Kohleverflüssigung

SchuF bietet für diese Anwendung speziell konstruierte Ventile mit folgenden Vorteilen an:

• Optimale Standzeit durch Verwendung der bestgeeigneten Hartmetalle oder Keramikwerkstoffe wie z.B. Wolframcarbid
• Optimierte konstruktive Gestaltung der Innenteile
• Speziell für jeden Einsatzfall abgestimmte Regelungsstrategie
• Verwendung von optimal auf die hohen Drücke abgestimmten Antrieben
• Verwendung einfach austauschbarer Innenteile, die ohne Demontage des Ventils aus der Anlage gewechselt werden können

Einstufiges Regelventil für die Kohle verfüssigung, Foto:©SchuF

Speziell für den extrem materialfordernden Einsatz bei der Kohleverflüssigung werden von SchuF optimal angepasste Regel-, Mehrwege– und Probenahmeventile sowie maßgeschneiderte Sonderentwicklungen konstruiert und hergestellt.

Entwicklung der Kohleverflüssigung

Das Verfahren wurde bereits 1913 in Deutschland entwickelt und in den 1920er Jahren zur großtechnischen Reife gebracht. Bis in die 1950er Jahre waren in Deutschland mehrere Anlagen in Betrieb, mit diesen wurde die im Land vorhandene Kohle in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Nun jedoch wurde Rohöl in beliebiger Menge und zu geringen Preisen verfügbar, in der Folge waren die Verflüssigungsanlagen unrentabel und mussten aufgegeben werden.

Aufgrund der Ölkrise 1973/1974 erfolgte jedoch ein Umdenken, in Deutschland wurde z.B. in den 1980er und 1990er Jahren die Kohleölanlage Bottrop (KAB) über fast 20 Jahre erfolgreich betrieben. Heutzutage gewinnt das Verfahren aufgrund der absehbaren Erschöpfung der Ölquellen wieder an Bedeutung, und Anfang 2009 ging in Chana eine hochmoderne Anlagemit eigens entwickelten SchuF-Ventilen vom Typ 74CS in Betrieb.

In der Kohleverflüssigungsanlage Shenhua eingesetztes Eckregelventil Typ 74CS, Foto:©SchuF

Der Prozess der Kohleverflüssigung

Die Kohle wird gemahlen und durch Zusatz von Öl pumpfähig gemacht. Nach Einstellung der Prozessbedingungen (200-300 bar, ca. 450°C) erfolgt im Flüssigschlamm-Reaktor die Hydrierungsreaktion unter Anwesenheit von Wasserstoff, die Kohlenstoffketten werden dabei chemisch aufgebrochen („gecrackt“) und wasserstoffgesättigt.

Das entstandene Produkt wird zunächst im Hochdruck-Heißabscheider (HPHS) und anschließend im Mitteldruck-Heißabscheider (MPHS) fraktioniert. Während die dabei abgetrennten leichten Kohlenwasserstoffe zu hochwertigen Endprodukten weiterverarbeitet werden, wird der verbliebene hochfeststoffhaltige Ölschlamm zur Erhöhung der Ausbeute unter Vakuum destilliert.

Im Verlaufe dieses Prozesses muss, beginnend beim Hochtemperatur-Heißabscheider, der Druck schrittweise bis zum Vakuum abgebaut werden. Unter dem Aspekt des Materialverschleißes ist besonders die Reduzierung von Hochdruck zu Mitteldruck im Drosselventil kritisch.

HHPS Auslass

Als erster Abscheider fungiert der direkt hinter dem Reaktor angeordnete Hochdruck-Heißabscheider (HHPS). An dieser Stelle liegt der Prozessdruck noch bei 200 bar, und das bei Temperaturen um die 400°C.

Die im Abscheider verbliebene und nicht umgesetzte teerartige Masse wird via Ablassventil zum Mitteldruck-Heißabscheider (MPHS) abgelassen und dabei der Druck stark reduziert.

