Der aktuelle Zustand der verschiedenen Gaskohlenstoffisierungsverfahren im Inland

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Aktueller Stand der Anwendung verschiedener Gaskohlenstoffisierungstechnologien im Inland Autor/Quelle: Datum: 3.08.2016 Klickzahlen: 25 I. Aktueller Stand der Anwendung der Festbett-Gaskohlenstoffisierungstechnologie Die Anwendung der Festbett-Gaskohlenstoffisierungstechnologie in unserem Land begann in den 1950er Jahren. Sie wird hauptsächlich zur Herstellung von Synthesegas aus Braunkohle verwendet. Die ursprüngliche Düngemittelfabrik der Volksbefreiungsarmee in Yunnan war das erste Unternehmen in unserem Land, das Gaskocher zur Vergasung von Kohle unter hohem Druck einsetzte. Es handelte sich dabei um Kocher der ersten Generation vom Typ Lurgi. Derzeit verfügt die Yunnan Jiehua Group über 14 alte Lurgi-Öfen. Einer davon wurde in einen Ofen zur druckbehafteten Gasifizierung von Kohleasche umgebaut – ein BGL-Ofen. Die Inbetriebnahme dieses Ofens war im Jahr 2006 erfolgreich. Ab Mitte der 1980er Jahre entwickelten sich die Pressgasifizierer für Kohle in unserem Land stark weiter. Unternehmen wie Tianji Group, Lanzhou Gas Factory, Harbin Gasification Plant sowie Henan Yima verfügten über solche Anlagen. Sie wurden hauptsächlich zur Herstellung von Stadtgas, Ammoniak, Methanol, Dimethylether, Erdgas sowie zur indirekten Verflüssigung von Kohle eingesetzt. Von den fünf Mark-Ⅱ-Trockengasifizierern, die von der Lanzhou Gas Factory eingeführt wurden, wurden diese hauptsächlich zur Herstellung von Stadtgas verwendet. Aufgrund von Beschränkungen seitens der Kunden wurde deren Produktion bereits eingestellt ； Die Gasifizierungsanlage in Harbin importierte Ende der 1980er Jahre fünf PKM-Gasifizierungsöfen aus Deutschland (entsprechend der 3. Generation der Lurgi-Öfen) ； Die Öfen der übrigen Unternehmen sind alle Mark-Ⅳ-Typ-Gasifizierer mit Druckzufuhr für Kohle. In den letzten Jahren haben hauptsächlich Unternehmen wie Shanxi Lu’an, Xinjiang Guanghui, Inner Mongolia Datang International Keqi, Xinjiang Yili Qinghua, Guodian Chifeng Fertilizer, Jinmei Jinshi, Datang International Fuxin, Yili Xintian sowie Henan Jinmei Tianqing Anlagen zur druckbehafteten Gaserzeugung aus Kohle eingesetzt. Dabei handelt es sich bei der Gaserzeugungsanlage von Datang Keqi um die weltweit erste Anlage dieser Art mit einem Betriebsdruck von 4,0 MPa. Sie wurde im Mai 2012 erfolgreich in Betrieb genommen ； Das Gassierungsverfahren von Jinmei Jinshi verwendet Kohle vom Typ 15 aus Jincheng als Ausgangsmaterial. Der Betrieb des Verfahrens ist bereits erfolgreich gestartet – das zeigt, dass die Technik der pressurisierten Gassierung von zerkleinertem Kohlematerial zur Verarbeitung von anthrazitfarbener Steinkohle aus Jincheng eingesetzt werden kann. Ein häufiges Problem bei der Gasifizierung in Festbettanlagen ist die große Menge an Abwasser, die im Zuge des Gasifizierungsprozesses entsteht. In diesem Abwasser sind große Mengen an Teer, Ammoniak und Phenolen enthalten. Für diese Stoffe gibt es derzeit noch keine effektiven Behandlungsmethoden. Zwar kann man durch die Rückgewinnung von Phenolen und Ammoniak sowie durch die Trennung von Wasser und