Wasserstoff- und Synthesegas-Anlage in Al Jubail, Saudi Arabien.
Schiffe haben einen verborgenen Makel. In ihrem Bauch dienen – verglichen mit Autos, LKW oder Flugzeugen – besonders schmutzige Kraftstoffe als Energiequelle. Schiffsmotoren nutzen sogenanntes Schweröl, ein Stoffgemisch aus Kohlenwasserstoffen mit Schwefel- und Stickstoffverbindungen. „Schweröle sind schwarze, sehr zähflüssige Rückstände, die bei der Erdölverarbeitung entstehen“, erklärt Anton Jell, Vice President Business Development bei Linde Engineering. Verbrennen sie im Schiffsmotor, bilden sich neben Kohlendioxid auch erhebliche Mengen Schwefel- und Stickoxide – und damit schädliche Abgase für Mensch und Umwelt. Ein Abkommen der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO) soll ihren Gebrauch in Zukunft deutlich einschränken: Ende 2016 einigte sich die IMO darauf, den Schwefelgehalt von Schiffskraftstoffen, der derzeit bei 3,5 Prozent liegt, bis 2020 auf 0,5 Prozent zu senken. „Spätestens dann wird es für Raffinerien schwierig, weil sie ihr Schweröl nicht mehr als Schiffstreibstoff verkaufen können, wenn auf den Schiffen keine aufwendigen Abgasnachbehandlungen nachgerüstet werden“, sagt Jell. „Mit unseren Wasserstoff-Technologien können wir den Konzernen aber eine Lösung bieten, ihre Rückstände weiterhin und auch anderweitig zu verwerten.“
Die Schifffahrt braucht umweltfreundlichere Treibstoffe. Das stellt Raffinerien vor große Herausforderungen. Linde Engineering bietet mit Wasserstoff-Anlagen neue Lösungen.
Schwefel entfernen
Wasserstoff (H2) ist für Raffinerien bereits jetzt ein unverzichtbares Gas: Die Unternehmen nutzen es, um ihre hergestellten Kraftstoffe vom Schwefel zu befreien. Dieser wird mithilfe eines chemischen Verfahrens abgetrennt – der sogenannten Hydrodesulfurierung. Bei der Reaktion verbindet sich der H2 mit Schwefel zu Schwefelwasserstoff, der abgefangen und an anderer Stelle weiterverarbeitet wird. „Der Schwefelgehalt ist ein Indikator für die Qualität des Erdöls. Davon hängt ab, welche Prozessschritte in einer Raffinerie notwendig sind“, sagt Jell. Aus „süßen“, also schwefelarmen Rohölen, lassen sich leichter Produkte wie Benzin, Diesel, Kerosin oder Heizöl herstellen. Bei „sauren“, also sehr schwefelhaltigen Rohölen, ist der Verarbeitungsprozess aufwendiger – und auch der Wasserstoffbedarf höher.
Wasserstoff aus Schweröl gewinnen
Linde bietet ein Verfahren an, mit dem Wasserstoff aus Schweröl gewonnen werden kann. „Dafür nutzen wir die: “Partielle Oxidation, kurz POX. Mit diesem Verfahren lassen sich Schweröl, aber auch Rückstände wie Bitumen oder Pech aus Raffinerien verarbeiten“, erklärt Jell. Dazu werden die Ausgangsstoffe bei hohen Temperaturen von etwa 1.400 Grad Celsius unter Zufuhr von Sauerstoff unterstöchiometrisch umgesetzt. Dabei bildet sich Synthesegas, das weiter aufbereitet wird. „Mit dem POX-Verfahren entziehen wir dem Schweröl soviel Wasserstoff wie möglich. Für Mineralölunternehmen ist unsere Technologie deshalb eine interessante Option, mit der sie ihre Rückstände in Zukunft sinnvoll verwerten können“, sagt der Linde-Engineering-Experte.
Wasserstoff- und Druckwechseladsorptions-Anlage in Leuna, Deutschland.
H2 – Industriegas mit Zukunft
Ein weiterer Vorteil: Mit dem POX-Verfahren erzeugen die Raffinerien aus ihrem Schweröl Wasserstoff, den sie ohnehin in großen Mengen benötigen – beispielsweise um ihre produzierten Kraftstoffe zu entschwefeln. „In den Entschwefelungsprozess von Kraftstoffen fließt ein wesentlicher Teil des weltweit produzierten H2. Wasserstoff leistet bereits jetzt einen wichtigen Beitrag zu schadstoffärmeren Kraftstoffen. Und mit strengeren Umweltauflagen wächst der H2-Bedarf insgesamt sicher weiter“, sagt Jell. Er ist mit seinem Team in konkreten Gesprächen mit mehreren führenden Mineralölkonzernen. „Bei diesen potentiellen Mega-Projekten arbeiten wir intensiv mit unseren Kollegen von Linde Gas zusammen, die die Anlage für den Kunden vor Ort betreiben können“, erklärt Jell. Für die Anlagen- und Gase-Spezialisten macht das IMO-Abkommen einmal mehr deutlich: Die Mineralölindustrie braucht Wasserstoff – ganz gleich, wie er erzeugt wird.
Dampfreformierung – Standard der industriellen Wasserstoffproduktion
Die partielle Oxidation (POX) ist das geeignete Verfahren für die Wasserstoffgewinnung aus Schweröl. Das derzeit wichtigste Verfahren zur Erzeugung von H2 ist aber die Dampfreformierung, auch Steam-Methane-Reforming genannt. Ausgangsstoff ist dabei ein leichter Kohlenwasserstoff, meist Erdgas: Seine Hauptkomponente, das Methan (CH4), enthält den größten Wasserstoffanteil aller Kohlenwasserstoffe. Im sogenannten Dampfreformer werden Wasserdampf und Erdgas bei Temperaturen von etwa 850 Grad Celsius katalytisch gespalten. Es bildet sich Synthesegas – ein Gemisch aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2). Das Kohlenmonoxid wird mit Wasserdampf in der nachfolgenden, sogenannten CO-Shift-Reaktion in CO2 umgewandelt. Während dieser Reaktion entsteht weiterer Wasserstoff. Das H2-reiche Gas wird anschließend gereinigt und auf die gewünschte Produktqualität gebracht – mittels Pressure Swing Adsorption (PSA), Membranen oder kryogenen Prozessen. Heute produzieren große Anlagen zur Dampfreformierung mehr als 150.000 Normkubikmeter Wasserstoff pro Stunde. Linde hat weltweit bereits mehr als 300 Anlagen zur H2-Produktion gebaut und jahrzehntelange Erfahrung auch im Betrieb dieser Technologie.
Die HyCO- und Ammoniak-Anlagen von Linde beliefert die Sadara Chemical Company am Standort Al Jubail mit Wasserstoff und weiteren essenziellen Gasen.