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Identification of Priority Topics in the Field of Sustainable Chemistry

To enable the ISC3 a quick start in its substantive work, the customers (⁠ UBA ⁠/⁠ BMUB ⁠) have commis-sioned the drafting of three studies. The objective of this study was to identify to identify priority top-ics, i.e. technical solutions, concepts, business models etc., in the field of Sustainable Chemistry. A desk-top research has been performed to elucidate specific challenges and recent innovations in different fields of application and industrial sectors: 1) petrochemicals and base chemicals, 2) polymers,3) agro-chemicals (pesticides), 4) fertilisers, 5) coatings, dyes, pigments and adhesives, 6) detergents, cleaning agents and personal care products, 7) chemical fibres, 8) construction chemistry , 9) pharmaceuticals, 10) nanomaterials. Other chapters depict funding programmes and awards related to sustainable chemistry in the EU and the U.S., as well as tax instruments, funding and regulatory framework condi-tions supporting sustainable chemistry in Brazil as an example of a major emerging region with strong chemical industry. Finally, two separate chapters have been dedicated to the issue of sustainability assessment, in which a more in-depth discussion on the aspect of sustainability is provided for two examples: a) construction materials for thermal insulation as an application field and b) different synthesis routes from fossil and renewable feedstock to acrylic acid. Veröffentlicht in Texte | 83/2017.

Chem-Org\LDPE-DE-2030

LDPE-Polymerisation: In dieser Prozeßeinheit wird die Polymerisation von Ethylen zu LDPE (Low Density PolyEthylen) betrachtet. LDPE wird in einem Hochdruckverfahren hergestellt, wobei entweder ein Röhrenreaktor oder ein Autoklav als Reaktor eingesetzt wird. In einem ersten Schritt wird der Rohstoff Ethylen verdichtet. Anschließend findet in einem Röhrenreaktor oder einem Autoklaven unter hohem Druck und Temperatur mit Hilfe eines Radikalstarters (Peroxid) und Katalysators (Chrom- oder Titan-Basis) die Polymerisation von Ethylen statt. Danach wird das Reaktionsgemisch aufgetrennt. Nicht umgesetztes Ethylen wird nach erneuter Verdichtung wieder dem Reaktor zugeführt. Das Polymerisat (LDPE) wird in einem weiteren Trennungsschritt von noch verbliebenem Ethylen und entstandenen Ölen befreit. Es folgen die Extrusion, Granulierung, Trocknung, Lagerung oder Verpackung des Produkts. Prozess-Situierung: Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedene Polymere unterscheiden: HDPE (high density polyethylen), LLDPE (linear low density polyethylen) und LDPE (low density polyethylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t können für das Jahr 1990 der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). Nach (APME 1994) wurden in Westeuropa 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE (Gesamtsumme an PE: 9,737 Mio. t) produziert. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Für die Bilanzierung der LDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (Brown 1985), (Tellus 1992), (BUWAL 1991), (PWMI 1993), (OEKO 1992c) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien (Brown 1985) (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Emissionswerte) beziehen sich auf die Herstellung von LDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik Anfang der 80er Jahre. Die BUWAL-Studie (Massenbilanz, Abwasserwerte) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die LDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1016,14 kg Ethylen eingesetzt. Für die Polymerisationsreaktion werden weiterhin Hilfsstoffe und Zusätze (3,78 kg) benötigt (#1). Diese Stoffe sind in der BUWAL-Studie nicht weiter spezifiziert. Es wird angenommen, daß es sich dabei um Katalysatoren und Radikalstarter (Peroxide) handelt. Als Nebenausbeute (nicht näher spezifiziert) werden bei BUWAL 4,18 kg (mit einem Heizwert von 0,167 GJ/t LDPE) aufgeführt. Dabei handelt es sich vermutlich um Ethylen und Öle, die im letzten Trennungprozeß vom Produkt abgetrennt und als Energieträger verbrannt werden können. Als feste Abfälle fallen bei der Polymerisation 0,24 kg an. Energiebedarf: Nach #2 werden für die Herstellung von LDPE 2355,2 btu/lb (5,5 GJ/t) Energie benötigt. Davon entfallen 1280,9 btu/lb (3,0 GJ/t) auf elektrische Energie (wovon wiederum 998,9 btu/lb (2,3 GJ/t) an Kompressionsarbeit auf die Verdichtung von Ethylen entfallen) und 1074,3 btu/lb (2,5 GJ/t) auf den Energiegehalt des benötigten Dampfes. Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung von LDPE (7650 btu/lb bzw. 17,8 GJ/t) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (6600 btu/lb bzw. 15,4 GJ/t) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (1050 btu/lb bzw. 2,4 GJ/t) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu LDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der LDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 12 GJ abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der LDPE-Herstellung können prinzipiell flüchtige organische Verbindungen (VOC) als Luftemissionen entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der LDPE-Herstellung abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 1,5 - 10 kg VOC/t LDPE. Der größere Wert gibt die Emissionen von alten Anlagen wieder, während der kleinere Wert für Neuanlagen steht. Als Kenziffer für GEMIS wurde der Mittelwert von 5,8 kg VOC/t LDPE eingesetzt. Abwasser: Aus #1 kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von LDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort eine Vielzahl von Stoffen aufgeführt, von denen hier Chrom, 0,0302 lbs/ton LDPE (umgerechnet 0,015 kg/t), Benzol 0,0149 lbs/ton (umgerechnet 0,0075 kg/t) und Phenol, 0,00176 lbs/ton (umgerechnet 0,00088 kg/t) wiedergegeben wird. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,4% Produkt: Kunststoffe

