Chen Junwu: Die Geschichte des Aufbruchs der Katalytischen Krackungstechnologie in China

Erste Phase: Beginn der eigenen Forschung und Entwicklung sowie Untersuchungen ausländischer Technologien. Anfang der 1960er Jahre wurde mit Hilfe der Sowjetunion die Raffinerie in Lanzhou errichtet. Dabei wurde die Technik der katalytischen Kracking verwendet – dabei handelte es sich um eine Technologie mit mobilen Betten. Die Katalysatoren bestanden weiterhin aus amorphen Silizium-Aluminium-Kügelchen. Im Westen hingegen bereits die Technik des fluidisierten katalytischen Crackings im Einsatz; dort wurden Mikrosphären als Katalysatoren verwendet. Sowohl die Ausbeute an Leichtöl als auch die Selektivität waren dabei deutlich höher als in der Sowjetunion. Wir stellten fest, dass die sowjetische Technologie zwanzig Jahre hinter der westlichen Technologie zurücklag, was dem Niveau der USA in den 1940er Jahren entsprach. Damals konnte die Sowjetunion keine fortschrittlichere Technologie vorweisen; ihre Technik hatte das Niveau der amerikanischen Technologie aus den 1940er Jahren noch nicht übertroffen. Daher war die Frage, wie man den internationalen Spitzenstand der Technik der 1960er Jahre erreichen konnte, ein großes Problem für die inländische Erdölverarbeitungsindustrie zu jener Zeit. Zu jener Zeit konnten man Ihnen allgemeine ausländische Technologien verkaufen, aber strategisch wichtige, fortschrittliche Technologien wurden uns auf keinen Fall verkauft. Die USA haben gegen China ein technisches Embargo verhängt, weshalb China nur noch auf die eigenständige Entwicklung setzen kann und sich selbst auf den Weg der Erfindung und Innovation begeben muss. Das war auch der ursprüngliche Zweck der Wissenschafts- und Technologiekonferenz zur Entwicklung neuer Raffinerietechnologien, die das Energieministerium im Dezember 1961 in Peking abhielt. Doch die Experimente, die wir in der Raffinerie in Lanzhou durchgeführt haben, waren nicht erfolgreich – der Verlust an Katalysatoren war zu groß. Wir hoffen sehr, ins Ausland reisen zu können, um fortschrittliche Technologien der katalytischen Kracking-Prozesse kennenzulernen. Gerade Ende 1961 wurden mehrere Experten aus unserem Ölministerium eingeladen, nach Kuba zu reisen, um dort zu inspizieren. Die Leitung des Ölministeriums besichtigte in Kuba zwei Raffinerien – eine war von den USA gebaut worden, die andere von Großbritannien. Dazu gehörte auch das damals modernste Anlage zur fluidisierten katalytischen Krackung – eine Technologie, deren Entwicklung auf der Konferenz in Xiangshan vom Ölministerium festgelegt wurde. Ich wurde dabei zum Entwickler dieser Anlage ernannt. Die Führung des Energieministeriums sah in einem Besuch auf Kuba eine einmalige Gelegenheit. In Kubas Raffinerien waren die Führungskräfte größtenteils Ausländer; nach dem Erfolg der kubanischen Revolution verließen die meisten von ihnen das Land. Die Kubaner haben uns großzügigerweise viele Informationen gegeben, aber wie geht man damit um? Informationen allein lösen keine Probleme – man muss sie verarbeiten und in eigene Kenntnisse umwandeln, wofür viel Anstrengung erforderlich ist. Die Leitung des Energieministeriums hat beschlossen, fünf weitere Techniker aus verschiedenen Fachgebieten nach Kuba zu schicken, um dort vor Ort Untersuchungen durchzuführen. Ich gehöre zum Fachbereich Prozesstechnik und bin außerdem Entwerfer für Anlagen im Inland. Meine Aufgabe besteht darin, Ingenieurarbeiten im Inland mit Besuchen im Ausland zu verbinden. Die anderen Kollegen stammen aus den Bereichen Ausrüstung, Maschinenbau und Messtechnik. Das umfangreiche Wissen über die fluidisierte Katalytische Crackung, das in Kuba erworben wurde, ermöglicht es nicht nur, technische Probleme im Zusammenhang mit der fluidisierten Katalytischen Crackung zu lösen, sondern bezieht sich auch auf andere relevante Technologien im Raffinerieprozess. Unsere Forschungsgruppe konzentrierte sich hauptsächlich auf die Technologie der katalytischen Krackung und berücksichtigte gleichzeitig technische Unterlagen zu Normal- und Unterdruckverfahren sowie zur katalytischen Reformierung. Innerhalb von einem halben Jahr haben wir versucht, die Unterlagen zu kopieren oder schriftlich zu ordnen. Das zentrale Problem zu dieser Zeit war es, die Probleme im Zusammenhang mit den Verfahren und Geräten klarzustellen, um die Ingenieurplanung und -herstellung im Inland zu leiten. Glücklicherweise haben auch die paar von uns, die nach Kuba gegangen sind, ihre Aufgabe übernommen: Sie haben alles untersucht, was wichtig war, und alles notiert, was festgehalten werden musste. Deshalb wurde nach der Rückkehr die chinesische Katalytische Krackungstechnologie von Grund auf, von Null an, entwickelt. In den zweieinhalb Jahren von September 1962 bis Februar 1963 sowie von September 1964 bis Februar 1965 haben wir im Grunde die Kernaspekte dieser Technologie erfasst und in vielen Bereichen nicht nur verstanden, wie sie funktioniert, sondern auch warum.

