Der gegenwärtige Stand der Kohleverflüssigung. Von Dr.-Ing. Ludwig Schuster, München. SCHUSTER, Der gegenwärtige Stand der Kohleverflüssigung. Die Treibstoffe spielen im heutigen Wirtschaftsleben eine derart bedeutende Rolle, daß man fast von einem Zeitalter des Benzines sprechen kann. Es ist deshalb nicht verwunderlich, wenn die gewaltig gestiegene Erdölproduktion mit Bedenken betrachtet wird und man für die Zukunft besorgt ist, die natürlich noch einen um das Vielfache gesteigerten Benzinbedarf mit sich bringt. Man schätzt das gesamte Erdölvorkommen der Erde auf etwa 12 Milliarden Tonnen; bei einer jährlichen Förderung von 200 Millionen To. (d. i. die Förderung im Jahre 1929) müßte der Erdölvorrat in 50 Jahren, bei stärkerer Förderung noch früher erschöpft sein. Die Förderung, die im Jahre 1884 noch ca. 6 Millionen To. betrug, hat sich also mehr als verdreißigfacht. Von den 184 Millionen To. Gesamtförderung des Jahres 1928 produzierten die Vereinigten Staaten 125,4 Mill., Venezuela 14,74 Mill. und Rußland 12,21 Mill. Dann folgen Mexiko, Persien, Rumänien und Niederländisch-Indien, die zusammen etwa 22 Mill. förderten. Der Rest verteilt sich auf die übrigen Länder, darunter auch Deutschland mit 0,09 Mill. Mit nahezu 70% der Erdölförderung stehen die Vereinigten Staaten weitaus an der Spitze. Ueberraschend ist, daß heute nicht mehr Rußland, sondern Venezuela das zweitgrößte erdölproduzierende Land der Erde ist. Das edelste und wichtigste Produkt des Erdöles ist das Benzin, doch liefert leider die Verarbeitung des Erdöles nur einen kleinen Anteil leichtsiedender Kohlenwasserstoffe, also Benzine. Es ist deshalb, um einen Raubbau des Erdöles zu vermeiden, die Hauptaufgabe der erdölverarbeitenden Industrie geworden, diesen Benzinanteil zu vergrößern oder auf anderen Wegen zu Benzin oder benzinähnlichen Produkten zu gelangen. Nachstehendes Schema zeigt, daß man innerhalb 10 Jahren den Benzinanteil des Rohpetroleums auf das Doppelte gesteigert hat. Er beträgt heute ca. 40%. Diese Erhöhung des Benzinanteiles wurde folgendermaßen erreicht: 1. Erweiterung des Benzindestillationsbereiches: Während man vor dem Kriege nur Destillate bis zum Siedepunkt von 150° C als Benzin bezeichnete, geht man heute mit der Benzinfraktion bis 225° C. Textabbildung Bd. 339, S. 185 2. Die Crackung: Die höher siedenden Bestandteile des Erdöles werden bei erhöhter Temperatur und unter Druck erhitzt, „gecrackt“, sie erleiden dadurch eine Aufspaltung und zerfallen in leichter siedende Bestandteile, also Benzine einerseits und in Koks andererseits. Durch Destillation und Crackung kann die Benzinausbeute des Erdöles bis zu 60% gesteigert werden. Für die Crackung lassen sich allerdings nur schwefel- und asphaltarme Oele verwenden. Besonders für Deutschland bedeutungsvoll sind die Kraftstoffe, die als Nebenprodukte der Kokereien und Braunkohlenschwelereien gewonnen werden. Während das aus den Braunkohlen gewonnene Benzin bis jetzt nur eine untergeordnete Rolle spielt, ist das aus den Kokereien stammende Benzol, als ganz hochwertiger und ausgezeichneter Kraftstoff, sehr geschätzt. Fast ein Drittel des deutschen Kraftstoffbedarfes wird durch Benzol oder Benzol-Benzingemische gedeckt. – Durch enge Zusammenarbeit von Wissenschaft und Technik wurden in den letzten Jahren Verfahren ausgearbeitet, die eine neue, in Zukunft vielleicht ausschlaggebende Quelle der Gewinnung von Benzinen vorstellen. Diese Verfahren werden unter dem Namen „Kohleverflüssigung“ zusammengefaßt. Das erste Patent auf diesem Gebiete meldete F. Bergius am 6. Mai 1913 an: Es bezieht sich auf die Spaltung hochsiedender Kohlenwasserstoffe in Benzin und gleichzeitige Ueberführung der dabei entstehenden ungesättigten Verbindungen in gesättigte durch Zuführung von Wasserstoff. Vier Verfahren haben heute größere Bedeutung erlangt: 1. Das Bergiusverfahren, 2. Das Verfahren von Fischer-Tropsch, 3. Die Methanolsynthese der I. G. Farben A. G. 4. Die Braunkohlehochdruckhydrierung der I. G. Farben A. G. Untenstehendes Schema gibt ein kurzes Bild der Verarbeitung der Rohstoffe auf Kraftstoffe. Es sei nun kurz auf die einzelnen Verfahren eingegangen. 