Schwarzes Gold aus Kohle

Die derzeit hohen und in der Perspektive weiterhin steigenden Ölpreise machen das Verfahren der Kohleverflüssigung zu einer sehr interessanten Zukunftstechnologie. China und Südafrika sind Vorreiter, doch auch für viele weitere Länder mit großen Kohlereserven wird die Kohleverflüssigung zunehmend wirtschaftlich. Selbst für die führenden Industrienationen ist das Verfahren bei den derzeitigen Ölpreisen wirtschaftlich interessant. Somit ist von einer global steigenden Nachfrage nach Verflüssigung von Kohle auszugehen. Neben der Wirtschaftlichkeit spielen dabei vor allem auch Unabhängigkeitsüberlegungen in der Energiepolitik eine große Rolle.

Kohle ist ein fossiler Brennstoff, der sich in Jahrmillionen aus abgestorbenen Pflanzen unter Luftabschluss und unter dem Druck darüberliegender Gesteinsschichten gebildet hat. Kohle in Öl zu verwandeln bereitet den Ingenieuren schon lange keine Probleme mehr. Zur Erzeugung flüssiger Produkte von Benzin bis Schweröl aus Kohle sind zwei alternative Verfahren möglich – die indirekte und die direkte Verflüssigung.

Bei der Fischer-Tropsch-Synthese wird mit Wasserdampf aus glühender Kohle Synthesegas erzeugt, das mit Katalysatoren zu Kohlenwasserstoffen reagiert (indirekte Verflüssigung). Das Verfahren wird derzeit nur in Südafrika genutzt. Dort werden rund 9 Mio. t im Jahr Ölprodukte (Benzin, Chemikalien) für ungefähr 25 US-$ pro Barrel produziert.

Im Jahre 1913 erfand Friedrich Bergius das Verfahren der direkten Kohle-Hochdruckhydrierung, für das er später mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Es fand als Pott-Broche- oder IG-Farben-Prozess eine breite Anwendung. Beim Bergius-Verfahren wird feingemahlene Kohle in Schweröl suspendiert. Unter einem Druck von 200 bis 300 bar lässt man Wasserstoff bei 500 °C einwirken. Der gesamte Prozess und das gewünschte Endprodukt können durch verschiedene Parameter wie Verweildauer im Reaktor, Temperatur und Katalysator-Zugabe exakt gesteuert werden.

Die weltweit erste Industrieanlage zur direkten Kohlehydrierung entsteht derzeit in der Mongolei. Sie wird in der ersten Ausbaustufe jährlich aus rund 2,1 Mio. t Kohle rund 0,9 Mio. t Benzin, Kerosin, Diesel u. a. herstellen. Bis in vier Jahren sollen diese Werte verfünffacht werden. Entscheidende technologische Komponenten dieser Anlage sind die Hochdruck-Plungerpumpen von Uraca.

Die Anforderungen an die Hochdruck-Plungerpumpen-Aggregate zur Förderung der Kohlemaische in der Kohleverflüssigung sind enorm. Nicht nur hohen Temperaturen und Drücken muss die Pumpe standhalten, auch der hohe Feststoffgehalt und die damit verbundenen abrasiven Eigenschaften des Mediums machen den Pumpen zu schaffen. Gleichzeitig laufen die Pumpen für diese Anwendung im harten Dauerbetrieb. D. h., die Anwender fordern eine hohe Verfügbarkeit und Betriebssicherheit sowie niedrige Betriebskosten, um das Verfahren rentabel zu machen.

Um diesen Ansprüchen optimal gerecht zu werden, entwickelte Uraca eine spezielle Pumpe der Baureihe P5-96 inklusive peripherer Einrichtungen und Hilfsaggregate.

Das Fördermedium ist eine Kohlemaische, bestehend aus 50 % Trägeröl und 50 % fein gemahlener Kohle. Die Fördertemperatur beträgt dabei 290 °C bei einem Druck von 210 bar.

