China: Nutzung von Ethylen-Restgas? 

Wenn es um das Recycling von Ethylen-Restgas in China geht, stellen sich viele Menschen sofort große Hydrierungsanlagen oder teure Projekte zur Rückführung in die Pyrolyse vor. Doch die Realität vor Ort ist oft viel prosaischer und komplexer. Das Hauptproblem ist nicht der Mangel an Technologie, sondern deren Wirtschaftlichkeit für ein bestimmtes Werk, insbesondere wenn es sich um relativ kleine oder alte Produktionsanlagen handelt. Ich sehe oft Ingenieure, die versuchen, „Buch“-Ideen anzuwenden. Entscheidungen, ohne die tatsächliche Zusammensetzung des Gases, Lastschwankungen oder einfach Platzmangel für die Ausrüstung zu berücksichtigen.

Was verbirgt sich wirklich in den „Schwänzen“?

Beginnen wir mit den Grundlagen, die aus irgendeinem Grund oft übersehen werden. Ethylen-Endgas ist nicht nur eine Standardmischung. Seine Zusammensetzung ist der Fingerabdruck einer bestimmten Pyrolyseproduktion. Neben Ethylen und Propylen könnte alles von Wasserstoff und Methan bis hin zu Acetylen, MAPD (Methylacetylen und Propadien) und sogar Spuren von Aromaten enthalten sein. Bei einem Projekt, auf das ich vor etwa fünf Jahren gestoßen bin, war das Hauptproblem nicht einmal Ethylen, sondern der hohe Wasserstoffgehalt, was „verwirrend“ war? Standardhydrierungsschemata und erforderten einen zusätzlichen Trennschritt.

Deshalb sollte der erste Schritt immer nicht die Auswahl einer Technologie aus einem Katalog sein, sondern eine ausführliche und detaillierte Analyse der Gaszusammensetzung. Nicht einmalig, sondern im Laufe der Zeit unter Berücksichtigung aller Betriebsarten der Öfen. Es kam vor, dass eine Anlage, die für eine „durchschnittliche“ Zusammensetzung ausgelegt war, Spitzenlasten einfach nicht bewältigen konnte oder umgekehrt bei minimaler Produktivität unrentabel wurde. Genau an diesem Punkt weichen Theorie und Praxis voneinander ab.

Erwähnenswert ist hier die Vorgehensweise einiger Designinstitute, die sich auf solche nicht standardisierten Lösungen spezialisiert haben. Zum Beispiel Chengdu Yizhi Technology Co., die Design- und Forschungsabteilung von Huaxi Technology. Ihre Arbeit beginnt oft mit einer eingehenden Prüfung und Modellierung und nicht mit dem Verkauf eines fertigen Geräts. Das ist der richtige Weg, wenn auch nicht der schnellste.

Hydrierung: kein Allheilmittel, aber ein Werkzeug

Beim Recycling denkt man zunächst an die katalytische Hydrierung zur Rückgewinnung von Ethylen und Propylen. Die Technologie ist bewährt, aber ... Das Schlüsselwort ist Katalysator. Die Auswahl eines Katalysators ist eine Kunst. Es muss speziell für unsere Zielkomponenten (z. B. Acetylen und MAPD) ​​selektiv sein, darf aber gleichzeitig Ethylen nicht beeinträchtigen und darf keine Überhitzung verursachen. Bei einer der Anlagen hatten wir lange Zeit mit der schnellen Verkokung des Katalysators zu kämpfen. Es stellte sich heraus, dass der Übeltäter Spuren höherer Olefine waren, die in der ursprünglichen Analyse einfach nicht „erfasst“ wurden.

Eine weitere Nuance ist die Wärmeabfuhr. Die Hydrierungsreaktion ist stark exotherm. Wenn Sie nicht für eine effektive Wärmeabfuhr sorgen, kann es nicht zu einer selektiven Hydrierung kommen, sondern zu einer vollständigen Hydrierung von allem, mit einem starken Temperaturanstieg und einem Risiko für den Reaktor. Es war notwendig, mehrstufige Systeme mit Zwischenkühlung zu konzipieren, was natürlich die Kosten des Projekts erhöhte.

Und natürlich eine Wasserstoffquelle. Ideal ist es, wenn man über eigenen günstigen Wasserstoff aus Reformierungsanlagen verfügt. Wenn nicht, müssen Sie entweder den Kauf oder alternative Systeme in Betracht ziehen. Das trifft sofort die Wirtschaft. Manchmal erweist es sich als einfacher und kostengünstiger, das Restgas zur Verbrennung in Öfen zu leiten, obwohl dies aus Sicht der Ressourceneffizienz natürlich eine Niederlage ist.

Alternativen: wenn Hydrierung nicht vorteilhaft ist

Bei kleinen Strömen oder Gasen mit einer besonderen Zusammensetzung kann die klassische Hydrierung wie das Abfeuern von Spatzen aus einer Kanone sein. Was dann? Eine der Optionen, die wir für die Anlage in der Provinz Shandong in Betracht gezogen haben, war die Trennung einzelner wertvoller Komponenten. Zum Beispiel die Konzentration von Ethylen durch Adsorption oder Membranen zur Verwendung in anderen Prozessen am selben Standort (zum Beispiel bei der Herstellung von Ethylenoxid oder Styrol).

