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China: Innovationen in der PSA-Technologie für die Umwelt

Wenn sie darüber redenPSA-TechnologieIn China stellen sich viele sofort riesige petrochemische Anlagen vor. Doch die eigentliche Innovation liegt nun in der Anpassung an Umweltprobleme, und hier gibt es viele Nuancen, die nicht in Berichten niedergeschrieben sind.

Von der klassischen Sorption zum Umweltwerkzeug

KlassischP.S.A.(Druckwechseladsorption) wird seit Jahrzehnten zur Herstellung von reinem Wasserstoff oder Sauerstoff eingesetzt. Das Wesentliche ist der zyklische Prozess der Adsorption und Desorption an Zeolithen oder Kohlenstoffmolekularsieben. Doch vor etwa 10 Jahren begann in China ein starker Trend zur Ökologisierung der Industrie. Und dann stellte sich heraus, dass die gleiche Technologie, aber mit einem anderen Ansatz bei der Gestaltung von Adsorbern und der Auswahl von Adsorbentien, völlig unterschiedliche Probleme lösen kann.

Zum Beispiel die Erfassung und Rückgewinnung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) aus Produktionsanlagen. Verbrennen Sie es nicht einfach, sondern führen Sie es wieder dem Prozess zu. Oder Biogas von CO2 reinigen, um marktfähiges Methan zu erzeugen. Dies erforderte eine Überarbeitung vieler kanonischer Parameter. Zyklusgeschwindigkeit, Druckabfall, sogar die Form der Ventile – alles musste für schmutzige und nasse Strömungen neu berechnet werden, nicht für gereinigtes Erdgas.

Das erste Projekt zur Rückgewinnung von Benzoldampf aus einer Anlage, das mir begegnete, wäre aufgrund von Kondensation beinahe gescheitert. Klassischer Zeolith verstopft innerhalb einer Woche. Die Lösung wurde in einer kombinierten Adsorptionsmittelschicht gefunden: Zuerst nimmt ein hydrophoberes Material Feuchtigkeit auf, dann wirkt ein spezielles Sorbens auf die Zielkomponenten ein. Doch dadurch stiegen die Kapitalkosten, und der Kunde war zunächst schockiert. Es hat lange gedauert, die Amortisationszeit aufgrund der Rücksendung des Produkts zu berechnen.

Wichtigste Herausforderungen: nicht die Theorie, sondern die Bedingungen vor Ort

Das Hauptproblem liegt im UmweltbereichP.S.A.— Instabilität des Eingangsflusses. In derselben Lösungsmittelrückgewinnungsanlage kann die Konzentration je nach Betriebsart der Hauptlinie erheblich ansteigen. Und die für einen stabilen Ablauf konfigurierte Automatisierung beginnt zu versagen. Häufiges Schalten der Ventile führt zu deren Verschleiß. In einer der Fabriken in der Provinz Jiangsu haben wir ein System mit einer Backup-Adsorptionslinie und einer flexibleren Steuerungslogik installiert, die den Trend und nicht den Momentanwert analysiert. Aber das ist natürlich teurer.

Ein weiterer Punkt ist der Energieverbrauch. Klassische PSA für Luft ist aufgrund der Kompression energieintensiv. In Umweltanwendungen können bei entsprechender Auslegung der Hydraulik häufig Niederdruckventilatoren eingesetzt werden. Hier ist jedoch eine genaue Berechnung erforderlich, da sonst die Adsorption wirkungslos bleibt. Einer unserer PartnerChengdu Yizhi Technology Co.(Ihre Website isthttps://www.yzkjhx.ru), ist auf solche technischen Lösungen spezialisiert. Sie verkaufen nicht nur Installationen, sondern führen den gesamten Zyklus vom Audit bis zur Inbetriebnahme durch. Dies ist wichtig, denn ohne eine gründliche Analyse der Quelldaten ist das Projekt zum Scheitern verurteilt.

Übrigens ungefährChengdu Yizhi Technology Co.. Es handelt sich um ein Designinstitut, das 2013 von Chengdu Huaxi Chemical Technology Co., Ltd. gegründet wurde. Mit einem eingetragenen Kapital von 120 Millionen Yuan können sie sich ernsthafte Forschung und Entwicklung leisten. Ich habe ihre Pilotanlage zur Reinigung von Koksofengas in einem Stahlwerk gesehen. Es gab ein interessantes Schema mit Vorkühlung und Trocknung, das die Lebensdauer des Hauptadsorbens deutlich verlängerte. Sie erkannten aber auch, dass die Auswahl eines Adsorptionspaares für solch aggressive Umgebungen immer einen Kompromiss zwischen Kapazität und Haltbarkeit darstellt.

