Anlagenbau & Prozesstechnik

Herstellung von Epichlorhydrin aus Glycerin

Das Epiprovit-Brine Cycle-Verfahren von KVT erzeugt Epichlorhydrin aus nachhaltigem Rohstoff

19.12.2013 -

CITplus - Das Epiprovit-Brine Cycle-Verfahren von KVT ist umweltverträglich, weil es als einziges Verfahren im geschlossenen Stoffkreislauf Epichlorhydrin aus Glycerin herstellt.

Bislang war die Herstellung von Epichlorhydrin aus Glycerin unwirtschaftlich, weil der Preis des Glycerins zu hoch war. Mit der hohen Verfügbarkeit von Rohglycerin, das bei der Biodiesel-Produktion als Nebenprodukt anfällt, hat sich der Preis stark reduziert. Dadurch hat dieser Rohstoff neue Technologien angesprochen, wie z. B. das neue, umweltverträgliche Verfahren für die Herstellung von Epichlorhydrin (ECH) aus Glycerin von KVT: das Epiprovit-Brine Cycle-Verfahren. Mit einem geschlossenen Stoffkreislauf minimiert es die chlorierten Nebenprodukte, vermeidet Abwasser, reduziert den Energieverbrauch im Vergleich zur bisher üblichen Herstellungstechnologie aus Propen.
Epichlorhydrin ist ein Zwischenprodukt der organisch-chemischen Industrie mit zahlreichen Anwendungen. Es wird vor allem zur Herstellung von Epoxidharzen verwendet, die in weiterer Folge zu Farben, Lacken und Klebstoffen verarbeitet werden. Epichlorhydrin wird weiters zur Herstellung von Pharmazeutika, diversen Papieren und glasfaserverstärktem Kunststoff eingesetzt.
Bis vor wenigen Jahren wurde Epichlorhydrin hauptsächlich aus Propen hergestellt. Die hohen Propen-Preise und gleichzeitig die hohen verfügbaren Mengen an Rohglycerin, das als Koppelprodukt bei der Biodiesel Herstellung anfällt, haben zunehmendes Interesse an den Prozessen geweckt, die Glycerin als Rohstoff verwenden können. Dazu zählt auch das Verfahren zur Herstellung von Epichlorhydrin aus Glycerin. Seit mehr als einem Jahrhundert in der Literatur bekannt, ist das Verfahren in den letzten Jahren wieder aktuell geworden. Ingenieure, Spezialisten in Verfahrenstechnik mit Schwerpunkt Umweltschutz und Nachhaltigkeit haben das Verfahren weiter entwickelt um die folgenden Ziele zu erreichen:
• Optimierung des Kosten-Nutzen-Verhältnisses
• Minimierung der Abfälle
• Minimierung des Umweltrisikos
• hohe Energieeffizienz

Das Ergebnis dieser Entwicklungsarbeit ist das Epiprovit-Brine Cycle-Verfahren.

Modulare Gesamtanlage

Die Gesamtanlage setzt sich aus einzelnen Modulen zusammen:
• Glycerinaufbereitungsanlage (G-Anlage) für die kontinuierliche Lieferung des Hauptrohstoffes Glycerin mit konstanter Qualität
• Epichlorhydrin-Anlage (ECH-G-Anlage) zur Herstellung von Epichlorhydrin aus Glycerin
• Soleaufbereitungsanlage (Brine Valorisation-Anlage), um die entstehende Sole zu reinigen, damit sie wieder der Chloralkali-Elektrolyseanlage zugeführt werden kann und damit den Stoffkreislauf schließt
• Nachverbrennungsanlage für die Behandlung der gasförmigen und flüssigen Rückstände mit integrierter Energierückgewinnung
Verfahrensbeschreibung

Chlorwasserstoff
Die Ausgangsstoffe für die Chlorwasserstoffsynthese sind Wasserstoffgas (H2) und Chlorgas (Cl2). Das HCl-Gas wird wegen der stark exothermen Reaktion von H2 und Cl2 in einem Brenner hergestellt.

Glycerin
Das ECH-Verfahren benötigt Reinglycerin. Mit einer Glycerin-Aufbereitungsanlage am gleichen Standort kann man auch Rohglycerin verarbeiten, somit die Vorteile einer kontinuierlichen und unabhängigen Rohstoffversorgung nutzen und durch den Einsatz hochreiner Rohstoffe eine Reduktion der Betriebskosten der ECH-Anlage erzielen.

