Die chemische Industrie ist weit stärker energieintensiv als andere Industriezweige. Es werden beträchtliche Energiemengen für die Stoffwandlungsprozesse und für die thermischen Grundoperationen wie Verdampfen, Trocknen, Destillieren usw. benötigt. Die thermische Behandlung in den unterschiedlichsten Prozeßstufen erfolgt über das Beheizen. Die Heizverfahren werden unterteilt in: - Beheizen durch unmittelbare Energieträger (Brennstoff-, Elektro- und Strahlungsheizung). Die dabei erreichbaren Temperaturen liegen über 1273 K. • Beheizen mittels stofflicher Energieträger (Dämpfe, Gase, Flüssigkeiten und auch Feststoffe). Hier liegen die Temperaturen allgemein unter 623 K. Die Auswahl der Heizart erfolgt auf Grund produktionstechnischer Bedingungen. Der Ingenieur hat alle Möglichkeiten der ökonomischen Energieverwertung zu analysieren und für die Wirtschaft unter Nutzung neuester Erkenntnisse zur Energieeinsparung beizutragen. Die Sicherung der Energiebasis in der Gegenwart und in der Zukunft bei minimalen Kosten ist die Voraussetzung für die Produktion in der Industrie, und in den Bereichen außerhalb der materiellen Produktion ist sie ein Gradmesser für den Lebensstandard der gesamten Bevölkerung. Es ist ein weltweites Problem und damit nicht nur eine energiewirtschaftliche Frage, sondern ein akutes umweltpolitisches Anliegen! Die Lösung dieser Aufgabe erfordert realistische Konzeptionen und große wirtschaftliche Anstrengungen. Die traditioneilen Energieträger sind begrenzt. Diese Feststellung ist besonders für Länder von größter Bedeutung, die bisher ihren Energiebedarf weitestgehend durch fossile Brennstoffe gedeckt haben. Hinzu kommt, daß in verstärktem Maße das Erdöl nicht als Brennstoff, sondern in der chemischen Industrie als Rohstoff einzusetzen ist; der Kohlenstoff ist in vielen Bereichen nicht austauschbar. Daraus resultiert: - Die Wandlung von Primärenergie zu Gebrauchsenergie (Veredlung) und die von Gebrauchsenergie zu Nutzenergie (Energieanwendung) hat mit bestmöglichem Wirkungsgrad zu erfolgen. - Energiequellen mit laufendem Aufkommen (Wasserkraft, Solartechnik, Wärmepumpen unter Berücksichtigung der Abwärmen) sind verstärkt zu nutzen. Verstärkter Einsatz der Kernenergie für die industrielle Wärmeerzeugung bei niedriger Dampftemperatur.
Die Brennstoffe werden wie folgt eingeteilt: Art des Brennstoffes fest flüssig gasförmig Natürliche Brennstoffe Anthrazit Erdöl Steinkohle Erdgas Lignite (Braunkohle) Holz Veredelte Brennstoffe Koks (Wandlung von Briketts Primär- zu Holzkohle Gebrauchsenergie) Destillationsprodukte des Erdöls, des Steinkohlenteeres, des Braunkohlenteeres Ent- und Vergasungsprodukte der Kohle. Durch die Veredlung können die Eigenschaften der Brennstoffe entscheidend verbessert werden, z. B. - Erhöhung des Heizwertes (hohe Transportintensität) - Verringerung der Rückstände Erhöhung der Umweltfreundlichkeit.
Bekannte Wandlungsverfahren sind Stromerzeugung, Briketlierung, Entgasung, Vergasung, Erdölverarbeitung und andere.
Die qualitative Kennzeichnung der Energieträger erfolgt hauptsächlich über ihren Heizwert. Er gibt die bei vollständiger Verbrennung erzeugte Wärmemenge je Maeseneinheit des festen oder flüssigen Brennstoffes oder je Normvolumeneinheit des gasförmigen Brennstoffs an. Man unterscheidet zwischen oberem und unterem Heizwert. Der obere Heizwert Ho ist gleich der Verbrennungswärme bei vollständiger Verbrennung unter Einbeziehung der Kondensationswärme, die beim Abkühlen der Verbrennungsgase auf etwa 293 K frei wird. Der untere Heizwert Hu stellt die Verbrennungswärme bei vollständiger Verbrennung, vermindert um die Kondensationswärme des Wasserdampfes in den Rauchgasen, dar. Da die Rauchgase in den Industrieanlagen nicht unter die Taupunkttemperatur abgekühlt werden dürfen, wird nahezu ausschließlich in der Praxis mit dem unteren Heizwert gerechnet. Der Heizwert ist aus der vorliegenden oder durchzuführenden Elementaranalyse bei festen und flüssigen und aus der Gasanalyse bei gasförmigen Brennstoffen zu berechnen. Häufig erfolgt die Heizwertbestimrnung experimentell im Kalorimeter.
Die Verbrennung ist eine exotherm verlaufende chemische Reaktion des Brennstoffes mit Sauerstoff. Da die Verbrennungsluft im trockenen Zustand 21 Vol.-% Sauerstoff enthält, beträgt der theoretische Luftbedarf das 4,76-fache des theoretischen Sauerstoffbedarfs. Der hohe Anteil an Stickstoff in der Luft stellt eine Verlustgröße dar, deshalb führt man einer Feuerung möglichst wenig Verbrennungsluft zu.
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