China: Wasserstoff aus Koksofengas – Perspektiven? 

Bei „Wasserstoff aus Kokereigas?“ denken viele sofort an einen alten, fast musealen Prozess. Und das ist das größte Missverständnis. Tatsächlich geht es hier nicht um Archaismus, sondern darum, wie man einem Nebenprodukt, das sonst einfach in einer Fackel brennen würde, ein zweites Leben geben kann. In China mit seinen kolossalen Koksproduktionsmengen ist dieses Thema längst von der Theorie zur reinen Praxis geworden – und sehr umstritten.

Nicht nur ein Nebenstrom, sondern eine Rohstoffbasis

Abgesehen von hübschen Präsentationen sind Komposition und Konsistenz der Schlüssel. Kokereigas ist kein Erdgas; Seine Zusammensetzung variiert je nach Kohlesorte, Verkokungsmodus und sogar dem Wetter. Der Wasserstoffgehalt kann zwischen 50 % und 60 % liegen, hinzu kommen jedoch Methan, Kohlenmonoxid, schwere Kohlenwasserstoffe und vor allem Schwefel. Das erste, was einem in der Praxis begegnet, ist nicht die „Herstellung von Wasserstoff“, sondern die Vorreinigung. Schwefelwasserstoff, Zyanid, Naphthalin – all das muss entfernt werden, bevor das Gas in die Luft gelangtAdsorptionseinheit. Viele Projekte scheitern in dieser Phase und unterschätzen die Vorbereitungskosten.

Beispielsweise versuchte man in einer der alten Fabriken in Shanxi, unmittelbar nach der Grobreinigung eine Membrantrennung einzubauen. Die Idee war Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit. Doch schnell verstopften die Membranen durch Harzreste und das Projekt geriet in eine tiefe Stillstandszeit. Ich musste zu den Klassikern zurückkehren -Druckwechseladsorption(PSA), aber mit einer gründlicheren Vorwäsche? Gas Dadurch kamen sowohl Kapitalkosten als auch betriebliche Schwierigkeiten hinzu. Es stellte sich heraus, dass billige Rohstoffe keine billige Zubereitung erfordern.

Und hier sieht man den Unterschied zwischen einem reinen Ingenieurbüro und einem spezialisierten Designinstitut. Es ist notwendig, die Kokschemie und nicht nur die Gastrennung tiefgreifend zu verstehen. Ich habe Projekte gesehen, bei denen die Prozesslinie vom Ofen selbst aus aufgebaut wurde und dabei die Zyklizität des Gasausstoßes und seiner Temperaturparameter berücksichtigt wurde. Das ist schon eine andere Ebene. Übrigens einer der wenigen, der in China systematisch in dieser engen Nische arbeitetChengdu Yizhi Technology Co.(Ihre Website istyzkjhx.ru). Sie sind aus der Chemietechnologie von Huaxi hervorgegangen und gehen, ihrem Portfolio nach zu urteilen, das Thema umfassend an: Sie verkaufen nicht nur eine PSA-Einheit, sondern entwerfen den gesamten Zyklus von der Gasannahme bis zur kommerziellen Wasserstoffproduktion. Sie haben die Erfahrung gemacht, dass man ohne detailliertes Studium der Rohstoffe nicht weit kommen wird.

Wirtschaft: Wo versteckt sich der Gewinn?

Das Hauptargument?für? - niedrige Rohstoffkosten. Gas ist eigentlich kostenlos, es muss nur entsorgt werden. Doch das ist eine Falle für Anleger. Die Hauptkosten sind Kapitalinvestitionen in die Reinigung und Trennung sowie in die Komprimierung und Speicherung von Wasserstoff. Reiner Wasserstoff aus PSA ist noch kein Produkt. Es muss an die Bedürfnisse des Verbrauchers angepasst werdenÖlraffinierung, Ammoniakproduktionoder entstehenWasserstoffenergie.