Chem-Org\LDPE-DE-2010

LDPE-Polymerisation: In dieser Prozeßeinheit wird die Polymerisation von Ethylen zu LDPE (Low Density PolyEthylen) betrachtet. LDPE wird in einem Hochdruckverfahren hergestellt, wobei entweder ein Röhrenreaktor oder ein Autoklav als Reaktor eingesetzt wird. In einem ersten Schritt wird der Rohstoff Ethylen verdichtet. Anschließend findet in einem Röhrenreaktor oder einem Autoklaven unter hohem Druck und Temperatur mit Hilfe eines Radikalstarters (Peroxid) und Katalysators (Chrom- oder Titan-Basis) die Polymerisation von Ethylen statt. Danach wird das Reaktionsgemisch aufgetrennt. Nicht umgesetztes Ethylen wird nach erneuter Verdichtung wieder dem Reaktor zugeführt. Das Polymerisat (LDPE) wird in einem weiteren Trennungsschritt von noch verbliebenem Ethylen und entstandenen Ölen befreit. Es folgen die Extrusion, Granulierung, Trocknung, Lagerung oder Verpackung des Produkts. Prozess-Situierung: Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedene Polymere unterscheiden: HDPE (high density polyethylen), LLDPE (linear low density polyethylen) und LDPE (low density polyethylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t können für das Jahr 1990 der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). Nach (APME 1994) wurden in Westeuropa 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE (Gesamtsumme an PE: 9,737 Mio. t) produziert. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Für die Bilanzierung der LDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (Brown 1985), (Tellus 1992), (BUWAL 1991), (PWMI 1993), (OEKO 1992c) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien (Brown 1985) (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Emissionswerte) beziehen sich auf die Herstellung von LDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik Anfang der 80er Jahre. Die BUWAL-Studie (Massenbilanz, Abwasserwerte) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die LDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1016,14 kg Ethylen eingesetzt. Für die Polymerisationsreaktion werden weiterhin Hilfsstoffe und Zusätze (3,78 kg) benötigt (#1). Diese Stoffe sind in der BUWAL-Studie nicht weiter spezifiziert. Es wird angenommen, daß es sich dabei um Katalysatoren und Radikalstarter (Peroxide) handelt. Als Nebenausbeute (nicht näher spezifiziert) werden bei BUWAL 4,18 kg (mit einem Heizwert von 0,167 GJ/t LDPE) aufgeführt. Dabei handelt es sich vermutlich um Ethylen und Öle, die im letzten Trennungprozeß vom Produkt abgetrennt und als Energieträger verbrannt werden können. Als feste Abfälle fallen bei der Polymerisation 0,24 kg an. Energiebedarf: Nach #2 werden für die Herstellung von LDPE 2355,2 btu/lb (5,5 GJ/t) Energie benötigt. Davon entfallen 1280,9 btu/lb (3,0 GJ/t) auf elektrische Energie (wovon wiederum 998,9 btu/lb (2,3 GJ/t) an Kompressionsarbeit auf die Verdichtung von Ethylen entfallen) und 1074,3 btu/lb (2,5 GJ/t) auf den Energiegehalt des benötigten Dampfes. Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung von LDPE (7650 btu/lb bzw. 17,8 GJ/t) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (6600 btu/lb bzw. 15,4 GJ/t) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (1050 btu/lb bzw. 2,4 GJ/t) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu LDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der LDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 12 GJ abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der LDPE-Herstellung können prinzipiell flüchtige organische Verbindungen (VOC) als Luftemissionen entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der LDPE-Herstellung abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 1,5 - 10 kg VOC/t LDPE. Der größere Wert gibt die Emissionen von alten Anlagen wieder, während der kleinere Wert für Neuanlagen steht. Als Kenziffer für GEMIS wurde der Mittelwert von 5,8 kg VOC/t LDPE eingesetzt. Abwasser: Aus #1 kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von LDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort eine Vielzahl von Stoffen aufgeführt, von denen hier Chrom, 0,0302 lbs/ton LDPE (umgerechnet 0,015 kg/t), Benzol 0,0149 lbs/ton (umgerechnet 0,0075 kg/t) und Phenol, 0,00176 lbs/ton (umgerechnet 0,00088 kg/t) wiedergegeben wird. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2010 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,4% Produkt: Kunststoffe

