China: PSA-Wasserstoff – Technologien und Trends? 

Wenn man in China über Wasserstoff spricht, denken viele sofort an Elektrolyseure oder riesige Dampfreformer. Und ungefährPSA-Wasserstoffoft als etwas Zweitrangiges angesehen, nur als Reinigungsschritt. Aber in der Praxis, insbesondere in den letzten 5-7 Jahren, liegen hier viele Feinheiten, die darüber entscheiden, ob das gesamte Projekt wirtschaftlich ist oder nicht. Ich selbst bin auf Situationen gestoßen, in denen durch die Reformierung, idealerweise auf dem Papier, Wasserstoff erzeugt wurde, der dann mit einer Standard-PSA-Anlage nicht effektiv gereinigt werden konnte – und alles ging bergab.

Nicht nur ein „Sieb“: Wo sie in China wirklich mit PSA stolpern

Der Hauptfehler besteht darin, die PSA-Technologie (Kurzdruckadsorption) als etabliert und universell zu betrachten. In China sind die Rohstoffe sehr unterschiedlich: Wasserstoff aus der Methanolreformierung, aus der Chloralkaliproduktion, aus Kokereigas. Die Zusammensetzung der Verunreinigungen (nicht nur CO oder CO2, sondern auch Spuren von Schwefel, Aromaten, Feuchtigkeit) ist grundlegend anders. Nehmen Sie eine „boxed“ Lösung als direkten Weg zu Problemen. Ich erinnere mich an ein Projekt in Shandong, bei dem aufgrund unerklärlicher Druckschwankungen im Rohstofffluss die Adsorbentien „vergiftet“ wurden? um ein Vielfaches schneller als die geschätzte Zeit. Dadurch fiel die Reinheit des Wasserstoffs bereits nach sechs Monaten unter 99,9 %, obwohl der Vertrag drei Jahre stabilen Betrieb garantierte.

Der entscheidende Punkt ist die Anpassung der Adsorbentien und des Betriebszyklus. Chinesische Hersteller von Adsorptionsmitteln wie ?Xinhua? oder „Jiangsu Huanqiu“ stellen gute Zeolithe und Aktivkohlen her, aber ihre Auswahl ist fast alchemistisch. Dabei ist nicht nur die typische Zusammensetzung zu berücksichtigen, sondern auch mögliche Spitzenemissionen von Verunreinigungen, die für eine bestimmte Hauptproduktion charakteristisch sind. In dieser Phase sparten sie häufig durch den Kauf billigerer Sorptionsmittel und zahlten dann zu viel für häufigen Austausch und Ausfallzeiten.

Eine weitere Nuance ist Automatisierung und Kontrolle. Moderne chinesische PSA-Installationen arbeiten nicht mehr mit reiner Relaislogik. Doch die Implementierung fortschrittlicher Steuerungsalgorithmen, die Veränderungen in der Zusammensetzung von Rohstoffen vorhersagen, ist noch selten. Meistens wird ein harter Zyklus verwendet. Dies stellt die Integration mit erneuerbaren Quellen vor Herausforderungen, beispielsweise wenn Wasserstoff von den Flüssen gereinigt werden muss, die mit der intermittierenden Produktion durch Solarelektrolyse einhergehen. Hier wird es interessant: Der Trend zu flexiblen, „smarten“ Produkten. P.S.A.

