PRETACA - Produktion von Ethylen und Essigsäure durch oxidative Dehydrierung von Ethan

Motivation

Von allen relevanten Produktionsprozessen der Grundstoffchemie ist das „Steam-Cracken“ (Dampf-Spaltung) das wichtigste petrochemische Herstellungsverfahren, um Grundchemikalien wie Ethylen, Propylen, Butadien und Benzol herzustellen. Dabei emittieren Steam-Cracker sehr hohe CO₂ Mengen im Bereich von ca. 0,76 Tonnen CO₂ je Tonne Produkt. Alternative, effizientere Prozesse zur Ethylenherstellung können daher ein großes CO₂-Einsparpotential eröffnen.

Forschungsziele und Vorgehen

Ein solch alternativer Prozess ist die oxidative Dehydrierung von Ethan (ODHE), ein katalytisches Verfahren, bei dem neben Ethylen zusätzlich auch das Wertprodukt Essigsäure entsteht. Aufgrund der Exothermie der eigentlichen Reaktion und der damit verbundenen milden Reaktionstemperaturen im Bereich von 300-400°C sind für die ODHE Prozesskonzepte denkbar, die eine weitestgehend CO₂-neutrale (bzgl. scope 1 und scope 2 CO₂ Emissionen) Ethylen- und Essigsäureproduktion ermöglichen.

Die Erarbeitung genau solcher CO₂-minimierter Verfahrenslösungen ist ein Forschungsziel im Projekt. Bei der ODHE-Technologie lässt sich zudem das Verhältnis der Wertprodukte Ethylen und Essigsäure anpassen. Jedoch liegt auch gerade hier zusätzlicher Forschungsbedarf und ein weiteres Ziel des Projekts: Einerseits soll die Gesamtproduktausbeute deutlich gesteigert werden, was einer Minimierung der direkten CO₂ Emissionen gleichkommt, andererseits soll der Bereich des einstellbaren Ethylen-Essigsäure-Verhältnisses deutlich erweitert werden. Somit käme die ODHE-Technologie zum einen als Substitution des etablierten Steam-Crackings in Frage, d.h. vernachlässigbare Mengen an Essigsäure, zum anderen, im Falle hoher Essigsäuremengen, könnten weitere, nachgelagerte Produktionsprozesse, wie die Vinylacetatmonomer-Herstellung, direkt durch die ODHE-Technologie bedient werden.

Insgesamt basieren die Forschungsarbeiten dabei auf vier Säulen:

1. Steigerung der Gesamtproduktausbeute von Ethylen und Essigsäure und damit direkte Minimierung der Nebenprodukte CO und CO₂.
2. Prozessintensivierung durch Erarbeitung von Konzepten zur maximalen energetischen Prozessintegration.
3. Neue Konzepte zur Aufreinigung der Einsatz- und Produktströme. Dies betrifft auch die Katalysatorherstellung.
4. Erforschung alternativer Konzepte zur Substitution klassischer Prozessinfrastruktur durch alternative Prozessschritte und der Integration von erneuerbarer Energie. Hierzu gehört auch die Erarbeitung zur Integration des ODHE Prozesses mit Folgeverfahren einerseits sowie andererseits in bestehende Stream-Cracker für deren Kapazitätserweiterung.