Chem-Org\LDPE-DE-2005

LDPE-Polymerisation: In dieser Prozeßeinheit wird die Polymerisation von Ethylen zu LDPE (Low Density PolyEthylen) betrachtet. LDPE wird in einem Hochdruckverfahren hergestellt, wobei entweder ein Röhrenreaktor oder ein Autoklav als Reaktor eingesetzt wird. In einem ersten Schritt wird der Rohstoff Ethylen verdichtet. Anschließend findet in einem Röhrenreaktor oder einem Autoklaven unter hohem Druck und Temperatur mit Hilfe eines Radikalstarters (Peroxid) und Katalysators (Chrom- oder Titan-Basis) die Polymerisation von Ethylen statt. Danach wird das Reaktionsgemisch aufgetrennt. Nicht umgesetztes Ethylen wird nach erneuter Verdichtung wieder dem Reaktor zugeführt. Das Polymerisat (LDPE) wird in einem weiteren Trennungsschritt von noch verbliebenem Ethylen und entstandenen Ölen befreit. Es folgen die Extrusion, Granulierung, Trocknung, Lagerung oder Verpackung des Produkts. Prozess-Situierung: Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedene Polymere unterscheiden: HDPE (high density polyethylen), LLDPE (linear low density polyethylen) und LDPE (low density polyethylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t können für das Jahr 1990 der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). Nach (APME 1994) wurden in Westeuropa 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE (Gesamtsumme an PE: 9,737 Mio. t) produziert. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Für die Bilanzierung der LDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (Brown 1985), (Tellus 1992), (BUWAL 1991), (PWMI 1993), (OEKO 1992c) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien (Brown 1985) (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Emissionswerte) beziehen sich auf die Herstellung von LDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik Anfang der 80er Jahre. Die BUWAL-Studie (Massenbilanz, Abwasserwerte) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die LDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1016,14 kg Ethylen eingesetzt. Für die Polymerisationsreaktion werden weiterhin Hilfsstoffe und Zusätze (3,78 kg) benötigt (#1). Diese Stoffe sind in der BUWAL-Studie nicht weiter spezifiziert. Es wird angenommen, daß es sich dabei um Katalysatoren und Radikalstarter (Peroxide) handelt. Als Nebenausbeute (nicht näher spezifiziert) werden bei BUWAL 4,18 kg (mit einem Heizwert von 0,167 GJ/t LDPE) aufgeführt. Dabei handelt es sich vermutlich um Ethylen und Öle, die im letzten Trennungprozeß vom Produkt abgetrennt und als Energieträger verbrannt werden können. Als feste Abfälle fallen bei der Polymerisation 0,24 kg an. Energiebedarf: Nach #2 werden für die Herstellung von LDPE 2355,2 btu/lb (5,5 GJ/t) Energie benötigt. Davon entfallen 1280,9 btu/lb (3,0 GJ/t) auf elektrische Energie (wovon wiederum 998,9 btu/lb (2,3 GJ/t) an Kompressionsarbeit auf die Verdichtung von Ethylen entfallen) und 1074,3 btu/lb (2,5 GJ/t) auf den Energiegehalt des benötigten Dampfes. Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung von LDPE (7650 btu/lb bzw. 17,8 GJ/t) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (6600 btu/lb bzw. 15,4 GJ/t) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (1050 btu/lb bzw. 2,4 GJ/t) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu LDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der LDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 12 GJ abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der LDPE-Herstellung können prinzipiell flüchtige organische Verbindungen (VOC) als Luftemissionen entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der LDPE-Herstellung abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 1,5 - 10 kg VOC/t LDPE. Der größere Wert gibt die Emissionen von alten Anlagen wieder, während der kleinere Wert für Neuanlagen steht. Als Kenziffer für GEMIS wurde der Mittelwert von 5,8 kg VOC/t LDPE eingesetzt. Abwasser: Aus #1 kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von LDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort eine Vielzahl von Stoffen aufgeführt, von denen hier Chrom, 0,0302 lbs/ton LDPE (umgerechnet 0,015 kg/t), Benzol 0,0149 lbs/ton (umgerechnet 0,0075 kg/t) und Phenol, 0,00176 lbs/ton (umgerechnet 0,00088 kg/t) wiedergegeben wird. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2005 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,4% Produkt: Kunststoffe