Ablassventile in mehrstufiger Ausführung, wie sie z.B. für andere Anwendungen wie das Hydrocracking in Frage kommen, sind an dieser Stelle ungeeignet, denn bei dem Medium handelt es sich um ein Dreiphasengemisch mit allen damit verbundenen kritischen Eigenschaften. Der hohe Feststoffanteil erlaubt nur den Einsatz eines einstufigen Entspannungsventils, dadurch treten allerdings stark zerstörende Effekte wie z.B. Kavitation und schlagartige Verdampfung („Flashing“) auf, die in Verbindung mit den Feststoffen das Innere des Ventils in kürzester Zeit zerstören können.

Diese zerstörenden Effekte können jedoch durch die Auswahl geeigneter Werkstoffe, eine optimale konstruktive Gestaltung und eine spezielle Regelung minimiert werden.

HPHS – Absperren und Entleeren

So gut das eingesetzte Material auch sein mag, bei diesen schwierigen Einsatzbedingungen müssen die Ventilinnenteile regelmäßig gewartet bzw. ausgewechselt werden. Um dies bewerkstelligen zu können ohne die Anlage herunterzufahren – immer unter dem Aspekt „Zeit ist Geld“ – geht die Anlagenkonzeption zu parallelen Linien. Einige sind in Betrieb, die anderen im Standby oder in Überholung.

Eine Wartung ist natürlich nur möglich, wenn das Ventil nicht mehr von dem Medium durchflossen wird (200 bar und 400°C !) – also muss die Line vollständig absperrbar sein. Und dies aus Sicherheitsgründen mit dem Anspruch 100%iger Leckagefreiheit. Dazu werden zwei Absperrventile oberhalb und eines unterhalb des Regelventils in die Linie eingebaut. Die Erfahrung aus früheren Anlagen hat gezeigt, das Kugelhähne und Drehschieber unter diesen erschwerten Bedingungen vollkommen ungeeignet sind.

Deshalb bietet SchuF eine einzigartige Kombination aus Absperrarmaturen an. Als erstes Absperrventil wird ein Mehrwegeventil in Kolbenbauweise verwendet. Dieses Ventil kann mehrere Linien – und damit Regelventile – unabhängig voneinander zu- oder abschalten und hat den Vorteil der totraumfreiheit. Bei jeder anderen Ventilbauart ist die Verwendung von T-Stücken notwendig, diese weisen erhebliche Toträume auf, in denen sich das schlammartige Medium festsetzt und dann die Leitung verstopft – die notwendige Reinigung vor der Wiederinbetriebnahme ist sehr aufwändig.

Gehäuse für das Vierwege-Wechselventil vom Typ 42VK, Foto:©SchuF

Das zweite Absperrventil ist ein Eckventil vom Typ 71KS, es garantiert eine doppelte Absicherung gegen den hohen Überdruck. Durch eine spezielle Anordnung der Packung wird diese vor Beschädigung geschützt.

HPHS Spülen

Ist die Auswahl der richtigen Ventile für die jeweilige Anwendung schon als solches kritisch, gilt das erst recht für die Betriebsabläufe. Die Abschaltung einer Linie während des laufenden Betriebs bedarf einer komplexen Abfolge an Einzeloperationen und ständiges Spülen mit heißem Öl. Hierzu bietet SchuF nicht nur perfekt abgestimmte Spülventile, sondern auch die zugehörigen Anleitungen zur Installation, Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung an. Der Ventiltyp 30CH wird in mehreren Verflüssigungsanlagen erfolgreich eingesetzt.

Weitere Ventilanwendungen

Auch für alle anderen Bereiche einer Kohleverflüssigungsanlage liefert SchuF entsprechende Armaturen, z.B. Regel-, Absperr-, Verteiler-/Mehrwege-, Entlüftungs- und Spülventile. Neben der oben beschriebenen HPHS Druckabbaulinie gehören dazu:

• Anlaufregelung und Mindestmengendurchsatz von Verstärkerpumpen
• Durchflussmengenregelung von Wärmetauschern
• Druckabbau am Reaktor
• Druckabbau am Mitteldruck-Heißabscheider
• Pumpenaustritt zur Vakuumdestillation
• Bearbeitung der Vakuumrückstände
• Notabschaltsysteme

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