1. Das Bergiusverfahren: Braunkohle wird mit Schwerölen gemischt, zu einer Paste verrieben und mit Wasserstoff zusammen unter Druck in den Reaktionsraum eingepreßt, in dem die Hydrierung stattfindet. Der mit Benzindampf beladene Wasserstoff verläßt auf der anderen Seite die Apparatur, wo das Benzin kondensiert wird. Durch einen, über dem Reaktionsraum aufgesetzten Rückflußkühler wird ein Ueberreißen der schwerer siedenden Oele vermieden, sie fließen in den Reaktionsraum zurück. Das Bergiusverfahren ist also eine Hochdruckhydrierung unter Anwendung von hoher Temperatur und Druck ohne Verwendung von Katalysatoren. Eine Versuchsanlage größeren Umfanges befindet sich in Mannheim-Rheinau. 2. Das Verfahren von Fischer-Tropsch: Dieses gelangt auf dem Umwege über die gasförmige Phase der Kohle zu flüssigen Kraftstoffen: d.h. Steinkohle wird zu Kohlenoxyd verbrannt und dieses, gemischt mit Wasserstoff (praktisch wird Wassergas verwendet), bei 280–350° C über Katalysatoren, meist Metalloxyde, wie Zinkoxyd, Chromoxyd usf. geleitet. Man erhält dann leicht siedende Kohlenwasserstoffe (Benzine), die mit sauerstoffhaltigen Produkten (Alkohole) gemischt sind. Fischer bezeichnet dieses Gemisch als Synthol. Wenn auch dieses Verfahren noch im Versuchsstadium steckt, so kann ihm eine große Zukunft prophezeit werden, besonders da Fahrversuche mit Synthol seine Brauchbarkeit hervorragend bewiesen haben. Textabbildung Bd. 339, S. 185 3. Die Methanolsynthese der I. G. Farben A. G.: Hier wird Kohlenoxyd unter Hochdruck mit Hilfe von Katalysatoren mit Wasserstoff (aus Wassergas gewonnen) hydriert. Es bildet sich hauptsächlich Methanol (Methylalkohol) neben geringen Mengen leicht siedender Kohlenwasserstoffe. Dieses Verfahren wird im größten Maßstabe im Werk Leuna der I. G. durchgeführt. 4. Das Braunkohlehydrierungsverfahren der I. G. Farben A. G.: Eine große Anlage dieses Verfahrens befindet sich ebenfalls in Leuna. Es sei darauf ausführlicher eingegangen, da es das einzige Verfahren ist, das bis jetzt eine größere praktische Bedeutung erlangt hat. Die Produktion an synthetischem Benzin in Leuna dürfte 1929 ca. 80000 To. erreicht haben, das gewonnene Benzin ist von ausgezeichneter Qualität und fast vollkommen klopffest. Als Rohmaterial dient Braunkohle. Diese wird zuerst gebrochen und auf Nußgröße vermählen. In einer Mühle wird sie dann, gemischt mit Schwerölen (entweder höhersiedende Erdöldestillate oder Zwischenprodukte der Hydrierung selbst) zu einem feinen Brei vermählen. In einem Kohlebreisilo wird dieser Kohlebrei ein zweites Mal mit Schweröl angerieben. Der erforderliche Wasserstoff wird aus Wassergas gewonnen. Man setzt dieses mit Wasserdampf zu Kohlensäure und Wasserstoff um. Die Kohlensäure wird bei 30 at mit Wasser herausgewaschen und das so gereinigte Gas durch Kompressoren, die in 5–6 Stufen arbeiten, auf 200 at komprimiert. Durch eine Presse wird der Kohlebrei ebenfalls auf einen Druck von 200 at gebracht. Er gelangt nun mit Wasserstoff zusammen in den Hochdruckofen, den sog. Kohleofen. Hier befindet sich der Katalysator und hier findet die eigentliche Hydrierung statt. Die Auswahl der Katalysatoren bereitete große Schwierigkeiten, da sie besonders gegen Schwefel unempfindlich sein mußten. Nach langwierigen Versuchen ist es aber der I. G. gelungen, geeignete Katalysatoren für die Hydrierung zu finden. Die Kohleöfen sind 18 m hohe Stahlzylinder, die in Betonkammern eingebaut sind. Durch den enormen Druck und die hohe Temperatur sind sie sehr beansprucht. Die Wärme der aus dem Ofen strömenden Gase wird durch Regeneratoren auf die zum Ofen strömenden Gase übertragen. Die aus dem Ofen strömenden