Chem-Org\LDPE-DE-2000

LDPE-Polymerisation: In dieser Prozeßeinheit wird die Polymerisation von Ethylen zu LDPE (Low Density PolyEthylen) betrachtet. LDPE wird in einem Hochdruckverfahren hergestellt, wobei entweder ein Röhrenreaktor oder ein Autoklav als Reaktor eingesetzt wird. In einem ersten Schritt wird der Rohstoff Ethylen verdichtet. Anschließend findet in einem Röhrenreaktor oder einem Autoklaven unter hohem Druck und Temperatur mit Hilfe eines Radikalstarters (Peroxid) und Katalysators (Chrom- oder Titan-Basis) die Polymerisation von Ethylen statt. Danach wird das Reaktionsgemisch aufgetrennt. Nicht umgesetztes Ethylen wird nach erneuter Verdichtung wieder dem Reaktor zugeführt. Das Polymerisat (LDPE) wird in einem weiteren Trennungsschritt von noch verbliebenem Ethylen und entstandenen Ölen befreit. Es folgen die Extrusion, Granulierung, Trocknung, Lagerung oder Verpackung des Produkts. Prozess-Situierung: Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedene Polymere unterscheiden: HDPE (high density polyethylen), LLDPE (linear low density polyethylen) und LDPE (low density polyethylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t können für das Jahr 1990 der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). Nach (APME 1994) wurden in Westeuropa 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE (Gesamtsumme an PE: 9,737 Mio. t) produziert. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Für die Bilanzierung der LDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (Brown 1985), (Tellus 1992), (BUWAL 1991), (PWMI 1993), (OEKO 1992c) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien (Brown 1985) (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Emissionswerte) beziehen sich auf die Herstellung von LDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik Anfang der 80er Jahre. Die BUWAL-Studie (Massenbilanz, Abwasserwerte) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die LDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1016,14 kg Ethylen eingesetzt. Für die Polymerisationsreaktion werden weiterhin Hilfsstoffe und Zusätze (3,78 kg) benötigt (#1). Diese Stoffe sind in der BUWAL-Studie nicht weiter spezifiziert. Es wird angenommen, daß es sich dabei um Katalysatoren und Radikalstarter (Peroxide) handelt. Als Nebenausbeute (nicht näher spezifiziert) werden bei BUWAL 4,18 kg (mit einem Heizwert von 0,167 GJ/t LDPE) aufgeführt. Dabei handelt es sich vermutlich um Ethylen und Öle, die im letzten Trennungprozeß vom Produkt abgetrennt und als Energieträger verbrannt werden können. Als feste Abfälle fallen bei der Polymerisation 0,24 kg an. Energiebedarf: Nach #2 werden für die Herstellung von LDPE 2355,2 btu/lb (5,5 GJ/t) Energie benötigt. Davon entfallen 1280,9 btu/lb (3,0 GJ/t) auf elektrische Energie (wovon wiederum 998,9 btu/lb (2,3 GJ/t) an Kompressionsarbeit auf die Verdichtung von Ethylen entfallen) und 1074,3 btu/lb (2,5 GJ/t) auf den Energiegehalt des benötigten Dampfes. Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung von LDPE (7650 btu/lb bzw. 17,8 GJ/t) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (6600 btu/lb bzw. 15,4 GJ/t) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (1050 btu/lb bzw. 2,4 GJ/t) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu LDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der LDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 12 GJ abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der LDPE-Herstellung können prinzipiell flüchtige organische Verbindungen (VOC) als Luftemissionen entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der LDPE-Herstellung abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 1,5 - 10 kg VOC/t LDPE. Der größere Wert gibt die Emissionen von alten Anlagen wieder, während der kleinere Wert für Neuanlagen steht. Als Kenziffer für GEMIS wurde der Mittelwert von 5,8 kg VOC/t LDPE eingesetzt. Abwasser: Aus #1 kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von LDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort eine Vielzahl von Stoffen aufgeführt, von denen hier Chrom, 0,0302 lbs/ton LDPE (umgerechnet 0,015 kg/t), Benzol 0,0149 lbs/ton (umgerechnet 0,0075 kg/t) und Phenol, 0,00176 lbs/ton (umgerechnet 0,00088 kg/t) wiedergegeben wird. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,4% Produkt: Kunststoffe

Chem-Org\LDPE-DE-2020

LDPE-Polymerisation: In dieser Prozeßeinheit wird die Polymerisation von Ethylen zu LDPE (Low Density PolyEthylen) betrachtet. LDPE wird in einem Hochdruckverfahren hergestellt, wobei entweder ein Röhrenreaktor oder ein Autoklav als Reaktor eingesetzt wird. In einem ersten Schritt wird der Rohstoff Ethylen verdichtet. Anschließend findet in einem Röhrenreaktor oder einem Autoklaven unter hohem Druck und Temperatur mit Hilfe eines Radikalstarters (Peroxid) und Katalysators (Chrom- oder Titan-Basis) die Polymerisation von Ethylen statt. Danach wird das Reaktionsgemisch aufgetrennt. Nicht umgesetztes Ethylen wird nach erneuter Verdichtung wieder dem Reaktor zugeführt. Das Polymerisat (LDPE) wird in einem weiteren Trennungsschritt von noch verbliebenem Ethylen und entstandenen Ölen befreit. Es folgen die Extrusion, Granulierung, Trocknung, Lagerung oder Verpackung des Produkts. Prozess-Situierung: Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedene Polymere unterscheiden: HDPE (high density polyethylen), LLDPE (linear low density polyethylen) und LDPE (low density polyethylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t können für das Jahr 1990 der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). Nach (APME 1994) wurden in Westeuropa 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE (Gesamtsumme an PE: 9,737 Mio. t) produziert. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Für die Bilanzierung der LDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (Brown 1985), (Tellus 1992), (BUWAL 1991), (PWMI 1993), (OEKO 1992c) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien (Brown 1985) (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Emissionswerte) beziehen sich auf die Herstellung von LDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik Anfang der 80er Jahre. Die BUWAL-Studie (Massenbilanz, Abwasserwerte) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die LDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1016,14 kg Ethylen eingesetzt. Für die Polymerisationsreaktion werden weiterhin Hilfsstoffe und Zusätze (3,78 kg) benötigt (#1). Diese Stoffe sind in der BUWAL-Studie nicht weiter spezifiziert. Es wird angenommen, daß es sich dabei um Katalysatoren und Radikalstarter (Peroxide) handelt. Als Nebenausbeute (nicht näher spezifiziert) werden bei BUWAL 4,18 kg (mit einem Heizwert von 0,167 GJ/t LDPE) aufgeführt. Dabei handelt es sich vermutlich um Ethylen und Öle, die im letzten Trennungprozeß vom Produkt abgetrennt und als Energieträger verbrannt werden können. Als feste Abfälle fallen bei der Polymerisation 0,24 kg an. Energiebedarf: Nach #2 werden für die Herstellung von LDPE 2355,2 btu/lb (5,5 GJ/t) Energie benötigt. Davon entfallen 1280,9 btu/lb (3,0 GJ/t) auf elektrische Energie (wovon wiederum 998,9 btu/lb (2,3 GJ/t) an Kompressionsarbeit auf die Verdichtung von Ethylen entfallen) und 1074,3 btu/lb (2,5 GJ/t) auf den Energiegehalt des benötigten Dampfes. Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung von LDPE (7650 btu/lb bzw. 17,8 GJ/t) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (6600 btu/lb bzw. 15,4 GJ/t) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (1050 btu/lb bzw. 2,4 GJ/t) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu LDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der LDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 12 GJ abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der LDPE-Herstellung können prinzipiell flüchtige organische Verbindungen (VOC) als Luftemissionen entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der LDPE-Herstellung abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 1,5 - 10 kg VOC/t LDPE. Der größere Wert gibt die Emissionen von alten Anlagen wieder, während der kleinere Wert für Neuanlagen steht. Als Kenziffer für GEMIS wurde der Mittelwert von 5,8 kg VOC/t LDPE eingesetzt. Abwasser: Aus #1 kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von LDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort eine Vielzahl von Stoffen aufgeführt, von denen hier Chrom, 0,0302 lbs/ton LDPE (umgerechnet 0,015 kg/t), Benzol 0,0149 lbs/ton (umgerechnet 0,0075 kg/t) und Phenol, 0,00176 lbs/ton (umgerechnet 0,00088 kg/t) wiedergegeben wird. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2020 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,4% Produkt: Kunststoffe