Dampf versuchen, diese Stoffe zu trennen und anschließend in Behandlungsanlagen zu verarbeiten, doch dies ist schwierig und es fällt schwer, die Abwassergehalte auf zulässige Werte zu bringen. Zudem sind die Investitionen und Kosten für die Abwasserbehandlung recht hoch. Bei der Betrieb von Festbett-Gasifizierungsanlagen in den Projekten Datang International Keqi und Xinjiang Guanghui traten außerdem Probleme mit der Korrosion des Ofenkörpers auf. In Innermongolien und Xinjiang kam es aufgrund der schlechten thermischen Stabilität des Kohlestoffs dazu, dass die Anlagen nicht ihre Leistungsfähigkeit erreichen konnten. Zweitens: Der aktuelle Stand der Anwendung der Fluidisierbett-Gasifizierungstechnologie. Aufgrund seiner einfachen Konstruktion, der moderaten Betriebstemperatur, der einfachen Bedienung, der hohen Verarbeitungskapazität, der Tatsache, dass das entstehende Gas keine Teerstoffe enthält, sowie der Breite an geeigneten Kohlestoffarten – insbesondere Bruchkohle mit einem Durchmesser von weniger als 10 cm, die direkt aus Kohlebergwerken gewonnen werden kann – wird die Fluidisierbett-Gasifizierungstechnologie von einigen Unternehmen geschätzt und eingesetzt. Die Shanghaier Kohlevergasungsanlage führte im Jahr 1993 die U-gas-Kohlevergasungstechnologie sowie die dazugehörigen Anlagen ein. Es handelte sich um insgesamt 8 Vergasungsöfen – 6 in Betrieb und 2 als Ersatz. Jeder Vergasungsofen hatte eine Leistung von 20.000 m³ Gas pro Stunde. Die Anlage wurde im April 1995 in Betrieb genommen. Es handelte sich dabei um die erste industrielle Anlage dieser Art weltweit. Von 1995 bis Oktober 1996 wurden insgesamt 15.000 Betriebsstunden erzielt. Als Rohstoff für die Vergasung wurde chinesisches Shenhua-Kohle verwendet – insgesamt 50.000 Tonnen. Die tatsächlichen Betriebsergebnisse dieses Systems erreichten die vorgesehenen Spezifikationen nicht. Zudem wurde aufgrund der Ersetzung des Stadtgases durch Erdgas in Shanghai die U-Gas-Vergasungsanlage Anfang 2002 stillgelegt. Im Jahr 2005 begann das Unternehmen SES eine Zusammenarbeit mit der Jinyuan GCL (Inner Mongolia) Coal Chemical Co., Ltd. Ziel war es, mithilfe der U-Gas-Gaserzeugungstechnologie jährlich 225.000 t Methanol sowie 150.000 t Dimethylether herzustellen. Im Jahr 2008 wurde bei der Firma Esins New Gas Co., Ltd. in Zaozhuang, Shandong, eine Anlage zur Druckgasvergasung vom Typ U-gas errichtet – mit insgesamt 2 Anlagen, von denen jede eine Kapazität von 400 t Kohle pro Tag hat. Diese Anlagen dienen dazu, Synthesegas zu erzeugen, das wiederum als Rohstoff für eine Anlage verwendet wird, die jährlich 100.000 t Methanol herstellt. Das Methanprojekt mit einer Kapazität von 300.000 t/Jahr in Yima, Provinz Henan, verwendet insgesamt drei U-Gas-Druckvergasungsöfen mit einer Leistung von jeweils 1.200 t/Tag – zwei Öfen sind in Betrieb, ein Öfen dient als Ersatz. Der Bau der Anlage wurde im Juni 2012 abgeschlossen; im Dezember wurde der erste Vergasungsofen erfolgreich getestet. Inländisch wurde die TRIG-Zyklus-Fluidisierbett-Gasifizierungstechnologie ab 2009 eingeführt. Derzeit werden diese Technologie in zwei Projekten eingesetzt: Im Umwandlungsprojekt IGCC der Dongguan Zhongke (Zhengyu) Gasification