Energierohstoffe und -technik

Organische Bestandteile Bitumen) Huminsäuren   Restkohle: 10 – 40 % (wf) bei Weichbraunkohlen, bis zu 99 % (wf) bei Glanzbraunkohlen (Humine, Polymerbitumina, Lignin etc.)

Anorganische Bestandteile Mineralstoffe   Wasser

Abtrennen von Steinen, Holzfasern

Selektive Zerkleinerung (Hammermühle: <6,3mm)

Klassieren (Siebüberlauf: Kesselkohle

) Fördern (zum Trockendienst)

Röhrentrockner 

Restfeuchte: 12 bis 20 Gew.-%

Verweilzeit: 25 – 30 min 

Massenverlust von Braunkohle in Abhängigkeit der Entgasungstemperatur während des Verkokungsprozesses

Ausgangsmaterial: Braunkohlenbrikett mit 15% Feuchte Aufheizgeschwindigkeit 2 °C/min

Typische Produktzusammensetzung Koks: ca. 45 Gew.-% Gas: ca. 36 Gew.-% Schwelwasser: ca. 10 Gew.-% Teer: ca. 9 Gew.-% 

Metallurgische Prozesse 

Abwasserreinigung

Rauchgasreinigung

Aromatencluster verbinden sich bei Pyrolyse durch Polymerisations- und Kondensationsreaktionen zu größeren lamellenartigen Strukturen (BSU = „Basic Structural Units“) Größe und Ordnungsgrad der BSU nehmen mit Temperatur zu 

Zerkleinern (Hammermühlen) Mischen

Schüttbetrieb Stampfbetrieb

Verkokungsvorgang beginnt sofort nach dem Einfüllen der feuchten Kohle in die beheizte Ofenkammer (Wandtemperatur 900 –1400°C)

Zonenweise Umwandlung der Kohle (Trocknungs-, Erweichungs- und Halbkoksstufe, Hochofenkoks):

Bis 100 °C: Verdampfung der Feuchtigkeit

Ab 100 °C: Austreiben adsorbierter Gase (O2 , N2 , CH4 , CO)

250 – 350 °C: Bildung von leichtflüchtigen gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen (Vorentgasung); ab 350 °C Erweichung der Kohle 350 – 480 °C: plastischer Bereich (15 – 30 mm); wesentliche Vorgänge der Koksbildung und Entgasung

480 – 600 °C: (wiederverfestigter) Halbkoks (12 – 15 % Flüchtige); beginnende Wasserstoffabspaltung

Bis 1100 °C: Hochtemperaturkoks

Temperaturfortschritt von Kammerwand zur Kammermitte mit ca. 10 –15 mm/h

Dicke plastische Zone: 15-25 mm

Nach halber Garungszeit treffen plastische Zonen aufeinander

Teernaht

Nasslöschen: Löschzeit 60 – 100 s Wasserbedarf ca. 1 – 2,5 m³/Mg Koks; ca. die Hälfte verdampft

Kokstrockenkühlung: Abgeschlossene Kühlung Einsatz von Inertgas statt Wasser Aufgeheiztes Inertgas kann zur Dampferzeugung genutzt werden 

Korngröße

kornverteilung

Trommelfestigkeit

Abrieb

1 Kohlevorbereitung

2. Befüllen des Koksofens

3. Verkorkung

4. Temperaturvortschritt von Kamerwand zur Mitte

5. Koksbehandlung

Direkte Hydrierung oder Fischer-Tropsch-Synthese

Alkane (Paraffine)  Allgemeine Formel: CnH2n+2 Anteil im Rohöl ca. 25 – 70 Vol.-% 

Cycloalkane (Naphthene)  Allgemeine Formel: CnH2n Anteil im Rohöl ca. 18 – 59 Vol.-%

Aromaten  Benzol sowie Derivate dieser Verbindung Anteil im Rohöl ca. 7 – 16 Vol.-%

Schwefelverbindungen Stickstoffverbindungen Sauerstoffverbindungen  Salze und Metalle 

----> korrision , deaktivieren der katalysatoren

Schwefel, Salz , Metalle , Stickstoff , Sauerstoff

Ausgangsmaterial pflanzliche & tierische maritime Kleinlebewesen Meeresplankton

Entstehung geringe Sauerstoffkonzentrationen (sonst Totaloxidation)