Chem-Org\HDPE-DE-2000

HDPE-Polymerisation: In diesem Prozess wird die Polymerisation von Ethylen zu HDPE (High Density PolyEthylen) betrachtet. HDPE - und ebenso LLDPE (Linear Low Density PolyEthylen) - wird in Niederdruckreaktoren nach drei verschiedenen Verfahren hergestellt: 1. "slurry process" (eine Art von Suspensionsverfahren) 2. Lösungsverfahren 3. Gasphaseverfahren Beim "slurry process" wird Ethylen mit einem Katalysator (Ziegler), Lösungsmittel und weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen in einem Reaktor polymerisiert. Es entsteht ein Gemisch aus Polymer (HDPE), nicht umgesetztem Monomer, Lösungsmittel und Reststoffen. Monomer und Lösungsmittel werden wiederverwendet. Das Polymer wird getrocknet und zu Granulat weiterverarbeitet. Das Verfahren in Lösung ist ähnlich dem "slurry process", die Reaktion findet aber bei höherer Temperatur statt. Im Unterschied dazu arbeitet das Gasphaseverfahren ohne den Zusatz eines Lösungsmittels. Prozeßsituierung Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedenen Polymere unterscheiden: HDPE (High Density PolyEthylen), LLDPE (Linear Low Density PolyEhylen) und LDPE (Low Density PolyEthylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t für das Jahr 1990 können der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). In Westeuropa wurden nach (APME 1994) 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE produziert (Gesamtsumme: 9,737 Mio. t PE). Wegen der schlechten Datenlage und da weiterhin LLDPE in geringeren Mengen hergestellt wird, wurden für dieses Polymer keine eigenen Kennziffern generiert. Aufgrund der gleichen Herstellungsverfahren wie bei HDPE können für LLDPE näherungsweise die hier vorliegenden Kennziffern verwendet werden. Für die Bilanzierung der HDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (#2, Tellus 1992,#1, PWMI 1993, #3) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien #2 (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Abwasserwerte) beziehen sich auf die Herstellung von HDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Die Studie #1 (Massenbilanz) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die HDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1015 kg Ethylen eingesetzt. Dieser Wert zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Angaben (1020 kg) der Tellus-Studie (Tellus 1992). Für die Polymerisationsreaktion werden ein spezieller Olefinzusatz (5 kg) sowie weitere Hilfsstoffe und Zusätze (9 kg) benötigt (#1). Da die aufgeführten Stoffe in Quelle nicht weiter spezifiziert werden, können nur nachfolgende Annahmen gemacht werden: · unter spezieller Olefinzusatz sind Stoffe zur Regulierung der Kettenlänge des Polymers zu verstehen (z. B. Wasserstoff zum Abbruch der Polymerisation) · unter die verbleibenden 9 kg fallen Stoffe wie Katalysator und Lösungsmittel, diese werden im Gegensatz zu dem Olefinzusatz nicht in das Produkt eingebaut und können zurückgewonnen werden. An festen Abfällen entsteht bei der Polymerisation eine Menge von 0,1 kg. Da in der Tellus-Studie keinerlei quantitative Angaben zu Hilfsstoffen oder Zusätzen gemacht werden, werden für die Genese der Massenbilanz die Werte von BUWAL verwendet. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Herstellung einer Tonne HDPE nach dem slurry-Verfahren 1685,1 btu/lb (359,7 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) und nach dem Lösungsverfahren 1858,0 btu/lb (479,6 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) Energie benötigt (für das Gasphaseverfahren liegen dort keine Daten vor). Legt man einen Anteilsmix von 4,625 zu 1 [gemäß 74 % slurry-Verfahren und 10 % Lösungsverfahren nach (Tellus 1992)] zugrunde, errechnet sich daraus für die HDPE-Polymerisation ein Energiebedarf von ca. 4,0 GJ/t (0,9 GJ/t elektrische Energie, 3,1 GJ/t Energiegehalt des benötigten Dampfes). Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne HDPE (15,4 GJ) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (8,7 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (6,6 GJ) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu HDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der HDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 8 GJ grob abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der HDPE-Herstellung können unter anderem beim Trocknen des Polymers, der Extrusion und beim Recycling des Monomers (Ethylen) flüchtige organische Verbindungen (VOC) entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der HDPE-Herstellung (Bezug: Westeuropa) abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 6 kg VOC/t HDPE. Abwasser: (BUWAL 1991) kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von HDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort Titan, 0,0409 lbs/ton HDPE (umgerechnet 0,020 kg/t), Aluminium 0,0281 lbs/ton (umgerechnet 0,014 kg/t) und Phenol, 0,000004 lbs/ton (umgerechnet 0,000002 kg/t) aufgeführt. Die Angaben bei Tellus beziehen sich auf einen Verfahrensmix von 90 % Lösungs- und 10 % Gasphaseverfahren, wobei letzterem Verfahren keine Abwasseremissionen zugerechnet wurden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,5% Produkt: Kunststoffe

