Projektierungskurs

WS 2014/15

Planung einer Anlage zur Herstellung von Toluoldiisocyanat

 

 

Leitung:
Prof. Dr.-Ing habil. K.-E. Wirth

Partnerunternehmen:
Bayer Technology Services

 

 

ProjektierungsKurs

2014
 
 
Gruppen
 
Gruppe 7 (LTT): Elektrolyse im Chlorkreislauf
Jürgen Gebhard, Sebastian Bornschlegel, Mona Friedrich, Sebastian Luther, Stefanie Bohnenstengel, Susanne Lind, Hanno Richter

Ziel der Gruppe 7 ist es, das für die Phosgenherstellung benötigte reine Chlorgas zur Verfügung zu stellen, welches bei der Produktaufreinigung nach dem Phosgenierungsprozess als Chlorwasserstoff in großen Mengen anfällt. Da der Transport von Chlorgas im industriellen Maßstab in Deutschland untersagt ist, muss die benötigte Chlorgas-Menge vor Ort hergestellt werden. Ein Verkauf der Salzsäure ist aus heutiger Sicht unwirtschaftlich, da der Markt bereits gesättigt ist. Um einen möglichst effizienten und ressourcenschonenden Gesamtprozess auszulegen, ist es sinnvoll den anfallenden Chlorwasserstoff zu recyceln. Hierzu bietet sich eine elektrolytische Spaltung in H2 und Cl2 an. Der Chlorwasserstoff wird in Wasser absorbiert und als Salzsäure dem Elektrolyseprozess zugeführt. Das auf diese Weise gewonnene Chlorgas wirdwieder der Phosgen-Herstellung zurückgeführt. Der in gleicher Größenordnung entstehende Wasserstoff wird zur Ergänzung der Menge an Wasserstoff bei der Hydrierung eingesetzt. Zu diesem Zweck werden verschiedene Elektrolyse-Verfahren in Hinblick auf Energiebedarf, Massenströme und Produktreinheit verglichen. Nach eingehender Betrachtung der Randbedingungen und Wirtschaftlichkeit soll ein geeignetes Verfahren ausgewählt werden.

 
Gruppe 8 (LSTM): Vermischung der Eduktströme bei der Phosgenierung
Long Zhou, Thomas Stiegler, Theresa Schubert, Jacqueline Riekert, Ye Liu

Die Phosgenierung ist ein wichtiger Prozesschritt in der Herstellung von Toluoldiisocyanat (TDI). Bei diesem Schritt wird Toluoldiamin (TDA) mit Phosgen in das Zielprodukt umgewandet. Dabei befinden sich TDA sowie Phosgen im gasförmigen Zustand. Die Aufgabe von Gruppe 8 beststeht darin eine ausreichende und schnelle Mischung der beiden Gase zu gewährleisten. Dies wird durch ein passendes Design eines Mischers, sowie der Einhaltung von vorgegebenen und notwendigen Parameter versucht zu realisieren. Dabei wird eng mit Gruppe 2 (CRT: Reaktionstechnische Auslegung der Reaktoren für die Phosgenherstellung und für die Phosgenierung) zusammengearbeitet.

 
Gruppe 9 (EVT): Energetische Nutzung der Abwärme und Bereitstellung von Prozessdampf
Jasaman Mehrazar, Amrei Evert, Ji-Hyoung Choi, Jürgen Wolf, Dominik Müller

Bei der Herstellung von Toluoldiisocyanat (TDI) aus Toluol fällt bei verschiedenen Prozessschritten wie z.B. der Hydrierung von Dinitrotoluol Abwärme an. Die gesamte Abwärme aus der Anlage soll möglichst sinnvoll z.B. zur Stromproduktion genutzt werden. Dabei ist auf die am Standort verfügbare Infrastruktur wie z.B. Dampfschienen und der Wärmebedarf an anderen Stellen innerhalb der Anlage Rücksicht zu nehmen. Dazu muss eng mit der Gruppe 12 (Wärmeverbund) zusammengearbeitet werden.

Im Zuge des Anfahrprozesses der gesamten Anlage muss diese mit Heizdampf vorgewärmt werden. Beim Abfahren wird ebenfalls Dampf benötigt. Für diese beiden Fälle soll ein wirtschaftliches Konzept für die Heizdampfbereitstellung erstellt werden.

