Die Rolle der Kohle als Energie- und Rohstofftrager*

Alois Ziegler**

Kohle ist ein vielseitig einsetzbarer Energie- und Rohstoff. Bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts wurde hiervon in man- nigfacher Weise technisch und wirtschaftlich Gebrauch ge- macht. In den letzten 30 Jahren haben aber Erdol, Erdgas und Kernenergie wesentliche strukturelle Verlagerungen in der Energieversorgung der Bundesrepublik ausgelost. Ausge- hend von der gegenwartigen wirtschaftlichen und technischen Situation der Gewinnung und Umwandlung von Kohle wird aufgezeigt, daB die Kohle einen standig zunehmenden Anteil an der Weltenergieversorgung ubernehmen wird. Die zuge- horige Technik stellt daher eine sogenannte Schliisseltechno- logie dar, die sorgfaltig gepflegt und weiterentwickelt werden muB.

Relevance of coal as a source of energy and raw material. Coal ist a versatile energy and prime material whose many benefits were widely used in engineering and the economy un- til the middle of the present century. Starting three decades ago, however, mineral oil, natural gas, and nuclear energy have caused a substantial restructuring of energy supplies in the Federal Republic of Germany. Based on the present eco- nomic and technological situation of coal production and con- version, the paper illustrates the steadily growing contribution coal is expected to make to worldwide energy supplies. The associated technology thus ranks among the so-called key technologies and as such deserves to be ,.fostered" and im- proved.

1 Einleitung Noch im vorigen Jahrhundert wurde der Primarenergiebedarf (ohne Brennholz etc.) fast ausschliealich durch Kohle ge- deckt. Die weltweite Forderung erreichte bereits vor 100 Jah- ren 390 x loh t SKE/a, das entspricht etwa dem gegenwarti- gen Primarenergieverbrauch allein in der Bundesrepublik Deutschland. Die Kohle-Forderung stieg seither kontinuier- lich an; im Jahre 1985 wurden 3400 x lo6 t SKE gefordert. Die Nachfrage nach den Energietragern Erdol und Erdgas wuchs jedoch schneller, und im Jahr 1968 wurde der Ver- brauch an Stein- und Braunkohle erstmals durch den Erdol- Konsum ubertroffen. Trotz der beiden Olpreisanstiege in den 70er Jahren konnte das Mineralol den groaten Marktanteil behaupten. Zur Zeit deckt es noch 38 YO des weltweiten Primarenergieverbrauchs. An zweiter Stelle folgt die Kohle mit 31 YO, an dritter Stelle das Erdgas mit 20%. Obwohl der Marktanteil des Erdols in den letzten Jahren gesunken ist - im Jahre 1980 betrug der Anteil noch 44% -, ist der absolute 01-Verbrauch weiter gestiegen. Die Wachstumsrate hat sich aber drastisch verlangsamt; wah- rend sie im Zeitraum 1965 bis 1975 jahrlich 6 % betrug, so er- reichte sie in den letzten 10 Jahren nur noch 0,3 %/a. Ratio- nelle Energieverwendung, verstarkte Hinwendung auf Kohle und Kernenergie und Substitution von Mineral01 sind die Ur- sachen fur diese Entwicklung. Der verstarkte Einsatz von Kohle zeigt sich daran, daB im Zeitraum 1980 bis 1986 vom Gesamtprimarenergieverbrauchszuwachs von 1 x 10' t SKE ca. 40% durch Kohle abgedeckt wurden.

1.1 Kohle als vielseitiger Energie- und Chemierohstoff

Wenngleich Mineralol auch in den nachsten 10 bis 20 Jahren weltweit noch der dominierende Energietrager bleiben wird, so ist aufgrund der Abnahme der Zuwachsraten bei einem

* Vortrag auf dem Jahrestreffen der Verfahrens-Ingenieure, 30.

