Effiziente Umwandlung von
Kohle in synthetische Kraftstoffe
Coal-to-Liquid (CTL)
Coal-to-Liquid (CTL) ist ein Verfahren, bei dem Kohle in flüssige Kraftstoffe wie Diesel, Kerosin und Naphtha, sogenannte Synthetic Fuels (Synfuels) umgewandelt wird. Dabei kommen Hochdruck- und Hochtemperaturprozesse zum Einsatz, die hohe Anforderungen an die Prozesstechnik stellen.
Hochdruckpumpen fördern Prozesswasser, Chemikalien und weitere Medien zuverlässig durch die einzelnen Verfahrensschritte und stellen die erforderlichen Druckverhältnisse sicher. Bei der direkten Kohleverflüssigung (Direct Coal Liquefaction/ DCL) wird die Kohle direkt hydriert und in flüssige Kohlenwasserstoffe überführt. Hohe Drücke ermöglichen die Einlagerung von Wasserstoff in die Kohlestruktur, wodurch höhere Umsetzungsgrade und bessere Öl-Ausbeute aus der Kohle in nur wenigen Schritten erzielt werden als bei der indirekten Kohleverflüssigung (Indirect Coal Liquefaction/ ICL). Gleichzeitig sorgen Hochdrucksysteme sie für eine präzise Prozessführung, einen stabilen Anlagenbetrieb und eine konstante Produktqualität.
Dank ihrer robusten Auslegung für hohe Drücke, Temperaturen und anspruchsvolle Medien erfüllen Prozesslösungen von Hammelmann die hohen Sicherheitsanforderungen und unterstützen den effizienten Betrieb von CTL-Anlagen.
Vorteile ausgereifter Hochdrucktechnik
für effiziente Coal-to-Liquid-Prozesse
Hochdrucktechnik von Hammelmann macht Coal-to-Liquid-Verfahren zuverlässig und effizient: Robuste Hochdruckpumpen fördern und dosieren selbst anspruchsvolle Medien präzise und sorgen für stabile Prozesse, hohe Anlagenverfügbarkeit und maximale Betriebssicherheit.
Zuverlässige Hochdruckförderung
Hochdruckpumpen bringen Kohle-Slurries sicher und kontinuierlich auf den erforderlichen Reaktordruck und ermöglichen einen stabilen Prozessbetrieb
Hohe Verschleißbeständigkeit
Pumpentechnik ist auf abrasive Kohle-Slurries ausgelegt mit speziellen Ventil- und Dichtungsgeometrien, geeigneten Werkstoffe und korrosionsbeständiger Beschichtung
Präzise und gleichmäßige Förderung
Plungerpumpen sind konstruktiv auf niedrige Drehzahlen ausgelegt - konstante Förderströme gewährleisten eine kontrollierte Beschickung des Reaktors und damit stabile Reaktionsbedingungen und Produktqualität
Maximale Betriebssicherheit
Langlebige Komponenten, Sensorik und umfassender Service minimieren Wartungsaufwand und Produktionsunterbrechungen
Robustheit unter extremen Bedingungen
Hochdrucksysteme arbeiten auch bei hohen Temperaturen von 400–500 °C und bis zu 300 bar Druck und anspruchsvollen Prozessmedien zuverlässig
Effiziente Prozessführung
Eine leistungsfähige Hochdruckversorgung ermöglicht optimierte Prozessbedingungen und trägt dazu bei, Energie- und Betriebskosten zu reduzieren
Coal-to-Liquid: Kohle wird zu flüssigem Kraftstoff
Coal-to-Liquid (CTL) bezeichnet Verfahren zur Herstellung flüssiger Kohlenwasserstoffe aus Kohle. Dabei wird der feste Rohstoff in synthetische Kraftstoffe und andere hochwertige Kohlenwasserstoffprodukte wie Diesel, Kerosin oder Naphtha umgewandelt.
Grundsätzlich stehen dafür zwei Verfahrenswege zur Verfügung: Direct Coal-to-Liquid (DCL) und Indirect Coal-to-Liquid (ICL). Für Anwendungen, bei denen eine direkte Umwandlung der Kohle in flüssige Produkte angestrebt wird, bietet insbesondere DCL entscheidende Vorteile durch den direkten Hydrierungsprozess.
Während ICL die Kohlevergasung als zusätzlichen Prozessschritt nutzt, setzt DCL unmittelbar auf die Hydrierung der Kohle-Slurry. Dadurch rückt bei DCL insbesondere die zuverlässige Hochdruckförderung und Dosierung der Prozessmedien in den Mittelpunkt.