Co., Ltd. wurde ein TRIG-Gasifizierer mit einer Kohleaufnahmekapazität von 1700 t/d installiert, und im Energieeinsparungs- und Ressourcenschonungsprojekt der Boyuan Group in Sunit wurden ein TRIG-Gasifizierer mit einer Kohleaufnahmekapazität von 1200 t/d eingesetzt. Derzeit sind diese beiden Projekte noch nicht in Betrieb. Die Fluidisierbett-Gasifizierungstechnologie gehört in unserem Land zu den neuen Gasifizierungsverfahren und befindet sich noch in der Anfangsphase. Es ist noch ein langer Weg bis zu einer breiten Verbreitung. Aufgrund des dünnflüssigen Phasenabschnitts weist die Fluidisierbett-Gasifizierungstechnik eine nicht sehr hohe Gasifizierungsleistung auf. Außerdem ist die Kohlenstoffumwandlungsrate niedriger als bei Gaskochern mit festem oder gasförmigem Bed. III. Aktueller Stand der Gaskompressionsvergasungstechnologie
1. Aktueller Stand der Wasserkohlebrennstoffvergasungstechnologie
Die Wasserkohlebrennstoffvergasungstechnologie ist in der Branche für ihre Stabilität und Zuverlässigkeit bekannt. Bei dieser Vergasungsart muss der Aschepunkt des Kohlestoffs unter 1350 °C liegen – bei Ofenmodellen mit wassergekühlten Wänden kann diese Anforderung etwas gelockert werden. Zudem sollte der Kohlestoff eine gute Fähigkeit zur Herstellung von Brei aufweisen; in der Regel wird ein Wert von über 58 % gefordert. Ein zu niedriger Wert hat Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit des Betriebs des Vergasungsofens. Die Texaco-Gasifizierungstechnologie der USA (heute GE Gasification Technology) verfügt in China über fast 30 Jahre an Erfahrung in der industriellen Anwendung. Insgesamt sind dort fast 180 Gasifizierungsanlagen in Betrieb – das zeigt einen hohen Grad an Industrialisierung sowie eine ausgereifte Technologie. Projekte wie die Herstellung von Stadtgas/Methanol aus Kokereikohle in Shanghai, die Herstellung von Ammoniak/Urea aus Kohle am Wei-Fluss sowie saubere Energiequellen in Pucheng laufen reibungslos – die längste kontinuierliche Betriebsdauer beträgt 180 Tage. Die Universität für Wissenschaft und Technologie Ostchinas verfügt über 10 Jahre Erfahrung in der industriellen Anwendung der Gaskohlenstoffisierungstechnologie mit mehreren Düsen. Die Technologie ist ausgereift, das Verfahren fortschrittlich und die Betriebsweise stabil. Die maximale kontinuierliche Betriebsdauer beträgt 90 Tage. Projekte wie Shenhua Ningmei, Shanghai Coking sowie Anyang Yingde nutzen alle diese Gaskohlenstoffisierungstechnologie mit mehreren Düsen. Der Hauptnachteil dieser Gaserzeugungstechnologie ist die hohe Anforderung an die Qualität des Kohlenmaterials. Zudem treten bei den Brennern der Gaserzeugungsanlagen sowie bei den feuerfesten Ziegeln häufig Probleme auf, wodurch diese regelmäßig ausgetauscht werden müssen. In der Regel muss die Anlage alle 1–2 Monate stillgelegt werden, um Wartungsarbeiten durchzuführen. Die Gaserzeugung aus mehrkomponentigen Schlammstoffen verfügt ebenfalls über mehr als zehn Jahre an industrieller Erfahrung; die Technologie ist ausgereift und das Betriebsverhalten stabil. Im Vergleich zur Gaserzeugung mit Wasserkohlebrennern weist der Tsinghua-Brenner eine kürzere Zeit des industriellen Betriebs auf, und seine Technologie muss weiter verbessert werden. 2. Aktueller Stand der Technologie zur Gasifizierung von trockenem Kohlepulver