** Dr. A. Ziegler, Bergbau-Forschung GmbH, Franz-Fischer-Weg 61, Sept. bis 2. Okt. 1987 in Freiburg.

4300 Essen 13.

gleichzeitig ansteigenden Weltenergieverbrauch eine zuneh- mende Orientierung auf Kohle und Kernenergie erforderlich. Die Kernenergie ist jedoch in absehbarer Zukunft nur zur Er- zeugung von elektrischer Energie einsetzbar, wobei spater moglicherweise ihr Einsatz zur ProzeBwarmeerzeugung hin- zukommt. Die elektrische Energie macht aber im Sekundar- energiebereich, also im Bereich veredelter, verkaufsfahiger Energieprodukte, nur etwa 13% aus. Dieser Anteil ist ver- gleichsweise klein, wobei die elektrische Energie freilich eine Schliisselposition einnimmt. Der groBte Teil der Energietra- ger, etwa 87 YO, mu13 durch Kohlenwasserstoffe bereitgestellt werden, wobei heute leichtes Heizol, Treibstoffe und Erdgas zur Warmeerzeugung und im Verkehrsbereich den weitaus groBten Teil ausmachen. Wahrend die zukiinftigen Optionen der Kernenergie vorerst monovalent sind, zeichnet sich die Kohle als besonders polyvalenter Energie- und Chemieroh- stoff aus, dessen Veredlungspotential von keinem anderen Energietrager erreicht wird: die Veredlungspalette reicht von der elektrischen Energie und Warme uber gasformige und flussige Energietrager und Chemierohstoffe bis zum metal- lurgischen Koks und zur Aktivkohle. Diesen Vorteilen stehen jedoch auch einige Nachteile gegen- uber: - Bei der Kohle handelt es sich im Gegensatz zu Erdol und

Erdgas um eine feste, hochmolekulare und wasserstoffar- me Substanz, die auBerdem mit Mineralstoffen eng ver- wachsen ist.

- Ihre Gewinnung, ihr Transport und ihre Veredlung sind deshalb mit einem vergleichsweise hohen technischen und finanziellen Aufwand verbunden.

Die Kohle hat also auch einen hoheren Veredlungsbedarf als andere fossile Energietrager.

1.2 Kohle-Arten, Kohle-Vorrate und Verfugbarkeit

Experten unterscheiden zwischen der Vielzahl von Kohle- Qualitaten mit spezifischen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Allgemein spricht man aber nur von Stein- und Braunkohle, wobei die Steinkohle je nach ihrem Verwen- dungszweck in Kraftwerks- und Kokskohle unterteilt wird.

Chem.-1ng.-Tech. 60 (1988) Nr. 3, S. 187-192 0 VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim, 1988 187 0009-286X/88/0303-0187 S' 02.50/0

Die Rohbraunkohle, deren Energieinhalt auf das Gewicht be- zogen nur ein Drittel im Vergleich zur Steinkohle betragt, eig- net sich nicht zum Transport uber weite Entfernungen und wird somit fast ausschlieBlich am Ort der Gewinnung zur Stromerzeugung und zur Veredlung z. B. durch Brikettierung eingesetzt. Die weltweiten Kohle-Vorrate wurden erstmalig umfassend anlaB1ich des XII. Internationalen geologischen Kongresses 1913 in Toronto erfaBt und bewertet. RegelmaBig wurde von diesem KongreB an durch die in einem mehrjahrigen Zeit- raum durchgefuhrten Weltkraftkonferenzen, seit 1968 Welt- energiekonferenzen, eine auf den neuesten Stand gebrachte Kohle-Vorratsschatzung vorgenommen. Dabei erwies es sich als zweckmaBig, eine gewisse Abgrenzung der mineralischen Rohstoffe in Reserven und Ressourcen vorzunehmen. Als Ressourcen werden diejenigen Vorrate bezeichnet, die in der Zukunft wirtschaftliche Bedeutung erhalten konnen. Die Re- serven sind der Teil der Vorrate, die bereits heute oder in na- her Zukunft mit der bestehenden Abbautechnik wirtschaft- lich gewinnbar sind. Die gesamten Kohle-Ressourcen der Welt betragen rund 8000 x lo9 t SKE, die wirtschaftlich gewinnbaren Reserven wurden von der Weltenergiekonferenz 1986 rnit ca. 610 x lo9 t SKE angegeben; das sind nur 8 % der Ressourcen. Obwohl die Kohle-Reserven nur einen geringen Teil der Ressourcen umfassen, iibersteigen sie jedoch die 01-Reserven erheblich, die sich auf rund 160 x lo9 t SKE belaufen. Die Erdgas- Reserven sind mit etwa 120 x 10’ t SKE noch geringer (Abb. 1). Im Unterschied zu Mineral01 wird der groBte Teil der Kohle im Forderland selbst eingesetzt. Obwohl sich im Zeitraum von 1973 bis 1986 der Anteil des internationalen Steinkohle- Handels an der Weltsteinkohle-Forderung auf ca. 8 YO verdop-

