China: Wasserstoff aus Koksofengas – Perspektiven? 

Wasserstoff aus Koksofengas klingt nach einer naheliegenden Idee, oder? Besonders in China, wo die Kokschemie nicht nur eine Industrie, sondern eine ganze Schicht Industriekultur ist. Aber wenn man anfängt, sich damit auseinanderzusetzen, erkennt man, dass da etwas zwischen der „offensichtlichen Idee“ und der „offensichtlichen Idee“ liegt. und echte, kostengünstige und sichere Praxis – eine Kluft. Viele Menschen stellen sich sofort einen reinen Wasserstoffstrom und grüne Zertifikate vor und vergessen dabei CO, Schwefelwasserstoff, Teer und die Tatsache, dass Kokereigas in erster Linie ein Brennstoff für die Kokereien selbst ist. Ihnen dieses Gas zu entziehen bedeutet, das gesamte Energieerzeugungssystem neu aufzubauen. Es lohnt sich vielleicht, mit diesem Paradoxon zu beginnen.

Nicht nur ein Nebenprodukt: die Realität von Kokereigas

Arbeiten an Projekten in Zusammenarbeit mit Institutionen wieChengdu Yizhi Technology Co.(das ist übrigens ihre Website,https://www.yzkjhx.ru- eine nützliche Ressource zu Trenntechnologien) stoßen Sie ständig auf die gleiche Anfrage von Metallurgen: „Ja, wir haben Gas, aber wir haben nicht genug für unseren eigenen Bedarf?“ Und das ist der entscheidende Punkt.Koksgas- kein „Abfall“, der einfach nur darauf wartet, entsorgt zu werden. Hierbei handelt es sich um einen kalibrierten Energieträger, der zum Erhitzen von Koksofenbatterien, zum Trocknen von Kohle und manchmal auch zur Dampferzeugung verwendet wird. Seine Zusammensetzung besteht zu etwa 55-60 % aus H2, 25-30 % CH4, der Rest besteht aus CO, N2, schweren Kohlenwasserstoffen und Verunreinigungen. Der anfängliche Heizwert ist wichtig für den Prozesszyklus.

Daher beginnt das Gespräch über Wasserstoff nicht mit der Frage „Wie isoliert man ihn?“, sondern mit der Frage „Wie gleicht man die Energiebilanz aus?“. Wenn Sie Benzin mitnehmenWasserstoff, müssen Sie eine Gegenleistung bieten – zum Beispiel Öfen für Erdgas umbauen oder Wärmerückgewinnung einführen. Dabei handelt es sich um Kapitalkosten, die sofort einen Teil der Wirtschaftlichkeit des Projekts verschlingen. In einer der Fabriken in Shanxi sah ich einen Versuch, eine Membraneinheit zur Auswahl von Wasserstoff direkt aus dem allgemeinen Netzwerk zu installieren. Es scheint, dass alles berechnet wurde, aber Schwankungen des Drucks und der Gaszusammensetzung beim Wechsel der Kohlechargen wurden nicht berücksichtigt. Die Membranen verkokten schnell und das Projekt war eingefroren. Die Erfahrung ist teuer, aber aufschlussreich.

Und noch etwas zur Komposition. Zusätzlich zu den drei Hauptmolekülen (H2, CH4, CO) gibt es Naphthalin, Schwefelwasserstoff und Blausäure. Jede Anlage zur Wasserstoffrückgewinnung – sei es Druckzyklusadsorption (PSA) oder Membrane – erfordert eine gründliche und mehrstufige Reinigung am Einlass. Andernfalls werden die Katalysatoren vergiftet und die Membranen versagen. Standardkette: Kühlung, Elektrofilter, Harzentfernung, dann Entschwefelung. Es geht nicht nur darum, „einen Filter zu installieren“, sondern um eine ganze Chemiewerkstatt. Und die Kosten überraschen oft Kunden, die nur an die PSA-Einheit gedacht haben.

Technologiekreuzung: PSA, Membranen oder etwas anderes?

China hat sich in der Vergangenheit eher der Kurzzyklusadsorption (Short Cycle Adsorption, SCA) zugewandt. Die Gründe liegen auf der Hand: Die Technologie hat sich bewährt, sie ermöglicht die Gewinnung von Wasserstoff mit einer Reinheit von 99,999 % und höher und ermöglicht nebenbei die Isolierung der Methan-Wasserstoff-Fraktion. Solche Anlagen werden beispielsweise von entworfen und geliefertChengdu Yizhi Technology Co., Ltd.— Dieses von Huaxi Technology gegründete Designinstitut verfügt über solide Erfahrung in der Gastrennung. Ich habe ihre Anlagen im Betrieb gesehen – sie sind zuverlässig, erfordern aber einen ordnungsgemäßen Betrieb. Der entscheidende Punkt hierbei ist die richtige Auswahl der Adsorbentien für eine bestimmte Gaszusammensetzung und die Fähigkeit, mit Restgas (Raffinat) zu arbeiten.

