Feinchemikalien

Zu den einzelnen Arbeitsschritten in der Prozesskette haben wir nützliche Informationen in unterschiedlichen Kategorien – Projektbeispiele, beste verfügbare Technik und Videos – für Sie gesammelt. Fahren und klicken Sie mit der Maus über einzelne Elemente und erfahren Sie, wie sich Ihre Prozesse optimieren lassen.

Prozesskette Feinchemikalien

Lagern von Stoffen

Projekte

SmartDrum – Mehr als clever

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines neuartigen, faltbaren und wiederverwendbaren Mehrweg-Verpackungssystems
  • für flüssige und pastöse Güter im mittleren Volumenbereich
  • materialsparend und reduziert den Transportaufwand für Leergebinde
  • Verminderung von Abfall durch Wiederverwendung der Außenhülle und Verwertung des Innensacks
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Beste verfügbare Technik

Gebinde und Zentrallager

Bei räumlich verteilten Nutzern von Chemikalien kann eine zentrale Lagerstätte, insbesondere bei gefährlichen Stoffen und im Laborbereich, zu einem Effizienzgewinn führen. Über den zentralen Lagerort werden die benötigten Chemikalien angefordert und verteilt. Dabei sollte hinsichtlich der Transportbehälter neben den Sicherheitsaspekten auch auf die Nutzung leicht zu handhabender und wiederverwendbarer Gebinde und Umverpackungen geachtet werden.

Quelle(n):

  • VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (2017): Ressource Deutschland DE [online]. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, verfügbar unter: www.ressource-deutschland.de/

Schwerkraftbeschickung

Sofern es die räumliche Situation am Produktionsstandort zulässt, können unter Zuhilfenahme der Schwerkraft eine Energieeinsparung sowie eine Reduzierung von Stoffverlusten durch unkontrollierte Emissionen bei der Beschickung von Reaktoren und Apparaten erreicht werden. Die Lagerung jeweils notwendiger Ausgangschemikalien in einem Bereich oberhalb der im weiteren Verlauf benötigten Anlagenteile ersetzt in diesem Falle den Einsatz von Pumpen und Verdichtern. Über ein geschlossenes Verteilsystem fallen die Einsatzstoffe unter dem Einfluss der Schwerkraft in die Reaktoren. Auf den Betrieb von Pumpen und Verdichtern, die häufig eine Emissionsquelle darstellen, kann so verzichtet werden. Technische Einschränkungen können zu individuellen Lösungen führen, z. B. kann die Schwerkraft nicht zum Transport viskoser Flüssigkeiten eingesetzt werden. Alternativ zum Transport mit Schwerkraft können zur Vermeidung von Emissionen leichtflüchtiger Verbindungen Spaltrohrpumpen verwendet werden.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 124

Aufbereiten von Stoffen

Projekte

Veredelung regionaler Rohstoffe durch innovative Aufreinigungsverfahren

Prozesseigenschaften:
  • Optimierung der Aufkonzentration (chromatographischen Methoden) von Melasseinhaltsstoffen (Verwendung für Pharma-Wirkstoffe und Biochemikalien)
  • Entwicklung von innovativen Biosensor-Analysesystemen für eine kontinuierliche Chromatographie-Prozessanalyse
  • Erhöhung der Produktausbeute
  • Verringerung von Chemikalieneinsatz und Wasserverbrauch
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Beste verfügbare Technik

Extraktion von Naturstoffen

Verfahren / Technologie:Extraktion

Extraktion von Naturstoffen mit überkritischem CO2

Überkritisches CO2 (überkritischer Punkt bei 73,8 bar/31 °C), das ähnliche Eigenschaften wie Hexan aufweist, kann in einem Extraktionsverfahren das Lösemittel ersetzen. Da CO2 einfach durch die Anwendung von geeignetem Druck recycelt werden kann, können Extrakte mit hoher Qualität und Reinheit erhalten werden, ohne dass das typische Problem der Entfernung des Extraktionsmittels auftritt. Erzielte Vorteile:

  • keine VOC-Emissionen,
  • keine VOC-Rückgewinnung/-Vermeidung notwendig,
  • hohe Effektivität,
  • weniger Aufwand für die Reinigung des Extrakts.

Anwendbarkeit

Dort anwendbar, wo die Lösemitteleigenschaften des überkritischen CO2 eine wirksame Extraktion eines vorliegenden Extrakts ermöglichen. Bevorzugte Methode, um hitzeempfindliche Stoffe zu isolieren. Da bei diesem Verfahren Drücke über 73,8 bar notwendig sind, ist eine Betrachtung der Anlagenkosten wichtig.

Gegenstromextraktion

Die Ausbeute bei der Extraktion von Pflanzenmaterialien kann abhängig von der Verfahrenstechnik, der Qualität der Pflanzenmaterialien und den gewünschten Verbindungen von 10 bis 0,1 % oder sogar weniger variieren. Dies bedeutet, dass die Menge der Abfallströme im Vergleich zur Menge des Endproduktes beträchtlich ist. Um die Menge der Abfallströme zu verringern, ist es wichtig, die Ausbeute der Extraktion zu maximieren, z. B. durch Einsatz der Gegenstromextraktion.

Erzielte Umweltvorteile

Das allgemein anwendbare Verfahren der Gegenstromextraktion führt zu höheren Ausbeuten im Prozess. Hieraus und aus den niedrigeren Kosten für die Entsorgung von Reststoffen folgt eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Produktion.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 114 ff.

