Schmierölgewinnung aus Steinkohle. Von Dr.-Ing. A. Sander, Darmstadt. SANDER: Schmierölgewinnung aus Steinkohle. Für die Beschaffung von Schmiermitteln war unsere Industrie vor dem Kriege in hohem Maße auf Zufuhr aus dem Auslande angewiesen und sie hatte bekanntlich während des Krieges in dieser Hinsicht mit großen Schwierigkeiten zu kämpfen. Im Jahre 1913 wurden 248035 t Schmieröl im Werte von fast 46 Mill. Mark in Deutschland eingeführt, und zwar vorwiegend aus Nordamerika (102467 t) und Rußland (90573 t), ferner aus Galizien (38651 t) und Rumänien (13379 t). Von allen diesen Bezugquellen wurden wir im Laufe des Krieges abgeschnitten, und wenn auch nach der Vertreibung der Russen aus Galizien sowie nach der Besetzung Rumäniens durch die Zentralmächte unsere Schmierölversorgung eine erhebliche Erleichterung erfuhr, so wurde doch nur durch größte Sparsamkeit im Verbrauche und durch weitgehende Heranziehung von Ersatzstoffen das Durchhalten ermöglicht. An einheimischen Quellen für die Gewinnung von Schmierölen kamen neben unseren spärlichen Erdölquellen in der Lüneburger Heide und im Elsaß (Pechelbronn) namentlich die aus dem Teer der thüringischen Braunkohle und des bituminösen Schiefers (Grube Messel bei Darmstadt) gewonnenen Oele in Betracht, daneben haben wir aber auch gelernt, aus dem Steinkohlenteer Schmieröle herzustellen. Diese „Teerfettöle“ sind jedoch nur als Notbehelf zu betrachten, da ihre Anwendung in der Hauptsache auf Lagerschmierung beschränkt ist, und da sie außerdem vielfach bei den Arbeitern, die damit umzugehen hatten, einen unangenehmen Hautausschlag verursachten. Eine neue Quelle für die Gewinnung von vollwertigen Schmierölen ist jedoch in der letzten Zeit in der Steinkohle erschlossen worden, die uns bei ihrer Verkokung schon so viele wertvolle Rohstoffe wie Ammoniak, Schwefel, Benzol, Karbolsäure, Naphthalin, Anthrazen, Heiz- und Treiböle und andere, liefert. Während in den Kokereien und Gaswerken die Kohle bei einer Temperatur von 1000° und darüber verarbeitet wird, hat sich gezeigt, daß bei niedrigerer Temperatur (300 bis 500°) aus der Kohle Stoffe von wesentlich anderer Zusammensetzung und grundverschiedenen Eigenschaften gewonnen werden können. An sich ist diese Erkenntnis nicht neu, denn schon im Jahre 1906 hat E. BornsteinJournal für Gasbeleuchtung, 49. Jahrg., S. 667 (1906). über die Zersetzung von Kohle und anderen festen Heizstoffen bei langsam gesteigerter Temperatur interessante Versuche angestellt und gefunden, daß hierbei braune Oele erhalten werden, die ein spezifisches Gewicht von weniger als 1 besitzen, keinen freien Kohlenstoff enthalten und infolge ihres Paraffingehalts ziemlich dickflüssig sind. Die Vorgänge bei der Verkokung der Steinkohle bei einer Temperatur von 300 bis 500° sind neuerdings in dem kurz vor Ausbruch des Krieges eröffneten Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung in Mülheim (Ruhr) eingehend untersucht worden und haben in wissenschaftlicher und technischer Hinsieht gleich wichtige Ergebnisse gezeitigt, die uns zu der Hoffnung berechtigen, daß wir uns künftig auch bezüglich der Beschaffung von Schmierölen vom Ausland unabhängig werden machen können. Durch Behandlung von Kohle mit verschiedenen Lösungsmitteln (Pyridin, Chloroform, Benzol u.a.) hatte man schon früher festgestellt, daß die in der Kohle ursprünglich enthaltenen Stoffe wesentlich verschieden sind von denjenigen, die wir als Bestandteile des gewöhnlichen Steinkohlenteers kennen. Dies hat seinen Grund offenbar darin, daß bei den hohen Temperaturen, wie sie in den Koksöfen und Gasretorten herrschen, eine