Holzkohle Koks - Ruß. Von Michael Freese und Tobias Grewe

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1 Holzkohle Koks - Ruß Von Michael Freese und Tobias Grewe

2 Holzkohle Koks Ruß Inhaltsverzeichnis Universelle Grundlage Herstellung Nebenprodukte Endprodukte Verwendung Definition Geschichte Herstellung Verwendung

3 Holzkohle - Koks

4 Universelle Grundlage: Sonnenlicht und Wald Edukt Prozess Produkt Vor ca. 300 Millionen Jahren: Holz Inkohlung im Erdreich Kohlen Vor 5000 Jahren: Holz Meiler Holzkohle Heute: Holz Meiler oder Retorte Holzkohle Kohle Kokerei Koks

5 Holzkohle Koks - Ruß Holzmeiler Wald ( heute) Retorte Aus dem Holz Holz Luftabschluss Energie Von außen Gehen verloren Nebenprodukte Werden genutzt Holzkohle Endprodukt Holzkohle

6 Holzkohle Herstellung in Meilern: Verfahren: -Aufschichten von Holz um 3 zentrale Pflöcke -Abdecken des Meilers mit einer Gras und Erdschicht ( luftdicht ) -Entzünden des Holzes im Meiler -Verkokung -Meiler abschichten -Holzkohle aus dem Inneren gewinnen

7 Holzkohle Herstellung in Meilern: Nebenprodukte: keine, gehen beim Betrieb verloren Endprodukt: Holzkohle Verwendung: Früher: Eisenverhüttung, Glasverarbeitung, Heizen Heute: Privat ( Grillen ) Halbleiter Industrie Adsorptionsmittel Medizin

8 Holzkohle Herstellung in Retorten: Verfahren: -Holz wird in eine Brennkammer gegeben (luftdicht) -Qualität wird durch Holzart bestimmt Buche ergibt gute Holzkohle -Beheizen der Kammer von außen -Auftretende Gase werden abgetrennt und verwertet

9 Holzkohle Herstellung in Retorten: Nebenprodukte: Essig Teer Holzgas Endprodukt: Holzkohle Verwendung Früher: Heute: Privat (Grillen) Halbleiter Industrie Adsorptionsmittel Medizin

10 Holzkohle Koks - Ruß Sumpfwald vor ca. 300 Millionen Jahren Inkohlung -Zeit -Druck -Temperatur -Luftabschluss Nebenprodukte Erdgas Wasser Torf Braunkohle Flammkohlen Gaskohlen Fettkohlen Magerkohlen Anthrazit Grafit Kokskohlen Naturkoks

11 Koks - Herstellungsverfahren - Es gibt eine Vielzahl an Herstellungsverfahren meistens werden aber Destillations- oder Flammenöfen eingesetzt - Es werden Kohlenmischungen je nach Anforderungen an das Endprodukt eingesetzt - Erhitzen unter Luftabschluss - Bei Destillationsöfen: Ausgetriebene Gase werden abgetrennt und teilweise zum Heizen des Koksofens benutzt

12 Koks - Herstellungsverfahren Kokskohlen: Wassergehalt 8-12%, 8 Schwefel < 1 % fl. Bestandteile um 25% Im Koksofen: Oberhalb 100 C Wasser wird verdampft Adsorbierbare Gase werden ausgetrieben Bei 250 C Destillieren einige Kohlenwasserstoffverbindungen Bei C Die Kohle wird zunächst weich und verfestigt dann wieder. Es entsteht Halbkoks mit 12-15% 15% fl. Bestandteile Temperatur- bewirkt weitere Ausgasung erhöhung bei < 1% fl. Bestandteile Koks ausgegart

13 Kokerei Prosper (Bottrop) -Besitzt 146 Öfen die zu 3 großen Batterien zusammengeschlossen sind -1 Ofen ist 17m lang, 7m hoch und 0,59m breit -Ein Ofen hat ein Volumen von ca. 61m³ und bringt ca. 40 t Koks Täglich werden 7000t Kohle zu 5500t Koks verarbeitet. Als Nebenprodukte fallen noch 150t Teer, 80t Ammoniumsulfat, 44t BTX-Aromaten und 35t Schwefelsäure an. A

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15 Koks - Herstellungsverfahren Nach Verkokung Löschen des Kokses um Verbrennung an der Luft zu verhindern Üblicherweise wir mit Wasser gelöscht; bei neueren Verfahren kann die beim Löschen frei werdende Energie zurück gewonnen werden

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17 Koks Grundsätzliche Anforderungen an Hochofenkoks: Festigkeit Stückigkeit Abrieb Schüttdichte Porosität Reaktionsverhalten Gehalt an flüchtigen Bestandteilen Wasser Schwefel Phosphor Asche

18 Koks Nebenprodukte: - Teer - Ammoniumsulfat - Schwefelsäure - BTX-Aromaten (Teeröle) Endprodukt: - Koks in verschiedenen Qualitäten Zusammensetzung: Kohlenstoff um 90% Fl. Bestandteile bis 1,5% Schwefel bis 1% Asche 9-12%