Chem-Org\HDPE-DE-2050

HDPE-Polymerisation: In diesem Prozess wird die Polymerisation von Ethylen zu HDPE (High Density PolyEthylen) betrachtet. HDPE - und ebenso LLDPE (Linear Low Density PolyEthylen) - wird in Niederdruckreaktoren nach drei verschiedenen Verfahren hergestellt: 1. "slurry process" (eine Art von Suspensionsverfahren) 2. Lösungsverfahren 3. Gasphaseverfahren Beim "slurry process" wird Ethylen mit einem Katalysator (Ziegler), Lösungsmittel und weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen in einem Reaktor polymerisiert. Es entsteht ein Gemisch aus Polymer (HDPE), nicht umgesetztem Monomer, Lösungsmittel und Reststoffen. Monomer und Lösungsmittel werden wiederverwendet. Das Polymer wird getrocknet und zu Granulat weiterverarbeitet. Das Verfahren in Lösung ist ähnlich dem "slurry process", die Reaktion findet aber bei höherer Temperatur statt. Im Unterschied dazu arbeitet das Gasphaseverfahren ohne den Zusatz eines Lösungsmittels. Prozeßsituierung Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedenen Polymere unterscheiden: HDPE (High Density PolyEthylen), LLDPE (Linear Low Density PolyEhylen) und LDPE (Low Density PolyEthylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t für das Jahr 1990 können der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). In Westeuropa wurden nach (APME 1994) 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE produziert (Gesamtsumme: 9,737 Mio. t PE). Wegen der schlechten Datenlage und da weiterhin LLDPE in geringeren Mengen hergestellt wird, wurden für dieses Polymer keine eigenen Kennziffern generiert. Aufgrund der gleichen Herstellungsverfahren wie bei HDPE können für LLDPE näherungsweise die hier vorliegenden Kennziffern verwendet werden. Für die Bilanzierung der HDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (#2, Tellus 1992,#1, PWMI 1993, #3) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien #2 (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Abwasserwerte) beziehen sich auf die Herstellung von HDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Die Studie #1 (Massenbilanz) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die HDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1015 kg Ethylen eingesetzt. Dieser Wert zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Angaben (1020 kg) der Tellus-Studie (Tellus 1992). Für die Polymerisationsreaktion werden ein spezieller Olefinzusatz (5 kg) sowie weitere Hilfsstoffe und Zusätze (9 kg) benötigt (#1). Da die aufgeführten Stoffe in Quelle nicht weiter spezifiziert werden, können nur nachfolgende Annahmen gemacht werden: · unter spezieller Olefinzusatz sind Stoffe zur Regulierung der Kettenlänge des Polymers zu verstehen (z. B. Wasserstoff zum Abbruch der Polymerisation) · unter die verbleibenden 9 kg fallen Stoffe wie Katalysator und Lösungsmittel, diese werden im Gegensatz zu dem Olefinzusatz nicht in das Produkt eingebaut und können zurückgewonnen werden. An festen Abfällen entsteht bei der Polymerisation eine Menge von 0,1 kg. Da in der Tellus-Studie keinerlei quantitative Angaben zu Hilfsstoffen oder Zusätzen gemacht werden, werden für die Genese der Massenbilanz die Werte von BUWAL verwendet. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Herstellung einer Tonne HDPE nach dem slurry-Verfahren 1685,1 btu/lb (359,7 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) und nach dem Lösungsverfahren 1858,0 btu/lb (479,6 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) Energie benötigt (für das Gasphaseverfahren liegen dort keine Daten vor). Legt man einen Anteilsmix von 4,625 zu 1 [gemäß 74 % slurry-Verfahren und 10 % Lösungsverfahren nach (Tellus 1992)] zugrunde, errechnet sich daraus für die HDPE-Polymerisation ein Energiebedarf von ca. 4,0 GJ/t (0,9 GJ/t elektrische Energie, 3,1 GJ/t Energiegehalt des benötigten Dampfes). Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne HDPE (15,4 GJ) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (8,7 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (6,6 GJ) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu HDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der HDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 8 GJ grob abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der HDPE-Herstellung können unter anderem beim Trocknen des Polymers, der Extrusion und beim Recycling des Monomers (Ethylen) flüchtige organische Verbindungen (VOC) entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der HDPE-Herstellung (Bezug: Westeuropa) abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 6 kg VOC/t HDPE. Abwasser: (BUWAL 1991) kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von HDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort Titan, 0,0409 lbs/ton HDPE (umgerechnet 0,020 kg/t), Aluminium 0,0281 lbs/ton (umgerechnet 0,014 kg/t) und Phenol, 0,000004 lbs/ton (umgerechnet 0,000002 kg/t) aufgeführt. Die Angaben bei Tellus beziehen sich auf einen Verfahrensmix von 90 % Lösungs- und 10 % Gasphaseverfahren, wobei letzterem Verfahren keine Abwasseremissionen zugerechnet wurden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2050 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,5% Produkt: Kunststoffe