Reaktion

Projekte

Entwicklung neuer Polyole auf Basis von Produkten aus der Biodieselherstellung und weiterer einheimischer Öle für die Anwendung in der Polyurethanchemie

Prozesseigenschaften:
  • Polyol-Herstellung auf Basis von Pflanzenölderivaten
  • Herstellung von Polyetherolen und Polyesterolen aus Glyzerin (Biodieselanlage)
  • Eignung enzymatisch gespaltener Fettsäuren (z. B. Rapsöl) für Polyurethan-Grundprodukte
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Entwicklung von kostengünstigen Mikrostrukturreaktoren für die Lehre und Forschung

Prozesseigenschaften:
  • Etablierung der Mikroreaktionstechnik in der universitären Lehre und in chemischen Forschungslaboratorien für organische Synthesen
  • Entwicklung eines einfachen Bausatzes mit zwei Typen mikrostrukturierter Komponenten aus Glas
  • Einführung und Anwendung der Photokatalyse in Mikroreaktoren am Beispiel einer Photoreduktion an Titandioxid
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Erforschung alternativer Katalysatormaterialien für eine effizientere Alkan-Selektivoxidation

Prozesseigenschaften:
  • Selektivoxidation von kurzkettigen Alkanen
  • neue Heterogenkatalysatoren für die Herstellung von
    - Maleinsäureanhydrid aus n-Butan
    - Methanol aus Methan
    - Phthalsäureanhydrid
    - Acrylnitril
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InnovationsCentrum Biokatalyse

Prozesseigenschaften:
  • Transfer biokatalytischer Prozesse in nachhaltige industrielle Anwendungen im Bereich Feinchemie
  • Verfügbarmachung neuer und neuartiger Lipasen/Esterasen für den industriellen Einsatz
  • Anwendungsgebiet: stereoselektive Hydrolysen und Synthesen
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Katalytische Konversion von nachwachsenden Rohstoffen im Mikroreaktor

Prozesseigenschaften:
  • katalytische De- und Umfunktionalisierung gut verfügbarer Kohlenhydrate in wertvolle Feinchemikalien
  • Ersatz von endlichen und wenig funktionalisierten Rohstoffen wie Erdöl, Erdgas und Kohle
  • funktionelle Gruppen und chirale Informationen der verwendeten Kohlenhydrate sollen erhalten bleiben
  • Zielprodukte: chirale Alkohole, Alkene, Aromate oder Heterocyclen
  • Entwicklung eines Mikroreaktorsystems für kontrollierte Umwandlung
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Machbarkeitsstudie zur mikrowellen- und ultraschallassistierten hydrothermolytischen Spaltung nachwachsender Rohstoffe

Prozesseigenschaften:
  • Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen und Wasser als Lösungsmittel
  • grundlegende Untersuchungen zur Hydrothermolyse von Zuckern und Fetten
  • grundlegende Untersuchungen zu alternativem Energieeintrag mittels Mikrowellen und Ultraschall
  • Entwicklung eines neuartigen Hochdruckmikrowellenreaktors
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Produktionsintegrierter Umweltschutz bei der Phenolsynthese in der DOMO Caproleuna GmbH

Prozesseigenschaften:
  • Cumensynthese – Einsatz eines neuartigen, regenerierbaren Katalysators
    - Steigerung der Ausbeute bei gleichzeitiger Reduzierung der zu entsorgenden Nebenprodukte
    - Vermeidung von Abwasser
    - Einsparung von Elektroenergie und Heizdampf
  • Cumen-Oxidation – Verfahrensoptimierung
    - Steigerung des Oxidationsgrades von Cumen um rund 50 %
  • Phenolsynthese – Mehrfachnutzung von Prozesswasser
    - Reduzierung von gasförmigen Emissionen durch Installation einer Abgaswäsche
    - Einsparung von Prozesswasser durch Einsatz des anfallenden Abwassers in einem anderen Prozess
  • Umfüllen von Aceton
    - Rückgewinnung des Acetons aus der Abluft
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Recycling von Nichtedelmetallkatalysatoren - Technische Versuche

Prozesseigenschaften:
  • Projekt zur Entwicklung eines Verfahrens zum Recycling komplexer Nichtedelmetallkatalysatoren, die Nickel/ Kobalt/ Molybdän, Nickel/ Wolfram/ Molybdän bzw. Vanadium/ Wolfram/ Molybdän enthalten
  • Gewinnung von Wertmetallen durch Entfernung der organischen Bestandteile von den eingesetzten Katalysatoren sowie anschließende Laugung
  • Untersuchungen zur Erhöhung der Wertstoffausbeute durch:
    - Druckaufschluss von Katalysatoren mit verschiedenn Trägermaterialien (Verbesserung des Aufschlusses durch Wasserstoffperoxid, 70 °C)
    - Trennung der Wertstoffe aus der Laugungslösung mit verschiedenen Extraktionsmitteln (Gut geeignet: Di-(2-ethylhexyl)-phosphorsäure, Tributylphosphat)
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Substitution chemisch-technischer Prozesse durch biotechnische Verfahren am Beispiel ausgewählter Grund- und Feinchemikalien