pelt hat, ist dieses Volumen noch gering. Der gesamte Welt- handel erreichte 1985 336 x lo6 t, auf den Seeverkehr entfie- len 274 x lo6 t. Der Seeverkehr an Kraftwerkskohle nahm in den letzten Jahren stetig zu, im Jahre 1986 iibertraf der Anteil der Kraftwerkskohle am gesamten Seeverkehr erstmals die Kokskohle. Im Jahre 1973 betrug der Anteil der Kraftwerks- kohle erst 30%. Der Kreis der heutigen bedeutenden Exportlander USA, Kanada, Australien, Sudafrika und Polen wird in Zukunft durch Lander wie UdSSR, China, Kolumbien und Venezuela erganzt werden.

2 Kohle in der Energie- und Rohstofftechnik 2.1 Warme- und Stromerreugung

Das wichtigste Einsatzgebiet fur die Kohle war in der Vergan- genheit und wird auch in der absehbaren Zukunft die Strom- und Warmeerzeugung sein. Im Jahre 1985 wurden in der westlichen Welt 2,5 x lo9 t SKE Primarenergien zur Erzeu- gung von 7000 TWh Strom eingesetzt; der Anteil der Kohle betrug davon 930 x lo6 t SKE. In den letzten 20 Jahren hat sich der Anteil der Kohle mehr als verdoppelt und ist heu- te hoher als der gemeinsame Anteil von 01 und Gas mit 570 x lo6 t SKE (Abb. 2). In vielen Landern sind bereits strenge Gesetze und Auflagen zur Reduzierung von Schwefeldioxid- und Stickoxid-Emis- sionen sowie von Staub-Emissionen in Kraft getreten. Es las- sen sich daher weltweit intensive Bemuhungen zur Entwick- lung neuer umweltfreundlicher Verfahren zur Strom- und Warmeerzeugung feststellen. Dazu gehoren einmal die Reini- gungsverfahren fur Rauchgase, zum andern aber auch inte- grierte Prozesse, die bereits die Entstehung von Schadstoffen verhindern. An dieser Stelle ist die Wirbelschichtfeuerung zu erwahnen, die als umweltfreundliches Verfahren zur Kohle- Verbrennung in den letzten Jahren weltweite kommerzielle Anwendung gefunden hat. Die Kombination von Kohle- Vergasung mit einem Gas- und DampfturbinenprozeB und die druckbetriebene Wirbelschichtfeuerung versprechen nicht nur eine effizientere, sondern auch eine fur die Umwelt noch akzeptablere Stromerzeugung. Auf die entsprechenden Tech- niken wird an anderer Stelle eingegangen.

Abb. 2. Stromerzeugung 1985 (westl. Welt; insgesamt 7000TWh).

2.2 Koks-Erzeugung - Kokerei-Nebenprodukte

Im Unterschied zu fruher wird Koks heute fast ausschlieBlich in der Eisen- und Stahlindustrie verbraucht. Im Jahre 1985 wurden weltweit 355 x lo6 t Koks erzeugt, davon 57 x lo6 t im EG-Bereich einschlieBlich der 23 x lo6 t in der Bundesrepu- blik Deutschland. Bezogen auf die weltweite Jahresforderung werden a. 15 % der Steinkohle zur Koks-Erzeugung einge- setzt. Die zukunftige Entwicklung im Bereich der Kokskohle wird durch den Riickgang der Stahlerzeugung in den westli- chen Industrielandern und durch eine Verlagerung der Stahl- standorte in Niedriglohnlander einerseits sowie die Weiter- entwicklung der Hochofentechnik andererseits gekennzeich- net. So betragt der spezifische Kokseinsatz pro t Roheisen heute 500 kg, wahrend er noch 1960 bei ca. 780 kg lag. Wei- terentwicklungen wie die direkte Kohle-Einblasung in den Hochofen oder der ubergang zu neuen Techniken wie die Di- rektreduktion zeigen an, daB nicht nur in unserem Land, son- dern auch weltweit mit einer weiteren Reduzierung des Koks- Verbrauches gerechnet werden muB. Die Technik der Kammerverkokung ist heute perfektioniert und ausgereift, sie enthalt aber auch noch Entwicklungspo- tential. Als Schwachpunkt erweist sich, daB die Konzeption des Verfahrens starr vorgegeben und wenig beeinfluBbar ist.