weitgehende Zersetzung der Kohlensubstanz stattfindet. Ein Nachteil der Extraktionsmethode war indessen, daß man nur sehr geringe Mengen (0,1 bis 0,15 v. H.) auf diese Weise aus der Kohle herauslösen konnte. Untersuchungen von Fischer und Gluud im Institut für Kohlenforschung haben nun ergeben, daß man bei Anwendung von hohem Druck (bis zu 55 at) sowie durch Steigerung der Temperatur auf etwa 275° wesentlich höhere Extraktionsausbeuten erhält. So wurden aus fetter Steinkohle (Zeche Osterfeld) durch fünfmalige Extraktion mit Benzol 6,6 v. H. eines dunklen, petroleumartig riechenden Oeles herausgelöst. Durch weitere Behandlung des Extrakts mit Petroläther konnte neben festen Stoffen etwa 1 v. H. (auf die angewandte Kohle berechnet) eines rotgelben, dickflüssigen Oeles erhalten werden, das den hochviskosen Petroleumdestillaten ähnlich war. Eine thüringische Braunkohle lieferte bei der gleichen Behandlung mit Benzol unter Druck 25 v. H. Extrakt, der aus wachs -und harzartigen Körpern bestand. Auch durch Extraktion mit flüssigem Schwefeldioxyd konnten aus Steinkohle goldgelbe Oele von petroleumartigem Geruch, allerdings nur in einer Menge von ½ v. H. gewonnen werden. Ein zweiter Weg zur Gewinnung der ursprünglich in der Kohle enthaltenen Stoffe in unzersetztem Zustande ist die Destillation der Kohle unter vermindertem Druck oder unter normalem Druck, jedoch bei niedriger Temperatur. Untersuchungen über die Vakuumdestillation der Kohle wurden bereits vor einer Reihe von Jahren von Pictet in der Schweiz sowie von Wheeler in England angestellt. Beide Forscher erhielten einen Teer, der sich von dem gewöhnlichen Steinkohlenteer erheblich unterschied und viel mehr dem russischen Erdöl glich. Einen Teer von ähnlicher Zusammensetzung erhält man auch, wenn man die Destillation der Kohle bei normalem Luftdruck, aber bei einer 500° nicht übersteigenden Temperatur ausführt. Diese Methode, die auch der Durchführung in größerem Maßstabe weniger Schwierigkeiten bietet, wurde im Institut für KohlenforschungVgl. Fischer, Gesammelte Abhandlungen zur Kenntnis der Kohle, Bd. I, Berlin 1917. näher untersucht und hat, wie bereits erwähnt, zu recht bemerkenswerten Ergebnissen geführt. Fischer und Gluud benutzten hierzu eine drehbare eiserne Trommel, die mit feinzerkleinerter Kohle gefüllt und von unten langsam erhitzt wurde. Durch die ständige Drehung der Trommel wurde die Ueberhitzung der Kohle wirksam verhindert, die entwickelten Gase und Dämpfe wurden durch Einleiten von Wasserdampf möglichst rasch aus der heißen Trommel entfernt und durch Kühlung verdichtet. Es wurde so ein in dünner Schicht goldrotes Oel erhalten, das je nach der verarbeiteten Kohlensorte mehr oder weniger dickflüssig war. Zum Unterschied vom gewöhnlichen Steinkohlenteer wurde dieser Teer „Tieftemperaturteer“ oder besser „Urteer“ genannt. Die Ausbeute an Urteer schwankt je nach dem Alter der Kohle in ziemlich weiten Grenzen, und zwar erhält man aus jüngeren (sauerstoffreicheren) Kohlen weit mehr Teer als aus älteren (sauerstoffärmeren) Steinkohlen. So ergab eine Gasflammkohle (Zeche Lohberg) mit 39 v. H. flüchtigen Bestandteilen 10 v. H. Teer, eine Fettkohle (Zeche Osterfeld) mit 22 v. H. flüchtigen Bestandteilen dagegen nur 3 v. H. Teer. Ebenso wie in der Menge, so zeigen sich auch in der chemischen Zusammensetzung des Teers deutliche Unterschiede, denn der Urteer aus Gasflammkohle liefert erheblich mehr saure Bestandteile (Phenole) und dafür weniger Schmieröle als der Urteer aus Fettkohle. Die Aufarbeitung des Urteers erfolgte durch Destillation mit überhitztem Wasserdampf und fraktionierte