19 Koks Verwendung der End- und Nebenprodukte: Eisenhütten Gießereien Schmieden Chemische Industrie Universelle Grundlage für Holzkohle und Koks sind Sonnenenergie und Holz. Bei Holzkohle Holz aus heutigen Wäldern, bei Hochofenkoks Holz aus ca.300 Millionen Jahre alten Wälder

20 Ruß (engl.: carbon black)

21 Ruß - Definition - Schwarze, kugelförmige Nanopartikel - Mikrokristalliner Graphit - Polyzyklischen Kohlenstoffen - Unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffverbindungen - Besteht je nach Reinheit und Verwendungszweck zu 80% 99,5% aus C - Der Rest sind ölige Verbrennungsreste

22 Ruß - Definition - Primärteilchen haben einen Durchmesser von 10nm - 300nm - Oberfläche von 10m m 2 pro Gramm - Wachsen zu kettenförmigen Aggregaten und diese wiederum zu Agglomeraten zusammen - Veränderung der Herstellbedingungen steuert die Größe und Aggregierung der Primärteilchen - Wichtiges technisches Produkt

23 Ruß - Geschichte - Rußgewinnung begann vor Jahren - Durch Abscheiden aus Flammen - Schreiben mit rußhaltiger Tusche seit 5500 Jahren Jahrhundert entwickelten die Brüder Samuel und Godfrey CABOT das Gasruß- Verfahren - Wichtigster Rußprozess für Druckerschwärze - Problem: Grundlage war Erdgas

24 Ruß - Geschichte - Deutsche Ingenieure suchten Alternativen des Gasruß-Verfahrens unter Verwendung einheimischer Rohstoffe - Auf der Basis von Teeröl aus Steinkohlenteer entwickelte Otto THALWITZER 1889 das Furnace-Verfahren ( Brennkammer-Verfahren ) - Bis heute das wichtigste Verfahren zur Rußdarstellung

25 Ruß - als unerwünschtes Produkt - Allgemein: Ruß entsteht bei allen unvollständigen Verbrennungen - Aufgrund von Sauerstoffmangel oxidiert der Kohlenstoff nicht zu CO 2 - Beispiel: In alten Heizungsanlagen, Ruß lagert sich als mechanisches, schwer entzündbares Hindernis im Schornstein ab - Rußfilter in Autos

26 Ruß - als erwünschtes Produkt - Das carbon black wird durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen mit dem Furnace- Verfahren hergestellt - So werden 95% der 80 verschiedenen Industrieruße gewonnen wurden mehr als 7 Millionen Tonnen erzeugt, was einem Produktionswert von etwa 7 Milliarden Euro entspricht - Damit ist Ruß, nach Hüttenkoks, das wichtigste technische Kohlenstoffprodukt

27 Ruß - Produktion Furnace-Verfahren Gase & Ruß Kühlung Teeröle Brennkammer Kondensationskammer Ruß

28 Rußpartikel

29 Ruß - Produktion - Teeröle, oder auch Rußöle genannt, enthalten aromatische Kohlenstoffverbindungen und werden unvollständig verbrannt - Durch Veränderung der Verbrenntemperatur entstehen verschieden große Primärpartikel - Bei 1200 C entstehen große Partikel mit einer Ausbeute von bis zu 70% - Bei höheren Temperaturen, bis zu 1900 C, bilden sich feinere Partikel, allerdings mit einer geringeren Ausbeute von nur 25%.

30 Ruß - Verwendung - Über 90% gehen als Füllstoff in die Gummiindustrie - Ruß besitzt elektrische Leitfähigkeit, wird daher in der Elektroindustrie genutzt - Elektrodenmaterial - Halbleitertechnik - Leitfähige Druckfarben für Leiterbahnen - Schwarz-Pigment für Druckfarben, Tuschen, Lacke und zur Einfärbung von Kunststoffen

31 Ruß - Negative Eigenschaften - Bei Kunststoffbränden fördert er die Erstickungsgefahr - Ist krebserregend - Laut amerikanischen Forschern bewirkt Ruß, vergleichbar mit CO 2, einen Treibhauseffekt, sei aber mal schädlicher

32 Quellen Quellen Quellen: Quellen: kokerei_prosper.htm /Lueger- 1904/A/Koks,+Kokerei,+Koksherstellung,+Koks%C3%B6fen#Ko 1904/A/Koks,+Kokerei,+Koksherstellung,+Koks%C3%B6fen#Ko ks,%20kokerei,%20koksherstellung,%20koks%f6fen2 ks,%20kokerei,%20koksherstellung,%20koks%f6fen2 de.wikipedia.org/wiki wiki/kokerei /Kokerei de.wikipedia.org de.wikipedia.org/wiki wiki/ru%c3%9f /Ru%C3%9F de.wikipedia.org de.wikipedia.org/wiki wiki/pyrolyse /Pyrolyse lexikon.meyers.de lexikon.meyers.de/meyers meyers/ru%c3%9f /Ru%C3%9F zeit.de zeit.de augsburg.de/erfindungenfurnace.html erfindungenfurnace.html books.google.de Bildquellen: Bildquellen: Werkszeitschrift der DSK Werkszeitschrift der DSK kokerei_prosper.htm augsburg.de/erfindungenfurnace.html erfindungenfurnace.html de.wikipedia.org/wiki wiki/bild:russvrp.jpg Bild:Russvrp.jpg