Bei einem der Projekte, an denen ich mitgewirkt habe, war alles bis ins kleinste Detail kalkuliert. Es zeigt sich, dass der Break-Even-Punkt stark von zwei Faktoren abhängt: der Stabilität der Koksofenbatterien (damit es zu keinen Ausfallzeiten oder Schwankungen der Gasmenge kommt) und dem Preis von alternativem Wasserstoff, beispielsweise aus der Dampfreformierung von Methan. Wenn die Erdgaspreise niedrig sind, wird die gesamte „Koks“-Wirtschaft in Mitleidenschaft gezogen. Wasserstoff kollabiert. Aber in China hat sich die Politik in den letzten Jahren in Richtung einer Diversifizierung der Quellen und einer Reduzierung des CO2-Fußabdrucks bewegt. Und hier bekommt Wasserstoff aus Nebenproduktgasen einen zweiten Wind – weniger wirtschaftlich als vielmehr ökologisch und strategisch.

Eine weitere Nuance: Was tun mit dem Abgas nach der Wasserstoffextraktion? Es hat immer noch einen Brennwert. Der logischste Weg besteht darin, es in das Energiesystem der Anlage zurückzuführen, um Koksöfen zu beheizen oder Dampf zu erzeugen. Dies erfordert jedoch die Integration in die bestehende Infrastruktur, und in alten Fabriken ist die Modernisierung ein besonderes Problem. Es stellt sich als Rätsel heraus, bei dem technische Lösungen einen direkten Einfluss auf die Wirtschaft haben.

Technologische Gabeln: PSA, Membranen oder Kryotechnik?

Beherrscht die WeltPSA-Technologie. Zuverlässig, bewährt, ermöglicht Ihnen die Erzielung einer Wasserstoffreinheit von bis zu 99,999 %. Die Anlagen sind jedoch sperrig, erfordern ein komplexes Ventil- und Automatisierungssystem und sind teuer in der Wartung. Chinesische Hersteller, darunter die bereits erwähnte Yizhi Technology, haben diese Geräte schon vor langer Zeit lokalisiert, was die Kosten gesenkt hat. Aber die Physik lässt sich nicht täuschen – der Prozess ist zyklisch, es kommt zu Wasserstoffverlusten mit dem Abfallstrom (bis zu 15–25 %). Bei großen Produktionen ist dies bereits von Bedeutung.

Die Membrantrennung sieht eleganter aus – kompakt, weniger bewegliche Teile. Aber wie ich bereits erwähnt habe, ist es entscheidend für die Reinheit des Einlassgases. Bleiben nach der Reinigung auch noch Spuren höherer Kohlenwasserstoffe oder aromatischer Dämpfe im Koksofengas zurück, versagt die Membran. Ich habe Versuche mit kombinierten Schemata gesehen: grobe Reinigung -> Membran (Abtrennung des Großteils des Wasserstoffs) -> Endbearbeitung auf einem kleinen PSA. Theoretisch ist es hinsichtlich der Kapital- und Betriebskosten optimal. In der Praxis machte die Komplexität der Verwaltung zweier unterschiedlicher Technologielinien oft alle Einsparungen zunichte.

Die kryogene Trennung ist für sehr große Volumina und Fälle gedacht, in denen nicht nur Wasserstoff, sondern beispielsweise auch Ethylen abgetrennt werden muss. Für die Standardkokschemie ist dies meist überflüssig. Abschluss? Es gibt keine universelle Lösung. Die Wahl der Technologie ist immer ein Kompromiss zwischen der Reinheit des Rohstoffs, der erforderlichen Menge und Reinheit des Produkts sowie der Bereitschaft des Kunden für eine komplexere Verwaltung.

Fall aus der Praxis: ein nicht offensichtliches Problem mit „trockenem“ Gas

Ich möchte einen nicht so offensichtlichen Fehler mitteilen, der die Besonderheiten des Rohmaterials gut veranschaulicht. Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme der PSA-Anlage in einem Werk in Hebei begann nach einigen Monaten ein allmählicher Produktivitätsrückgang. Drücke, Temperaturen – alles ist normal, die Adsorbentien sind frisch. Wir haben lange nach dem Grund gesucht. Es stellte sich heraus, dass während der Regenzeit die Feuchtigkeit der zur Verkokung gelieferten Kohle anstieg. Dies wiederum wirkte sich auf die Zusammensetzung des Koksofengases aus: Sein Wasserstoffgehalt nahm leicht ab und der CO-Gehalt stieg an. Aber die Hauptsache ist, dass sich das Mikroklima in der Werkstatt verändert hat und mehr Luftfeuchtigkeit in das Gasaufbereitungssystem gelangt ist.