Zweite Phase: Vom Nachahmen nach dem Vorbild zum Nachahmen nach einem größeren Vorbild. Die in Fushun und Daqing errichteten Anlagen zur fluidisierten katalytischen Krackung mit einer Kapazität von 600.000 Tonnen pro Jahr können als Beispiele für das Nachahmen nach dem Vorbild angesehen werden. Später entschied das Ministerium für die Ölindustrie, in der Raffinerie Shengli in Shandong eine Anlage mit doppelter Kapazität – nämlich 1,2 Millionen Tonnen pro Jahr – zu errichten. Das ist dann das Nachahmen nach einem größeren Vorbild. Die konkrete Gestaltung dieses Systems oblag dem Designbüro in Peking, ich übernahm die technische Leitung. Im Prozess des Nachahmens gab es Probleme – das Hauptproblem war unser unzureichender technischer Stand. Es ist möglich, einfach zu kopieren, aber wenn man die Größe verdoppelt und die Leistungsfähigkeit der Anlage ebenfalls verdoppelt, entstehen Probleme. Zudem verlangten die Führungskräfte damals, dass Innovationen eingeführt werden sollten. Unter diesen Bedingungen hatten unsere Entwürfe einige Mängel. Ende 1967 verlief der Betrieb in der Startphase der Fluidkatalytischen Crackanlage mit einer Kapazität von 1,2 Millionen Tonnen pro Jahr im Großen und Ganzen stabil. Doch der tägliche Katalyserverbrauch erreichte etwa 30 Tonnen, weshalb die Anlage stillgelegt werden musste. Es ist sicherlich nicht möglich, an einem Tag dreißig Tonnen Katalysator zu verlieren – schließlich wurde zu dieser Zeit in China an solchen Katalysatoren geforscht (sie gehörten auch zu den Entwicklungsprojekten der „Fünf goldenen Blumen“). Doch es war noch nicht möglich, sie in der Industrie herzustellen. In China wurden daher Katalysatoren aus 3A-Mikrosphären verwendet, die aus Großbritannien importiert wurden. Diese Katalysatoren waren außerdem sehr teuer. Deshalb müssen wir die grundlegenden Theorien der Fluidisierung gründlich untersuchen, um die Ursachen für den Verlust von Katalysatoren in industriellen Anlagen herauszufinden. Aber das kann nicht in einem Labor irgendeines Forschungsinstituts durchgeführt werden; die Tests müssen vor Ort in großen Industrieanlagen stattfinden. Der Durchmesser des Reglers von industriellen Anlagen im Betrieb beträgt etwa neun Meter; im Gegensatz dazu kann man das in einem Labor nicht einfach wiederholen, weshalb es notwendig ist, geeignete Test- und Forschungspläne zu entwickeln. Ich wurde zum Leiter der Sonderuntersuchungskommission ernannt und führte die Kommission mehrmals zwischen Fushun und Daqing. Nach der Analyse der Daten zur normalen Funktionsweise des Fluidisierungsprozesses in Daqing sowie der Daten zur Katalysatordichte und -verteilung im Regenerator des Katalytischen Krackungsanlages mit einer Kapazität von 1,2 Millionen Tonnen pro Jahr, stellte sich heraus, dass eine ungleichmäßige Verteilung der Luftströme im Fluidisierbett der Hauptgrund für den Verlust des Katalysators in der Shengli-Raffinerie ist. Die Probleme, die bei industriellen Anlagen auftreten, haben dazu geführt, dass wir die Mechanismen der Fluidisierung theoretisch genauer untersucht haben. Zunächst wurden Anlagen mit einer Kapazität von 600.000 Tonnen pro Jahr untersucht und getestet. Anschließend folgten Tests an größeren Anlagen mit einer Kapazität von 1,2 Millionen Tonnen pro Jahr – zunächst in begrenztem Umfang, später dann in voller Größe. Im Laufe dieser wiederholten Tests konnten schließlich einige Muster erkannt werden, die später zu den Testregeln und Designvorgaben für Anlagen zur fluidisierten katalytischen Krackung wurden. Der Test dient dazu, die Gesetzmäßigkeiten und Daten zu verstehen, die uns zuvor nicht ganz klar waren. Durch weitere Tests werden ständig neue Daten gewonnen, und nach der Auswertung dieser Daten kann man weiter verbessern. Die Tests sind nicht so einfach: Wenn der Durchmesser eines großen Reaktors oder Regenerators