Absinken des Planktons und Überdeckung mit Sediment Anaerobe Zersetzung des Faulschlamms (Sapropel)

Anstieg von Druck und Temperatur durch weitere Sedimentüberlagerungen

Kopfprodukt der atmosphärischen Destillation: Flüssiggas (bis 20°C) ➙ Gasaufbereitung Leichtbenzin (leichtes Naphtha; ca. 20 – 75°C) ➙ Hydrotreating, Isomerisierung (Schwerbenzin (schweres Naphtha; ca. 75 – 150°C))

Seitenströme der atmosphärischen Destillation: Schwerbenzin (schweres Naphtha ca. 75 – 150°C) ➙ Hydrotreating, Reformieren Naphtha (schweres Naphtha; ca. 150 – 180°C) Petroleum (Kerosin; ca. 180 – 225°C) ➙ Hydrotreating Gasöle (ca. 225 – 350°C) ➙ Hydrotreating

Atmosphärischer Rückstand (über 350°C) ➙ Vakuumdestillation

Weitere Auftrennung des Rückstands der atmosphärischen Destillation Bei Temperaturen über 350 – 370 °C würde es zu Crackreaktionen mit Bildung von Gas und Koks kommen weitere Auftrennung unter Vakuum (ca. 40 bis 70 mbar)

Produkte und weitere Verarbeitungsschritte:

Vakuumgasöl Beimischung zu den Gasölkomponenten der atmosphärischen Destillation Einsatzmaterial für katalytische Crackprozesse

Vakuum-/ Wachsdestillate: Einsatzmaterial für katalytische Crackprozesse z.B. Hydrocracker oder FCC Weiterverarbeitung zu Wachsen und Schmierölen

Vakuumrückstand Einsatzmaterial für Visbreaker und Coker Bitumen- und Koksproduktion

Thermisches Cracken: Visbreaking

 Allgemein: Thermisches Cracken (Viscosity breaking)

Überführen schwerer Destillationsrückstände (aus atmosphärischer oder Vakuum-Destillation) durch mildes Cracken in niedriger siedende Komponenten und wenig Koks (flüssiges Produkt)

Umbau einer (stillgelegten) Rohöldestillation zum Visbreaker möglich

Nachteile gegenüber kat. Konversionsverfahren keine hohe Benzinausbeute geringe Benzinqualität zu hohe Anteile an Gas und Gasölkomponenten 

 Energieträger, die noch keiner Umwandlung unterworfen wurden (z.B. Stein-, Braunkohle, Erdgas, Erdöl, Wasserkraft, Biomasse usw.) 

 Umgewandelte („veredelte“) Energieträger (z.B. Strom, Fernwärme, Mineralölprodukte, Briketts usw.) 

 Endenergieträger Primär- oder Sekundärenergieträger, die von Energieverbrauchern genutzt werden 

Endenergieverbrauch Marktentnahme von Endenergieträgern 

 Licht, Kälte, Bewegung, Wärme, usw.

 Sicher nachgewiesene und mit bekannter Technologie wirtschaftlich förderbare Vorkommen

Vorkommen, die entweder zwar nachgewiesen, aber noch nicht wirtschaftlich zu fördern sind, oder aber noch nicht sicher nachgewiesen sind, aber aufgrund geologischer Indikatoren erwartet werden 

Gesamte gewinnbare Menge der Energierohstoffe in der Erdkruste, die vor dem Beginn der Förderung durch den Menschen vorhanden war

 Gesamtpotenzial abzüglich der bereits geförderten Mengen

Quotient aus Reserven und letzter Jahresförderung 

Berücksichtigung zunehmender Erschließung 

Verhältnis von nachgewiesenen Reserven zur Jahresproduktion

 Summe aller Jahresförderungen seit Förderbeginn 

Vorkommen, die mit klassischen Explorations-, Förder-, und Transporttechniken gewonnen werden können (bei Kohle nicht üblich) 

Vorkommen zu deren Gewinnung alternative Techniken nötig sind (bei Kohle nicht üblich)

Reinstoff Gemisch

Heterogene und Homogene Gemische

molare Wasserstoff/ Kohlenstoff-Verhältnis über das molare Sauerstoff/Kohlenstoff- Verhältnis einer Biomasse aufgetragen.

Verlauf der natürlichen Kohleentwicklung

Methan oben links , Methanol oben rechts 

unten Kohlenstoffmonoxid