Fallbeispiel: Biogas und die Feinheiten der Wirtschaft

Eine sehr richtungsweisende Richtung ist die Modernisierung von Biogasanlagen. Das Standardschema ist die Verbrennung in einem Blockheizkraftwerk. Wenn man Biogas jedoch von 40 % CO2 und Schwefelverbindungen reinigt, erhält man Biomethan, das ins Netz gepumpt oder als Kraftstoff verwendet werden kann. Die Wirtschaft verändert sich dramatisch.

Wir haben an einem Projekt in Shandong gearbeitet. Ziel ist es, den Heizwert des Gases zu erhöhen. GebrauchtPSA-Technologiebasierend auf modifizierten Kohlenstoff-Molekularsieben. Die Hauptschwierigkeit lag nicht einmal in der Technologie, sondern in den Rohstoffen: Die Zusammensetzung der Gülle änderte sich saisonal, was sich auf die Konzentration von Schwefelwasserstoff auswirkte. Es war notwendig, vor der PSA eine zusätzliche Reinigungsstufe auf Basis der Chemisorption zu integrieren. Dies erhöhte die Betriebskosten, schützte aber das teure Adsorptionsmittel.

Das Interessanteste begann in der Startphase. Sauerstoffsensoren zeigten Phantomspitzen, das System stürzte ab. Es stellte sich heraus, dass das Problem in den Mikroporen des neuen Adsorptionsmittels lag, die während der Regeneration etwas Luft einschlossen. Wir haben beschlossen, das Spülverfahren zu ändern. Solche Kleinigkeiten kann man nicht in den Installationspass schreiben; sie werden nur in der Arbeit gelernt.

Materialien sind wichtig: nicht nur Zeolithe

Der Schwerpunkt der Veröffentlichungen liegt häufig auf Zeolithen. Doch in realen Umweltprojekten kommen zunehmend hybride Adsorbentien und metallorganische Rahmenstrukturen (MOFs) zum Einsatz. Ihre Kapazität für einige spezifische Schadstoffe, wie zum Beispiel Mercaptane, ist um ein Vielfaches höher.

Aber es gibt eine Nuance – Kosten und Stabilität. MOFs reagieren möglicherweise empfindlich auf die Anwesenheit von Wasserdampf. Auf einem der Seminare sprach ein Vertreter eines akademischen Instituts über ein neues Verbundmaterial auf Basis einer Graphenmatrix. Es klang beeindruckend, aber als wir nach Proben fragten, um sie unter realen Bedingungen (mit Staub und Aerosolen) zu testen, stellte sich heraus, dass die Lebensdauer unter zyklischer Belastung noch nicht untersucht worden war. Innovation im Labor und in der Werkstatt sind zwei sehr unterschiedliche Dinge.

Daher gehen viele Maschinenbauunternehmen, darunter auch die erwähnte Yizhi Technology, dazu über, ihre eigenen patentierten Adsorptionsmittelzusammensetzungen zu entwickeln. Sie sind nicht immer revolutionär, aber auf Langzeitstabilität getestet. Ihre Website ist übrigens eine gute Quelle, um aktuelle Anwendungstrends zu verstehen.P.S.A.in Asien.

Blick in die Zukunft: Integration und Digital

Als nächsten Schritt sehe ich die Integration der PSA-Installationen in die digitale Gesamtkontur des Unternehmens. Nicht nur eine autonome Einheit, sondern ein System, das Daten über geplante Stillstände der Hauptproduktion empfängt, die Zusammensetzung der Rohstoffe vorhersagt und seinen Zyklus im Voraus optimiert.

Wenn beispielsweise bekannt ist, dass der Linie morgen ein Rohstoff mit einem anderen Verunreinigungsgehalt zugeführt wird, kann die Anlage die Adsorptionszykluszeit im Voraus anpassen. Dadurch erhöht sich sowohl die Effizienz als auch die Lebensdauer des Adsorbens. Es gibt bereits Pilotprojekte dieser Art, doch die massenhafte Umsetzung wird durch die mangelnde Vorbereitung der Infrastruktur in vielen alten Fabriken erschwert.

Eine weitere vielversprechende Richtung ist die Miniaturisierung verteilter Verschmutzungsquellen. Keine riesige Fabrik, aber viele kleine Werkstätten. Hier brauchen wir kompakte, nahezu modulare PSA-Lösungen. Daran wird derzeit gearbeitet, das größte Hindernis sind jedoch die Kosten für die Herstellung kleiner, hochpräziser Geräte wie eines Ventilblocks.

Insgesamt Innovation inPSA-TechnologienFür die Ökologie in China geht es nicht um bahnbrechende Entdeckungen, sondern um sorgfältige Anpassung, technischen Einfallsreichtum und die Bereitschaft, für jeden spezifischen, oft unvollkommenen Fluss nach nicht standardmäßigen Lösungen zu suchen. Und in dieser alltäglichen Arbeit entsteht die eigentliche Wirkung auf die Umwelt.