Prozesseigenschaften:
  • Darstellung von Entwicklungsstand und Anwendung biotechnischer Verfahren bei der Produktion von Grund- und Feinchemikalien
  • Abschätzung des Umweltentlastungs- bzw. -belastungspotenzials beim Einsatz biotechnischer Verfahren
  • Aufzeigen ökologischer, ökonomischer und rechtlicher Aspekte anhand von Fallbeispielen (Aceton/Butanol, 1,3-Propandiol, Vitamin C und Adipinsäure)
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Synthese aromatischer Aldehyde ohne toxische und karzinogene Einsatzstoffe

Prozesseigenschaften:
  • umweltfreundliches Verfahren
  • Durchführung in nichtgekapselten, drucklosen Anlagen
  • kein Einsatz toxischer Stoffe wie Phosgen, Phosphoroxychlorid oder Blausäure
  • keine Entstehung karzinogener Nebenprodukte
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Umweltschonende Verfahren der Reaktivdestillation durch Einsatz acider ionischer Flüssigkeiten als homogene Katalysatoren

Prozesseigenschaften:
  • Untersuchung des Einsatzes ionischer Flüssigkeiten als homogener Katalysator in der Reaktivdestillation
  • betrachtete Reaktion: homogen katalysierte Umesterung von Butanol mit Ethylacetat zu Butylacetat und Ethanol
  • ermittelte ionische Flüssigkeit ist mindestens 1.000 Betriebsstunden stabil
  • Verfahren ab 150 Verwendungszyklen energiesparender als Standardverfahren
  • für zufriedenstellende Stofftrennung mehr als eine Trennstufe notwendig
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Beste verfügbare Technik

"Grüne" Chemie zur Verringerung des Ressourcenbedarfs

Verfahren / Technologie:Synthese

Das Prinzip der "grünen" Chemie bei der Herstellung chemischer Stoffe besteht darin, den Einsatz alternativer Synthesewege und alternativer Reaktionsbedingungen gegenüber bestehenden, weniger umweltfreundlichen Verfahren zu fördern, z. B. durch:

  • Verbesserung der Prozessgestaltung, um die Einbindung aller Einsatzstoffe in das Endprodukt zu maximieren
  • Einsatz von Stoffen, die geringe oder keine Toxizität für die menschliche Gesundheit und die Umwelt aufweisen. Die Stoffe sollten so gewählt werden, dass die Gefahr von chemischen Unfällen, einschließlich Freisetzungen, Explosionen und Bränden, minimiert wird.
  • Verzicht auf den Einsatz von Hilfsstoffen (z. B. Lösemitteln, Trennmitteln), wo immer möglich
  • Die Umwelt- und die ökonomischen Auswirkungen des Energiebedarfs sind in Betracht zu ziehen und zu minimieren. Synthesen sollten bei Raumtemperatur und Normaldruck durchgeführt werden.
  • Einsatz erneuerbarer Rohstoffe anstatt fossiler, wo immer technisch und wirtschaftlich praktikabel
  • Vermeidung unnötiger Derivatisierung (z. B. Blockierungs- oder Schutzgruppen), wo immer möglich
  • Einsatz katalytischer Reagenzien, die stöchiometrischen Reagenzien in der Regel überlegen sind.

Die Anwendbarkeit dieser Methoden ist in vielen Fällen möglich. Die Berücksichtigung entscheidender spezifischer Randbedingungen bleibt hiervon jedoch unberührt. Eine Abwägung ist situationsabhängig notwendig. Zum Beispiel: Phosgen kann in der organischen Chemie ein sehr wirksamer Reaktant sein, ist aber auf der anderen Seite äußerst toxisch. Wenn die Herstellung von Pharmawirkstoffen an einem Standort die Beachtung von Bestimmungen der aktuellen Guten Herstellungspraxis (englische Abkürzung: cGMP) oder die Zulassung der Federal Drug Administration (FDA) erfordert, können Änderungen des Verfahrens nur unter Einhaltung der erforderlichen Änderungsprozedur durchgeführt werden. Die Berücksichtigung möglicher Umweltbelastungen bei der Verfahrensentwicklung ist erwartungsgemäß kosteneffektiver als spätere Überprüfungen des Verfahrens oder End-of-pipe-Techniken.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 90

Alternative Synthese- und Reaktionsbedingungen

Verfahren / Technologie:Synthese

Bei der Auswahl einer Synthese bzw. bei der Festlegung der für die Herstellung geeigneten Reaktionsbedingungen kann auf verschiedene Alternativen zurückgegriffen werden. Hierbei werden häufig positive Effekte erzielt, die neben einer Verringerung des Gefahrenpotenzials mit einer Steigerung der Ressourceneffizienz einhergehen. Neben der experimentellen Ermittlung geeigneter Methoden, existieren verschiedene Ansätze, die im Folgenden benannt werden, um einen ersten Einblick in die Vielzahl der Möglichkeiten zu bieten.

Sulfonierung mit SO3 als Gas-Flüssig-Reaktion

Sulfonierungen von Fettalkoholaten und Ethoxylaten können mit SO3 in einer Gas-Flüssig- Reaktion durchgeführt werden. Als Ergebnis dieser Verfahrensweise kann festgehalten werden, dass:

  • keine wässrigen Mutterlaugen benötigt werden,
  • keine Waschwässer aus der Produktwäsche anfallen,
  • Abwasser nur bei der alkalischen Abgaswäsche entsteht und die Waschflüssigkeit zu mehr als 95 % wiederverwendet wird.