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Hierauf ist es zuruckzufuhren, daB nur bei bestimmten und eng begrenzten Eigenschaften der Einsatzkohle, normaler- weise Fett- und Gaskohle, ein guter Koks erhalten wird. Als geeignete Kokskohle in diesem Sinne kann nur ein gerin- ger Anteil der Weltforderung von Steinkohle angesehen wer- den. Aus diesem Grunde muB in Zukunft die Verkokungs- technik durch verschiedene MaBnahmen erganzt werden. Hierzu zahlen die Mischung unterschiedlicher Einsatzkohlen, die in Versuchskoksofen in der Regel optimiert wird, der Ein- satz von Hilfsstoffen wie z. B. Petrolkoks als Magerungsmittel, Bitumen oder 01. Weiterhin sind Hilfstechniken wie die Vor- erhitzung oder die an der Saar angewandte Vorverdichtung (sog. Stampftechnik) in Betracht zu ziehen. Zusammenfas- send kann man sagen, daB das Zusammenspiel von stofflichen und technischen MaBnahmen heute recht gut beherrscht wird. Die Kokereitechnik muB in Zukunft die Forderungen nach groBerer Wirtschaftlichkeit und erhohtem Umweltschutz er- fullen. Bezuglich der Wirtschaftlichkeit hat man in der Ver- gangenheit erfolgreich die Automation des Kokereibetriebes, die Senkung des spezifischen Energieverbrauches und den Obergang zu groBeren Koksofen durchgefuhrt (Abb. 3). Die

Abb. 3. Steigerung der Koks-Erzeugung pro Druckvorgang durch VergroBerung des Ofennutzvolumens.

ergriffenen UmweltschutzmaBnahmen, z. B. der Einsatz dich- ter Ofenturen, haben zu einer erheblichen Verminderung der Emissionen gefuhrt. Seit einigen Jahren wird auch in Deutschland verstarkt an der trockenen Koks-Kuhlung gear- beitet, bei der die im Koks gespeicherte Warme teilweise zu- ruckgewonnen wird. In Kombination mit der Kohle-Vorerhit- zung kann die trockene Koks-Kuhlung auch zu einer erhebli- chen Energieeinsparung und zusatzlich zur Umweltentlastung fuhren. Neben dem Hauptprodukt der Verkokung, Koks, trugen bis in die 50er und 60er Jahre die Erlose aus dem Verkauf des Koke- reigases und der Kohlewertstoffe (Tab. 1) wesentlich zur Wirt- schaftlichkeit des Gesamtprozesses bei. Das Kokereigas, das im wesentlichen aus Wasserstoff (60 bis 62 YO) und Methan (25 bis 27 YO) besteht, 1aBt sich in Deutschland nur noch in weni- gen Kokereigas-Netzen absetzen. In anderen Landern, z. B. USA, wird das anfallende Kokereigas meistens direkt abge- fackelt. Versuche, Wasserstoff aus dem Kokereigas abzutren- nen, sind mit kohlenstoffhaltigen und zeolithischen Mole- kularsieben erfolgreich verlaufen. Die Rentabilitat dieser Verfahren ist derjenigen der Wasserstoff-Erzeugung durch Steam-Reforming gegenuberzustellen. Die im Rohgas enthaltenen Bestandteile Schwefelwasserstoff, Ammoniak und Blausaure werden in Waschprozessen aus dem Rohgas entfernt und zu Schwefelsaure, Ammoniumsul- fat als Dungemittel und Rhodaniden aufgearbeitet. Aus dem

Tabelle 1. Menge und Zusammensetzung der Kohlewertstoffe je t Koks.

Rohgas-Menge Heizwert H , Zusammensetzung:

co2

H, CH4 C"H,

co

Sonstige Teer-Menge Rohbenzol Rohnaphthalin Ammoniak Schwefelwasserstoff

350 m3/t 22,3 MJIm'

2 Yo 5 Yo

62 Yo 26 Yo 3 Yo 2 Yo

37 kglt 0,5 kglt 0,17 kglt 3,2 kglt 2,s kglt

Steinkohlenteer werden Naphthalin, Anthracen, Pyridin- Basen, Phenole und verschiedene Benzol-Fraktionen gewon- nen, die fur die Weiterverarbeitung in der chemischen Indu- strie grol3e Bedeutung besitzen. Die Teerole werden hauptsachlich zur Erzeugung von RUB, der z.B. in Autoreifen Verwendung findet, und als Impra- gnierole in der Holzindustrie eingesetzt. Aus den pechhalti- gen Teerruckstanden werden Elektrodenkokse z. B. fur die elektrochemische Aluminium-Gewinnung, Bindemittel fur Graphit-Elektroden und C-Fasern hergestellt. Weltweit liegt das Aufkommen an Steinkohlenteer bei rund 16 x loh t/a.

