustellen. Zudem müssen die Prozesse sowie die Steuerungssysteme optimiert werden. Die Kosten für Software (Patentgebühren + PDP-Gebühren + Servicekosten) sollten gesenkt werden. Der Druck bei der Gasifizierung von Wasserkohle sollte auf 6,5–8,7 MPa erhöht werden. Außerdem soll die Größe der Anlagen erhöht werden, um mehr Kohle verwenden zu können. Der Druck des Nebendampfs sollte ebenfalls erhöht werden. Die Kühlsysteme sowie die Systeme zur Entfernung von Staub müssen optimiert werden. Energie muss recycelt werden. Die Methode zur Kühlung des Synthesegas muss verbessert werden. Schädliche Abwässer müssen effektiv behandelt werden. Die Systeme zur Behandlung von Aschwasser müssen optimiert werden. Der Kreislaufprozess des Aschwassers muss verbessert werden. Die Methoden zur Reinigung des Gasöls müssen verbessert werden. Die Menge an Staub, die mit dem Gas abgegeben wird, muss verringert werden. Der Kohlenstoffgehalt im Aschenschlamm muss gesenkt werden. Die Menge an feinem Schlamm, der abgegeben wird, muss ebenfalls verringert werden. Die Nutzung des feinen Schlammes muss weiter erforscht werden. 　　“Die zukünftigen Innovationen bei Gaskohlenstoffisierungsanlagen liegen in der Steigerung des Anteils an inländischer Herstellung, der Senkung der Investitionskosten, der Erhöhung des Drucks bei der Gaskohlenstoffisierung, der Entwicklung großer Anlagen für diese Prozesse sowie in der Verbesserung der Energie- und Ressourceneinsparungen sowie des Umweltschutzes. ”Sagte Han Hongmei. Zum Beispiel hatte unser Land bis Juni 2016 bereits 28 Shell-Verfahrensgasifizierer für alte Ölkessel eingeführt. Derzeit verfügt das Shell-Verfahren über zehn Schlüsselgeräte, von denen neben dem Pulvergeschwindigkeitsmesser und dem Dichtemesser bereits Hersteller mit inländischer Zertifizierung vorhanden sind oder sich gerade im Zertifizierungsprozess befinden. In Zukunft muss die lokale Produktion von Schlüsselausrüstungen weiter beschleunigt werden. Dies kann **die Investitions- und Betriebskosten der Gasifizierungseinheit senken sowie das Niveau der inländischen Ausrüstungsherstellung verbessern.** 　　Laut Interviews mit Journalisten wird sich die Entwicklung von Innovationen im Bereich der Gasifizierung in Zukunft auf Bereiche wie katalytische Gasifizierung und unterirdische Kohlegasifizierung konzentrieren. Han Hongmei sagte, dass die katalytische Vergasung dazu beitragen kann, die Vergasungstemperatur um 200 °C bis 300 °C zu senken, wodurch eine sanfte Vergasung sowie eine gezielte Umwandlung erreicht werden können. Derzeit ist es wichtig, die Arten der Katalysatoren, die Mechanismen der katalytischen Reaktionen sowie den Prozess der katalytischen Vergasung genauer zu untersuchen. Bei der Technologie der unterirdischen Kohlegasifizierung liegt der Schwerpunkt derzeit auf der Verfeinerung der technischen Details, einschließlich der Prozesssteuerung, von Hilfsvorrichtungen/Ausrüstungen für die unterirdische Gasifizierung, der Zündtechnik sowie des Designs der Gasifizierungsöfen ； Auch Schlüsselperipherietechnologien wie Gassifizierungsrecycling und Schadstoffkontrolle sollten gestärkt werden. 　　Außerdem gibt es noch weitere Forschungsbereiche, wie z. B. Hydrogenisierung, Katalyse von Biomasse, gasförmige Gaserzeugung in mehrstufigen Strömungsbettanlagen (in Kombination mit Hochtemperaturumwandlung), Gaserzeugung aus Kohle in Hochofen Schlacke, supkritische Wassergaserzeugung, sekundäre Gaserzeugung aus Asche sowie die thermische Integration der Gaserzeugung mit anderen Prozessen (z. B. mit Methanisierung). Gasifizierungsinseln gewinnen zunehmend an Bedeutung. Mit der raschen Entwicklung der Kohlegasifizierungstechnologie, der Ausweitung der Industrieparks (große Unternehmen) sowie dem Wandel, der Optimierung und der Modernisierung der Industrie ist es mittlerweile zu einem Trend geworden, spezialisierte Gasifizierungsinseln einzusetzen, um Industrieparks – insbesondere großen Unternehmen – große Mengen an qualitativ hochwertigen und preisgünstigen Industriegasen wie Synthesegas, Wasserstoff und Kohlenmonoxid bereitzustellen. 　　