Die Anwendbarkeit ist vom Einzelfall abhängig. Die Herstellung jeder Verbindung wird deshalb einzeln beurteilt, indem die chemischen, technischen und wirtschaftlichen Faktoren bewertet werden.

 Trockenacetylierung einer Naphthylaminsulfonsäure

Anstelle der Acetylierung in einer wässrigen Lösung und Aussalzen des Produkts mit Ammoniumsulfat kann 2-Naphthylamin-8-sulfonsäure in Essigsäureanhydrid ohne Anfall von Abwasserströmen acetyliert werden. Die entstehende Essigsäure kann leicht zurückgewonnen und in einem anderen Verfahren wiederverwendet werden. Erzielbare Vorteile:

  • Abwasserströme: - 100 %,
  • Salz für Aussalzen: - 100 %,
  • Rückgewinnung von 270 kg Essigsäure pro 1000 kg Produkt.

Bei der Durchführung dieses Verfahrens kommt es zu einer Verlagerung vom Abwasser zum Abgas. Anlagenseitig sind Flachbodenbehälter, die mit einem Rührer ausgerüstet sind, sowie eine Dampfheizung erforderlich. Im Allgemeinen ist dieses Verfahren nicht auf Acetylierungen beschränkt. Die Anwendbarkeit hängt vielmehr vom Einzelfall ab. Die Herstellung jeder Verbindung wird deshalb spezifisch beurteilt, indem die chemischen, technischen und wirtschaftlichen Faktoren bewertet werden.

Enzymatische Verfahren

Der Einsatz enzymatischer anstelle chemischer Verfahren erweist sich hinsichtlich der Umweltauswirkungen als vorteilhaft. Weniger Synthesestufen (keine zusätzliche Modifizierung oder Schutz von funktionellen Gruppen) und geringerer Lösemitteleinsatz sind die wichtigsten Vorteile. Energieeinsparung, weniger Sicherheits- und Entsorgungsprobleme sowie verbesserte Produktqualität führen außerdem zu Kostenvorteilen. Das Enzym kann in Lösung oder auf einem Substrat fixiert oder als Teil eines polyfunktionellen enzymatischen Systems, z. B. in lebenden Zellen, frei in einem Reaktionsmedium oder auf einem Substrat fixiert, eingesetzt werden. Die Methodik geht mit einer Verringerung der Produktionskosten einher. Die technische Durchführbarkeit muss im Einzelfall berücksichtigt werden, ebenso der mit dem Verfahren einhergehende höhere Wasserverbrauch. Wo die Herstellung von Pharmawirkstoffen an einem Standort die Beachtung von Bestimmungen der aktuelle Gute Herstellungspraxis (englische Abkürzung: cGMP) oder die Zulassung der Federal Drug Administration (FDA) erfordert, können Verfahrensänderungen nur unter Einhaltung der geforderten Änderungsprozedur durchgeführt werden. Dies stellt für die Umgestaltung bestehender Prozesse ein ernsthaftes Hindernis dar.

Katalytische Reduktion

Die meisten im industriellen Maßstab durchgeführten Reduktionsprozesse können mittels katalytischer Hydrierung umgesetzt werden. Dadurch wird die Verwendung stöchiometrischer Mengen anderer Reduktionsmittel vermieden, die zur Bildung großer Mengen von Abfallströmen führen, wie dies z. B. bei der Reduktion mit Eisen der Fall ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass eine Hydrierung den Einsatz von Schwermetallverbindungen, wie Katalysatoren, erfordern kann. Diese müssen nach der Nutzung zurückgewonnen bzw. recycelt werden. Eine katalytische Reduktion ist bei den meisten im industriellen Maßstab durchgeführten Reduktionsprozessen anwendbar. Im Bereich der Herstellung organischer Feinchemikalien können jedoch andere Reduktionsmittel entscheidende spezifische Vorteile aufweisen. Selektive katalytische Verfahren sind stöchiometrischen Reaktionen im Allgemeinen überlegen.

Reaktionen in ionischen Flüssigkeiten

Reaktionen können in ionischen Flüssigkeiten (IL) durchgeführt werden. Diese sind mit organischen Lösemitteln nicht mischbar und haben keinen messbaren Dampfdruck. Deshalb sind die VOC-Werte deutlich verringert. Das Biphasic Acid Scavenging Using Ionic Liquids (BASIL, „Biphasic Acid Scavenging“-Verfahren unter Nutzung von ionischen Flüssigkeiten) wird bereits im industriellen Maßstab eingesetzt. Die Vorteile sind: keine Freisetzung von gasförmigem HCl, verbesserter Wärmetransport, einfache Flüssig-Flüssig-Trennung, höhere Selektivität, Einsatz in bestehenden Anlagen möglich, einfaches Recycling der IL (98 %) durch einfache Behandlung mit Natronlauge. Mögliche Einsatzbereiche ionischer Flüssigkeiten:

  • als Lösemittel für synthetische und katalytische Zwecke, zum Beispiel Diels-Alder- Cycloadditionen, Friedel-Craft-Acylierung und -Alkylierung, Hydrierung und Oxidationen sowie Heck-Reaktionen,
  • als zweiphasiges System in Kombination mit einem organischen Lösemittel oder Wasser bei Extraktions- und Trennverfahren,
  • zur Katalysatorimmobilisation, ohne dass es notwendig wäre, eine spezielle Funktionalisierung für das einfache Recycling homogener Katalysatoren durchzuführen,
  • als Elektrolyte in der Elektrochemie.