Chem-Org\HDPE-DE-2020

HDPE-Polymerisation: In diesem Prozess wird die Polymerisation von Ethylen zu HDPE (High Density PolyEthylen) betrachtet. HDPE - und ebenso LLDPE (Linear Low Density PolyEthylen) - wird in Niederdruckreaktoren nach drei verschiedenen Verfahren hergestellt: 1. "slurry process" (eine Art von Suspensionsverfahren) 2. Lösungsverfahren 3. Gasphaseverfahren Beim "slurry process" wird Ethylen mit einem Katalysator (Ziegler), Lösungsmittel und weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen in einem Reaktor polymerisiert. Es entsteht ein Gemisch aus Polymer (HDPE), nicht umgesetztem Monomer, Lösungsmittel und Reststoffen. Monomer und Lösungsmittel werden wiederverwendet. Das Polymer wird getrocknet und zu Granulat weiterverarbeitet. Das Verfahren in Lösung ist ähnlich dem "slurry process", die Reaktion findet aber bei höherer Temperatur statt. Im Unterschied dazu arbeitet das Gasphaseverfahren ohne den Zusatz eines Lösungsmittels. Prozeßsituierung Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedenen Polymere unterscheiden: HDPE (High Density PolyEthylen), LLDPE (Linear Low Density PolyEhylen) und LDPE (Low Density PolyEthylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t für das Jahr 1990 können der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). In Westeuropa wurden nach (APME 1994) 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE produziert (Gesamtsumme: 9,737 Mio. t PE). Wegen der schlechten Datenlage und da weiterhin LLDPE in geringeren Mengen hergestellt wird, wurden für dieses Polymer keine eigenen Kennziffern generiert. Aufgrund der gleichen Herstellungsverfahren wie bei HDPE können für LLDPE näherungsweise die hier vorliegenden Kennziffern verwendet werden. Für die Bilanzierung der HDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (#2, Tellus 1992,#1, PWMI 1993, #3) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien #2 (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Abwasserwerte) beziehen sich auf die Herstellung von HDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Die Studie #1 (Massenbilanz) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die HDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1015 kg Ethylen eingesetzt. Dieser Wert zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Angaben (1020 kg) der Tellus-Studie (Tellus 1992). Für die Polymerisationsreaktion werden ein spezieller Olefinzusatz (5 kg) sowie weitere Hilfsstoffe und Zusätze (9 kg) benötigt (#1). Da die aufgeführten Stoffe in Quelle nicht weiter spezifiziert werden, können nur nachfolgende Annahmen gemacht werden: · unter spezieller Olefinzusatz sind Stoffe zur Regulierung der Kettenlänge des Polymers zu verstehen (z. B. Wasserstoff zum Abbruch der Polymerisation) · unter die verbleibenden 9 kg fallen Stoffe wie Katalysator und Lösungsmittel, diese werden im Gegensatz zu dem Olefinzusatz nicht in das Produkt eingebaut und können zurückgewonnen werden. An festen Abfällen entsteht bei der Polymerisation eine Menge von 0,1 kg. Da in der Tellus-Studie keinerlei quantitative Angaben zu Hilfsstoffen oder Zusätzen gemacht werden, werden für die Genese der Massenbilanz die Werte von BUWAL verwendet. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Herstellung einer Tonne HDPE nach dem slurry-Verfahren 1685,1 btu/lb (359,7 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) und nach dem Lösungsverfahren 1858,0 btu/lb (479,6 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) Energie benötigt (für das Gasphaseverfahren liegen dort keine Daten vor). Legt man einen Anteilsmix von 4,625 zu 1 [gemäß 74 % slurry-Verfahren und 10 % Lösungsverfahren nach (Tellus 1992)] zugrunde, errechnet sich daraus für die HDPE-Polymerisation ein Energiebedarf von ca. 4,0 GJ/t (0,9 GJ/t elektrische Energie, 3,1 GJ/t Energiegehalt des benötigten Dampfes). Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne HDPE (15,4 GJ) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (8,7 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (6,6 GJ) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu HDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der HDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 8 GJ grob abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der HDPE-Herstellung können unter anderem beim Trocknen des Polymers, der Extrusion und beim Recycling des Monomers (Ethylen) flüchtige organische Verbindungen (VOC) entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der HDPE-Herstellung (Bezug: Westeuropa) abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 6 kg VOC/t HDPE. Abwasser: (BUWAL 1991) kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von HDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort Titan, 0,0409 lbs/ton HDPE (umgerechnet 0,020 kg/t), Aluminium 0,0281 lbs/ton (umgerechnet 0,014 kg/t) und Phenol, 0,000004 lbs/ton (umgerechnet 0,000002 kg/t) aufgeführt. Die Angaben bei Tellus beziehen sich auf einen Verfahrensmix von 90 % Lösungs- und 10 % Gasphaseverfahren, wobei letzterem Verfahren keine Abwasseremissionen zugerechnet wurden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2020 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,5% Produkt: Kunststoffe

