Analyse der Technologieroute für Aromaten (Teil 1)

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Analyse der Technologierouten für Aromaten (Teil 1) Autor/Quelle: China Chemical Industry News Datum: 2016-08-25 Klickzahlen: 16 – Die Ölroute: Die PX-Trenntechnologie ist entscheidend. Derzeit wird in unserem Land Aromaten hauptsächlich über die Ölroute hergestellt. Die Forschungen im Bereich der Aromatenherstellung konzentrieren sich dabei vor allem auf die Trennung von Xylen (PX) – also auf diese zentrale Produktionsstufe. PX ist ein Schlüsselprodukt in der Kette der Aromatenindustrie, das als Brücke zwischen verschiedenen Produktstufen fungiert. Die Rohstoffe für PX stammen hauptsächlich aus Naphtha-Destillaten. Aus dem Naphtha wird Mischxylol abgetrennt; dieses wird anschließend isomergiert und weiter aufbereitet, um schließlich PX zu gewinnen. Dies sind Informationen, die ein Reporter der Zeitschrift China Chemical Industry vom 2016 China Aromaten-Industrieketten-Entwicklungsforum erhielt, das am 11. August zu Ende ging. Adsorptionsgetrennung: Der gängige Prozessweg im Ölsektor. Bei der Herstellung von PX aus Naphtha gibt es viele technische Herausforderungen – beispielsweise die Entwicklung neuer Disprozessierungskatalysatoren und Isomerisierungskatalysatoren sowie eine effiziente Trennung und Reinigung von PX. In dem Prozess zur Herstellung von Aromaten entlang der petrochemischen Route ist die Trennung von PX die wichtigste Verfahrenstechnik. Dabei wird in der Regel die Adsorptionsmethode verwendet. Aufgrund der hohen Integrationsstufe dieses Systems sowie der damit verbundenen Schwierigkeiten bei der Entwicklung, ist dies auch die letzte Verfahrenstechnik in diesem Bereich, deren Herstellung inländisch realisiert werden konnte. 　　Für die technische Lösung dieser Aufgabe ist das China Petrochemical Research Institute der Sinopec verantwortlich. Wang Dehua, leitender Ingenieur des Instituts, erklärte, dass sie zur Erfüllung dieser Aufgabe nacheinander mehrere Generationen von Adsorbenzien entwickelt haben. Die Entwicklung der ersten Generation von Adsorbenzien begann im Jahr 1996. Durch Forschungen zur Synthese von Molekularsieben, zur Formulierung der Adsorbenzien sowie zu den Verarbeitungsmethoden konnte im Jahr 2004 die industrielle Anwendung des ersten Adsorbenzienmodells RAX-2000A realisiert werden. Dabei verbesserten sich die Reinheit des Produkts, die Ausbeute sowie die Produktionskapazität erheblich. Danach entwickelten sie durch weitere Optimierung der Syntheseverfahren für Molekularsiebe sowie der Bedingungen bei der Alkalibehandlung ein zweites Adsorptionsmittel, RAX-3000, das 2011 in der Industrie eingesetzt wurde. 　　Im Jahr 2011 errichtete Sinopec in der Yangzi Petrochemical-Anlage mit dem inländischen Adsorptionsmittel und der entsprechenden Technologie vom Typ RAX-3000 die erste industrielle Demonstrationsanlage mit einer Kapazität von 30.000 Tonnen pro Jahr. Dies markierte den Erfolg von Sinopec bei der Überwindung des letzten Hindernisses auf dem Weg zur eigenständigen Herstellung von Aromaten – nämlich der Adsorptions-Trenntechnologie. Damit erlangte Sinopec die Kontrolle über die gesamte Technologie zur Herstellung von Aromaten. “Bevor die autonomen Technologien aufkamen, besaßen nur zwei Unternehmen in Europa und Amerika die gesamte Technologie für Aromaten. Die technologischen Hürden waren sehr hoch, wodurch die inländische Produktion fast vollständig von den Technologien ausländischer Unternehmen abhing. Heute wird die von uns entwickelte Technologie für die autonome Herstellung von Aromaten im PX-Projekt in Hainan mit einer Kapazität von 600.000 Tonnen pro Jahr eingesetzt. Die Adsorptions- und Trennvorrichtungen arbeiten seit über 30 Monaten ununterbrochen und zuverlässig. Die Reinheit des Produkts kann je nach Bedarf auf 99,7 % oder sogar 99,8 % und mehr stabil gehalten werden. ” So sagte Wu Wei, stellvertretender Chefingenieur des Instituts für Geowissenschaften. 　　