Die Adsorbentien in den Pre-PSA-Trocknungseinheiten waren für Standardbedingungen ausgelegt und diese zusätzliche Feuchtigkeit reichte nicht aus. Dadurch gelangte Rohgas in die PSA-Säulen und die Feuchtigkeit begann zu „vergiften“? Zeolith-Adsorbentien, die für die Feinreinigung von Wasserstoff verantwortlich sind. Das Problem wurde nicht durch den Austausch teurer Adsorptionsmittel gelöst, sondern durch eine Verbesserung des Einlasstrocknungssystems und eine Anpassung der Vorschriften je nach Jahreszeit. Kleinigkeit? Auf dem Papier – ja. In der Praxis kommt es zu wochenlangen Ausfallzeiten und tonnenweise Produktverlusten. Dies ist die gleiche „Praxis“, die nicht in Lehrbüchern steht.

Wo verkaufen? Der Markt diktiert Reinheit

Wasserstoff zu bekommen ist die halbe Miete. Es muss verkauft werden. Und hier stellt sich die Frage der Reinheit. Für das Hydrotreating in Raffinerien reichen oft 99,9 % aus. Doch um Brennstoffzellen oder Elektronik anzutreiben, ist eine Reinheit von 99,999 % oder mehr erforderlich, mit strenger Kontrolle von CO, das ein Gift für Katalysatoren ist. Koksofengas birgt auch nach der weitestgehenden Reinigung immer das Risiko von Spurenverunreinigungen bestimmter Kohlenwasserstoffe.

Daher richten sich die meisten bestehenden Projekte in China speziell an industrielle Verbraucher in der Nähe des Werks – dieselben Raffinerien oder Chemiefabriken. Der Aufbau einer Infrastruktur für den Transport von komprimiertem oder verflüssigtem Wasserstoff ist eine andere Sache, deren Kapitalrendite immer noch fraglich ist. Die Perspektive wird in der Bildung lokaler Cluster gesehen: eine Kokerei – Wasserstoffproduktion – ein nahegelegenes Verbraucherunternehmen. Dies reduziert Logistikrisiken und -kosten.

Es ist interessant, dass einige Unternehmen, zum Beispiel die gleiche Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd., die als Designinstitut mit einem eingetragenen Kapital von 120 Millionen Yuan positioniert ist, schlüsselfertige Lösungen anbieten, einschließlich der Analyse potenzieller Märkte. Dies ist der richtige Ansatz, denn ohne zu wissen, an wen und zu welchem ​​Preis Sie Wasserstoff verkaufen, wird selbst die technologisch fortschrittlichste Anlage zur Belastung.

Ergebnisse: Es gibt Aussichten, aber sie sind banal

Gibt es also Perspektiven? Auf jeden Fall ja. Dabei handelt es sich jedoch nicht um eine bahnbrechende „grüne“ Zukunftstechnologie, sondern um eine pragmatische, ressourceneffiziente Lösung für eine bereits bestehende Riesenindustrie. Treiber sind nicht die Mode des Wasserstoffs, sondern strenge Umweltstandards (Verbot des Abfackelns von Begleitgasen) und die Wirtschaftlichkeit der Abfallentsorgung.

Das Hauptpotenzial liegt in der Integration. Nicht beim Aufbau einzelner ?Wasserstoff? Werkstätten und in der tiefgreifenden Modernisierung des gesamten kokschemischen Prozesses mit dem Wasserstoffvektor als einem der Produktbereiche. Dies erfordert große Investitionen und Kompetenzen, über die nicht jeder verfügt.

Ich persönlich sehe das mit vorsichtigem Optimismus. Die Technologie ist nicht neu, ihre Tücken sind bekannt. Der Erfolg des Projekts wird nicht so sehr von der Wahl zwischen PSA oder Membran bestimmt, sondern von der Qualität der Technik, der Entwicklungstiefe der Rohstoffbasis und nüchternen wirtschaftlichen Berechnungen, die alles berücksichtigen – bis hin zum saisonalen Feuchtigkeitsgehalt der Kohle. Dies ist kein Feld für Amateure. Dies ist ein Job für diejenigen, die die Kokschemie von innen heraus verstehen und bereit sind, komplexe, nicht standardmäßige Probleme zu lösen. Und glücklicherweise gibt es solche Player bereits auf dem Markt.