um das Zehnfache vergrößert wird, ist es nicht einfach, die darin liegenden Schwierigkeiten zu verstehen. Es bedarf sowohl theoretischer Analysen als auch der Anwendung bestimmter Techniken zur Untersuchung des Fließverhaltens. Später wurde die Verarbeitungskapazität unserer Raffinerien immer größer. Die Kapazität der Anlage für fluidisierbaren katalytischen Kracking betrug 600.000 Tonnen pro Jahr – das war zu wenig. Deshalb musste die Kapazität auf 1,2 Millionen Tonnen pro Jahr erhöht werden. Wenn die Größe zunimmt, treten beim Fluidisieren unweigerlich viele Probleme auf. Diese werden durch eine Kombination aus theoretischer Analyse und Tests diagnostiziert und gelöst. Nachdem wir eine Reihe von Diagnosemethoden entwickelt hatten, verbesserten sich sowohl das Betriebsniveau als auch das Designniveau der Industrieanlagen erheblich. Dadurch konnte auch die Größenordnung bei der Planung von Fluidisierkatalysatoren weiter erhöht werden. Ab 1962 begann man mit der Anwendung der im Ausland entwickelten Catalyse-Krakelungstechnologie mit einer Kapazität von 600.000 Tonnen pro Jahr – dabei wurde einfach nachgeahmt, was bereits existierte. Die Anlage wurde 1965 in Betrieb genommen. Bei der Technologie mit einer Kapazität von 1,2 Millionen Tonnen pro Jahr wurde ebenfalls nachgeahmt; diese Anlage ging 1968 in Betrieb. Es traten einige Probleme auf, die ständig behoben werden mussten. Bis 1969 war die Technologie schließlich erfolgreich implementiert worden – also hat auch das Nachahmen funktioniert.

Dritte Phase: Errichtung eines Raffinerie-Testwerks durch das Entwurfsbüro. Im Jahr 1972 erteilte das Ministerium für Brennstoffchemie die Genehmigung, in dem Entwurfsbüro in Luoyang ein Raffinerie-Testwerk zu errichten, um neue Verfahren, Materialien und Ausrüstungen für die Raffinerietechnologie systematisch zu entwickeln. Nach dem Bau des Versuchswerks im Jahr 1975 wurden eine Reihe von Experimenten im Bereich der katalytischen Kracking-Verfahren durchgeführt. Dadurch entstand ein neues Modell für technologische Innovationen, bei dem die ingenieurtechnische Planung eng mit der Entwicklung neuer Technologien verbunden ist. Vor den 1970er Jahren wurde in ausländischen Rohstoffen für die katalytische Krackung kein Schlammöl verwendet. Da im Rohöl von Daqing in China nur geringe Mengen an Nickel und Vanadium enthalten waren, die für Katalysatoren schädlich sind, wurden in Versuchsanlagen Tests zur Verwendung von Schlammöl aus Daqing in der katalytischen Krackung durchgeführt. Dadurch konnte eine stabile Produktion ohne Notwendigkeit einer Wärmezufuhr erreicht werden. Gleichzeitig gelang es dem Forschungsinstitut für Petrochemie auch in der Raffinerie in Mudanjiang, erfolgreiche Experimente durchzuführen. Damit begann die Aufhebung des Verbots, Schweröl in den Prozess der katalytischen Kracking zu einbringen. Im Jahr 1983 wurde die Vorgängerin der Sinopec-Gruppe, nämlich die China Petrochemical Corporation, gegründet. Um unsere Raffinerietechnologie auf internationales Spitzenniveau zu bringen, wurde beschlossen, Forschungsarbeiten in diesem Bereich voranzutreiben. Ich und Akademiker Min Enze übernahmen jeweils die Rolle des Leiters bzw. Stellvertretenden Leiters der Forschungsgruppe für katalytische Kracking-Verfahren im Rahmen des „Sechs-Fünf“-Forschungsprogramms. Das Ziel ist es, neue Verfahren zur katalytischen Kracking von Schweröl unter Normaldruck sowie neue Katalysatoren für dieses Verfahren zu entwickeln. Ich habe das zu lösende Problem in neun Teilprobleme aufgeteilt und die Wärmeentnahme aus der Regeneratorbettung in zwei Kategorien unterteilt: Wärmeentnahme über innere Schlangen sowie Wärmeentnahme über äußere Wärmeentnahmeeinrichtungen (die wiederum in „obenfließende“ und „untenfließende“ Typen unterteilt werden). Bei der Konstruktion des externen Wärmeentnahmesystems