Laut Wang Dehua hat das von der Akademie für Gesteinskunde entwickelte neueste Modell des Adsorptionsmittels RAX-4000 bereits eine technische Bewertung bestanden. Dieses Adsorptionsmittel ermöglicht es, die Verarbeitungskapazität der Anlagen um mehr als 20 % zu erhöhen. Mehrere große Anlagen für die Aromatenverarbeitung nach chinesischer Petrochemietechnologie werden derzeit entworfen, wobei die maximale Kapazität 1 Million Tonnen pro Jahr erreichen kann. Kristallische Trennung: Die beste Wahl für hochkonzentrierte Rohstoffe. In den PX-Trennungsanlagen ist die Adsorptions-Trennung zwar die gängigste Methode, doch auch die kristallische Trennung stellt eine sehr wichtige Trennweise dar. Wissenschaftler im In- und Ausland haben in diesem Bereich viel Forschung betrieben und dabei verschiedene Verfahren zur kristallischen Trennung von PX entwickelt. 　　Die Kristalltrenntechnik basiert auf den Unterschieden in den Schmelzpunkten der verschiedenen C8-Aromaten und dient zur Trennung von PX durch schmelzende Kristallisation. Die PX-Kristallisierungs- und Trenntechnologie weist Vorteile wie den Verzicht auf „Dreifachreagenzien“, die Erzeugung keiner „Dreifachabfälle“, eine hohe Produktreinheit, geringe Anforderungen an die Rohstoffe sowie einen einfachen und leicht kontrollierbaren Prozess auf. Gleichzeitig gibt es jedoch auch Nachteile wie einen hohen Energieverbrauch sowie hohe Anforderungen an die Stabilität der Ausrüstung und des Prozesses. 　　Die von dem Shanghai Research Institute of Petroleum and Chemical Technology entwickelte PX-Kristallisierungs- und Trenntechnologie ist äußerst einzigartig. Dr. Chen Liang von diesem Institut erklärte, dass die von ihnen entwickelte neue PX-Kristallisierungsverfahrensweise die Anzahl der Kristallisationsschritte verringert. Als Ausgangsmaterial für die Kristallisierung wird das aus Toluol gewonnene Produkt verwendet. Die Produktqualität ist stabil, die Reinheit von PX liegt bei über 99,8 %. Die Anlage funktioniert zuverlässig und ist außerdem einfach in der Bedienung – sowohl beim Starten als auch beim Stoppen. 　　Auf dieser Grundlage hat das Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology eine Kombinationstechnik aus selektiver Disproportionierung und kristalliner Trennung weiterentwickelt. Dabei ist es nicht notwendig, die Rohstoffe für die Kristallisation mit Xylen zu trennen. Zudem entfällt in der Kristallisationsstufe der energieintensive Schritt der Tiefkristallisation – dadurch werden die Vorteile noch deutlicher. Der Betrieb hat derzeit die Entwicklung eines Prozesspakets mit einer Kapazität von 100.000 Tonnen pro Jahr abgeschlossen. Gleichzeitig kombiniert das Unternehmen die traditionellen Verfahren der Adsorption zur Konzentrierung mit dem Kristallisationsverfahren zu einer Kombinationstechnologie. Dabei werden vereinfachte Prozesse für die Adsorptionsentfernung in einem einzigen Turm sowie vereinfachte Kristallisationsverfahren ohne den Einsatz von tiefkalten Bedingungen eingesetzt. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass für neue Anlagen günstige Spezialadsorbentien und -lösemittel verwendet werden können. Bei bestehenden Anlagen können außerdem die vorhandenen Adsorptions- und Lösemitteltürme weiterhin genutzt werden. Dadurch kann die PX-Produktionskapazität verdoppelt werden. Bisher wurde bereits eine Prozessanlage mit einer Kapazität von 600.000 Tonnen pro Jahr entwickelt. 　　Außerdem hat das Institut zwei Konzepte für Machbarkeitsstudien erstellt: Das erste Konzept zielt auf Energieeinsparungen und Kostensenkungen ab. Bei der ursprünglichen PX-Produktionskapazität von 100.000 Tonnen pro Jahr (mit Adsorptions-Trennverfahren) soll durch die Kombination aus Adsorption und Kristallisierungsverfahren die Energieverbrauch von 440 Kilogramm Standardöl pro Tonne PX auf 166–244 Kilogramm Standardöl pro Tonne PX gesenkt werden – ohne dass die Produktionskapazität verändert wird ； Das zweite Konzept zielt darauf ab, Energieeinsparungen mit einer Erhöhung der Produktionskapazität zu verbinden. Vor der Umgestaltung betrug die PX-Produktionskapazität 100.000 Tonnen pro Jahr (mit Adsorptions-Trennverfahren). Durch den Einsatz einer Kombination aus Adsorptions- und Kristallisationsverfahren stieg die Produktionskapazität auf 240.000 Tonnen pro Jahr. Zudem sank durch die Nutzung von Wärme bei niedrigen Temperaturen der Energieverbrauch von 440 Kilogramm Standardöl pro Tonne PX auf 281 Kilogramm Standardöl pro Tonne PX. 　　