Stoffliche Nutzung von Braunkohle Innovative Braunkohlen Integration in Mitteldeutschland (ibi)

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1 Stoffliche Nutzung von Braunkohle Innovative Braunkohlen Integration in Mitteldeutschland (ibi) Prof. Dr.-Ing. Mathias Seitz, Hochschule Merseburg DECHEMA-Kolloquium, , Merseburg Seite: 1

2 ibi Stoffliche Nutzung von Braunkohle 1) Motivation 2) Ergebnisse von ibi 3) Eigene Ergebnisse Die katalytische Spaltung von Braunkohle 4) Kohlechemie Ein Weg für die Zukunft? 5) Zusammenfassung Seite: 2

3 Rohstoffmix in der organischen Chemieproduktion Deutschland (2011) Erdgas 14 % Kohle 2 % Nachwachsende Rohstoffe 13 % Naphtha und andere Erdölderivate 71 % VCI, FNR, teilwiese auf Schätzungen beruhend, Basis Tonnen- Rohstoff Quelle: Dr.-Ing. Tom Naundorf, 3. ibi Fachsymposium , Leuna Seite: 3

4 Quelle: J. Schindler; Vortrag ; Ev. Akademie Tutzing vom Seite: 4

5 Grenzübertrittspreis [ / t SKE ] Braunkohlestaub Steinkohle Erdgas Erdöl Förderkosten Rohbraunkohle Deutschland: 23 bis 33 /t SKE Quelle: Chemierohstoff Kohle: wirtschaftlich verfügbar und politisch stabil Alexander Weck, Coal to Chemicals, BASF, Ludwigshafen Evang. Akademie Tutzing November 2009 Braunkohle ist der preiswerteste Kohlenstoffträger. Seite: 5

6 Quelle: Jochen Rascher; ibi FACHSYMPOSIUM; Freiberg Seite: 6

7 Quelle: Jochen Rascher; ibi FACHSYMPOSIUM; Freiberg Seite: 7

8 Die mitteldeutsche Braunkohle weist einen hohen Bitumengehalt (Kohlenwasserstoffe) auf und ist besonders gut für die stoffliche Verwertung geeignet. Seite: 8

9 ibi-bündnis vereint Kompetenzen dreier Branchen Quelle: Seite: 9

10 Quelle: ibi Innovationskonzept Seite: 10

11 Integriertes Lagerstättenmanagement und Rohstoffgewinnung Lagerstätte Exploration geologisches 3D-Modell der Lagerstätte technologische Abbauplanung Gewinnung Generierung einer beliebigen Anzahl von geologischen 3D-Modellen der Lagerstätte 3D-Strukturmodell (Geometrie) Simulation von Störungen, Leitflächen, Schichtmächtigkeiten 3D-Kohlequalitätsmodell Simulation von Qualitätsparametern in Peels (Teilschichten) Rohstoff Quantifizierung der Unsicherheiten in der Vorhersage Abbauplanungsoptimierung Entwicklung Abbau- und Fördertechnik Quelle: Dr.-Ing. Tom Naundorf, 3. ibi Fachsymposium , Leuna Seite: 11

12 D (d ) in % Aufbereitung und Extraktion Anpassung der Ausgangsrezeptur je nach Einsatzkohle optimiert Ausgangsrezeptur engere d in mm Korngrößenverteilung kürzere Extraktionsdauer weißes Wachs aus brauner Kohle Quelle: Dr.-Ing. Tom Naundorf, 3. ibi Fachsymposium , Leuna Seite: 12

13 Gewinn /t Ausgangsstoff Katalytische Spaltung und Reaktivextraktion Gewinn Öl/t Gewinn BK/t; 0,5t/h; 2000h/a Gewinn BK/t; 50 t/h; 4000 h/a ,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02 0,022 0,024 Preis in pro t Rohbraunkohle/Preis in pro t Rohöl Quelle: Dr.-Ing. Tom Naundorf, 3. ibi Fachsymposium , Leuna Seite: 13