2.3 Kohle-Vergasung und Synthesegas- Weiterverarbeitung

Die Rolle der Kohle als Rohstoff wird nicht nur bei der Koks- Erzeugung mit ihren auch heute noch vielfaltigen Nebenpro- dukten sichtbar. Die Umwandlung der Kohle in Synthesegas erschlieBt ein weiteres breitgefuhrtes Anwendungsfeld. Bei der Vergasung von Kohle wird ein vollstandiger Kohlen- stoff-Umsatz rnit einem Vergasungsmittel angestrebt. Das Hauptaugenmerk gilt der Kohle-Vergasung mit Wasserdampf, da hierbei ein vielfaltig verwendbares Produktgas aus C O und H, entsteht, das in der Chemie als Synthesegas, in der Eisen- huttenindustrie als Reduktionsgas oder im Kraftwerksbereich als Brenngas Verwendung finden oder zu Methan weiterverar- beitet als Erdgas-Ersatz im Warmemarkt eingesetzt werden kann (Tab. 2). Neben dieser Produktvielfalt liegt ein weiterer Vorteil der Kohle-Vergasung im Vergleich zu anderen Veredlungsverfah-

Tabelle 2. Anwendungsmoglichkeiten von Kohlegas.

Anwendung Gasart Brennwert Komponenten [MJ/m&]

Heizung Stadtgas 20 H?, CH4, CO, (Koksofengas) C,H,, CO,, N, Erdgas 35-42 CH,, C,H,, N,

Eisen- Reduktionsgas 12-16 H,, CO, CH4 gewinnung

Chemie Synthesegas 12 H2 -+ Ammoniak H,, CO - Methanol

Strom- Schwachgas 1 4 H,, CO, CH,, erzeugung N,, CO2 GaslDampf- Turbine

Chem.-1ng.-Tech. 60 (1988) Nr. 3, S. 187-192 189

Tabelle 3. Industriell angewandte Kohle-Vergasungsverfahren.

Verfahren Lurgi Winkler Koppers-Totzek Texaco

Gasgenerator:

Temp. [“C] Druck [bar] Leistung [m3 Gas/h]

Kohle: Art

TYP

Kornung [mm]

Rohgas: Val.-% H2

co co2 CH,

Sonstige Kriterien:

Festbett 700-1000 35

35 000-50 000

Braun- und Steinkohle bis maBig backend 6-40

37-39 20-23 27-30 10-12

- gute Warmenutzung - wenig Austrag - eroBer Kohleinhalt

Wirbelbett ca. 1000 1

17 000-20 000

Braun- und Steinkohle bis maDig backend 0-8

35-46 30-40 13-25 1- 2

- kein Teer und 01 - groBer Kohleinhalt - hoher Austrae

Flugstaubwolke >1300 1 20 000 (2 Kopfe) 50000 (4 Kopfe)