Durch die Nutzung ionischer Flüssigkeiten ergeben sich folgende Vorteile:

  • Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit, sowohl höhere Selektivitäten als auch höhere Ausbeuten, beide führen zu geringeren Mengen an Abfallströmen,
  • Substitution von VOCs.

Kryogene Reaktionen

Reaktionen können in kryogenen Chargenreaktoren durchgeführt werden, welche bei sehr niedrigen Temperaturen von -50 bis -100 °C betrieben werden. Die niedrige Temperatur wird durch Indirektkühlung des Chargenreaktors mit einer geeigneten Flüssigkeit erreicht, die wiederum mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Bei extremer Kälte kann die Reaktionsausbeute einiger isomerer oder stereoisomerer Reaktionen von 50 auf mehr als 90 % erheblich gesteigert werden. Dies ergibt beträchtliche Einsparungen teurer Zwischenprodukte sowie Einsparungen aufgrund der Verringerung von Abfallströmen und wirkt sich auf alle vorangehenden Reaktionsschritte aus. Dadurch werden bei anderen Aufarbeitungsschritten weitere Abfallströme und Anstrengungen vermieden, die ansonsten notwendig wären, um Verunreinigungen von dem Pharmawirkstoff oder dem Zwischenprodukt abzutrennen. Kryogene Verfahren weisen eine hohe Selektivität auf und ermöglichen hohe Reaktionsausbeuten. Diesen Vorteilen ist der große energetische Aufwand gegenüberzustellen, der mit der Bereitstellung der niedrigen Temperaturen einhergeht. Die Anwendbarkeit des Verfahrens ist abhängig von der spezifischen Syntheseaufgabe.

Reaktionen in überkritischem CO2

Reaktionen können in überkritischem CO2 (überkritischer Punkt bei 73,8 bar/31 °C) durchgeführt werden. Dabei wird ein überkritisches Reaktorsystem eingesetzt. Überkritisches CO2 ersetzt das Lösemittel und zeigt ähnliche Eigenschaften wie n-Hexan. Reaktionsbedingungen wie Druck, Temperatur, Verweilzeit und Wasserstoff-Konzentration können unabhängig voneinander geändert werden. Nach Vervollständigung der Reaktion wird CO2 verdampft, indem der Druck reduziert wird. Da CO2 einfach durch die Anwendung von geeignetem Druck recycelt werden kann, können Extrakte mit hoher Qualität und Reinheit erhalten werden, ohne dass das typische Problem der Entfernung des Extraktionsmittels auftritt. Mit der Anwendung dieser Verfahrenstechnik gehen folgende Prozessverbesserungen einher:

  • wenig/keine VOCs,
  • weniger Abfallströme,
  • höhere Selektivität,
  • höhere Ausbeuten.

Einige Reaktionstypen, die sich neben der Hydrierung in Entwicklung befinden, sind:

  • Alkylierung,
  • säurekatalysierte Reaktionen/Veresterungen,
  • Hydroformylierung.

Reaktionen in überkritischem CO2 stellen kostenintensive Verfahren dar. Die Kosten werden jedoch durch die Selektivität, die Verringerung des Energiebedarfs, die Einsparung von Kosten für die Aufarbeitung des Produktes und die Entsorgung der Lösemittel gerechtfertigt.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 98 ff.

Auswahl von Lösemitteln unter Berücksichtigung von Umweltbedingungen

Verfahren / Technologie:Lösemitteleinsatz

Die Auswahl von Lösemitteln bildet ein Kernelement der Verfahrensentwicklung. Wegen der eingesetzten Mengen können Lösemittel häufig die größten Auswirkungen eines Verfahrens auf Umwelt, Gesundheit und Sicherheit nach sich ziehen. Es gibt eine Reihe von Methoden, um die Suche nach umweltfreundlichen Lösemittelsystemen zu unterstützen. Häufig existieren praktikable Alternativen zum Einsatz problematischer Lösemittel. Eine sorgsame Abwägung führt dabei unter Umständen zur Vermeidung großer Umweltprobleme in einer frühen Entwicklungsstufe.
Die Anwendbarkeit der jeweiligen Alternativen ist vom Einzelfall abhängig. Das Lösemittel muss eine bestimmte Aufgabe erfüllen. Dies schränkt oftmals die Auswahl ein. Die Möglichkeit, ein Umweltproblem in einem frühen Stadium der Verfahrensentwicklung zu vermeiden, kann Kosten für Rückgewinnungs-/Minderungsmaßnahmen verringern.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 94 ff.

Prozessintensivierung - Alternative Formen des Energieeintrags

Um den in vielen Fällen notwendigen Eintrag thermischer Energie in ein Reaktionssystem zu realisieren, existieren Möglichkeiten, die eine höhere Effizienz und weitere Vorteile im Vergleich zur klassischen Temperierung mit sich bringen. Insbesondere bei der organischen Synthese eröffnet die Nutzung von Mikrowellen günstige Produktionsbedingungen. Die auch als Mikrowellenchemie bekannte Technologie greift auf die Eigenschaften bestimmter Materialien zurück, die absorbierte Mikrowellen in Wärme umwandeln. Durch eine Bestrahlung des Reaktionsgemisches mit Mikrowellen wird so ein gezielter und effektiv kontrollierbarer Eintrag notwendiger Reaktionsenergie möglich. Zahlreiche Reaktionen können auf diese Weise kontrolliert und schnell ablaufen. Ferner wird eine hohe Energieeffizienz erreicht und die Ausbeute des Prozesses durch die Verringerung von Nebenprodukten gesteigert. Derzeit können Produktionsvolumina von bis zu 1.000 kg pro Batch mit diesem Verfahren bearbeitet werden.

