Der Schwerpunkt der Kohlebasierten Route liegt auf der Verbesserung der Methanol-basierten Herstellung von Aromaten – Analyse der Technologie zur Herstellung von Aromaten (Teil 2)

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Der Kohleweg konzentriert sich auf die Verbesserung der Methanol-basierten Herstellung von Aromaten – Analyse des Technologiewegs für Aromate (Teil 2). Autor/Quelle: China Chemical Industry News. Datum: 25.08.2016. Klickzahlen: 9. Quelle: Die Herstellung von Aromaten aus Kohle mittels Methanol gilt in der Branche als eine notwendige Lösung, um die Abhängigkeit von externen Rohstoffquellen zu verringern und die Rohstoffquellen zu diversifizieren. Ein Reporter der Zeitschrift China Chemical Industry erfuhr auf der Konferenz zur Entwicklung der Aromatenindustrie in China im Jahr 2016, dass bei der Herstellung von Aromaten über den Kohleweg der Prozess der Herstellung von Methanol aus Kohle bereits relativ ausgereift ist. Die Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf den Prozess der Umwandlung von Methanol in Aromate. Unser Land gehört zu den Ländern, die bereits früh mit der Forschung zur Herstellung von Aromaten aus Methanol begonnen haben. Die damit verbundenen Technologien gehören zu den weltweit führenden. Derzeit verfügt unser Land über eigene, patentierte Technologien in diesem Bereich – darunter die Technologie zur Herstellung von Aromaten aus Methanol in Festbettanlagen, die Technologie zur Herstellung von Aromaten aus Methanol in Fluidbettanlagen sowie die Technologie zur Herstellung von Aromaten durch Methylierung von Toluol und Methanol. Festbettverfahren: Höchster Energieeffizienzniveau im Inland. Die Herstellung von Aromaten aus Methanol ist ein Prozess, bei dem Methanol unter Wirkung eines Katalysators durch eine Reihe von Reaktionen schließlich in Aromate umgewandelt wird. Die Produkte sind hauptsächlich Benzol, Toluol und Xylen. Die in dem Institut für Kohlenwasserstoffverarbeitung in Shanxi der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelte Technologie zur Herstellung von Aromaten aus Methanol unter Verwendung eines festen Betts gehört zu den Technologien zur großskaligen Umwandlung von Methanol. Als Katalysator wird MoHZSM-5 (Ionenaustausch)-Molekularsieb verwendet, als Rohstoff dient Methanol. Das Zielprodukt sind Aromate. Erstmals in China wurde so unter Nutzung eines festen Betts Methanol in einem einzigen Schritt in hochwertige Aromate umgewandelt. Diese Technologie wurde im Februar 2012 bei der ersten Probeproduktion des 100.000-Tonnen-Jahres-Anlagen zur Herstellung von Aromaten aus Methanol im Unternehmen Qinghua Group in Inner Mongolia erfolgreich eingesetzt – die Anlage wurde dabei von der Firma Caiding entworfen. Dies ist die erste in China entwickelte Anlage zur Herstellung von Aromaten aus Methanol in einem einzigen Schritt – eine Anlage, die von Saiding in Zusammenarbeit mit dem Institut für Kohlechemie in Shanxi entwickelt wurde. Laut Dr. Liu Ping vom **Schwerpunktlabore für Kohlenstoffumwandlung** am Shanxi Coal Chemistry Institute wurde diese Technologie anschließend in Yunnan Xianfeng, Tangshan in Hebei sowie Xinjiang Xinye eingesetzt. Die Gesamtkapazität beträgt 800.000 Tonnen pro Jahr. Im Februar dieses Jahres wurde das neu errichtete Anlage zur Herstellung von Aromaten aus Methanol mit einer Kapazität von 100.000 Tonnen pro Jahr in der Shaanxi Baonit Chemical Group in Betrieb genommen. Die tägliche Produktion an Aromaten beträgt 300 Tonnen – das ist nahe an der geplanten Leistung. Pro Tonne Produkt werden 2,46–2,48 Tonnen Methanol verbraucht; die Energieeffizienz liegt auf dem besten Niveau unter den vergleichbaren Anlagen im Inland. Fluidisierbodenverfahren: Das Produkt ist besser als das aus dem Ölweg gewonnene Produkt. Die Technologie zur Herstellung von Aromaten aus Methanol mittels zyklischen Fluidisierbodens (FMTA) ist eine viel beachtete Technologie, die an der Tsinghua-Universität entwickelt wurde. Auf der Konferenz zur Entwicklung der Aromatenindustriekette in China im Jahr 2016 stellte Professor Qian Weizhong von der Tsinghua-Universität den Entwicklungsstand sowie