Trends: Flexibilität, Integration und „grüner“ Kontext

Der Haupttreiber ist nun der sogenannte „grüne Wasserstoff“. Doch es reicht nicht aus, es durch Elektrolyse herzustellen; es muss effektiv gereinigt werden. Herkömmliche große PSA-Einheiten sind für einen gleichmäßigen Durchfluss ausgelegt. Und hier kann der Fluss springen. Daher bestand der Wunsch nach modularen und schnell umkonfigurierbaren Systemen. Entwicklungen habe ich zum Beispiel gesehen vonChengdu Yizhi Technology Co.(Ihre Website istyzkjhx.ru), die sich als Designinstitut mit Erfahrung in chemischen Technologien positionieren. Sie konzentrieren sich auf die Entwicklung von Behandlungssystemen für bestimmte, auch instabile Strömungen. Dabei geht es nicht nur um den Verkauf von Geräten, sondern auch um die schlüsselfertige Konstruktion, die von entscheidender Bedeutung ist.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Integration mit Carbon Capture Systemen (CCUS). Wasserstoff aus der Dampf-Methan-Reformierung (SMR) wird uns noch lange begleiten. Dabei geht es bei der PSA nicht nur um die Gewinnung von reinem H2, sondern auch um die Freisetzung eines konzentrierten CO2-Stroms zur anschließenden Entsorgung oder Nutzung. Die Effizienz dieser Trennung und die Minimierung von Wasserstoffverlusten im Abwasserstrom ist eine separate technische Aufgabe. Einige Anlagen in China erreichen mittlerweile Wasserstoffrückgewinnungsraten von über 90 % bei einer Reinheit von 99,999 % und produzieren gleichzeitig CO2 in Konzentrationen über 95 %. Aber dies unter realen Industriebedingungen und nicht in einer Pilotanlage zu erreichen, ist eine weitere Herausforderung.

Auch der Trend zur Dezentralisierung wirkt sich aus. Anstelle einer riesigen Anlage für 100.000 Nm3/h werden mehrere mittlere oder kleine Anlagen gebaut, die näher an den Verbrauchsstellen liegen. Dadurch ändern sich die Anforderungen an PSA: größere Betonung der Energieeffizienz für kleine Anlagen, einfache Wartung vor Ort und möglicherweise Fernüberwachung und -diagnose. Ich habe gesehen, wie ein Chemiepark in Zhejiang zum Vergleich drei relativ kleine PSA-Systeme verschiedener Anbieter installiert hat. Die Ergebnisse hinsichtlich Zuverlässigkeit und Betriebskosten schwankten erheblich.

Praktische Hindernisse und Fallstricke

Eines der größten Hindernisse ist die Qualifikation des Wartungspersonals. Komplexe Mehrwegeventile, empfindliche Ventile, die regelmäßig überprüft werden müssen, Diagnose des Zustands von Adsorbentien – das ist nicht schnell erlernt. Auf Baustellen bin ich oft auf die Tatsache gestoßen, dass ein Team von Mechanikern die Hauptproduktion sehr gut kennt, die PSA-Installation für sie jedoch eine Black Box ist. Bei Problemen werden die Techniker des Lieferanten gerufen, was zu langen Ausfallzeiten führt. Einige Unternehmen, darunter das erwähnteChengdu Yizhi Technology Co., ist es nun verpflichtend, einen erweiterten Zyklus von Vor-Ort-Schulungen in den Vertrag aufzunehmen, dies hat sich jedoch noch nicht durchgesetzt.

Das Problem ist die Zuverlässigkeit der Komponenten. Ventile sind das schwächste Glied. Chinesische Hersteller haben bereits gelernt, gute Adsorber und Steuerungssysteme herzustellen, doch Hochfrequenzventile für schnelle PSA-Zyklen werden teilweise immer noch im Ausland gekauft oder kopiert, was sich auf die Haltbarkeit auswirkt. In einer der Ammoniakproduktionsanlagen in Sichuan gab es eine Geschichte, als es nach einem Jahr Betrieb dringend notwendig war, die gesamte Ventilcharge eines Moduls auszutauschen – sie hielten der berechneten Anzahl von Zyklen einfach nicht stand.

Der Energieverbrauch ist ein oft übersehener Faktor. PSA benötigt Energie zum Spülen, Komprimieren und Absaugen. Im Streben nach hoher Reinheit und Rückgewinnungsraten werden Systeme manchmal mit einer übermäßigen Anzahl von Stufen oder langen Zyklen konzipiert, was die Betriebskosten drastisch erhöht. Das ideale Gleichgewicht zwischen Reinheit, Rückgewinnung und Energieverbrauch ist immer ein Kompromiss, der projektbezogen gesucht wird.

Fall: Integration mit der Methanolproduktion

Ein gutes Fallbeispiel ist die Modernisierung der Methanolanlage in Ningxia. Als Nebenprodukt entstand wasserstoffhaltiges Gas, das zuvor einfach abgefackelt wurde. Wir haben uns entschieden, PSA zu liefern, um es zu reinigen und Wasserstoff in den Methanolsyntheseprozess zurückzuführen. Es scheint ein typisches Projekt zu sein.