Die Technologie zur druckbehafteten Gasifizierung von trockenem Kohlepulver ist derzeit die dominierende Methode in der Kohlechemieindustrie. Sie zeichnet sich durch eine relativ große Anpassungsfähigkeit an verschiedene Kohlestoffe aus. Von dem in den Ofen eingebrachten Kohlenstaub wird verlangt, dass sein Schmelzpunkt T4 unter 1400 °C liegt, das Silizium-Aluminium-Verhältnis größer als 1,6 ist (dieser Wert kann bei der Prozessmethode mit nach unten gerichteter Wasserkühlung etwas erhöht werden) und dass das Betriebsfenster mehr als 120 °C beträgt. GSP-Gasifizierung verfügt in China über etwa einige Jahre an Industrieerfahrung. Derzeit laufen alle Projekte reibungslos – die längste Betriebsdauer betrug 130 Tage. Beispiele hierfür sind das Projekt zur Herstellung von Dimethylmethan mit einer Kapazität von 830.000 t/Jahr bei der Ningxia Coal Industry Group sowie das „Jincheng 3052-Projekt“ der Shanxi Lilac Coal Chemical Co., Ltd. Die Shell-Gasifizierungstechnologie verfügt in China über 15 Jahre an industrieller Erfahrung und zählt zu den fortschrittlichsten Gasifizierungstechnologien der Welt. Zwischen 2000 und 2009 importierten inländische Unternehmen insgesamt 23 Shell-Gasifizierungsanlagen. Aufgrund von Problemen bei der Einfuhr einiger Geräte sowie hoher Betriebsanforderungen konnten jedoch nur die Hälfte dieser Anlagen in Betrieb genommen werden. Zudem entsprach ihre Leistung nicht den Erwartungen – es traten Probleme im Betrieb auf. Um die seit Langem bestehenden Streitigkeiten im Inland bezüglich der oft unregelmäßigen Betriebsbedingungen nach Inbetriebnahme von Shell zu lösen, haben Shell sowie die Nutzerunternehmen gemeinsam unermüdlich daran gearbeitet, die Inlandsproduktion von Ersatzteilen zu beschleunigen, den technischen Austausch zu fördern sowie den Schutz des geistigen Eigentums sicherzustellen – mit dem Ergebnis, dass der Betrieb nun reibungslos abläuft. Projekte wie das Kohle-basierte Olefin-Produktionsprojekt von Datang Dulong, das Ammoniak-Produktionsprojekt von Yunnan Tianan, das Methanol-Produktionsprojekt in Hebi in Henan sowie das Kohle-basierte Ölproduktionsprojekt von Shenhua haben bereits eine kontinuierliche Betriebsdauer von über 120 Tagen pro Ofen erreicht – somit ist ein Betrieb über hundert Tage hinweg möglich geworden ； Mehrere Shell-Gasifizierungsanlagen in Shuanghuan, Liuhua und Yongcheng waren insgesamt mehr als 320 Tage in Betrieb, wobei der höchste Wert 341 Tage beträgt. Seit der Industrialisierung sind bereits acht Jahre vergangen, seitdem die Raumfahrtöfen entwickelt werden. Durch ständige Anwendung und Verbesserungen wurde viel Erfahrung in Bezug auf Design und Bedienung gesammelt. Die Technologie ist nun recht ausgereift, und die Betriebsbedingungen sind gut. Andere Verfahren zur Gasifizierung von Pulverkohle wie der Zweistufenofen und der Ost-Ofen werden erst in 1–2 Projekten eingesetzt. Die Zeit des industriellen Betriebs ist noch kurz, und die Technologie muss weiter verbessert und vervollkommnet werden. Der Ningmei-Ofen ist noch nicht in Betrieb – es muss abgewartet werden.