Description: Herstellung von Styrol aus den Produktionsschritten "Synthese von Ethylbenzol durch Alkylierung von Benzol mit Ethylen" und "direkte Dehydrogenierung von Ethylbenzol zu Styrol". Im allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass beide Produktionsschritte in demselben Werk stattfinden. Die Ethylbenzolsynthese kann nach zwei verschiedenen Verfahrensrouten durchgeführt werden: die bevorzugte Lewis-Säuren-katalysierte (meist AlCl3) Flüssigphasen-Ethylierung und daneben die heterogene mit sauren Trägerkatalysatoren oder auch Lewis-Säuren durchgeführte Gasphasen-Ethylierung. An die katalytische Umsetzung von Benzol mit Ethylen schließt sich eine destillative Aufarbeitung des Produktgemisches an. Dabei wird einerseits nicht umgesetztes Benzol abgetrennt, das wieder als Edukt eingesetzt wird, andererseits erfolgt die Reinigung von Ethylbenzol. Bei der anschließenden direkten Dehydrogenierung wird Styrol durch katalytische Wasserstoffabspaltung von Ethylbenzol erzeugt. Es wird zwischen zwei verschiedenen Verfahren, deren Unterschied in der Art der Wärmezufuhr liegt unterschieden. Bei der adiabatischen Variante wird die Wärme direkt mittels überhitztem Wasserdampf zugeführt. Hingegen wird bei einer isothermen Reaktionsführung die erforderliche Wärme indirekt durch ein Brenngas zur Verfügung gestellt. Auf die Dehydrogenierung in einem Reaktor folgt eine aufwendige Reinigung des Rohstyrols, wobei auch nicht umgesetztes Ethylbenzol zurückgewonnen wird. Die Herstellungskapazität an Ethylbenzol belief sich 1986 weltweit auf ca. 14,2 Mio. Tonnen (Nordamerika 5,9 Mio. t, Westeuropa 3,8 Mio. t). Über 99 % der Ethylbenzolproduktion wird für die Herstellung von Styrol eingesetzt. Die Synthese von Ethylbenzol beruht zu über 96 % auf der Akylierung von Benzol mit Ethylen (Ullmann 1987). Dabei werden wiederum 47 % der Weltproduktion an Benzol für die Synthese von Ethylbenzol verwendet (Weissermel 1994). Die weltweite Produktionskapazität an Styrol betrug 1993 ca. 17 Mio. Tonnnen. Die Verteilung auf die wichtigsten Erzeugermärkte kann der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1994). Styrol wird fast ausschließlich zur Herstellung von Kunststoffen eingesetzt. Dabei entfallen ungefähr 65 % der Styrolproduktion auf die Synthese von Polystyrol. Rohstoff für den zweiten Produktionsschritt der Styrolerzeugung ist Ethylbenzol, wobei 85 % der Produktion über die direkte Dehydrogenierung von Ethylbenzol verläuft. Bei der Dehydrogenierung unterscheidet man zwischen der adiabatischen Dehydrogenierung (über 75 % aller Styrol-Produktionsanlagen) und der isothermen Dehydrogenierung (z. B. BASF mit ca. 7 % der Weltkapazität) (Ullmann 1994). Bei der Bildung der Kennziffern für GEMIS wird allgemein die Herstellung von Styrol bilanziert. Spezielle Daten zu einzelnen Verfahren liegen nicht vor. Die gebildeten Kennziffern beziehen sich auf die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre (#1) bzw. Anfang der 90er Jahre (#2). Die Emissionsangaben aus (Tellus 1992) beziehen sich auf die Produktion in den USA in den 80er Jahren. Tabelle 1 Anteil der Erzeugermärkte an der weltweiten Produktionskapazität an Styrol, 1993. Region Anteil in % Nordamerika 35 Westeuropa 27 Japan 16 Korea 7 Fernost 5 Osteuropa 5 Südamerika 4 Mittlerer Osten 1 Allokation: hier keine, aber in Vorketten (energetisch) Genese der Daten: Massenbilanz - Für die Herstellung einer Tonne Styrol werden als Rohstoffe 815 kg Benzol und 300 kg Ethylen benötigt. Dabei fallen an Nebenausbeuten (u. a. Toluol) ca. 65 kg an, die in GEMIS nicht weiter bilanziert werden. Weiterhin entstehen 0,43 kg feste Produktionsabfälle [nach #1, die Werte wurden von 974,8 kg auf 1000 kg Styrol umgerechnet]. Energiebedarf: Nach #2 werden für die Herstellung von 1 t Styrol 0,334 GJ an elektrischer Energie und 4,872 GJ an Energieträgern benötigt. Als Gesamtsumme ergibt sich ein Wert von ca. 5,2 GJ. Prozessbedingte Luftemissionen: In (#3 werden die prozeßbedingten VOC-Emissionen bei der Ethylbenzol- und der Styrolherstellung abgeschätzt. Daraus ergibt sich für den Gesamtprozeß (Ethylbenzolherstellung und Weiterverarbeitung zu Styrol) der Styrolherstellung ein Wert von ca. 0,90 kg VOC/t Styrol [dieser Angabe wurde ein Einsatz von 1,077 t Ethylbenzol für die Herstellung einer Tonne Styrol zugrundegelegt (Tellus 1992)]. Aus den Angaben bei (Tellus 1992) wurde für Benzol ein Emissionswert von 0,96 kg/t Styrol berechnet. In (Tellus 1992) werden Daten aus der Primärquelle „U.S. EPA, Toxic Air Pollutant Emission Factors, 1988“ verwendet. Wasser: In #2 wird der Wasserbedarf zur Herstellung einer Tonne Styrol mit 166 kg beziffert, hinzu kommen weitere 1922 kg an Dampf. Für die Abwasserkennziffern BSB5, CSB und TOC stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Aus #1 kann entnommen werden, daß der BSB5-Wert gleich null ist. An Parametern nach Maßnahmen zur Abwasserbehandlung werden bei (Tellus 1992) eine Reihe von organischen und anorganischen Stoffen aufgeführt. Stellvertretend werden hier Phenol 0,00087 kg/t Styrol und Zink 0,000010 kg/t Styrol als nutzerdefinierte Emissionen genannt. In (Tellus 1992) werden dabei Werte aus „U.S. EPA, Contractors Engineering Report, 1981“ verwendet. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 123% Produkt: Grundstoffe-Chemie