Chem-Org\HDPE-DE-2015

HDPE-Polymerisation: In diesem Prozess wird die Polymerisation von Ethylen zu HDPE (High Density PolyEthylen) betrachtet. HDPE - und ebenso LLDPE (Linear Low Density PolyEthylen) - wird in Niederdruckreaktoren nach drei verschiedenen Verfahren hergestellt: 1. "slurry process" (eine Art von Suspensionsverfahren) 2. Lösungsverfahren 3. Gasphaseverfahren Beim "slurry process" wird Ethylen mit einem Katalysator (Ziegler), Lösungsmittel und weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen in einem Reaktor polymerisiert. Es entsteht ein Gemisch aus Polymer (HDPE), nicht umgesetztem Monomer, Lösungsmittel und Reststoffen. Monomer und Lösungsmittel werden wiederverwendet. Das Polymer wird getrocknet und zu Granulat weiterverarbeitet. Das Verfahren in Lösung ist ähnlich dem "slurry process", die Reaktion findet aber bei höherer Temperatur statt. Im Unterschied dazu arbeitet das Gasphaseverfahren ohne den Zusatz eines Lösungsmittels. Prozeßsituierung Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedenen Polymere unterscheiden: HDPE (High Density PolyEthylen), LLDPE (Linear Low Density PolyEhylen) und LDPE (Low Density PolyEthylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t für das Jahr 1990 können der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). In Westeuropa wurden nach (APME 1994) 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE produziert (Gesamtsumme: 9,737 Mio. t PE). Wegen der schlechten Datenlage und da weiterhin LLDPE in geringeren Mengen hergestellt wird, wurden für dieses Polymer keine eigenen Kennziffern generiert. Aufgrund der gleichen Herstellungsverfahren wie bei HDPE können für LLDPE näherungsweise die hier vorliegenden Kennziffern verwendet werden. Für die Bilanzierung der HDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (#2, Tellus 1992,#1, PWMI 1993, #3) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien #2 (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Abwasserwerte) beziehen sich auf die Herstellung von HDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Die Studie #1 (Massenbilanz) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die HDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1015 kg Ethylen eingesetzt. Dieser Wert zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Angaben (1020 kg) der Tellus-Studie (Tellus 1992). Für die Polymerisationsreaktion werden ein spezieller Olefinzusatz (5 kg) sowie weitere Hilfsstoffe und Zusätze (9 kg) benötigt (#1). Da die aufgeführten Stoffe in Quelle nicht weiter spezifiziert werden, können nur nachfolgende Annahmen gemacht werden: · unter spezieller Olefinzusatz sind Stoffe zur Regulierung der Kettenlänge des Polymers zu verstehen (z. B. Wasserstoff zum Abbruch der Polymerisation) · unter die verbleibenden 9 kg fallen Stoffe wie Katalysator und Lösungsmittel, diese werden im Gegensatz zu dem Olefinzusatz nicht in das Produkt eingebaut und können zurückgewonnen werden. An festen Abfällen entsteht bei der Polymerisation eine Menge von 0,1 kg. Da in der Tellus-Studie keinerlei quantitative Angaben zu Hilfsstoffen oder Zusätzen gemacht werden, werden für die Genese der Massenbilanz die Werte von BUWAL verwendet. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Herstellung einer Tonne HDPE nach dem slurry-Verfahren 1685,1 btu/lb (359,7 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) und nach dem Lösungsverfahren 1858,0 btu/lb (479,6 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) Energie benötigt (für das Gasphaseverfahren liegen dort keine Daten vor). Legt man einen Anteilsmix von 4,625 zu 1 [gemäß 74 % slurry-Verfahren und 10 % Lösungsverfahren nach (Tellus 1992)] zugrunde, errechnet sich daraus für die HDPE-Polymerisation ein Energiebedarf von ca. 4,0 GJ/t (0,9 GJ/t elektrische Energie, 3,1 GJ/t Energiegehalt des benötigten Dampfes). Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne HDPE (15,4 GJ) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (8,7 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (6,6 GJ) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu HDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der HDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 8 GJ grob abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der HDPE-Herstellung können unter anderem beim Trocknen des Polymers, der Extrusion und beim Recycling des Monomers (Ethylen) flüchtige organische Verbindungen (VOC) entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der HDPE-Herstellung (Bezug: Westeuropa) abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 6 kg VOC/t HDPE. Abwasser: (BUWAL 1991) kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von HDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort Titan, 0,0409 lbs/ton HDPE (umgerechnet 0,020 kg/t), Aluminium 0,0281 lbs/ton (umgerechnet 0,014 kg/t) und Phenol, 0,000004 lbs/ton (umgerechnet 0,000002 kg/t) aufgeführt. Die Angaben bei Tellus beziehen sich auf einen Verfahrensmix von 90 % Lösungs- und 10 % Gasphaseverfahren, wobei letzterem Verfahren keine Abwasseremissionen zugerechnet wurden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2015 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,5% Produkt: Kunststoffe

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