Kohleveredlung Chemie und Technologie Mit 204 Abbildungen und 94 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1979
lnhaltsverzeich nis 1. Kohlenstoffquellen 1.1 1.2 1. 2.1 1.2. 1. 1 1.2.1.2 1.2.2 1.2.2. 1 1.2.2.2 1. 2.3 1.2.3.1 1.2. 3. 2 1.2. 3.2.1 1.2.3. 2. 2 1.2.3.2.3 1.2.3.3 1.2.3. 4 1.2. 3. 5 1.2.3.6 1.2.3.7 1.3 1. 4 1.5 Kohlenstoff in der Natur Fossile Rohstoffe, Entstehung und Zusammensetzung Erdöl Chemische Zusammensetzung von Erdölen Aufarbeitung des Erdöls Erdgas Chemische Zusammensetzung der Erdgase Aufarbeitung der Erdgase K~le~. Inkohlung und Kohlenpetrographie Chemische Zusammensetzung der Kohlen Struktur der Braunkohle Struktur der Steinkohle Besonderheiten der Kokskohlen Löslichkeit und Molekulargewicht der Kohlen Kohlenasche und ihre Zusammensetzung Steinkohlenlagerstätten in der Bundesrepublik Deutschland Braunkohlenlagerstätten in der Bundesrepublik Deutschland Klassifizierung der Kohlen Verfügbarkeit und Verwendung fossiler Rohstoffe Kosten fossiler Rohstoffe Biomasse als Kohlenstoffquelle 1 2 2 3 4 10 11 12 13 13 15 16 16 19 20 21 23 28 31 33 42 43 2. Kohlenstoffbedarf der chemischen Industrie 46 2. 1 2. 2 2. 2.1 2. 2. 1. 1 2. 2. 1. Z 2.2.2 2.2.2.1 2. 2.2. 2 2.2.3 2.2.3.1 2. 2. 3.2 2.2.3. 3 2.2.4 2.2.5 Kohlenstoffbedarf der organisch-chemischen 1 ndustrie Organische Industriechemikalien Olefine Äthylen und Propylen Butene und Butadien Aromaten BTX-Aromaten Kondensierte Aromaten Methanol Wirtschaftliches und Verwendung in der Chemie Methanol als Kraftstoff Methanol als Rohstoff zur Proteingewinnung Technischer Kohlenstoff Koks 46 47 47 47 52 54 54 57 58 58 59 60 61 63
VIII 3. Schwelung und Verkokung der Kohle 65 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3. 1.1 3.3.1.2 3.3.1.3 3.3.2 3.3.3 3.3. 3. 1 3. 3.3. 2 3.4 3.4. 1 3.4.2 3.4. 2.1 3.4.2.2 3.4. 2.3 3. 4. 3 3. 4. 4 3.4.5 3.4. 5.1 3.4.5.2 3.4.5.3 3.4.6 3.4.6. 1 3.4.6.2 3.4.7 Geschichte der Kokereitechnik und Eisenverhüttung 65 Einleitung und Grundlagen 66 Schwelung und Verkokung von Braunkohlen 67 Produkte 68 Schwelgas 68 Teer und Schwelwasser 69 Koks 70 Wirtschaftliche Bedeutung der Braunkohleveredlung 70 Verfahren zur Schwelung und Verkokung von Braunkohle 72 Feinkokserzeugung 72 Formkokserzeugung 75 Schwelung und Verkokung von Steinkohle 76 Vorgänge bei der Verkokung im Horizontalkammerofen 77 Verfahren zur Verkokung von Steinkohle 79 Verkokung im Horizontalkammerofen 81 Koksofen-Bedienungsmaschinen 84 Entwicklungstendenzen in der Kokereitechnik 86 Gasbehandlung und Kohlenwertstoff- Gewinnung 89 Aufbereitung der wäßrigen Kondensate 92 Koks-Technologien zur Erweiterung der Kohlebasis 93 Stampfbetrieb 93 Vorerhitzung der Kohle 94 Formkokserzeugung 94 Koks im Hochofenprozeß 98 Eigenschaften und Anforderungen.99 Zukünftige Entwicklung des Stahlverbrauchs und der Kokserzeugung 100 Eisengewinnung durch Direktreduktion 101 4. Steinkohlenteer 104 4.1 4.2 4. 