Gase, bestehend aus unverbrauchtem Wasserstoff und Oelen, werden abgekühlt. Im Kohleabstreifer wird der Wasserstoff abgetrennt und die Oele in Benzin, Mittel- und Schweröl destilliert. Während das Schweröl, mit Kohle verrieben, den Kreislauf von neuem beginnt, wird das Mittelöl im Benzinofen nochmals hydriert. Es wird wieder auf 200 at gebracht und mit Wasserstoff zusammen in den Benzinofen geleitet. Hier findet mit Hilfe des Katalysators nochmals eine Aufspaltung und Wasserstoffanlagerung des Oeles statt. Aehnlich wie oben, werden im Benzinabstreifer Gas und flüssige Kohlenwasserstoffe getrennt, die durch Destillation wieder in Benzin und Mittelöl zerlegt werden. Das Gas wird durch Waschöle von den letzten Resten leichtflüchtiger Kohlenwasserstoffe befreit und geht nach Kompression in den Kreislauf zurück. Man unterscheidet also den Mittelölkreislauf im Benzinofen und den Schwerölkreislauf im Kohleofen. Der größere Teil des gewonnenen Benzines stammt aus dem Benzinofen. Das Rohbenzin wird raffiniert, und zwar mit Natronlauge, dann verdünnter Schwefelsäure und endlich mit Wasser gewaschen. Schließlich wird das Benzin noch in Pfannen destilliert, und zwar in 3 Anlagen: 1. Das Benzin des Kohleofenkreislaufes, 2. des Benzinkreislaufes und 3. das raffinierte Benzin. Die Beheizung der Destillationsanlage erfolgt durch hochgespannten Heißdampf. Die niedrigsiedenden Bestandteile des Benzines werden bei gewöhnlichem Druck, die höher siedenden im Hochvakuum destilliert. Die ganze Destillationsanlage ist aus Gründen der Betriebssicherheit durch Stickstoff abgesperrt. Damit ist kurz die technische Anlage der Kohleverflüssigung in Leuna skizziert, und es erübrigt sich, noch etwas auf den Chemismus der Hydrierung einzugehen. Trotz der gewaltigen Fortschritte auf dem Gebiete der Kohleverflüssigung muß festgestellt werden, daß eine eigentliche Verflüssigung der Kohle selbst noch nicht gelungen ist. Aus Kohle allein (ohne Vermischung mit Oelen) wurden keine oder nur wenig benzinähnliche Stoffe erhalten. Nur das Fischer'sche Verfahren kommt ohne Verwendung von Schwerölen, allerdings auf dem Wege Kohle – Gas – Kraftstoff zu flüssigen Produkten. Ihrem chemischen Aufbau nach stellt die Kohle ein sehr kompliziertes Gebilde vor. Man kann annehmen, daß dieses hochmolekulare Gebilde zuerst eine Aufspaltung (Crackung) erfährt und mit Hilfe des Katalysators Wasserstoff angelagert wird und so gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe entstehen. Besonders bedeutungsvoll ist das Zusammengehen der I. G. Farben A. G. mit der Standard Oil Co., die zur Gründung der Standard I. G. Co führte. Der Zweck dieser Gründung ist die Anwendung des Hydrierungsverfahrens auf den Crackprozeß. Bekanntlich werden durch die Crackung die höhersiedenden Erdölbestandteile in leichter siedende gespalten. Durch diese Aufspaltung bilden sich aber infolge Wasserstoffmangels viel ungesättigte Kohlenwasserstoffe, d.h. wasserstoffärmere Kohlenwasserstoffe, und als unerwünschtes Nebenprodukt, Koks. Der große Gehalt an ungesättigten Kohlenwasserstoffen (ev. auch Schwefel) verleiht den Crackbenzinen einen stechenden Geruch und macht sie, reinen Erdöldestillaten gegenüber, minderwertig. Hebt man diese Wasserstoffverarmung durch Zuführung von Wasserstoff (Hydrierung) auf, so werden nicht nur die ungesättigten Kohlenwasserstoffe in gesättigte übergeführt, sondern auch die Ausbeute an guten reinen Benzinen wird gewaltig erhöht, da ein Koksrückstand völlig ausgeschaltet wird. Die hydrierende Crackung ist das Ziel, das sich die Standard I. G. Co gesteckt hat und damit ist die Gefahr des Versiegens des kostbaren schwarzen Nasses, des Petroleums, auch in Zukunft in weite Fernen gerückt, da alle diese technischen Prozesse zusammen uns in die Lage versetzen, aus dem Erdöl einen hohen Anteil wertvoller Treibstoffe herauszuholen oder dieselben auf anderen Wegen zu gewinnen.