Die anspruchsvolle Förderaufgabe erfordert aufgrund der gegebenen spezifischen Randbedingungen eine vom technischen Standard stark abweichende Pumpenkons-truktion. Die besonderen Eigenschaften des Fördermediums, insbesondere der hohe Feststoffgehalt und die damit verbundene Abrasivität und hohe Viskosität bedingen nicht nur höchste Belastungen für die Pumpenventile, der gesamte Flüssigkeitsteil und alle mediumberührten Pumpenteile sind davon betroffen. Hochfeste, temperaturbeständige Pumpenwerkstoffe in Verbindung mit hierfür speziell vorgesehenen integrierten Kühl- und Aufheizvorrichtungen stellen sicher, dass thermisch bedingte Größenänderungen möglichst übergreifend gleichmäßig erfolgen. Die Hochdruck-Plungerpumpe zeichnet sich daher durch einige spezielle Konstruktionsdetails aus. So verfügt die Pumpe durch ein präzise abgestimmtes Design über eine sehr hohe Fluchtungsgenauigkeit im Betrieb, um die thermisch bedingten Größenveränderungen der Bauteile auszugleichen. Die patentierte Entmischungskammer stellt sicher, dass die Hochdruckabdichtung nicht mit den abrasiven Feststoffen in Berührung kommt. Um den Belastungen standhalten zu können, besitzt die P5-96 eine 6-fach gleitgelagerte Kurbelwelle. Eine zwangsgekoppelte Einspritzpumpe sorgt dafür, dass während jedes Saughubes der Packungsbereich freigespült wird. Alle wartungsrelevanten Teile der Pumpe sind gut zugänglich. Die verschleißarme Konstruktion ermöglicht dabei lange Wartungsintervalle. Hierzu zählt beispielsweise die besonders große Bauform, die geringe Drehzahlen von 30 bis 80 min-1 und damit hohe Standzeiten durch die geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Förderraum ermöglicht. Die Pumpe verfügt über fünf Plunger und eine Antriebsleistung von 750 kW. Die Pumpe realisiert einen Förderstrom von 95 m3/h. Das komplette Aggregat bringt 75 t auf die Waage, die Pumpe selbst wiegt 38 t.

China gehört momentan zu den größten Erdölproduzenten der Welt und ist dennoch durch das starke wirtschaftliche Wachstum im Land zunehmend auf Ölimporte angewiesen. Andererseits verfügt China über eine Kohlereserve von über 1000 Milliarden Tonnen. Um den steigenden Bedarf an Öl zu decken und die Unabhängigkeit des Landes zu sichern, bildet die Kohleverflüssigung eine lukrative Alternative. Maßnahmen in diese Richtung sind für China auch deshalb notwendig, weil sich, allein durch die wachsende Motorisierung, der tägliche Ölbedarf des Landes für den Straßenverkehr von derzeit einer auf fast fünf Millionen Barrel im Jahr 2020 erhöhen wird – dem gegenwärtigen Bedarf sämtlicher Autos in Westeuropa. Einer der größten chinesischen Konzerne mit Sitz in Peking baut derzeit eine Produktionsanlage zur Kohleverflüssigung, die 2007 in Betrieb gehen wird. In der Nähe der Anlage wird die für den Prozess benötigte Kohle abgebaut. Ziel ist es, jährlich aus rund 9,7 Mio. t Kohle rund 5 Mio. t Benzin, Kerosin, Diesel u. a. herzustellen. Die Anlage wird aufgrund der günstigen Rahmenbedingungen selbst bei einem Rohölpreis von rund 20 US-$/Barrel wirtschaftlich arbeiten. Die Abteilung für Energie der staatlichen Kommission für Entwicklung hält das 2,45 Mrd. Euro teure Projekt im Rahmen der Optimierung der Energiestruktur Chinas für sehr bedeutend. Weitere Projekte dieser Art sind in China geplant. Uraca baut für diese Anlage sechs Hochdruck-Plungerpumpen-Aggregate. Die jeweils 75 Tonnen schweren Aggregate dienen der Versorgung der Reaktoren mit Kohlemaische. Das Unternehmen leistet das gesamte Engineering der Hochdruckpumpen und bringt dabei ihre große Erfahrung aus anderen Kohle-Slurry-Projekten ein.

Bereits vor 30 Jahren entwickelte und lieferte Uraca die Pumpen für eine Pilotanlage in Bottrop zur Ölgewinnung aus Kohle. Damals ein noch aufwändiges und teures Verfahren, ist diese Technologie in Zeiten knapper werdender Rohstoffe und stark steigender Öl- und Gaspreise inzwischen ein wirtschaftlicher Weg zur Ölgewinnung.

cav 436

Process- und Industriepumpen von Uraca

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