Verfahrensschritte
Chlorierung des Glycerins
Das Glycerin wird durch HCl-Gas chloriert. Im ersten Reaktionsschritt reagiert das Glycerin mit dem Chlorwasserstoff zu Monochlorhydrin (MCH) und Wasser. Im zweiten Reaktionsschritt wird das gebildete MCH mit Chlorwasserstoff zu Dichlorhydrin (DCH) und Wasser umgesetzt.

Für die Produktion von Epichlorhydrin wird nur DCH benötigt. Das Gemisch von MCH, DCH und Glyzerin wird durch Destillation getrennt, das wässrige DCH wird in die Verseifung übergeführt und die restliche Reaktionsmischung erneut chloriert.

Herstellung von Epichlorhydrin: Die Verseifung
Das Epichlorhydrin wird durch die Verseifung von DCH gewonnen, die mit der Zugabe von Natriumhydroxid (NaOH) erzielt wird. Die resultierende Lösung von ECH und stöchiometrisch induziertem DCH, sowie Wasser und Salz (NaCl), werden durch Rektifikation wieder getrennt.

Reinigung des Epichlorhydrins
Das Epichlorhydrin wird in der nachfolgenden Rektifikation I großteils vom Wasser getrennt und die verbleibende Salz-Wasser-Mischung einer weiteren Verseifung (Nachverseifung) zugeführt. Das reine Epichlorhydrin wird in der Rektifikation II durch neuerliche Destillation gewonnen. Die Behandlung der Sole aus der Nachverseifung erfolgt in der von KVT entwickelten Sole-Reinigungsanlage.

Nachverbrennung und Solereinigung
Die anfallenden organischen Reststoffe aus der Rektifikation II, Chlorierung und Glycerin-Aufbereitung werden thermisch in der Nachverbrennungsanlage behandelt. Als Brennstoff kommt hier der überschüssige Wasserstoff aus dem Chlorierungs-Schritt zum Einsatz. In der Wärmerückgewinnung wird Dampf, der wieder im Prozess verwendet wird, produziert. 

Die resultierende Sole aus der Verseifung wird in der Brine Valorisation-Anlage behandelt und in der Chloralkali-Elektrolyse wieder eingesetzt, womit der Kreislauf sich wieder schließt.

Vorteile
Im Vergleich zu dem auf Propen basierendem Verfahren (ECH-P) zeichnet sich das Epiprovit-Brine Cycle-Verfahren durch folgende Merkmale aus:

• Es zeigt eine signifikante Reduktion der Nebenprodukte bei der Chlorierung. Die effizienten Chlorierungs- und Verseifungsschritte minimieren die chlorierten Nebenprodukte. Das ECH-P-Verfahren benötigt im ersten Verfahrensschritt höhere Temperaturen und es entstehen größere Mengen Nebenprodukte.
• Der Wasserstoff muss nicht aufwändig getrennt werden. Der Wasserstoffüberschuss wird in der Nachverbrennungsanlage als Brennstoff genutzt, so dass der Erdgasverbrauch minimiert wird. Der Energieinhalt der Verbrennungsgase wird effizient zur Dampferzeugung genutzt. Daraus resultieren höhere Effizienz und geringerer Energieverbrauch.
• Der Chlor-Bedarf im Chlorierungs-Schritt ist deutlich geringer. Weiters ergibt sich durch den günstigeren Rohstoff Glycerin eine wesentliche Kosteneinsparung.
• Es ist das einzige Verfahren mit einem integrierten Solereinigungs-System (Brine Valorisation). Die Sole wird aufbereitet und die reine Salzlösung wieder der Chloralkali-Elektrolyse zugeführt, wodurch ebenfalls die Betriebskosten reduziert werden.
• Durch die Rückführung der Sole in die Chlor Alkali Elektrolyse werden die gefürchteten Calziumchlorid-Rückstände vermieden, die die Umwelt durch hohe AOX-Gehalte erheblich belasten.

Die optimalen Voraussetzungen für das Epiprovit-Brine Cycle-Verfahren mit seinem geschlossenen Stoffkreislauf sind gegeben wenn:
• eine Elektrolyse-Anlage vorhanden ist, die H2 und Cl2, bzw. HCl-Gas, liefert und die gereinigte Sole wiederum als Ausgangsstoff nutzen kann.
• der Endnutzer, normalerweise ein Epoxidharz-Hersteller, in der Nähe ist, damit der Transportweg möglichst kurz gehalten wird, um das Umweltrisiko zu minimieren, da Epichlorhydrin eine toxische Chemikalie ist.

Das Epiprovit-Brine Cycle-Verfahren ist eine modulare Technologie, die unterschiedliche Kombinationen der einzelnen Module, in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen ermöglicht.

 

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