14 Vergasung Technische Machbarkeit nachgewiesen Wirtschaftlichkeit ; Rahmenbedingungen für eine Umsetzung in Europa derzeit nicht gegeben Experimente GMEQ-Reaktor (Gasification Measurement EQipment: 7 Versuchskampagnen erfolgreich abgeschlossen, Modellierung/Simulation Vergasung und Prozessmodellierung Siemensflugstromvergasermodell erfolgreich mit Mitteldeutscher Braunkohle validiert und Anpassung HTW-Vergaser für Kohlenstoffkonzentrate aus Mitteldeutscher Braunkohle ebenfalls abgeschlossen Ergebnisse der Prozesskettenszenarioanalyse für unterschiedliche ibi-zielprodukte liegen vor. Quelle: Dr.-Ing. Tom Naundorf, 3. ibi Fachsymposium , Leuna Seite: 14

15 Katalytische Spaltung: Verfahrensprinzip zur Produktoptimierung Seite: 15

16 Seite: 16

17 Ausbeute C 1 - C 9 Kohlenwasserstoffe (% waf) Einfluss des HC-Verhältnisses 10 ohne Katalysator mit Katalysator ,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Bedingungen: Batch:, T = 400 C, τ = 100 s, CTC = 20 : 1; MFI H/C (molar) Seite: 17

18 Ausbeute bezogen auf Braunkohle (% waf) Einfluss Kohle/Katalysatorverhältnis 6,0 5,5 5,0 4,5 ohne Katalysator Kat/Kohle 1:20 Kat/Kohle 1:10 Kat/Kohle 1:1 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Methan Ethan Ethen Propan Propen Butane Butene Pentane Pentene Bedingungen Batch: H/C 1,3; T = 400 C, VWZ = 100 sec, MFI Seite: 18

19 Katalytische Spaltung Seite: 19

20 Xylol MEB Hexene Methane Ethane Ethene Propane Propene Butane Butene Pentane Pentene Hexane Toluol Ethylbenzol Ölphase Ausbeute bezogen auf Braunkohle (% waf) Ausbeutevergleich 8 batch H/C 1.1 batch H/C 1.3 kontinuierlich H/C C 7 Benzol C 8 Seite: 20

21 Gewinn /t Ausgangsstoff Wirtschaftlichkeit 2000 Gewinn Öl/t Gewinn BK/t; 0,5t/h; 2000h/a Gewinn BK/t; 50 t/h; 4000 h/a ,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02 0,022 0,024 Preis in pro t Rohbraunkohle/Preis in pro t Rohöl Die katalytische Spaltung ist eine Prozessstufe mit hoher Kohlenwasserstoffausbeute und weist ein enorm hohes wirtschaftliches Potenzial auf. Seite: 21

22 Kohlechemie Ein Weg für die Zukunft? Seite: 22

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24 Kohle ist eine günstige Kohlenstoffquelle um Erdöl zu ersetzten. Wasserstoff als chemischer Energiespeicher um Stromspitzen abzufedern. Wasserstoff und Kohlenstoff finden als Bausteine der Chemie Verwendung. Seite: 24

25 Der Braunkohlenchemiepark als Technologieplattform ; Bonn, 02. Februar 2012 Seite: 25

26 ibi Stoffliche Nutzung von Braunkohle 1) Braunkohle ist der preiswerteste Kohlenstoffträger. 2) Die mitteldeutsche Braunkohle weist einen hohen Bitumengehalt (Kohlenwasserstoffe) auf und ist besonders gut für die stoffliche Verwertung geeignet. 3) Die Vernetzung verschiedener Prozessstufen ermöglicht eine effiziente Nutzung der Braunkohle. 4) Obwohl die Wirtschaftlichkeit gezeigt werden kann, hindern ungünstige Rahmenbedingungen derzeit Investitionen. 5) Die katalytische Spaltung ist eine Prozessstufe mit hoher Kohlenwasserstoffausbeute und weist ein enorm hohes wirtschaftliches Potenzial auf. 6) Durch Einbeziehung von regenerativen Wasserstoff könnten sicherere Rahmenbedingungen für die stoffliche Verwertung von Braunkohle geschaffen werden. 7) Synergieeffekte aus preiswerter Braunkohle als Kohlenstoffträger und regenerativen Wasserstoff können die Energiewende und Rohstoffwende bereichern. Seite: 26

27 Herzlichen Dank! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite: 27

28 Seite: 28