Kondensation der Destillationsprodukte, wodurch es möglich war, die hochviskosen Oele in ihrer ursprünglichen Form zu gewinnen und Verluste durch Pechbildung fast ganz zu vermeiden. Die Untersuchung der auf diese Weise abgeschiedenen hochviskosen Bestandteile des Urteers ergab, daß man es hier in der Tat mit denselben Oelen zu tun hat, die auch bei der Extraktion der Kohle mit Benzol und flüssigem Schwefeldioxyd erhalten worden waren. Sie waren von tief goldroter Farbe mit schwach grüner Fluoreszenz, von angenehmem fettigen Geruch und hatten ein spezifisches Gewicht von etwas über 1,0. Auf die Menge der verarbeiteten Kohle berechnet, wurden aus Fettkohle rund ½ v. H. und aus Gasflammkohle rund 1 v. H. hochwertige Schmieröle erhalten, so daß also letztere Kohlensorte für den vorliegenden Zweck den Vorzug verdient. Während die aus Fettkohle gewonnenen Schmieröle eine Viskosität von 15,5 Englergraden bei 20° G und von 2,6 Englergraden bei 50° C, einen Stockpunkt von – 19° und einen Flammpunkt von 120° hatten, wurden aus der Gasflammkohle neben Oelen von ähnlicher Beschaffenheit auch noch solche von beträchtlich höherer Viskosität, nämlich 28,3 Englergraden bei 50° C und 1,9 Englergraden bei 100° C, sowie einem Flammpunkt von 195° erhalten. Als wesentliche Unterscheidungsmerkmale des Urteers von dem gewöhnlichen Steinkohlenteer sind neben dem Gehalt an hochviskosen Oelen, Naphthenen und festem Paraffin sein Geruch nach Schwefelwasserstoff, vor allem aber das Fehlen von Naphthalin und Anthrazen zu nennen. Hierdurch ist eine einwandfreie Unterscheidung der beiden Teerarten leicht zu ermöglichen, und der Chemiker vermag in jedem einzelnen Falle unschwer festzustellen, ob ein Teer als wirklicher Urteer anzusprechen ist oder nicht. Wie bei der bisherigen Verkokung der Kohle bei hoher Temperatur, so entstehen auch bei der Urverkokung neben dem Teer noch wässerige Kondensate, Gase und Koks. Die Beschaffenheit und Verwertbarkeit dieser Produkte ist für die Durchführung der Urverkokung in großem Maßstab sowie für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit des neuen Verfahrens von großer Bedeutung. Das Gas ist reich an Kohlenwasserstoffen, dagegen arm an Wasserstoff, infolgedessen hat es einen hohen Heizwert, jedoch ist die Gasausbeute erheblich kleiner als bei der gewöhnlichen Verkokung, die bekanntlich auf 1 t Kohle 300 bis 330 m3 Gas liefert. Vermöge seines hohen Heizwertes könnte das bei der Urverkokung gewonnene Gas vielleicht zur Aufbesserung von Wassergas und anderen Gasen von niedrigem Heizwert Verwendung finden, ferner als Ersatz des Azetylens bei der autogenen Metallbearbeitung. Natürlich kann man das Gas auch zur Beheizung des Apparates selbst, in dem die Urverkokung vorgenommen wird, benutzen. Die Zusammensetzung der wässerigen Kondensate, die bei der Urverkokung entstehen, ist noch nicht hinreichend aufgeklärt, es steht bis jetzt nur fest, daß sie erheblich weniger Ammoniak enthalten als das Gaswasser; als eine Quelle für die Ammoniakgewinnung dürften sie daher schwerlich in Frage kommen. Auch der bei der Urverkokung übrigbleibende Koks ist wesentlich anders zusammengesetzt als der normale Koks; er enthält noch flüchtige, brennbare Bestandteile in größerer Menge und wird daher richtiger als „Halbkoks“ bezeichnet. Er ist infolgedessen viel leichter entzündlich und gibt eine längere Flamme als Zechen- und Gaskoks, mit denen er andererseits die Eigenschaft teilt, rauch- und rußfrei zu verbrennen. Ein wesentlicher Unterschied ist aber wiederum, daß der Halbkoks in der Regel eine viel geringere Festigkeit besitzt und stark bröckelt. Nur