Ein anderer Weg ist das Energierecycling. Aber nicht nur das Abfackeln, sondern die Nutzung als Brenngas für Prozessöfen oder zur Dampferzeugung. Das Problem hierbei ist der instabile Brennwert. Damit ein Kessel oder Ofen stabil funktioniert, ist ein Misch- oder Regelsystem erforderlich. Wir haben ein solches Schema implementiert, und das Hauptproblem war die Automatisierung, die in Echtzeit auf Änderungen in der Zusammensetzung des Abgases reagieren musste.

Es gab auch exotischere Versuche, wie die Verwendung von mit Ethylen angereichertem Gas bei der Herstellung linearer Alpha-Olefine oder als Ausgangsmaterial für hochdichtes Polyethylen. Doch hier stoßen Sie auf Logistik, die Reinheit der Rohstoffe und die Konkurrenz zum Hauptstrom des Polymers Ethylen. Meistens blieben solche Projekte auf dem Papier.

Erfahrungen und Fallstricke: ein Einblick

Ich möchte einen konkreten Fall vorstellen, der alle Schwierigkeiten gut veranschaulicht. Hierbei handelte es sich um ein Projekt zur Modernisierung eines alten Ethylenkomplexes. Die Aufgabe besteht darin, Restgas aus der Kläranlage zu nutzen. Die technischen Spezifikationen wurden zunächst für die Hydrierung erstellt. Aber als wir (ich arbeitete damals mit einem Team von Chengdu Yizhi Technology Co.) eine detaillierte Analyse durchführten, stellte sich heraus, dass das Gas eine unangemessene Menge an Inertstoffen (Stickstoff, Methan) enthielt. Die Hydrierung einer solchen Zusammensetzung bedeutet, enormen Ballast durch den Reaktor und die Kompressoren zu treiben und dabei Energie zu verschwenden.

Als Ergebnis schlugen sie ein Hybridsystem vor. Erstens: Membrantrennung zur Vorkonzentration von Ethylen und Propylen. Dann - eine kompakte Einheit zur selektiven Hydrierung dieses Konzentrats. Das verbleibende Schwachgas wurde als Kraftstoff verwendet. Firmenwebsiteyzkjhx.rubeschreibt ähnliche integrierte Ansätze, und in diesem Fall hat es funktioniert. Der wirtschaftliche Effekt wurde durch die Reduzierung der Kapitalkosten für Kompression und Reaktorgröße sowie durch die Einsparung von Brenngas erreicht.

Die wichtigste Lehre aus diesem Projekt: Es gibt keine Universallösung. Jeder Fall erfordert eine eigene technologische Prüfung und häufig eine Kombination von Methoden. Die größte Gefahr ist der Wunsch der Anlagenleitung nach einer schnellen und kostengünstigen Lösung. Aber in diesem Bereich bedeutet schnell und günstig meist „ineffektiv“. oder ?funktioniert auf Dauer nicht?.

Die Zukunft und Wirtschaftlichkeit des Prozesses

Wohin steuert die Branche? Der Trend geht zu maximaler Integration und Digitalisierung. Die Rede ist von Systemen, die das Recyclingsystem in Echtzeit abhängig von der Zusammensetzung der Rohstoffe und dem Marktwert der Produkte optimieren. Wenn der Preis des Polymerethylens hoch ist, wird das System versuchen, seine Rückgewinnung zu maximieren. Wenn es rentabler ist, Strom zu erzeugen, wird auf die Priorität der Energienutzung umgestellt.

Der zweite Trend ist die Miniaturisierung und Modularisierung von Installationen. Dies gilt insbesondere für mittlere und kleine Hersteller. Statt riesiger Kapitalstrukturen gibt es kompakte, fast Container-Lösungen, die schnell eingesetzt und angepasst werden können. Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd. arbeitet übrigens aktiv an solchen Entwicklungen und nutzt dabei die Erfahrung seines Mutterinstituts Huaxi Technology im Bereich Katalyse und Trennprozesse.

Letztendlich hängt die Frage der Nutzung von Ethylen-Restgas nicht von der Technologie, sondern von Ökonomie und Ökologie ab. Der Druck der Regulierungsbehörden, Emissionen und CO2-Fußabdrücke zu reduzieren, nimmt zu. Aufgrund der Gebühren wird das Verbrennen nur teurer. Daher ist die Investition in kompetente Recyclingsysteme nicht mehr eine Frage der Prämie, sondern mittelfristig eine Frage des unternehmerischen Überlebens. Aber Investitionen müssen klug sein und auf einer gründlichen Analyse basieren, nicht auf ausgefallenen Broschüren. Und hier erweist sich die Erfahrung von Praktikern, die Dutzende solcher Projekte durchlaufen haben, als unschätzbar wertvoll.