Han Hongmei erklärte, dass eine professionell betriebene Gaskohlenstoffisierungsanlage die beste Lösung sei, um mit Veränderungen in der Qualität des Kohlestoffs umzugehen, einen stetigen Großbedarf an Industriegasen zu decken sowie die Probleme im Zusammenhang mit der Nutzung von Kohle und deren Umweltauswirkungen gezielt zu lösen. 　　Gasifizierungsinseln werden je nach Größe der bedienten Kundengruppen in Unternehmens- und Parkversionen unterteilt. Nach dem Zusammensetzung des gelieferten Gases unterscheiden sie sich in Synthesegas-Typen (CO+H2, H2, CO) und Industriegas-Typen. Je nach Branche, die bedient wird, können sie wiederum in chemische Branchen (Raffinerien/Kohlechemie/andere chemische Industrien usw.) sowie in andere Industriebereiche (Keramik/Baustoffe/Zement usw.) eingeteilt werden. Das Modell der „Gasinseln“ mit breitem Anwendungsbereich für Unternehmen, die Gas liefern, zieht aufgrund seiner Vorteile in Bezug auf Skalierbarkeit, Spezialisierung und Flexibilität immer mehr die Aufmerksamkeit und das Interesse von Unternehmen sowie Industrieparks auf sich. 　　“In Industrieparks mit vielen Unternehmen und hohem Bedarf an Industriegasen ermöglicht der Bau und Betrieb großer Gasifizierungsanlagen eine effiziente und zentralisierte Produktion sowie eine einheitliche Steuerung der Produktionsdienste. Dadurch werden die Nachteile vermieden, die durch den getrennten Bau von Gasifizierungsanlagen durch die einzelnen Unternehmen entstehen – insbesondere die Wiederholung des Baus kleinerer Anlagen. Dies fördert eine koordinierte Entwicklung des gesamten Industrieparks auf lange Sicht. ”Sagte Han Hongmei. 　　Es heißt, dass derzeit große petrochemische Industrieparks im In- und Ausland nach und nach das Modell der Gasifizierungsinsel eingeführt haben. Die großen modernen Produktionsstätten für Kohlechemikalien, die in unserem Land geplant werden, beinhalten ebenfalls eine geordnete Planung großer Gasifizierungsanlagen. Im Juli 2014 begann der Bau des Projekts „Zhongyuan Dahuahua Gasification Island“ in der Entwicklungszone von Puyang. Die Gesamtinvestitionen betrugen 3 Milliarden Yuan. Die Bauzeit wird auf 36 Monate geschätzt. Als Rohstoff wird hauptsächlich Kohlepulver verwendet. Dabei wird eine fortschrittliche Technologie zur Druckgasifizierung von Kohlepulver eingesetzt. Zudem werden Anlagen zur Reinigung des Synthesegas sowie zur Trennung von Gasen errichtet. Dadurch können wichtige Rohstoffe für die Kohlechemieindustrie hergestellt werden. Nach Fertigstellung des Projekts wird eine jährliche Produktionswert von 2,8 Milliarden Yuan sowie Einnahmen in Höhe von 220 Millionen Yuan erwartet. 　　Der Gaserzeugungs-Bereich des Kohlechemieprojekts von Yulin Energy Chemical Co., Ltd. der China Coal Shaanxi Company verwendet ein Gaserzeugungsverfahren mit GE900 Kubikfuß und einem Druck von 6,5×106 Pa. Es gibt 5 Gaserzeuger – 2 davon sind als Ersatz bereit. Die tägliche Menge an Kohle, die verbraucht wird, beträgt etwa 8000 Tonnen. Die Gaserzeugungsanlage wurde Ende April 2014 erstmals erfolgreich in Betrieb genommen. Han Hongmei erklärte, dass für eine professionelle Gaserzeugungsanlage je nach Anforderungen die geeigneten Verfahren wie Fluidisierbett-Gaserzeugung, Gasstrombett-Gaserzeugung oder Sauerstoffreiche Gaserzeugung in Festbetttechnik ausgewählt werden müssen. Zudem ist es notwendig, unter Berücksichtigung der verfügbaren Kohlequellen eine wirtschaftliche Bewertung des gesamten Prozesses durchzuführen – also „Kohlequelle + Gaserzeugungstechnologie + Produktpreis“.