die neuesten Fortschritte dieser Technologie vor. Zu den Reihe von ingenieurtechnischen Herausforderungen, die sie nacheinander bewältigten, gehörte die schnelle Inaktivierung des Katalysators, weshalb eine Technologie zur kontinuierlichen Regeneration in einem Fluidisierbett erforderlich war ； Bei der einwegigen Umwandlung von Methanol ist ein separater Reaktor erforderlich, um eine kontinuierliche Umwandlung in Aromaten zu ermöglichen ； Aufgrund komplexer Prozesse bei der Reaktorregeneration unter Druck wurden schließlich weltweit erstmals Katalysatoren für die Herstellung von Aromaten aus Methan sowie eine kontinuierliche Reaktorregenerationstechnologie für die großtechnische industrielle Produktion entwickelt. Im Januar 2013 wurde in der Kohlechemieanlage von Huadian in Yulin, Provinz Shaanxi, die weltweit erste industrielle Testanlage zur Herstellung von Aromaten aus Methanol in dieser Technologie erfolgreich in Betrieb genommen. Die Methanol-Umwandlungsrate dieser Technologie liegt bei >99,99 %. Aus 3,07 Tonnen Methanol werden 1 Tonne Aromaten erzeugt. Der gesamte Prozessverlauf ist kurz, und die Produkte sind besser als diejenigen, die durch den petrochemischen Weg hergestellt werden. Die Huadian Coal Industry Group gab kürzlich bekannt, dass die Vorbereitungen für das industrielle Demonstrationsprojekt zur Herstellung von Aromaten aus Kohle mittels dieser Technologie gut vorankommen. Das zentrale Verfahren zur Herstellung von Aromaten aus Methanol wurde bereits gemeinsam von Huadian Coal Industry, der Tsinghua-Universität sowie dem Ostchinesischen Designinstitut von PetroChina entwickelt. Der Umweltbericht zu diesem Projekt wird in Kürze dem Umweltministerium zur Genehmigung vorgelegt, und der Bericht zur Bewertung der Wasserressourcen wurde bereits eingereicht, um genehmigt zu werden. Anlagen zur Herstellung von Aromaten aus Methanol in der Größenordnung von zehntausend Tonnen benötigen weniger als 3 Tonnen Methanol pro Tonne Aromate. Bei Anlagen in der Größenordnung von einer Million Tonnen könnte der Methanolverbrauch pro Tonne Aromaten auf 2,5 bis 2,8 Tonnen sinken. Gleichzeitig können wertvolle Nebenprodukte wie Flüssiggas und Wasserstoff hergestellt werden. Dabei kann das als Nebenprodukt entstehende Wasserstoffgas nach der Rückführung in die Methanolanlage dazu beitragen, die Methanolproduktion um 12 % zu erhöhen. Dadurch sinken die Gesamtkosten für die Herstellung von Aromaten erheblich. Zu diesem Zeitpunkt werden Kohlebasierte Aromaten nicht nur im Vergleich zum Ölweg eine deutliche Kostenvorteil haben, sondern auch im Vergleich zu DMTO – schließlich sind die Preise für Aromate in der Regel höher als die für Olefine. Zudem ist der Verbrauch an Ausgangsmaterial Methanol bei diesen Verfahren ähnlich wie bei DMTO, was weitere Vorteile mit sich bringt. Methylierungsverfahren: Eine Verbindung von Kohlechemie und Petrochemie – Die Synthese von P-Xylen (PX) durch Methylierung von Toluol und Methanol ist ein neues Verfahren, das die Kohlechemie und die Petrochemie miteinander verbindet, um P-Xylen herzustellen. Derzeit liegt der Preis für Methanol auf dem Markt bei weniger als 2000 Yuan pro Tonne, während der Preis für Toluol etwa 5000 Yuan pro Tonne beträgt. Der größte Vorteil dieser Technologie besteht daher darin, dass Toluol sowie kostengünstiges Methanol als Rohstoffe verwendet werden können, um PX in hoher Konzentration herzustellen. Einige Delegierte waren der Ansicht, dass die Einführung dieser Technologie nicht nur dazu beitragen kann, das Problem des Überangebots an Methanol im Inland zu verringern, sondern auch eine starke technische Grundlage dafür bietet, in Zukunft die Produktionskapazitäten der Aromatenanlagen zu erweitern sowie die Struktur der Rohstoffe und Produkte im Aromatenherstellungsprozess anzupassen, um eine Vielfalt an Aromatenrohstoffen zu erreichen. 　 