alle Kohlen

tO.l

31 58 10 0.1

- keine Nebenprodukte - hohe Dampfzersetzung - kleiner Kohleinhalt .,

- Teer und 01 - hoher Dampfverbrauch Sauerstoffverbrauch

- niedriger Vergasungsgrad - groDer Kohle- und

Flugstaubwolke

40 1200-1600

>50000

alle Kohlen

<0,1

35 52 12 -

- Eintrag als

- kein Teer und 01 Kohle/Wasser-Suspension

ren darin, daB fur alle Kohle-Arten geeignete Vergasungsver- fahren entwickelt worden sind. Daruber hinaus werden als Folge der intensiven Produktgasreinigung die in der Kohle enthaltenen Verunreinigungen wie Schwefel oder Spurenele- mente abgeschieden. Tab. 3 gibt einen uberblick uber einige Reaktortypen, die in ihnen einsetzbaren Kohle-Arten, Kor- nungen sowie die wichtigsten Betriebsparameter. Als Folge der Olkrisen 1973/74 und 1979 glaubte man, daB kurzfristig Erdgas und Erdol durch Kohle und ihre Vered- lungsprodukte ersetzt werden muBten. Weltweit wurde daher ein umfangreiches Kohle-Vergasungsprogramm gestartet. Al- Jein in der Bundesrepublik Deutschland wurden 10 Kohle- Vergasungsverfahren mit dem Ziel bearbeitet, die fruher be- reits groBtechnisch eingesetzten Verfahren zu verbessern, neue Verfahrensrouten zu entwickeln und zur groBtechni- schen Reife zu bringen. Das vorwiegend mit offentlichen Mit- teln geforderte Programm konnte technisch erfolgreich abge- schlossen werden. Als Folge wurden zwei als besonders vor- teilhaft eingeschatzte Verfahren in Demonstrationsanlagen gebaut, namlich das Texaco-Verfahren zur Steinkohle-Verga- sung und das Hochtemperatur-Winkler-Verfahren zur Braun- kohle-Vergasung. Die Ruhrkohle AG und die Ruhrchemie AG haben im Oktober 1986 eine Demonstrationsanlage in Oberhausen- Holten in Betrieb genommen. Hier werden jahrlich 245 000 t ( P 720 t/d) deutsche Steinkohle in 400 x lo6 m3 Synthesegas umgewandelt (Abb. 4). Das Gas wird von der Ruhrchemie AG ubernommen und in der 0x0-Synthese sowie zur Bereit- stellung von Hydrierwasserstoff eingesetzt. Neben dieser An- lage sind noch weitere Anlagen in den USA und Japan in Be- trieb. Zwei Anlagen sind geplant. Die Demonstrationsanlage in Berrenrath bei Koln zur Verga- sung rheinischer Braunkohle ist im Sommer 1986 in Betrieb gegangen. In ihr werden aus 720 tlh Trockenbraunkohle ca. 900 000 m3/d Synthesegas erzeugt. Das Synthesegas wird per Pipeline zur UK-Wesseling transportiert und dort in Metha- nol umgewandelt, das aus Schwerol hergestelltes Methanol er- setzt.

Das Methanol kann ubrigens im Mobil-M-ProzeR, der maB- geblich in der Bundesrepublik entwickelt worden ist, in Ge- genwart von zeolithischen Katalysatoren quantitativ zu Ben- zin weiterverarbeitet werden. Eine erste kommerzielle Anla- ge wird seit mehreren Jahren in Neuseeland betrieben. Dort wird das Methanol auf Basis von Erdgas hergestellt. Langfri- stig ist die Umstellung auf den Rohstoff Kohle geplant. Eine in vielen Landern diskutierte Moglichkeit der Weiter- verwendung von Synthesegas stellt die Erzeugung eines heiz- wertreichen Gases durch Methanisierung dar. Dieses Gas wird als Erdgas-Ersatz (SNG) bezeichnet. Derzeitige rucklau- fige oder stagnierende Naturgaspreise und drastische Ver- brauchseinsparungen haben aber dam gefuhrt, daB die welt- weit geplanten Projekte zum Bau kommerzieller Anlagen zu- ruckgestellt oder ganz aufgegeben wurden. In den USA gibt es eine Anlage kommerzieller GroBe in Great Plains, diese wird seit 1984 betrieben. Die derzeit groBte kommerzielle Kohle-Vergasungsanlage steht in Sudafrika. Hier werden rund 30 x lo6 t/a Kohle ver-

Abb. 4. Anlage zur Kohle-Vergasung in Oberhausen-Holten.

190 Chem.-1ng.-Tech. 60 (1988) Nr. 3, S. 187-192

Stein- Graphit Koks kohle Rohole Benzine Erdgase Methan

4

Abb. 5. Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhaltnis verschiedener fossiler Energietrager.

gast. Das Synthesegas wird anschlieBend iiber die Fischer- Tropsch-Synthese in ca. 5 x lo6 t/a fliissige Kohlenwasserstof- fe, vorwiegend Benzin, umgesetzt. Fur die Technik der Kohle-Vergasung eroffnet sich in jiingster Zeit als neues Anwendungsfeld der Einsatz im Kraftwerk. Die Umweltfreundlichkeit der Kohle-Verstromung kann hier- durch noch erheblich gesteigert werden, dies aber nicht zu Lasten eines noch weiter erhohten spezifischen Energiever- brauchs, sondern durch den kombinierten Einsatz von Gas- und Dampfturbinen wird sogar noch eine Verbesserung des Wirkungsgrades um mehrere Prozentpunkte erzielt.