3 4. 4 4.4. 1 4. 4.2 4. 4.3 4.5 4.5.1 4.5.2 4. 5. 3 4. 5. 3.1 4. 5. 3. 2 4.5.3.3 Geschichte 104 Wirtschaftliche Bedeutung des Steinkohlenteers 106 Zusammensetzung des Steinkohlenteers 108 Technologie der Teeraufbereitung 111 Primärdesti llation des Steinkohlenteers 111.Aufarbeitung der Teerfraktionen 114 Aufarbeitung des Stein koh lenteerpechs 118 Produkte aus Steinkohlenteer 121 Aromaten, Heterocyclen, Phenole und Harze 121 Steinkohlenteeröle 124 Steinkohlenteerpeche 125 Elektrodenpech für Kohlenstoff- und Graphitelektroden 126 Pech als Straßenbaubindemittel 130 Pech zur Verbesserung von Kokskohle 130
5. 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.2.1 5.4.2.2 5.5 5.5.1 5.5.1.1 5.5.1.2 5.5.1.3 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5 $.5.6 5.5.7 5.5.8 5.5.8.1 5.5.8.2 5.5.8.3 5.5.8.4 5.5.8.5 5.5.9 5.5.10 Kohlevergasung Geschichte Gasarten - Übersichten über Erzeugung und Beschaffenheit Wassergas und Sehwachgas Synthesegas und Reduktionsgas Stadtgas und synthetisches Erdgas Gas-Feststoff-Hochtemperaturreaktionen Reaktionsverhalten und Reaktionszeit Reaktortypen Thermodynamik und Kinetik der Kohlevergasung Vergasung der Kohle mit Sauerstoff und Wasserdampf; (Synthesegaserzeugung) Methanisierung Methanisierung von Kohlenmonoxid Direkte Methanisierung von Kohle Technologie der Kohlevergasung Betriebsbedingungen der Kohlevergasung Temperatur und Reaktivität Wasserdampf/Sauerstoff-Verhältnis Druck Wirtschaftlichkeit Lurgi-Druckvergasungsverfahren Winkler-Verfahren Koppers-Totzek-Verfahren Texaco-Verfahren Saa rberg-otto-verf ah ren Mehrstufige Vergasung Hygas-Verfahren Synthane-Verfahren Hydrane-Verfahren Bi-Gas-Verfahren CO -Akzeptor-Prozeß Kohlevefgasung mit nuklearer Prozeßwärme Untertagevergasung von Kohle IX 131 131 132 132 133 136 137 138 140 143 144 148 148 148 150 152 152 154 154 154 158 161 165 168 169 171 172 174 174 176 177 178 182 6. 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4 6.4.1 6.4.2 6.5 6.6 6.7 6.7.1 6.7.2 Aufbereitung und Verwendung von Synthesegas CO-Konvertierung Abtrennung von CO und H S Physikalische Ä2bsorptio~s-Verfahren Chemische Absorptions-Verfahren Feinreinigung Adsorptionsverfahren Tieftemperatur-Verfahren Methanisierung Kohlenmonoxid Verwendung Gewinnung Kohlendioxid Schwefel Wasserstoff Wasserstofferzeugung durch Kohlevergasung Herstellung und Verwendung von Ammoniak 187 188 191 192 194 196 196 196 198 198 200 201 203