Am 23. Oktober 2012 wurde die von dem Dalian Institute of Chemical Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelte Technologie zur Herstellung von PX sowie kohlenstoffarmen Olefinen aus Toluol und Methanol erfolgreich geprüft. Diese Technologie nutzt den Prozess des zyklischen Fluidisierbettverfahrens, um unter Verwendung eines Reaktionsystems und eines Katalysators gleichzeitig mit hoher Selektivität PX sowie Kohlenwasserstoffe mit geringer Kohlenstoffzahl wie Ethylen und Propylen herzustellen. Diese Technologie kann sowohl als Modernisierungsmaßnahme für bestehende Aromatenanlagen genutzt werden, um die PX-Produktion zu erhöhen und den Energieverbrauch der Anlagen zu verringern ； Es kann auch bei der Errichtung neuer Aromatenkombinatanlagen eingesetzt werden. Im Vergleich zu den traditionellen PX-Produktionsverfahren werden dadurch die Investitionskosten sowie die Betriebskosten für Prozesse wie Disproportionierung und Isomerisierung reduziert ； Wenn eine separate Anlage zur Herstellung von PX sowie kohlenstoffarmen Olefinen aus Toluol und Methanol errichtet wird, können kostspielige Adsorptions-Trennvorrichtungen durch einfache Kristallisations-Trenneinheiten ersetzt werden, **wodurch die Produktionskosten für PX gesenkt werden können.** Nach Informationen der Reporter ist Sinopec ebenfalls ein aktiver Anwender des Verfahrens zur Herstellung von PX durch Methylierung von Toluolmethanol. Im März 2015 wurde in der Yangzi Petrochemical die weltweit einzige Industriepilotanlage zur Herstellung von Xylen durch Methylierung von Toluolmethanol mit einer Kapazität von 200.000 Tonnen pro Jahr in Betrieb genommen. Dabei wurde nicht nur PX in hoher Konzentration hergestellt, sondern es entstanden nur geringe Mengen an Nebenprodukten wie Benzol und C9. Durch den neuen Verfahrensansatz wird durch die Einbeziehung von Methanol die Ausnutzungsrate des Toluols verbessert. Theoretisch ist für die Herstellung von 1 Tonne PX nur 1 Tonne Toluol erforderlich. Im herkömmlichen Toluindissoziationsverfahren hingegen werden für die Herstellung von 1 Tonne PX etwa 2,5 Tonnen Toluol benötigt – zudem entstehen viele Nebenprodukte in Form von Benzol. Daher weist die neue Technologie eine hohe Ausbeute und niedrige Kosten auf und verbindet die Petrochemie mit der Kohlechemie. Andere Verfahren: Verbesserung der Details zur Vorbereitung der Industrialisierung. Neben den oben genannten Technologien arbeiten auch das Forschungsinstitut der Henan Coal Chemical Group sowie die Beijing University of Chemical Technology zusammen an der Entwicklung von Technologien zur Herstellung von Aromaten aus Kohlebasis-Methanol. Dabei wurde bereits eine relativ vollständige Technologie entwickelt ； Das Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology der Sinopec verwendet Katalysatoren auf Basis von Molekülsieben mit beladenen Dehydroxidations-Halogeniden (ZSM-5). Die labortechnischen Tests mit diesen Katalysatoren sind bereits abgeschlossen. Die Ausbeute an Aromaten bei einer einzigen Umsetzungsstufe liegt über 50%, die Selektivität beträgt mehr als 80%. Derzeit arbeiten sie mit relevanten Partnern an der Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von Aromaten aus Methanol. Obwohl bei der technologischen Entwicklung von Kohlebasierten Aromaten ständige Fortschritte erzielt werden, ist die derzeitige Industrialisierung noch nicht zufriedenstellend. Auf der Konferenz sagten Vertreter gegenüber Journalisten, dass dies hauptsächlich darauf zurückzuführen sei, dass die derzeit niedrigen Ölpreise die Wettbewerbsfähigkeit der auf Öl basierenden Verfahren erhöhen, während die Entwicklung von Verfahren auf Kohlebasis behindert wird. Aber es gibt auch Experten, die der Ansicht sind, dass die Ressourcenverhältnisse unseres Landes sowie die hohe Abhängigkeit von Importen in Höhe von 57 % für PX die strategische Bedeutung der Kohlebasierten Aromaten ausmachen. Im Vergleich zur Herstellung von Aromaten über den Ölweg kann der Methanolweg die Kosten um etwa 20 % senken. Zudem weist die durch diesen Weg gewonnene Aromatmischung einen hohen Anteil an Xylen auf, enthält keine Verunreinigungen wie Schwefel oder Stickstoff und eignet sich daher besser für die Herstellung von PX. Daher besteht es für die Wissenschaftler in erster Linie darin, die relevanten Prozessdetails so schnell wie möglich zu verbessern und alle Vorbereitungen für die Industrialisierung abzuschließen.