2.4 Kohle-Hydrierung

Stein- und Braunkohle sind erheblich armer an Wasserstoff als Erdol und seine Derivate oder gar als Erdgas (Abb. 5). Um direkt zu den fliissigen Produkten zu gelangen, ist es notig, die Kohle relativ milde aufzuschlieaen und Wasserstoff an die Bruchstiicke anzulagern. Diese Anlagerung geschieht bei der direkten Hydrierung bei Drucken um 200 bar und Tempera- turen um 450 bis 480 O C , wobei zur Reaktionsbeschleunigung Katalysatoren auf Eisen-Basis zugesetzt werden. Die entste- henden Primarprodukte reichen vom hochviskosen Schwerol

bis zum Benzin, in Abhangigkeit von der gewahlten Fahrwei- se. Die Rohprodukte sind in weiteren Verfahrensschritten aufzuarbeiten. Die direkte Verfliissigung ist bezuglich der technischen Ent- wicklung in der Bundesrepublik Deutschland durch den mehrjahrigen Betrieb von zwei Hydrieranlagen gekennzeich- net, eine mit 200 t/d Kohle-Durchsatz von der Ruhrkohle AG und Veba AG in Bottrop (Abb. 6) und eine mit 6 t/d Kohle- Durchsatz von der Saarbergwerke AG in Furstenhausen. Ziel ist es, die Produktausbeuten und die Produkteigenschaften zu optimieren, das Verhalten verschiedener Einsatzkohlen zu te- sten und insbesondere apparate- und verfahrenstechnische Verbesserungen zu erproben. AuBerdem dienen die Anlagen dazu, das vorhandene Wissen zu erhalten und an jungere Wis- senschaftler und Ingenieure weiterzugeben, um einen techni- schen FadenriB im Know-how zu vermeiden, wie man ihn 1974 bei der Wiederaufnahme der Kohle-Hydrierung vor- fand. Der nachste Schritt bei der Weiterentwicklung der Hydrie- rung ware der Bau einer Demonstrationsanlage mit etwa 1 x lo6 t/a Kohle-Durchsatz. Angesichts der gegenwartigen Preis- und Mengenrelationen auf dem Olmarkt ist eine Entschei- dung fur den Bau einer solchen Anlage nicht opportun. Aus diesem Grund sind weltweit alle Anstrengungen zum Erliegen gekommen, ein groBes Hydrierwerk auf Basis Kohle zu bauen. Da die Hydriertechnik fur Kohle aber derjenigen fur Schwerole nicht unahnlich ist, lebt auf diese Weise zumindest ein Teil des wieder aufgebauten Erfahrungswissens weiter.

2.5 Sonstige Anwendungen

Durch gezielte thermische und chemische Behandlung von Steinkohle lassen sich Aktivkohlen und Aktivkokse mit definierten Porensystemen herstellen. Dabei wird zunachst hochentaschte Feinkohle getrocknet und in Wirbelschicht- reaktoren voroxidiert, um die Backfahigkeit der Kohle her- abzusetzen. Danach folgen Mischung mit einem Bindemittel,

Abb. 6. Hydrieranlage Bottrop.

Chem.-1ng.-Tech. 60 (1988) Nr. 3, S. 187-192 191

Formung auf einer Strangpresse und Schwelung. Das so ent- standene Produkt eignet sich fur die Entfernung von SO, und NO, aus Rauchgasen. Andere Anwendungsfalle, wie z. B. die Reinigung hochbelasteter ProzeBabwasser mit Aktivkohlen, erfordern eine Aufweitung des Porensystems durch eine Teil- vergasung, die in mehrstufigen Wirbelschichten durchgefuhrt wird. Durch gezielte Crackung von Kohlenwasserstoffen ge- lingt es sogar, Molekularsiebkokse fur Gas-Trennprozesse herzustellen. Diese Art der Anwendung und Behandlung von Steinkohle sol1 am SchluB lediglich als Besonderheit noch erwahnt wer- den. Sie zeigt, da13 es selbst mit dem eigenwilligen Feststoff Steinkohle gelingt, hochwertige Produkte mit ,,High-Tech"- Anwendungen herzustellen. Die Mengen sind zur Zeit aller- dings noch bescheiden. In der Bundesrepublik Deutschland werden nur rund 20 000 t Steinkohle hierfur eingesetzt.