 
Gruppe 10 (EVT): Abgasaufbereitung
Johannes Fehringer, Nicola Cebulla, Daniel Höftberger, Hendryk Steldinger, Anja Nowak

Bei der Herstellung von Toluoldiisocyanat (TDI) fällt bei der Aufbereitung nach der Nitrierung von Toluol Abgas mit hohen NOx-Gehalten an. Dieses Abgas muss aufgereinigt werden, sodass es die gesetzlichen Normen einhält. Dabei liegt der spezielle Fokus auf einer Reduzierung der Stickoxide. Ziel ist die Ausarbeitung von möglichst wirtschaftlichen Verfahren dieser Abgasaufbereitung.

Ein weiterer Fokus liegt auf der Reinigung von Phosgengas, welches sowohl bei der Phosgenherstellung als auch bei der Aufreinigung nach der Phosgenierung anfällt. Aufgrund der starken Toxizität des Gases muss sichergestellt werden, dass kein Phosgen in die Umgebung freigesetzt wird. Eine Aufreinigung der anfallenden Gasmengen ist daher innerhalb des abgekapselten Bereichs nötig.

 
Gruppe 11 (LFG.): Wirbelschicht und Feststoffhandling
Rubitha Srikantharajah, Eunmi Im, Yikalo Tecle, Jan Herzog, Jens Frühhaber, Thomas Meincke

Innerhalb des Projektierungskurses kommt der Feststoffhandling-Gruppe die Aufgabe zu Teil den Umgang mit Feststoffen in der Gesamtanlage zu konzeptionieren. Bei der Projektierung der TDI-Anlage erfolgt die Hydrierung von Dinitrotoluol zu Toluoldiamin in einem Suspensionsreaktor. Dabei spielt die Auswahl des Katalysators, die Suspensionszusammensetzung sowie die Abtrennung und Regeneration des Katalysators im Gesamtprozess eine entscheidende Rolle.

Im Destillatsumpf der Aufreinigung geht TDI in bestimmten Mengen verloren. Die Rückgewinnung dieses TDIs kann nach Eindampfen durch ein mechanisch gerührtes Wirbelbett, in einem sogenannten Schaufeltrockner (CFT-Trockner) wieder gewonnen werden. Diese patentierte Methode ist auszuarbeiten und hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit zu bewerten.

Sollten typische Prozesse der mechanischen Verfahrenstechnik, wie etwa ein Hydrozyklon, im Gesamtprozess vorkommen, so ist es die Aufgabe der Gruppe die Flieh- und Strömungskräfte, Druckverluste und Trenngrade im Prozess zu gestalten. Zusätzlich ist die Bearbeitung von kosteneffizienten Methoden zur Förderung und Lagerung von Feststoffen zu bewerten. Außerdem kann Sie bei der Konstruktion des Apparates unterstützend mitwirken.

 
Gruppe 12 (LTT): Energie- bzw. Wärmetechnische Optimierung der Gesamtanlage
Fabian Kronawitter, Jakob Marinkovic, Susanne Lind, Sebastian Luther, Mayra Fernanda Calvache Ruales, Sebastian Bornschlegel, Tanja Bosch

Die Planung einer effizienten Anlage zur Herstellung von Toluoldiisocyanat (TDI) beinhaltet auch die optimale Nutzung von Ressourcen. Wie alle verfahrenstechnischen Großanlagen hat auch die Herstellung von TDI bei einigen Verfahrensschritten einen erheblichen Energie- bzw. Wärmebedarf, während bei anderen Prozessschritten Energie in Form von Wärme abgeführt werden muss. Die Gruppe ist dafür zuständig eine globale Wärmebilanz aufzustellen und einen übergreifenden Wärmeverbund zur Optimierung der Gesamtanlage auszulegen.

Hierfür ist insbesondere ein wirtschaftliches Konzept zu erarbeiten, welches die großen, auf einem breiten Temperaturniveau anfallenden, Energiemengen sinnvoll nutzt und für andere Stellen des Gesamtprozesses verfügbar macht. In diesem Zusammenhang sind Wärmeübertrager und -pumpen auszulegen und die möglichen Apparatevarianten in Zusammenarbeit mit den anderen Gruppen (z.B. Apparatebau, Reaktorauslegung) abzustimmen.

Im Vordergrund soll nicht die detaillierte Auslegung der Apparate stehen (jedoch anhand jeweils eines Apparatetyps dies exemplarisch durchzuführen), sondern die grundsätzliche Optimierung und Koordination des Energiehaushaltes der Gesamtanlage. Außerdem soll die längerfristige Kostenersparnis durch den Einbau des Wärmeverbunds aufgezeigt werden.

 
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