Quelle(n):

  • ProcessNet - Fachsektion Prozessintensivierung (2008): Prozessintensivierung - Eine Standortbestimmung
  • Action Group PI (2009): European roadmap for process intensification, Appendix 1 "PI Technologies Description and Review"

Prozessintensivierung - Apparate und Verfahren

Die Prozessintensivierung verfolgt das Ziel, deutliche Effizienzsteigerungen in chemischen und biotechnologischen Verfahren durch die Anwendung innovativer Technologien zu erreichen. Das Hauptaugenmerk richtet sich dabei auf die Verbesserung des Wärme- und Stofftransports unter Berücksichtigung vielfältiger Ansatzmöglichkeiten. Ferner beschäftigt sich die Prozessintensivierung mit der Erschließung alternativer Rohstoffquellen sowie der Effizienzsteigerung und Ausweitung der Anwendungsgebiete biotechnologischer Prozesse. Beispiele zur Prozessintensivierung im Bereich der Reaktion sind:

Membranreaktoren

Membranreaktoren verfügen über eine spezielle in den Reaktionsraum integrierte Einheit zur Stofftrennung auf Basis der Membrantechnik. Parallel zur ablaufenden Reaktion erfolgt eine selektive Abtrennung des aus dem Reaktionsgemisch entstehenden Produktes. Ebenso ist es mit dieser Technologie möglich, katalytische Reaktionen ohne Austrag des Katalysators durchzuführen. In umgekehrter Richtung erlauben Membranreaktoren die Zuführung von Edukten in einen Reaktionsraum aus einer parallel ablaufenden Trennung (Luftzerlegung durch Membran mit anschließender Erzeugung von Synthesegas).

Reaktivdestillation/-rektifikation

Gleichgewichtslimitierte Reaktionen sowie Reaktionen, bei denen Azeotrope zu handhaben sind, können mit Hilfe einer apparativen Kombination von Reaktionsteil und thermischer Stofftrennung mit hoher Umsatzleistung durchgeführt werden. Diese Verfahrenstechnik wird bereits erfolgreich in verschiedenen produzierenden Unternehmen eingesetzt. Im Bereich der Methylacetat-Synthese kann so der apparative Aufwand und der damit einhergehende Invest erheblich reduziert werden. Im Vergleich zur konventionellen Verfahrenstechnik wird zudem eine Verbesserung des Stoffübergangs erreicht.      

Adsorptiver Reaktor

In diesem verfahrenstechnischen System werden die Vorteile der adsorptiven Stofftrennung durch die Implementierung in den Reaktionsraum zur Verbesserung der Selektivität und des Umsatzes bei der Stoffumwandlung genutzt. Dabei wird die heterogene Katalyse als Basis für die Produktentstehung herangezogen. So kann parallel zur ablaufenden Reaktion das entstehende Produkt abgezogen oder aber als Adsorbat für stattfindende Reaktionen vorgelegt werden. Bei der Prozessgestaltung ist das Adsorptionsmittel hinsichtlich seiner Selektivität und der eingesetzten Stoffe auszuwählen. 

Reaktivkristallisation

Dieses Verfahren fasst die chemische Reaktion und die Kristallisation in eine Einheit zusammen. Durch diese Kombination können Eigenschaften wie Partikelgröße, Morphologie etc. ohne zusätzlichen apparativen Aufwand gezielt beeinflusst werden. Die Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie sind breit gestreut. Insbesondere hinsichtlich der Stereochemie bei der Arzneimittelproduktion erleichtert die Reaktivkristallisation die sichere Trennung chiraler Verbindungen.   

Chromatographische Reaktoren

Durch die Kombination eines Apparates für stoffliche Reaktionen mit chromatographischen Trenneinrichtungen stehen leistungsfähige Systeme zur Produktion anspruchsvoller Produkte zur Verfügung. Diese chromatographischen Reaktoren ermöglichen eine enantioselektive Trennung von nicht flüchtigen und nicht wärmeempfindlichen Stoffen direkt nach deren Synthese. Dabei kann dieses Verfahrensprinzip sowohl in Batch- als auch in kontinuierlicher Fahrweise betrieben werden. Insbesondere bei der Herstellung von Feinchemikalien und pharmazeutischen und biotechnologischen Produkten werden chromatographische Reaktoren genutzt.

HIGEE-Technologie

Bei den sogenannten "Rotating Packed Bed"-Apparaten handelt es sich im Prinzip um einen Füllkörperreaktor, dessen Packung derart angeordnet ist, so dass diese in Rotation versetzt werden kann. Ursprünglich für Trennaufgaben entwickelt, eignen sich diese Systeme auch für die Durchführung von Reaktionen. Insbesondere bei anspruchsvollen Aufgaben, die auf einen effektiven Stoff- bzw. Massentransfer angewiesen sind, lassen sich durch den Einsatz dieser Technologie Vorteile erzielen. Das Reaktionsgemisch überströmt den rotierenden, mit Füllkörpern besetzten Bereich und erfährt durch hohe Zentrifugalkräfte einen intensiven Stoff- bzw. Massenaustausch. Verschiedene Phasenkombinationen lassen sich auf diese Weise effizient verarbeiten. Unterschiedlichste Packungssysteme können verwendet werden.         