Die komplexen Prozessbedingungen machen DCL zu einem technisch anspruchsvollen Verfahren – und Hochdrucktechnik zu einem zentralen Bestandteil der Prozesskette. Insbesondere die zuverlässige Förderung der abrasiven Kohle-Slurry auf den erforderlichen Reaktordruck stellt höchste Anforderungen an Pumpen, Dichtungen und Verschleißkomponenten.
Direct Coal-to-Liquid (DCL):
Direkte Kohleverflüssigung unter Hochdruck
Beim Direct Coal-to-Liquid (DCL) wird die Kohle zunächst fein gemahlen und mit einem Lösungsmittel sowie gegebenenfalls einem Katalysator zu einer pumpfähigen Kohle-Slurry vermischt. Diese wird anschließend mit Wasserstoff versetzt und unter hohem Druck und hohen Temperaturen direkt verflüssigt.
Im Hochdruckreaktor werden die komplexen organischen Strukturen der Kohle aufgebrochen und durch die Zugabe von Wasserstoff in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Die entstehenden Produkte werden anschließend aufbereitet und beispielsweise durch Hydrierung, Hydrocracking und Destillation zu hochwertigen Kraftstofffraktionen verarbeitet.
Kohle → Slurry → Hochdruck-Hydrierung → flüssige Kohlenwasserstoffe → Produktaufbereitung
Indirect Coal-to-Liquid (ICL): Indirekte Kohleverflüssigung
Beim Indirect Coal-to-Liquid (ICL) wird die Kohle zunächst vergast. Das dabei entstehende Synthesegas wird gereinigt und anschließend über die Fischer-Tropsch-Synthese in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt.
Kohle → Vergasung → Synthesegas → Fischer-Tropsch-Synthese → flüssige Kohlenwasserstoffe
Im Fokus: Direct Coal-to-Liquid (DCL):
Warum sich der technologische Mehraufwand auszahlt
Kohleverflüssigung im direkten Verfahren – wirtschaftlich, effizient, unabhängig
Direct Coal-to-Liquid (DCL) überführt Kohle in einem einzigen Hydrierschritt unter hohem Druck direkt in flüssige Kohlenwasserstoffe. Diese kürzere Prozesskette bedeutet weniger Umwandlungsverluste und eine höhere Kohlenstoffausbeute im Vergleich zur indirekten Route. Besonders bei geeigneten bituminösen Kohlen und Braunkohlen, deren organische Struktur sich durch Wasserstoff gut aufschließen lässt, ermöglicht das Verfahren hohe Flüssigproduktausbeuten bei vergleichsweise wenigen Prozessstufen.
Für Syfuel-Produzenten ergeben sich daraus vor allem wirtschaftliche und prozesstechnische Vorteile: Die kompaktere Prozesskette kann Investitions- und Betriebskosten reduzieren, während hohe Flüssigproduktausbeuten eine effiziente Nutzung des eingesetzten Rohstoffs ermöglichen. Gleichzeitig lässt sich die Produktqualität durch die nachgeschaltete Hydrierung und Aufbereitung gezielt auf Kraftstoffanwendungen wie Diesel, Kerosin oder Naphtha ausrichten.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Rohstoffflexibilität: DCL ermöglicht die Nutzung heimischer oder kostengünstig verfügbarer Kohleressourcen als Ausgangsstoff für flüssige Energieträger und kann damit die Abhängigkeit von Erdölimporten reduzieren. Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb sind jedoch eine zuverlässige Wasserstoffversorgung sowie eine leistungsfähige Hochdrucktechnik, die die abrasive Kohle-Slurry sicher und kontinuierlich auf den erforderlichen Reaktordruck fördert.
Ablauf DCL-Prozess
Hochdrucktechnik als Schlüssel für effiziente DCL-Prozesse
Die Kombination aus bis zu 300 bar Druck, Temperaturen zwischen 400 und 500°C und der abrasiven, feststoffbeladenen Kohle-Slurry, macht die Hochdrucktechnik zu einer der entscheidenden technologischen Komponenten im DCL-Prozess. Robuste Hochdruckpumpen ermöglichen eine zuverlässige und kontinuierliche Förderung und tragen damit zu stabilen Prozessen, hoher Anlagenverfügbarkeit und sicherem Betrieb bei.
Als Hersteller von Hochdrucktechnik für anspruchsvolle Hydrierprozesse kennen wir bei Hammelmann die Anforderungen, die DCL-Anlagen an Kompressoren, Reaktorsysteme und Wasserstoffversorgung stellen – und wissen, worauf es für einen sicheren, effizienten Betrieb ankommt.
