China: Neue Technologien zur Reinigung von Koksofengas? 

Wann hört man von „neuen Technologien“? In diesem Bereich möchte ich gleich fragen: Was genau gilt als „neu“? Viele Menschen stellen sich gerade am Anfang etwas Revolutionäres vor, wie Nanomembranen oder Plasmabehandlung. Aber in der Praxis, in der Kokschemie, insbesondere in China mit seinem Ausmaß, „neu?“ Dabei geht es oft nicht um eine Erfindung von Grund auf, sondern um eine tiefgreifende Modernisierung und intelligente Integration bereits bekannter Prozesse. Der Haupttreiber hierbei ist nicht nur die Gasreinheit, sondern ein Komplex: Energieeffizienz, Recycling aller Komponenten (insbesondere Schwefelwasserstoff und Blausäure) und natürlich strenge Umweltstandards, die jedes Jahr strenger werden. Es ist ein Fehler, nur einen „hohen Reinigungsgrad“ anzustreben, ohne die Kapital- und Betriebskosten zu berücksichtigen. Ich habe Projekte gesehen, bei denen hocheffiziente Wäscher eingeführt wurden, die Anlagen aber aufgrund des enormen Reagenzienverbrauchs oder der Schwierigkeiten bei der Wartung stillstanden. Das Fazit lautet: Technologien müssen nicht nur fortschrittlich, sondern auch kostengünstig und zuverlässig in einem kontinuierlichen Kreislauf sein.

Von Ammoniakwasser zu komplexen katalytischen Systemen: Weiterentwicklung des Ansatzes

Rückblickend sind die Klassiker des Genres in China seit langem Methoden auf Basis von Ammoniakwasser, dem gleichen AS-Zyklus. Es funktioniert, es wurde getestet, aber es hat seine eigenen Schwachstellen. Korrosion der Ausrüstung, Bildung von Ablagerungen und die Entsorgung von Nebenprodukten wie Ammoniumthiocyanat, Kopfschmerzen. Der Trend geht nun dahin, von der bloßen „Neutralisierung“ wegzukommen? bis hin zur selektiven Gewinnung wertvoller Inhaltsstoffe.KoksgasreinigungEs ist kein kostspieliger Artikel mehr und wird zu einem Glied in der Wertschöpfungskette. Zum Beispiel die Gewinnung von Schwefelwasserstoff zur Herstellung von elementarem Schwefel oder, vielversprechender, Schwefelsäure direkt vor Ort für den Bedarf desselben chemischen Kreislaufs.

Eine der interessantesten Veränderungen, die ich in den letzten 5 bis 7 Jahren beobachtet habe, ist die aktive Einführung katalytischer Oxidationsmethoden, insbesondere zur Entfernung von HCN und restlichen organischen Verbindungen. Ich werde nicht auf komplexe Formeln eingehen, aber der Punkt ist, dass diese schädlichen Verunreinigungen an speziellen Katalysatoren bei bestimmten Temperaturen zu CO2, N2 und Wasser verbrannt werden. Das Hauptproblem hierbei ist nicht die Aktivität des Katalysators (diese kann erreicht werden), sondern seine Stabilität und Beständigkeit gegenüber Vergiftungen durch andere Gaskomponenten. Ich habe eine Pilotanlage in Shanxi gesehen, wo aufgrund von Schwankungen im Harz- und Staubgehalt am Einlass die Katalysatorschicht innerhalb von sechs Monaten statt der angegebenen drei Jahre sinterte und ihre Aktivität verlor. Wir mussten das Vorreinigungssystem radikal modifizieren.

In dieser Kombination – mechanisches und chemisches Vorwaschen sowie abschließende katalytische Nachverbrennung – liegt meiner Meinung nach nun der praktischste Weg. Dies ist keine „magische“ Angelegenheit. Technologie, nämlich die technologische Kette. Übrigens bieten viele chinesische Ingenieurbüros mittlerweile solche komplexen „schlüsselfertigen“ Lösungen an. Sie kümmern sich um die Konstruktion, Lieferung der Ausrüstung und Inbetriebnahme. Wie zum BeispielChengdu Yizhi Technology Co.(Ihre Website isthttps://www.yzkjhx.ru). Das ist ihr Profil – Design und Umsetzung speziell in der Koks- und Chemieindustrie. Sie sind übrigens nicht nur Verkäufer von Geräten, sondern ein Institut, das auf der Grundlage der Huaxi-Technologie gegründet wurde, was ernsthafte Forschungs- und Anpassungsarbeiten für eine bestimmte Produktion erfordert.

Staub, Harze, Benzolkohlenwasserstoffe: Wo beginnt die Reinigung?

Jedes Gespräch über die Tiefenreinigung ist bedeutungslos, wenn das Problem der primären Gasaufbereitung nicht gelöst ist. Koksgas am Austritt von Koksofenbatterien ist eine explosive Mischung aus Staub, Teertröpfchen und Naphthalin. Wenn man alles direkt auf einen Katalysator oder in einen Absorber mit einem teuren Reagenz gibt, ist Schluss. Die erste und obligatorische Stufe sind daher Elektrofilter und alle Arten von Wäschern. Hier scheint alles Standard zu sein. Aber die Nuancen liegen im Detail.