Bei der Kombination unterschiedlicher unit operations ist die Wechselwirkung der Systeme untereinander zu berücksichtigen. Um die synergetischen Effekte zu maximieren, werden bei der Ausführung der Anlagen im Vorfeld spezifische Modelle erstellt. Diese lassen eine spezielle, auf den jeweiligen Prozess abgestimmte räumliche Anordnung der Komponenten zu. In Abhängigkeit des spezifischen Anwendungsfalles sind durch die Nutzung von Methoden aus dem Bereich der Prozessintensivierung deutliche Positiveffekte zu erzielen. Höhere Produktqualitäten, größere Ausbeuten und der verringerte Rohstoffeinsatz sind in diesem Zusammenhang in aller Regel feststellbar. Im Vergleich zu konventionellen Anlagen werden Kosteneinsparungen im Bereich von 50 bis 70 % beschrieben. Die Anwendungsreife der Technologien schreitet voran.

Quelle(n):

  • ProcessNet - Fachsektion Prozessintensivierung (2008): Prozessintensivierung - Eine Standortbestimmung S. 9 ff.

Prozessintensivierung - Mikrostrukturierte Reaktorsysteme

Die Mikroreaktionstechnologie hat in der chemischen Verfahrenstechnik in neuerer Zeit eine spektakuläre Entwicklung durchgemacht und wird nun auch im industriellen Maßstab durchgeführt. Um ein Produkt in der benötigten Menge zu erhalten, muss eine bestimmte Zahl von Mikroreaktoren parallel angeordnet betrieben werden. Mikroreaktoren sind durch dreidimensionale Strukturen im Submillimeterbereich gekennzeichnet und weisen in der Regel folgende Eigenschaften auf:

  • hauptsächlich Mehrkanal-Reaktoren,
  • Durchmesser zwischen 10 und einigen 100 Mikrometern,
  • spezifische Oberfläche zwischen 10.000 und 50.000 m²/m³,
  • hohes Wärmeübertragungsvermögen,
  • kurze Diffusionszeiten, geringer Einfluss des Stoffaustausches auf die Reaktionsgeschwindigkeit,
  • isotherme Bedingungen möglich.

Es ergeben sich folgende Vorteile:

  • hohe Ausbeuten,
  • hohe Selektivität,
  • Realisierung milder Reaktionsbedingungen,
  • kurze Produktentwicklungszeiten,
  • weniger Abfallströme,
  • inhärente Reaktorsicherheit.

Die Nutzung dieser Technologie bedingt höhere Ausbeuten durch eine Prozessintensivierung. Werden die Kosten einer Pilotproduktion in einer Chargenanlage und in einem Mikroreaktor verglichen, wird der Kosteneffekt bei der Übertragung eines Produkts vom Labor- in den Produktionsmaßstab deutlich sichtbar. Dies liegt in erster Linie an der Tatsache, dass statt des üblichen Scale-up einfach die Anzahl der genutzten Reaktoren erhöht wird. Dies führt zu wesentlich geringeren Kosten.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 106

Prozessintensivierung - Rationelle Prozessführung

Unter dem Begriff der rationellen Prozessführung sind Technologien und Verfahren zusammengefasst, die im Rahmen der Prozessintensivierung zu einer deutlichen Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz führen können.

Automatisierte Prozesskontrolle

Um Produktionsanlagen entsprechend den effizienten Methoden betreiben zu können, ist der Einsatz der automatisierten Prozesskontrolle und -optimierung von besonderer Bedeutung. Durch einen hohen Automatisierungsgrad und die Nutzung numerischer Simulationsmodelle wird insbesondere die Herstellung komplexer Produkte auf ein hohes Qualitätsniveau gehoben. Optimierte Regelungskonzepte und moderne Systeme zur Prozessbeobachtung stabilisieren Prozesse und führen zu positiven ökonomischen und ökologischen Effekten. Die automatisierte Prozesskontrolle stellt ein Kernelement bei der Realisierung von Prozessen dar, die die Grenzen der technischen Möglichkeiten verfahrenstechnischer Vorgänge optimal ausnutzen.

Kontinuierliche Prozessführung

In vielen Bereichen der chemischen Industrie werden kontinuierliche Verfahren eingesetzt. In der petrochemischen Industrie und in den Top 30 der organischen Comodity-Chemikalien gehört diese Fahrweise zu der gängigen Herstellungsmethode. Hingegen werden die meisten Feinchemikalien nach wie vor in diskontinuierlich arbeitenden Rührkesseln produziert. Eine Umstellung auf kontinuierliche Verfahren kann hier nennenswerte Vorteile hinsichtlich der Effizienz sowie der Prozesskontrolle mit sich bringen. Aktuelle Entwicklungen verfolgen daher das Ziel, Lösungen für die kontinuierliche Herstellung von Feinchemikalien auch im niedrigtonnagigen Bereich zu schaffen und wirtschaftlich attraktiv zu gestalten. In diesem Zusammenhang sei auf hoch flexible Anlagen verwiesen, die modular aufgebaut sind und auf kleinstem Raum in mobilen Einheiten angeordnet werden (Stichwort "F³-Factory").