Warum beim DCL-Prozess Hochdruck benötigt wird:
1. Chemische Reaktionsbedingungen
Die direkte Verflüssigung basiert auf der Hydrierung der Kohle, d. h. Wasserstoff wird in die Kohlenstoffstruktur eingebaut. Damit Wasserstoff effektiv in die Kohle eindringen und reagieren kann, muss er in ausreichender Konzentration vorliegen. Hoher Druck erhöht die Löslichkeit von Wasserstoff im Lösungsmittel und in der Kohle, was die Reaktionsgeschwindigkeit und den Umsatz steigert.
2. Thermodynamische Stabilität
Die Umwandlung von festen aromatischen Strukturen in gesättigte Kohlenwasserstoffe ist energetisch anspruchsvoll. Unter hohem Druck wird die Bildung von gasförmigen Produkten (z. B. Methan) unterdrückt und die Bildung von flüssigen Produkten begünstigt.
3. Phasenverhalten
Bei Temperaturen von 400–500 °C würde Kohle ohne Druck verkoken oder sich zersetzen.
Hoher Druck hält das System in einer flüssigen Phase, was für die Wärmeübertragung und die Reaktion wichtig ist.
4. Katalysatoraktivität
Viele DCL-Prozesse nutzen Katalysatoren (z. B. Eisen- oder Molybdänverbindungen).
Diese arbeiten effizienter bei hohem Wasserstoffpartialdruck, da die Hydrierungsschritte schneller ablaufen.
5. Typische Betriebsbedingungen
Druck: 150–300 bar
Temperatur: 400–500 °C
Wasserstoffverbrauch: sehr hoch (mehrere hundert Nm³ pro Tonne Kohle)
Häufige Fragen (FAQ)
Die direkte Kohleverflüssigung (Direct Coal Liquefaction/ DCL) liegt dem Bergius-Pier-Verfahren zu Grunde. Dabei wird fein gemahlene Kohle mit Wasserstoff unter hohem Druck und hohen Temperaturen direkt in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt – ohne den Zwischenschritt der Kohlevergasung. Als wichtiger Vorläufer moderner DCL-Technologien zeigt das Verfahren, welche zentrale Rolle Hochdrucktechnik bei der direkten Kohleverflüssigung spielt.
Die Vorteile der Direct Coal Liquefaction im Vergleich mit der Indirect Coal Liquefaction:
- Kürzere Prozesskette, weniger Umwandlungsverluste: Kohle wird direkt hydriert – die Vergasung zu Synthesegas sowie die anschließende Reinigung und Konditionierung entfallen. Das reduziert die Anzahl der Prozessstufen gegenüber der indirekten Route (ICL) und kann je nach Anlagenkonzept energetische wie wirtschaftliche Vorteile bringen.
- Hohe Flüssigproduktausbeute: DCL ist gezielt auf eine große Ausbeute an flüssigem Produkt ausgelegt. Das entstehende synthetische Rohöl bzw. die schwere Flüssigfraktion lässt sich durch nachgelagerte Hydrierung und Destillation zu hochwertigen Kraftstoffkomponenten weiterverarbeiten – ideal, wenn maximale Flüssigkraftstoffproduktion das Ziel ist.
- Rohstoffvorteile bei geeigneten Kohlequalitäten: Besonders bituminöse Kohlen und Braunkohlen mit reaktiver organischer Struktur lassen sich im DCL-Verfahren effizient aufschließen. Damit kann DCL bei bestimmten Kohlequalitäten und Produktzielen einen wirtschaftlichen bzw. rohstoffseitigen Vorteil gegenüber der indirekten Route bieten.
- Strategische Unabhängigkeit von Erdölimporten: Länder und Unternehmen mit großen Kohlevorkommen können heimische Kohle in flüssige Kraftstoffe umwandeln, statt Rohöl zu importieren. Dieser strategische Aspekt war historisch ein zentraler Treiber der Kohleverflüssigung in Deutschland und ist bis heute für Regionen mit großen Kohlereserven und begrenztem Erdölzugang relevant.
- Wasserstoff als wirtschaftlicher Hebel: Der Wasserstoffbedarf ist bei DCL hoch – und zugleich der entscheidende Stellhebel für die Wirtschaftlichkeit. Wasserstoff erhöht den Wasserstoffgehalt der Kohle und stabilisiert die entstehenden Moleküle. Steht kostengünstiger Wasserstoff zur Verfügung, verbessert sich die Prozessökonomie von DCL erheblich – ein Bereich, in dem zuverlässige Hochdrucktechnik für Wasserstoffkompression und -versorgung eine Schlüsselrolle spielt.