habe ich ein effizientes Schema mit longitudinalen Finnenrohren vorgeschlagen, das die Wärmetransfizienz verbessert und die Struktur des Wärmeentnahmesystems kompakter macht. Gleichzeitig wurden auch einige Anwendungsgrundlagenforschungen durchgeführt, die zuvor unerforscht geblieben waren, wie beispielsweise die Durchführung von Studien zur Verbrennungskinetik an der Öluniversität sowie von Forschungen zum Thema Fluidisierung am Institut für Prozesstechnik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Im Jahr 1985 war das Projekt zur katalytischen Zerkleinerung von Schweröl bei normaler Druckbedingung in der Raffinerie in Shijiazhuang erfolgreich. Diese Forschungsergebnisse haben China in dem Bereich der katalytischen Crackierung von Schweröl auf die weltweite Führungsposition gebracht. Bei Auslandskatalysatorkrackungsanlagen gab es stets verschiedene Anordnungsformen für Reaktoren und Regeneratoren – wie nebeneinander angeordnete Einheiten auf derselben Höhe, Einheiten in unterschiedlichen Höhen sowie koaxiale Anordnungen. In China hingegen wurden in den früheren Jahren nur Anlagen in der Form von nebeneinander angeordneten Einheiten auf derselben Höhe errichtet. Auf Vorschlag des stellvertretenden Chefingenieurs der Firma, Jiao Liansheng, entwickelte ich in der Versuchsanlage der Firma in Luoyang eine koaxiale Katalysatorkrackungsanlage, die weniger Platz beansprucht und flexibler in der Bedienung ist. Dabei konnten insbesondere die Schwierigkeiten bezüglich der Ventile, der Prozesssteuerung sowie der zweistufigen Regeneration überwunden werden. Es wurde eine Anlage mit einer Kapazität von 50.000 Tonnen pro Jahr gebaut. Nach Prüfung durch Experten von Sinopec wurde das Team um Chen Daoyi beauftragt, eine Anlage mit einer Kapazität von 500.000 Tonnen pro Jahr in Lanzhou zu bauen. Im Jahr 1984 und 1985 erhielt dieses Projekt jeweils den **Goldenen Designpreis** sowie den **Ersten Preis für wissenschaftliche und technologische Fortschritte**. Im Jahr 1988 stellte mir Zhu Renyi, der leitende Ingenieur der Shanghai Gaqiao Petrochemic Refining Plant, die Anforderung, dass die neu errichtete Katalytische Krackieranlage mit einer Kapazität von 1 Million Tonnen pro Jahr sowohl kompakt im koaxialen Aufbau sein sollte als auch über eine effiziente Regenerierungsmethode für die Vergasungsbehälter verfügen müsse. Wir haben diese Herausforderung angenommen und ein neuartigeres Konzept vorgeschlagen: Die Anbringung einer Platte mit großen Öffnungen oberhalb des Verglühschachts, auf der wiederum ein Hochgeschwindigkeits-Turbulenzbett angeordnet wird. In unserem Forschungsinstitut für Anlagen wurde die Funktionalität dieses Systems getestet, und es konnte erfolgreich in der Raffinerie der Takahashi Petrochemical Company in Betrieb genommen werden. Heutzutage können wir Fließkatalytische Krackieranlagen flexibel so gestalten, dass die Produktionskapazität je nach den Anforderungen des Herstellungsprozesses zwischen 50.000 und 100.000 Tonnen pro Jahr liegt – oder sogar bis zu 3,5–4 Millionen Tonnen pro Jahr. Die Ingenieurplanung für die katalytische Krackung ist von einer bloßen Nachahmung zu einem innovativen Ansatz geworden. Wenn man sagt, dass die Entwicklung der Katalytischen Krackanlage in Fushun einst wie eine einzige prächtige Blume war, dann ist es heute, als wäre ein ganzer Garten voller Prachtblumen entstanden. Als einer der Entwickler der Technologie für die fluidisierte katalytische Krackung in China habe ich den Aufstieg und die Entwicklung der Raffinerietechnologie in unserem Land miterlebt – und bin darüber sehr stolz.

Chen Junwu setzt sich für die Entwicklung der Petrochemiebranche ein.

Für Informationen zur Katalytischen Krackung: Addieren Sie mich auf WeChat unter liyubo0818 – so kann man später leichter über dieses Thema kommunizieren. Vielen Dank