Zum Beispiel die Effizienz der Harzsammlung. Alte Zyklone und Zentrifugalwäscher kommen vor allem mit der Feinfraktion nicht zurecht. Heutzutage werden häufig elektrostatische Harzfallen (TEC) installiert. Sie sind gut, erfordern aber eine perfekte Kontrolle der Gastemperatur – sinkt diese unter den Taupunkt der Harze, beginnen Probleme mit den Elektroden. In einer der Fabriken in Hebei gab es eine Geschichte, als aufgrund eines Ausfalls im Wärmetauscher vor dem TES die Temperatur sank und das Harz direkt an den Niederschlagselektroden zu kondensieren begann, was zu einem Kurzschluss und einer wochenlangen Ausfallzeit führte. Wir mussten dringend eine Zusatzheizung mit Redundanz einbauen.

Ein weiterer Punkt ist die Entfernung von Benzolkohlenwasserstoffen. Natürlich werden sie als wertvolles Produkt gewonnen, aber es ist wichtig, dies möglichst vollständig vor den Tiefenreinigungsstufen zu tun. Denn auch für viele Katalysatoren ist Benzoldampf Gift. Dabei reichen die Technologien von der Ölabsorption bis zur Aktivkohleadsorption. Die Auswahl hängt von den Volumina und dem erforderlichen Extraktionsgrad ab. Ich habe gesehen, wie die Adsorptionstechnologie mit Vakuumregeneration erfolgreich in einer kleinen Anlage eingesetzt wurde – kompakt und für ihre Größe recht effizient.

Der Krieg gegen Schwefelwasserstoff: vom Monoethanolamin zur Nasskatalyse

Schwefelwasserstoff ist der Hauptfeind. Das Arsenal hier ist riesig. Die klassische Aminreinigung (MEA, DEA) wird immer noch häufig eingesetzt, insbesondere wenn ein hoher Reinigungsgrad (bis zu 20-50 mg/m3) erreicht werden muss. Seine Nachteile sind jedoch der hohe Energieverbrauch für die Aminregeneration und die Empfindlichkeit gegenüber der Anwesenheit von HCN und COS, die einen Aminabbau verursachen. Deshalb gehen sie jetzt oft den Weg der Kombination.

Die sogNasskatalytische Oxidationsmethode. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um die Oxidation von HCN und H2S in flüssiger Phase in Gegenwart eines Katalysators auf Basis von Eisen oder anderen Metallen. Die Technologie ist übrigens nicht neu, aber chinesische Ingenieure haben sie erheblich verbessert, indem sie die Stabilität der katalytischen Lösung erhöht und das Regenerationssystem vereinfacht haben. Der Hauptvorteil besteht darin, dass sowohl Schwefelwasserstoff als auch Cyanwasserstoff gleichzeitig entfernt werden können, wodurch beispielsweise Ammoniumthiocyanat oder Ammoniumsulfat als Nebenprodukt erhalten werden. Die Wirtschaft wird sofort attraktiver.

In der Praxis wurde ich mit der Tatsache konfrontiert, dass der Erfolg dieser Methode stark von der Qualität der Gasaufbereitung in den vorherigen Schritten abhängt. Wenn im Gas noch viele harzige Stoffe oder Staub enthalten sind, „verstopfen“ diese? Die katalytische Lösung bildet Schaum und die Effizienz nimmt ab. Daher erfordert die Implementierung eines solchen Systems immer eine gründliche Prüfung der gesamten Gasreinigungskette und nicht nur den Austausch einer Einheit. Dies hängt mit der Frage eines integrierten Ansatzes zusammen, über die ich eingangs gesprochen habe.

Blausäure: unsichtbar, aber heimtückisch

An HCN erinnert man sich oft sekundär, aber vergebens. Dies ist nicht nur ein starkes Gift, sondern auch die Ursache vieler technischer Probleme. Es verursacht Korrosion an Geräten (insbesondere in Kondensationsbereichen), vergiftet Katalysatoren und erschwert die Abwasserentsorgung. Traditionelle Methoden sind die Absorption in alkalischen Wäschern zur Herstellung von Natriumcyanid oder Ferrocyaniden. Der Markt für diese Produkte ist jedoch begrenzt und ihre Weiterverarbeitung oder Entsorgung ist ein besonderes Problem.

Heutzutage wird Methoden zur Zerstörung von HCN direkt in der Gasphase immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Beispielsweise die gleiche katalytische Hydrolyse an Zeolith- oder Aluminiumoxid-Katalysatoren. HCN zerfällt in Gegenwart von Wasserdampf in NH3 und CO. Die Technologie ist effektiv, erfordert aber wiederum eine sehr sorgfältige Vorreinigung des Gases von katalytischen Giften. Außerdem muss das entstehende Ammoniak dann irgendwo entsorgt werden, womit wir wieder beim Gesamtsystem wären.