eine beschränkte Zahl von Kohlen liefert bei der Urverkokung einen Halbkoks, der als Feuerungsmaterial tauglich ist und auch eine Verladung verträgt. Ein derartiger Halbkoks ist vor etwa 10 Jahren bereits in England unter dem Namen „Coalite“ als rauchloser Brennstoff auf den Markt gebracht worden, vermochte sich aber wegen der erwähnten unangenehmen Eigenschaften damals nicht einzuführen. Für die künftige Entwicklung der Urverkokung ist es daher selbst bei hoher Beweitung des Teers und der daraus gewinnbaren Schmieröle von größter Bedeutung, entweder für den Halbkoks, so wie er gewonnen wird, neue Verwendungsmöglichkeiten zu schaffen oder aber seine Beschaffenheit so zu verbessern, daß die Nachteile, die ihm jetzt noch anhaften, weniger stark in Erscheinung treten. In Amerika, wo man sich während des Krieges anscheinend ebenfalls sehr eingehend mit den hier geschilderten Fragen beschäftigt hat, hat man versucht, den Halbkoks mit Pech zu brikettieren und hierauf nochmals in Retorten auf 1000° zu erhitzen. Auf diese Weise soll man einen rauchfreien, hochwertigen Brennstoff erhalten, der unter dem Namen „Carbocoal“ in den Handel kommt. Dieses Verfahren bietet zugleich den Vorteil, daß bei der nachträglichen Erhitzung auf hohe Temperatur auch der Stickstoff, der bei der Urverkokung zum größten Teile im Halbkoks zurückbleibt; in Form von Ammoniak gewonnen werden kann. Ueber die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens lassen sich einstweilen bestimmte Angaben nicht machen, doch ist es nicht ausgeschlossen, daß die Halbkoksverwertung durch Brikettierung auch für unsere Verhältnisse die einfachste Lösung dieser Frage darstellt. Da die Beschaffung von größeren Anlagen sowohl zur Kohlenextraktion als auch zur Urverkokung während des Krieges große Schwierigkeiten bereitet hätte, hat man versucht, die Gewinnung von Urteer auch auf einem anderen Wege zu ermöglichen und hat gefunden, daß die bekanntlich recht verbreiteten Steinkohlen-Generatoren hierzu gut geeignet sind. Hierzu ist nur eine verhältnismäßig geringfügige Aenderung im Bau und Betrieb der Generatoren notwendig, denn man braucht nur in den Oberteil des Generatorschachtes ein Schwelrohr einzubauen und die in diesem sich bildenden Teerdämpfe mit einem Ventilator abzusaugen und durch Abkühlung zu verdichten. Während man bisher bei der Herstellung von Heiz- und Kraftgas darauf bedacht war, den entstehenden Teer möglichst vollständig im Generator zu verbrennen, um ein teerfreies Gas zu erzeugen und um Störungen bei dem Betrieb der Motoren und Feuerungen zu verhüten, wird man künftig gerade das Gegenteil anstreben und sich bemühen, den Teer möglichst vor Zersetzung zu bewahren und so weit als möglich aus dem Generatorgas abzuscheiden. Der hierfür erforderliche Umbau der Generatoren ist nicht mit allzu großen Kosten verknüpft, und es sind während des Krieges schon über hundert derartige Anlagen (Bauart Ehrhardt & Sehmer, Saarbrücken) ausgeführt worden. Auch andere Firmen haben sich mit Erfolg der Urteergewinnung beim Generatorbetrieb zugewandt und eine Reihe von großen Werken ist heute bereits in der Lage, ihren- gesamten Schmierölbedarf im eigenen Betriebe aus Urteer zu gewinnen. Zweifellos sind auf diesem Gebiete noch weitere große Fortschritte zu erwarten, und wir dürfen daher hoffen, daß es uns in absehbarer Zeit gelingen wird, uns auch bezüglich der Schmierölversorgung vom Ausland ganz unabhängig zu machen, ebenso wie uns dies während des Krieges bereits hinsichtlich des Stickstoffs gelungen ist. Unter den heutigen Verhältnissen ist dieser Erfolg besonders zu begrüßen.