X 6.7.3 6.8 6.8.1 6.9 6.9.1 6.9.2 6.9.3 6.9.3.1 6.9.3.2 6.9.3.3 6.9.3. 4 6.9.4 6.9.5 6.10 6.11 6. 12 6.13 Wasserstoff aus nicht-fossilen Quellen Methanol Synthesegasaufbereitung und Methanol-Synthese Fischer-Tropsch-Synthese Reaktionsverlauf Katalysatoren Technische Durchführung der Fischer-Tropsch Synthese Synthesegas-Aufbereitung Festbett-Synthese Flugstrom-Synthese Flüssigphase-Verfahren Sasol II Entwicklungsrichtlinien der Fischer-Tropsch Synthese Oxosynthese Homologisierung Redu ktionsgas Heizgase 205 207 208 210 211 213 214 215 216 217 218 218 219 220 222 223 224 7. 7.1 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7. 2.5 7.3 7.4 7.5 i.5.1 7.5.2 7.5.3 7.5.4 7.5.5 7.5.6 7.6 7.7 7.7.1 7.7. 2 Kohleverflüssigung Einführung und Geschichte Hydrierverfahren der 1. G. Farbenindustrie (l. G. Hydrier-Verfahren) Einfluß der Kohleart Katalysatoren Hydrierung in der Sumpfphase Die Hydrierung in der Gasphase Hydrierung von Braunkohlenteeren Uhde-IG-Verfahren Pott-Broche-Verfahren Neuere Projekte zur Kohlehydrierung SRC-Verfahren (Solvent Refined Coal) Exxon-Donor-Solvent-Verfahren (EDS) Consol-Synthetic-Fuel-Verfahren ( CSF) H-Coal-Verfahren Synthoi 1-Verfahren Catalytic- Coal-Liquid-Verfahren ( CCL) Kohleextraktion mit überkritischen Gasen Kohleverflüssigung durch Pyrolyse COED-Verfahren (Char-011-Energy-Development) Toscoal-Verfahren 228 228 231 231 232 233 235 236 237 238 239 242 243 244 244 246 246 247 247 249 250 8. 8.1 8. 2 8.3 8.3. 1 8.3.2 8.3. 3 8.4 Alternativen zukünftiger Kraftstoffversorgung Einleitung Kraftstoffbedarf in der Bundesrepublik Deutschland Zusammensetzung und Eigenschaften von Kraftstoffen Ve rgaserk raftstoffe Dieselkraftstoffe Flugturbinenkraftstoffe Umwandlungswirkungsgrad und Energieinhalt von Kraftstoffen 252 252 253 255 255 256 257 258
8.5 8.5.1 8.5. 2 8.5.2. 1 8.5.2.2 8.5.3 Kraftstoffe aus Kohle Benzin, Dieselkraftstoff und Kerosin Methanol Methanol als Kraftstoff Methanol/Benzin-Mischungen Wasserstoff XI 261 263 265 266 267 268 9. 9.1 9.1.1 9.1.2 9.1.3 9. 2 9.3 9.4 9.4. 1 9.4.1. 1 9.4.1.2 9.4. 2 9.5 9.5.1 9.5.2 9.5.3 9.6 9.6.1 9.7 9.8 9.9 9.9.1 9.9.2 9.9. 2. 1 9.9. 2. 2 9.10 Kohlefeuerung Grundlagen der Verbrennung fester Brennstoffe Zündtemperatur Maximale Flammentemperatur Luftbedarf und Rauchgasmenge Feuerungen für feste Brennstoffe Rostfeuerung Kohlenstaubfeuerung Feuerungsanlagen für Steinkohle Anlagen mit trockenem Ascheabzug Schmelzfeuerung Feuerungsanlagen für Braunkohle Wirbelschichtfeuerung Atmosphärische Anlagen Druckanlagen Aussichten Neue Kohle-Kraftwerkskonzepte Wärme-Kraft-Kopplung; Heizkraftwerke Umweltbelastung durch fossile Energierohstoffe Entstaubung Emission von SO Rauchgasen~schwefelung Entschwefelung der Kohle Physikalische Entschwefelung Chemische Entschwefelung Emission von NO X 272 272 272 273 274 275 276 277 280 280 283 283 288 292 293 295 295 297 299 301 303 303 308 308 309 310 10 11 Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis 313 322 12 Anhang