Das Problem lag jedoch in der Zusammensetzung: Neben H2, CO, CO2 gab es einen ordentlichen Anteil an Stickstoff und Spuren höherer Kohlenwasserstoffe. Das Standardschema war den Anforderungen nicht gewachsen, die Reinheit des Wasserstoffs war gering und seine Rückführung in den Synthesereaktor könnte das Gleichgewicht stören. Designer eines mit verbundenen InstitutsHuaxi-Technologie(wie in der Beschreibung angegebenChengdu Yizhi Technology Co., sie wurden von dieser Firma entwickelt), schlug eine nicht standardmäßige Lösung vor: eine zweistufige PSA. Die erste Stufe entfernte den Großteil des CO2 und schwerer Verunreinigungen, die zweite Stufe, mit einem anderen Satz Adsorptionsmittel, fein gereinigtes CO und Stickstoff. Ich musste an der Einrichtung der Kreisläufe herumbasteln, um den Wasserstoffverlust zu minimieren.

Dadurch konnte nach der Inbetriebnahme und der Einlaufzeit eine stabile Versorgung mit Wasserstoff mit einer Reinheit von 99,99 % erreicht und die Gesamtmethanolausbeute um mehrere Prozent gesteigert werden. Aber das Wichtigste ist, dass sich die Installation nicht in den geschätzten 4 Jahren, sondern in fast 6 Jahren amortisiert hat. Warum? Sie berücksichtigten nicht die erhöhten Kosten für die Aufrechterhaltung eines komplexeren Systems und die Notwendigkeit einer häufigeren Analyse der Zusammensetzung der Rohstoffe zur Anpassung des Regimes. Das ist eine typische Geschichte: Alles ist technisch perfekt, aber die Wirtschaft schwächelt aufgrund nicht kalkulierter Betriebskosten.

Ein Blick in die Zukunft: Was wird mit PSA in China passieren?

Ich denke, dass wir in den kommenden Jahren keine Revolution, sondern eine Evolution erleben werden. Der Fokus wird sich verlagern: von der „Produktion möglichst viel reinen Wasserstoffs“ bis hin zur „Produktion von möglichst viel reinem Wasserstoff“? „es unter bestimmten Bedingungen möglichst günstig und stabil herzustellen?“. Dies bedeutet eine steigende Nachfrage nach maßgeschneiderten Lösungen, bei denen das PSA-System nicht als separates Gerät, sondern als integraler Bestandteil der gesamten Technologiekette konzipiert wird.

Die Digitalisierung wird sich weiterentwickeln. Die Einführung von Sensoren zur Online-Überwachung des Zustands von Adsorbentien, die Nutzung von Big Data zur vorausschauenden Wartung von Ventilen, digitale Zwillinge zur Optimierung von Zyklen in Echtzeit – das ist keine Fantasie mehr, sondern eine Notwendigkeit für die Wettbewerbsfähigkeit. Chinesische Unternehmen, insbesondere Designinstitute wieChengdu Yizhi Technology Co., sind hier im Vorteil, da sie näher an der lokalen Realität sind und solche Lösungen schnell an realen Objekten testen können.

Und das Letzte ist die Ökologie. Der Druck, den CO2-Fußabdruck zu reduzieren, wird zu Verbesserungen der PSA nicht nur zur Reinigung von Wasserstoff, sondern auch als Instrument zur Steuerung der anlagenweiten Emissionen führen. Die PSA-Anlage kann zu einer Einheit werden, die gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit steigert (durch Rückführung von wertvollem H2) und die Umweltbelastung reduziert. Das ist ein starkes Argument für Investoren und den Staat. Also trotz ihrer scheinbaren Reife die TechnologiePSA-WasserstoffChina hat immer noch viele Aussichten auf Wachstum und Komplexität. Das Wichtigste ist, nicht zu vergessen, dass es sich immer um Praxis handelt und nicht nur um eine Theorie aus einem Katalog.