Aber CCA ist kein Allheilmittel. Die Installation ist sperrig, energieintensiv (zur Druckerzeugung werden Kompressoren benötigt) und erfordert eine hochwertige Automatisierung zum Schalten der Ventile. Bei kleinen Gasflüssen kann es unverhältnismäßig teuer sein. Hier kommen Membrantechnologien ins Spiel. Sie sind kompakter und einfacher zu bedienen, es gibt jedoch eine Nuance: Die Reinheit des Wasserstoffs am Ausgang übersteigt selten 99 % in einem Durchgang und hängt stark vom Druck und der Zusammensetzung des Rohmaterials ab. Für viele Anwendungen – beispielsweise für das Hydrotreating in der petrochemischen Industrie – ist dies ausreichend. Wer aber hochreinen Wasserstoff für Elektronik oder Brennstoffzellen benötigt, kommt an einer nachträglichen Reinigung nicht vorbei.

Ein interessanter Hybridansatz, der derzeit an mehreren Standorten getestet wird, ist eine Kombination aus Membranvorbehandlung und PSA. Die Membranen entfernen große Mengen Wasserstoff und reduzieren so die Belastung der teureren Adsorptionseinheit. Dies erscheint logisch, in der Praxis treten jedoch Schwierigkeiten bei der Synchronisierung des Betriebs zweier Systeme mit unterschiedlicher Dynamik auf. Im Moment handelt es sich eher um Pilotlösungen. Persönlich neige ich dazu, zu glauben, dass die Wahl der Technologie immer ein Kompromiss zwischen der erforderlichen Produktreinheit, dem verfügbaren Kapital und der Qualifikation des Personals vor Ort ist. Manchmal ist es einfacher und kostengünstiger, zwei Membranstufen mit unterschiedlicher Selektivität bereitzustellen als ein komplexes PSA.

Wohin mit diesem Wasserstoff? Markt vs. Inlandsverbrauch

Also haben wir Wasserstoff isoliert. Und was? Am einfachsten ist der Einsatz im selben Werk oder in einer benachbarten Produktion. Die Koksindustrie verfügt über eigene Hydrierungsverfahren und die Ölraffinierung über eigene Hydrotreating-Verfahren. Dies ist die beste Option, da sie die Logistik und die Kosten für Komprimierung und Lagerung minimiert. Doch oft übersteigt die Zuteilungskapazität den lokalen Bedarf. Dann stellt sich die Frage nach dem Eintritt in den ausländischen Markt.

Und hier beginnt der schwierigste Teil. Der Wasserstoffmarkt in China ist gerade erst im Entstehen begriffen. Es fehlt kläglich an Transportinfrastruktur (Pipelines, Drucktanker). Die Kosten für den Transport über 200 km können dazu führen, dass das Produkt im Vergleich zu lokal erzeugtem Wasserstoff zur Methanreformierung mit Dampf nicht mehr konkurrenzfähig ist. Daher viele ProjekteWasserstoff aus KoksofengasHeute sind sie mit der Bildung lokaler Cluster verbunden: einer Kokerei + einer Ölraffinerie + möglicherweise einem Chemieunternehmen. Geographie ist alles.

Ein weiterer potenzieller Abnehmer ist die Stahlproduktion. Derzeit laufen Versuche, Wasserstoff in Hochöfen als teilweisen Ersatz für Koks einzusetzen. Doch das sind Zukunftstechnologien, die noch in den Kinderschuhen stecken. Ein realistischeres Szenario besteht darin, Wasserstoff zur Synthese von Ammoniak oder Methanol zu nutzen, sofern entsprechende Produktionsanlagen in der Nähe vorhanden sind. Aber auch hier stoßen wir auf wirtschaftliche Gründe: Die Kosten für Wasserstoff aus Koksofengas sind, selbst unter Berücksichtigung aller Reinigungskosten, niedriger als für Erdgas. Das ist sein Haupttrumpf. Dieser Vorteil kann jedoch nur realisiert werden, wenn in der Nähe ein zuverlässiger und stabiler Vertriebskanal vorhanden ist.