Types:
Text {
text_type: Report,
}
Comment: Kurzinfo: Datensatz aus GEMIS. Negative Werte durch Gutschriftenrechnung. GEMIS steht für “Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme“; es ist ein Softwaretool des Öko-Instituts. GEMIS wurde 1987 erstmals angewendet und wird seitdem weiterentwickelt. Die GEMIS-Datensätze beruhen - je nach Anwendung - auf unterschiedlichen Methoden; auch der zeitliche und der örtliche Bezug der Datensätze sind verschieden. Methode bei Prozessen mit mehreren Outputs: Zur Modellierung der Datensätze zu Multi-Output Prozessen wird in GEMIS die Methode der Systemerweiterung verwendet. Hierbei werden Datensätze, in denen jeweils alle Inputs, alle Outputs und alle Umweltaspekte eines Multi-Output Prozesses ausgewiesen sind, als “Brutto“ bezeichnet. Durch Subtraktion von ‚Bonus’-Prozessen, die jeweils einen der Outputs auf herkömmliche Weise bereitstellen, entsteht ein Nettoprozess, in denen das substituierte Nebenprodukt als Gutschrift erscheint. Die Gutschrift ist dabei kein realer Output des Prozesses, sondern ein rechnerischer ‚Merker’. Beispiel: Multi-Output Prozess Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/brutto: Output ist 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ Wärme, der “Netto“-Datensatz soll sich aber nur auf die Elektrizität beziehen. Durch Subtraktion des Bonusprozesses Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020 mit dem Output Wärme(0,6 TJ) entsteht der “Netto“-Datensatz Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/Gas, für den als Output 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ ‚Gutschrift Wärme-Bonus-für-KWK (Bio)-2020 bei Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020’ angegeben werden; die Gutschrift stellt keinen Stoff- oder Energiefluss des Prozesses dar, sie ist allein rechnerisch begründet. Transport: Angaben zu den angesetzten Transportdistanzen werden nicht gegeben. Abschneidekriterien: Wasser wird in der Regel nur auf der Inputseite angegeben (etwa als Kühlwasser), auch wenn es den Prozess wieder verlässt als Abwasser. Weitere Angaben zu angewendeten Abschneidekriterien werden nicht gegeben. Besondere Nomenklatur: Zahlreiche Abkürzungen für Brennstoffe aus Biomasse und entsprechende Technologien. Besonderheiten auf Datensatzebene: Die Datensätze sind mit Vorketten-Datensätzen verknüpft, in denen die jeweils benötigten Vorprodukte, Energien und Transportleistungen erzeugt werden. Die Daten zu den Umweltaspekten werden erstens “direkt“ (d.h., nur aus dem jeweiligen Prozess, falls dieser direkt zu Umweltaspekten beiträgt) als auch “mit Vorkette“ (d.h., einschließlich aller vorausgehenden Prozesse) ausgewiesen. Negative Werte für Stoffflüsse kommen in GEMIS regelmäßig vor; sie entstehen durch die Anwendung von Systemerweiterung um Multi-Output Prozesse in Single Output Prozesse umzurechnen. Teilweise werden Aufwendungen für Produktionsmittel (Anlagen, Fahrzeuge etc.) aufgeführt (als Stoffflüsse im Input); diese sind jedoch nicht auf die funktionelle Einheit bezogen, sondern werden als absolute Werte angegeben; sie werden nur als Input und nicht als Output (Entsorgung der Betriebsmittel) angegeben. Die durch die Herstellung dieser Produktionsmittel verursachten Umweltaspekte sind dagegen über Leistung, jährliche Auslastung und Lebensdauer auf die funktionelle Einheit bezogen Weiterführende Hinweise und Literatur: #1: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.2, Handbuch, Darmstadt, August 2004. #2: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.1, Handbuch, Darmstadt, Darmstadt, Januar 2003. #3: Fritsche, U., et al.: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse, Verbundprojekt gefördert vom BMU im Rahmen des ZIP, Projektträger: FZ Jülich, Mai 2004, Anhangband zum Endbericht. #4: Fritsche, U., et al.: Umweltanalyse von Energie-, Transport- und Stoffsystemen: Gesamt-Emissions-Modell integrierter Systeme (GEMIS) Version 2.1 - erweiterter und aktualisierter Endbericht, U. Fritsche u.a., i.A. des Hessischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Bundesangelegenheiten (HMUEB), veröffentlicht durch HMUEB, Wiesbaden 1995
Origin: /Bund/UBA/ProBas
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