TechFak

Projektierungskurs 2013CBI

 

Aufgabenstellung

Vinylchlorid (VC) ist Ausgangsstoff für die Herstellung von Polyvinylchlorid (PVC). Mittels Suspensions- bzw. Emulsionspolymerisation wird aus dem Monomer Vinylchlorid PVC hergestellt. PVC ist ein Massenkunststoff mit einer Produktionsmenge von über 32 Mio t/a.

Im Rahmen des Projektierungskurses soll eine Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid konzipiert und ausgelegt werden. Ausgehend von Ethen wird zunächst durch Direktchlorierung Chlor an Ethen angelagert und 1,2-Dichlorethan (EDC) gebildet. In einem nachgeschalteten Spaltofen wird durch thermische Spaltung Chlorwasserstoffgas von EDC abgetrennt, wobei Vinylchlorid entsteht. Das im Spaltofen erzeugte Chlorwasserstoffgas wird zurückgeführt und mit Sauerstoff und Ethen mittels Oxychlorierung in einer Wirbelschicht zu EDC umgesetzt. EDC wird damit sowohl über die Direktchlorierung als auch über die Oxychlorierung hergestellt. Beide Teilströme werden gemeinsam in den Spaltofen geleitet, wo durch Chlorwasserstoffabspaltung das Zielprodukt Vinylchlorid entsteht.
Bei der Oxychlorierung wird typischerweise ein kupferhaltiger Katalysator eingesetzt. Es ist insbesondere darauf zu achten, dass möglichst wenig Katalysator aus der Wirbelschicht ausgetragen wird. Ausgetragener Katalysator kann sich in der nachgeschalteten Aufreinigungsstufe partiell in Wasser lösen. Die Kupferionen sind aus der wässrigen Phase zu entfernen.

Das für die Direktchlorierung benötigte Chlorgas wird ausgehend von Steinsalz durch eine Chloralkalielektrolyse hergestellt. Als Nebenprodukt fällt Natronlauge an, die nach entsprechender Aufkonzentrierung als Wertprodukt z. B. für Reinigungsaufgaben in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden kann.

Der Herstellprozess von Vinylchlorid ist so zu gestalten, das in der Anlage VC mit folgenden Spezifikationen erhalten werden kann:

Vinylchlorid min. 99,96 Gew.%
Methylchlorid max. 80 mg/kg
Ethylchlorid max. 60 mg/kg
Dichlorethan max. 6 mg/kg
Wasser max. 50 mg/kg

Alternativ zum chemischen Weg soll eine biotechnologische Route zur Herstellung von VC ausgelegt und im Hinblick auf ihre industrielle Umsetzung bewertet werden.

Für alle Routen sind Gesamtverfahrenskonzepte zu entwickeln, Apparate auszulegen und die Herstellkosten zu ermitteln und gegenüberzustellen. Die Betrachtung ist für eine Kapazität von 300.000 t/a VC bei 8000 Betriebsstunden/a durchzuführen. Die verschiedenen Prozessrouten sind hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit zu bewerten.