3 Aussicht

Trotz der gegenwartigen Probleme im deutschen Steinkohlen- Bergbau mu13 man davon ausgehen, da13 langfristig auf die Kohle in der Energieversorgung unseres Landes nicht ver- zichtet werden kann. Dies gilt in weit groBerem Ma13e welt- weit. Aus diesem Grunde stellt die Kohle-Umwandlung in ih- rer vielfaltigen Erscheinungsform eine Schlusseltechnologie dar, die sorgfaltig gepflegt und weiterentwickelt werden mu13. Nicht nur die Kohle-Industrie, sondern vor allem die Appara- te und Anlagen bauende Industrie wird heute und noch mehr in der Zukunft hiervon ihren Nutzen ziehen.

Eingegangen am 12. November 1987 [B 53961

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34 (1981) S . 3461350.

S. 209/216.

44.

340.

S. 30/39.

S. 1561/1566.

Neuerscheinungen

Die im folgenden angezeigten Bucher sind der Redaktion zugesandt worden. Nur fur einen Teil dieser Werke konnen Rezensionen er- scheinen, da die Seitenzahl, die fur den Abdruck von Buchbespre- chungen zur Verfugung steht, begrenzt ist. Alle aufgefuhrten Werke konnen uber die W & P Buchversand fur Wissenschaft und Praxis GmbH, BoschstraRe 12, D-6940 Weinheim, bezogen werden.

Die neue Druckbehalterverordnung. Von K . Schmidt. Weka-Verlag, Bad Kissing 1987. Nachschlagewerk in einem Band. Grundwerk z. Z . 1360 S., DM 258,-. Erganzungslfgn. 5 x im Jahr, DM 0,58/S., Be- stell-Nr. 992520.

Der Zeiffaktor im strategischen Technologiemanagement. Von R. Perillieux. Erich Schmidt Verlag, Berlin - Bielefeld - Miinchen 1987. XVIII, 331 S., kart., DM 76,-. - ISBN 3-503-02680-8.

The Theory of Electromagnetic Flow-Measurement. Von J . A . Sher- cliff. Cambridge University Press, Cambridge 1987. XIII, 146 S., 54 Abb., geb., € 9,95. - ISBN 0-521-33554-X.

Chemical Reactor Design. Von E. B. Naumann. John Wiley & Sons, New York - Chichester 1987. XXX, 426 S., zahlr. Abb. u. Tab., geb., f 49,30. - ISBN 0471-84580-9.

Thermal Flow in Porous Media. Von H . I . Ene und D . Polisevski. Reidel Publishing Company, Dordrecht - Boston - Lancaster 1987. VII, 194 S., geb., US-% 64,-. - ISBN 90-277-2225-0.

Analytische und prlparative Labormethoden. Von K . E. Geckeler und H. Eckstein. Friedr. Vieweg, Braunschweig 1987. X, 482 S., 323 Abb., 74 Tab., geb., DM 78,-. - ISBN 3-528-08447-2.

Biotechnologie. Von H. Dellweg. VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim - New York 1987. XIII, 324 S., 191 Abb., 92 Tab., brosch., DM 78,-. - ISBN 3-527-26533-3.

Marktdaten zur Biotechnologie: Produkte und Reaktoren, GBF Texte 3 und 4. Von S. Yonsel und W.-D. Deckwer. GBF Gesellschaft fur Biotechnologische Forschung mbH, Braunschweig 1987. Texte 3: 53 S., 1 Abb., 17 Tab., geb., DM 10,- Schutzgebuhr; Texte 4: 146 S., 42 Abb., 7 Tab., geb., DM 20,- Schutzgebuhr.

Catalyst Deactivation 1987. Von B. Delmon und G. F. Froment. Else- vier Science Publishers, Amsterdam - Oxford - Nex York 1987. XIV, 666 S., zahlr. Abb. u. Tab., geb., Dfl. 325,-. - ISBN 0-444- 42855-0.

Organic Solid State Chemistry. Herausgeg. von G. R. Desiraju. Elsevier Science Publishers, Amsterdam -Oxford - New York 1987. XII, 550 S., zahlr. Abb. u. Tab., geb., Dfl. 360,-. - ISBN 0-444- 42844-5.

192 Chem.-1ng.-Tech. 60 (1988) Nr. 3, S. 192

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