Ökonomie und Fallstricke: Was in Präsentationen nicht geschrieben steht

In Machbarkeitsstudien sieht alles glatt aus: niedrige Rohstoffkosten (Gas ist „kostenlos“), wachsende Nachfrage nach Wasserstoff, staatliche Subventionen für „grünes“ Gas. Technologien. Die Realität ist härter. Erstens ist es „kostenlos“? Rohstoffe. Wie ich bereits sagte, ist die Gasförderung ein Verlust von Treibstoff. Wir müssen die tatsächlichen Opportunitätskosten dieses Gases für die Anlage berücksichtigen. Manchmal stellt es sich heraus, dass es rentabler ist, das Koksofengas selbst als Brennstoff an eine benachbarte Anlage zu verkaufen, als in eine teure Wasserstofftrennanlage zu investieren.

Zweitens: Kapitalkosten. Ein vollwertiger Komplex – von der Reinigung bis zur Komprimierung – kostet mehrere zehn Millionen Dollar. Die Amortisationszeit hängt stark vom Endpreis für Wasserstoff ab, der sehr volatil ist. Drittens die Betriebskosten. Der Austausch von Adsorbentien, Membranen, Reagenzien zur Schwefelentfernung, Energie zur Kompression – das ist ein ständiger Geldabfluss. Ich habe ein Projekt gesehen, bei dem aufgrund des hohen Schwefelwasserstoffgehalts die Installation einer zusätzlichen oxidativen Entschwefelungsstufe erforderlich war, was jegliche Rentabilität zunichte machte.

Und der größte Stolperstein ist die Stabilität. Die Koksproduktion ist zyklisch. Es gibt geplante Stillstände wegen Batteriereparaturen und es kommt zu Schwankungen in der Qualität der Kohle. Die Zusammensetzung und Menge des Gases ist nicht konstant. Die Wasserstoffanlage muss flexibel und resistent gegen solche Schwankungen sein, und dies ist eine aufwendige und teure Automatisierung. Nicht alle Technologiehersteller berücksichtigen dies beim Verkauf von „Standard“-Geräten. Lösungen. ErfahrungChengdu Yizhi Technology Co.ist hier gerade deshalb wertvoll, weil sie, ihren Projekten nach zu urteilen, tief in die Besonderheiten der kokschemischen Produktion eintauchen und keine abstrakten Installationen bieten.

Blick in die Zukunft: Gibt es Licht am Ende des Tunnels?

Trotz aller Schwierigkeiten hat die Richtung Perspektiven. Es gibt mehrere Treiber. Die erste ist die Politik der „doppelten CO2-Neutralität“. in China. Es zwingt uns, nach Möglichkeiten zu suchen, unseren CO2-Fußabdruck zu reduzieren.Wasserstoff aus Koksofengasist die Nutzung eines Nebenprodukts zur Herstellung von kohlenstoffarmem (nicht zu verwechseln mit „grünem?“) Wasserstoff. Das ist besser, als das Gas abzufackeln oder ohne Reinigung einfach als Brennstoff zu verwenden. Es können Emissionsgutschriften oder andere Präferenzen angezeigt werden.

Der zweite Treiber ist die Entwicklung von Wasserstoffenergie und -mobilität in bestimmten Regionen. Wenn ein Netz von Wasserstofftankstellen in den Provinzen Shanxi oder Hebei entsteht, wo die wichtigsten kokereichemischen Kapazitäten konzentriert sind, wird die lokale Produktion aus Kokereigas von strategischer Bedeutung. Im Moment handelt es sich um gezielte Initiativen.

Der dritte Faktor ist technologischer Natur. Es entstehen günstigere und verunreinigungsresistente Membranen, Adsorbentien mit größerer Kapazität und wirksame Reinigungsmethoden. Der Prozessenergieverbrauch wird reduziert. Das verbessert die Wirtschaft. Die grundlegende Schlussfolgerung aus der Praxis lautet jedoch: Erfolgreich wird nicht das Projekt sein, das einfach nur technisch Wasserstoff gewinnt, sondern dasjenige, das zunächst in ein umfassendes Konzept zur Energie- und Ressourcenversorgung des gesamten Industrieclusters eingebaut wird, mit einer durchdachten Balance und einem zuverlässigen Vertrieb. Dabei handelt es sich um eine komplexe Systemaufgabe, nicht nur um den Kauf von Ausrüstung. Und in diesem systematischen Ansatz liegt meines Erachtens die Hauptperspektive für Wasserstoff aus Koksofengas in China.