Chen Liang ist der Ansicht, dass die Kristallisation zur Trennung besonders geeignet ist, um hochkonzentrierte PX-Rohstoffe zu trennen. Die neuen Kristallisierungsverfahren sowie neue Geräte für PX, die vom Shanghai Research Institute of Petroleum Chemistry entwickelt wurden, können bei der Erweiterung und Modernisierung bestehender PX-Produktionsanlagen dazu beitragen, den Energieverbrauch bei der PX-Produktion zu senken – was wiederum wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt. Ausländische Unternehmen: Verbesserung von Prozessen zur Energieeinsparung und Ressourcensenkung. Als Pioniere in den Bereichen der aromatischen Kohlenwasserstoffverarbeitung führen die ausländischen Patentinhaber – das amerikanische Unternehmen UOP sowie das französische Unternehmen Axens – weiterhin die Entwicklung in der Adsorptions- und Trenntechnologie an. Durch ständige Verbesserungen bei Adsorbenten, Verfahren, speziellen Geräten und Steuerungssystemen konnten sie die Reinheit des Produkts von anfangs 99,2 % auf 99,8 % erhöhen und die Ausbeute pro Durchlauf von 90 % auf 98 % steigern. 　　Ein leitender Manager von Honeywell UOP stellte die neuen Durchbrüche vor, die das Unternehmen bei der Adsorptions- und Trenntechnologie für Aromaten erzielt hat. Auf der Grundlage jahrelanger Erfahrung in der Herstellung von Adsorbenten sowie in den damit verbundenen Verfahrenstechniken entwickelte UOP im Jahr 2015 das LD Parex-Verfahren zur leichteren PX-Adsorptions- und Trennungsprozessierung. Dieses Verfahren weist leichte Anpassungen am ADS-47-Adsorbenz auf, um es an Systeme mit leichteren Desorbenzien (Toluen) anzupassen ； Gleichzeitig wird auf schwere Desorptionsmittel verzichtet, wodurch die Anforderungen an die Trenngenauigkeit gesenkt werden. Durch eine optimierte Destillationsprozessführung können 20 % der Geräte sowie der Destillationsplatten eingespart werden. Dadurch sinken die Investitionskosten um 15 % bis 17 %. Gleichzeitig bleibt der niedrige Energieverbrauch des ursprünglichen UOP-Hochleistungs-Aromatenanlagenkonzepts erhalten. Derzeit sind alle Komponenten von LD ParexParex erfolgreich in der Industrie umgesetzt worden und arbeiten zuverlässig, wodurch bei den Aromatenanlagen bahnbrechende Fortschritte hinsichtlich Investitionen und Energieverbrauch erzielt werden konnten. 　　Die von der Sibie BP Technology Alliance entwickelte PX-Kristallisierungs- und Trenntechnologie weist ebenfalls fortschrittliche Energieeinsparungseigenschaften auf. Wang Jianguo, leitender Ingenieur bei CB&I Lummus, erklärte, dass die von BP bereitgestellte PX-Kristallisierungs- und Trenntechnologie, für die CB&I eine weltweite Exklusivlizenz besitzt, derzeit bereits in dem größten Aromatenkombinat der Welt von Reliance Industries in Indien sowie in der weltweit größten PX-Fabrik von GS Caltex in Südkorea eingesetzt wird. In gewissem Sinne kann man sagen, dass die BP-Kristallisationstechnologie im Vergleich zur selektiven Adsorptions-Trenntechnologie Vorteile hinsichtlich geringerer Energieverbräuche und Produktionskosten aufweist. 　　Außerdem stellte das Unternehmen AXENS auf der Konferenz zur Entwicklung der Aromatenindustrie in China im Jahr 2016 die neuesten Fortschritte bei der Entwicklung der Technologie für Aromatenverarbeitungsanlagen – nämlich AXENS ParamaX – vor. Dieser Prozess nutzt fortschrittliche Technologien wie die kontinuierliche Reforming-Technologie mit hohen Anforderungen, die Isomerisierungstechnologie für Xylen sowie die Adsorptions- und Trenntechnologie mit Molekularsieben. Durch ständige Innovationen in den Kerntechnologien sowie bei Katalysatoren und Adsorbenten können die Investitionskosten sowie Betriebskosten der Anlagen zur Herstellung von Aromaten erheblich gesenkt werden. In den letzten Jahren wurden in der Region Naher Osten viele Olefinanlagen so umgerüstet, dass sie stattdessen das dort reichlich vorhandene und günstige Ethan sowie Propan verwenden – dadurch steht mehr Naphtha zur Verfügung, das für den Export genutzt werden kann ； Afrika sowie Mittel- und Südamerika sind ebenfalls wichtige Regionen für den Weltexport von Naphtha. Inländische Aromatenhersteller könnten in Erwägung ziehen, Naphtha aus diesen Regionen zu importieren, um Aromate herzustellen. Außerdem kann man aktiv die Verwendung anderer Rohstoffe wie z. B. Kondensat erweitern. Kurz gesagt, muss die Versorgung mit Rohstoffen für die Herstellung von Aromaten erweitert werden.