Ein interessanter Fall ereignete sich bei der Modernisierung eines Werks in Liaoning. Dort lösten sie das Problem umfassend: Sie installierten eine nasskatalytische Oxidationsanlage zur gemeinsamen Entfernung von H2S und HCN, das in der Lösung gebildete Ammoniumthiocyanat wurde anschließend konzentriert und als kommerzielles Produkt für die chemische Industrie verkauft. Ich möchte nicht sagen, dass sich dadurch das gesamte Reinigungssystem bezahlt gemacht hat, aber die Betriebskosten wurden dadurch erheblich gesenkt. Solche Entscheidungen entsprechen genau dem Geiste der Arbeit von Designinstituten wie zChengdu Yizhi Technology Co.Ihre Stärke liegt meiner Meinung nach darin, dass sie den Prozess nicht isoliert betrachten, sondern als Teil des Produktionskreislaufs der Anlage. Ihr eingetragenes Kapital von 120 Millionen Yuan weist auch auf ernsthafte Möglichkeiten für die Umsetzung solch komplexer Projekte hin.

Finish-Polierung und Kontrolle: Wohin der Trend geht

Nach den Hauptstufen der Reinigung von Schwefel und Zyanid stellt sich oft die Frage nach dem abschließenden „Polieren“. Gas – Entfernung restlicher Spuren von Verunreinigungen, organischen Dämpfen und Gerüchen. Dabei kommen Adsorptionstechnologien auf Aktivkohle (zum Teil mit speziellen Reagenzien imprägniert) oder zunehmend auch thermische oder katalytische Nachverbrennung in Kompaktreaktoren zum Einsatz.

Dies gilt insbesondere für Gas, das in sensiblen Anlagen als Brennstoff verwendet oder in städtische Netze eingespeist wird. Kontrolle wird zum Schlüsselfaktor. Moderne Systeme sind mit kontinuierlichen Gasanalysatoren nicht nur für H2S und O2, sondern auch für HCN, NH3 und allgemeine organische Verbindungen ausgestattet. Die Daten fließen in das automatisierte Prozessleitsystem ein, das in Echtzeit die Betriebsarten der Wäscher und die Dosierung der Reagenzien anpassen kann.

Der Haupttrend, den ich sehe, ist Digitalisierung und „Intellektualisierung“? Reinigungseinheiten. Wir sprechen nicht von „künstlicher Intelligenz“, sondern von fortschrittlichen Steuerungssystemen, die auf der Grundlage von Modellen und Daten von Sensoren den Prozess optimieren und den Wartungsbedarf vorhersagen (z. B. den Austausch des Katalysators oder das Waschen des Wäschers). Dies ist der nächste logische Schritt nach dem Testen der Hardwarelösungen selbst. Einsparung von Reagenzien und Energie, Erhöhung der Laufleistung zwischen Reparaturen – das bietet diese Optimierung. Und chinesische Technologielieferanten, darunter die genannten Ingenieurbüros, entwickeln diesen Bereich aktiv weiter und bieten nicht nur Ausrüstung, sondern auch Technologie samt Managementsystem an.

Statt eines Fazits: Was ist wirklich „neu“?

Was also kann man heute in China letztendlich als neue Technologien bezeichnen? Dies ist nicht nur ein sensationelles Setup. Dies ist erstens eine tiefgreifende Modernisierung und Hybridisierung klassischer Methoden (Katalyse + Absorption + Oxidation). Zweitens besteht ein enger Zusammenhang zwischen Reinigung und Recycling und der Entstehung von Nebenprodukten, was die Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses verändert. Drittens handelt es sich um einen ganzheitlichen, systematischen Gestaltungsansatz, bei dem Vor-, Haupt- und Endreinigung unter Berücksichtigung aller gegenseitigen Einflüsse als Ganzes konzipiert werden.

Und das Wichtigste ist vielleicht die Anpassungsfähigkeit. Es gibt keine universellen Lösungen. Was in einer riesigen Kokerei in Shanxi hervorragend funktioniert, kann für eine kleinere Anlage unerschwinglich teuer und komplex sein. Daher basieren erfolgreiche Implementierungen immer auf einer eingehenden Analyse des Quellgases, der Anlagenkapazitäten, der Anforderungen an Endprodukte und der Umweltvorschriften. Genau das scheinen Spezialisten von Unternehmen wie Chengdu Yizhi Technology zu tun, die nicht als Verkäufer, sondern als Technologiepartner agieren. Dies ist wahrscheinlich der Hauptunterschied zum modernen Ansatz: Es werden keine Geräte verkauft, sondern ein garantiertes Ergebnis in Bezug auf die Gasreinheit innerhalb eines vorgegebenen Budgets. Und hinter diesem Ergebnis verbirgt sich eine ganze Reihe von Lösungen – von der Mechanik über die Katalyse bis hin zur Automatisierung.