Dynamisierung der Prozessführung

Durch die Dynamisierung der Prozessführung wird eine Prozessintensivierung realisiert, die auf die Minimierung von Transporthemmnissen zurückzuführen ist. In erster Linie ist diese Methode bei Mehrphasenreaktoren anwendbar. Die Umsetzung der Dynamisierung erfolgt durch die gezielte Variation relevanter Betriebsparameter. Insbesondere die zeitliche Veränderung der Konzentration und des Durchflusses führt zu einer Steigerung der Reaktorleistung. Geeignete Größen müssen durch die Untersuchung des konkreten Betriebsverhaltens des Reaktors und der Füllkörper ermittelt werden. Diese Untersuchung beinhaltet hydrodynamische und reaktionstechnische Charakteristika. Abgeleitete mathematische Modelle können mögliche Leistungssteigerungen schließlich eindeutig reproduzierbar machen.                 

Quelle(n):

  • ProcessNet - Fachsektion Prozessintensivierung (2008): Prozessintensivierung - Eine Standortbestimmung
  • Action Group PI (2009): European roadmap for process intensification, Appendix 1 "PI Technologies Description and Review"

Prozessintensivierung - Strukturierte Katalysatoren

Verfahren / Technologie:Katalyse

Der Einsatz von Katalysatoren ermöglicht in vielen Bereichen die Durchführung effizienter Prozesse und die Herstellung innovativer Produkte. Neben bewährten Konzepten werden Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zum Thema Katalysatortechnik durchgeführt, die weitere Potenziale dieser Technologie erschließen sollen und neue Möglichkeiten in der Produktion eröffnen. Ein Teilbereich dieser Bemühungen beschäftigt sich dabei mit der Untersuchung multifunktionaler und strukturierter Katalysatorsysteme.

Zeolithische Katalyse

Bei Zeolithen handelt es sich um Minerale und chemische Verbindungen auf Basis von Silikaten. Diese Stoffe sind durch eine definierte geometrische Form gekennzeichnet, die aufgrund ihres porösen Charakters eine große spezifische Oberfläche aufweist. Die Oberfläche der Zeolithe zeigt ferner die Eigenschaft, eine Vielzahl unterschiedlicher Kationen lose an sich zu binden. Dieser Umstand wird genutzt, um dem zeolithischen Katalysatorkorn definierte Eigenschaften zu verleihen. Insbesondere der Schutz des Katalysators vor Katalysatorgiften profitiert von dieser Technologie, die somit effiziente Werkzeuge zur leistungsfähigen Produktion in chemischen und biochemischen Produktionsprozessen zur Verfügung stellt. 

Monolithische Katalysatoren

Unter dem Begriff monolithische Katalysatoren werden massive, meist keramische Katalysatorgrundkörper verstanden, deren Struktur durch eine Vielzahl kleiner, parallel verlaufender Kanäle gekennzeichnet ist. Die Wände der Kanäle sind mit einem Katalysatormaterial beschichtet und stellen die Begrenzung des Reaktionsraums dar. Bauartbedingt steht eine große spezifische Oberfläche zur Verfügung. In den Kanälen, die von den Edukten durchlaufen werden, kommt es zur Ausbildung eines reaktionstechnisch günstigen Strömungsregimes. Klassische Einsatzbereiche monolithischer Katalysatoren liegen in der Abgasreinigung. Alternative Anwendungsgebiete werden aufgrund der günstigen Eigenschaften dieser Katalysatoren zunehmend erschlossen. So weisen monolithische Katalysatoren neben der großen spezifischen Oberfläche deutlich geringere Druckverluste im Vergleich zu Festbettreaktoren auf. Eine hohe Selektivität und die große Umsatzleistung bedingen sich durch die Ausbildung eines dünnen Fluidfilmes (kurze Diffusionswege) und den intensiven Kontakt mit dem Katalysatormaterial in den Kanälen. Einschränkungen sind bei der Durchführung stark exothermer Reaktionen hinzunehmen. Durch die Bauart dieser Katalysatoren ist eine effiziente Wärmeabfuhr nur eingeschränkt möglich.
Um diese Beschränkungen zu umgehen, bieten sich als Alternative zum Konzept der monolithischen Katalysatoren einige Katalysatorsysteme an, die sich derzeit noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden, jedoch in speziellen Anwendungsgebieten durchaus interessant sein dürften. Diese Systeme greifen auf schaumartige Strukturen zurück, auf die ein Katalysatormaterial aufgetragen ist. Metallische Schäume stellen den Reaktionspartnern eine große Oberfläche zur Verfügung, ohne besondere Inhomogenitäten bei der Temperaturverteilung entstehen zu lassen. Ferner ist bei diesen metallischen oder auch keramischen Strukturen und Geweben im Vergleich zu herkömmlichen Füllkörpern ein geringerer Druckverlust feststellbar. 

Kohlenstoff-Nanoröhren

Bei Kohlenstoff-Nanoröhren handelt es sich um aus einzelnen Kohlenstoffatomen aufgebaute röhrenartige Gebilde. Diese können hinsichtlich ihrer Textur und ihres chemischen Verhaltens gezielt modifiziert und hergestellt werden. Die Strukturen weisen eine hohe Stabilität auf und binden aufgrund ihrer Elektronenkonfiguration Katalysatormaterialien fest an sich. Auch ohne Beschichtung können die Nanoröhren als Katalysator genutzt werden.

Quelle(n):

  • ProcessNet - Fachsektion Prozessintensivierung (2008): Prozessintensivierung - Eine Standortbestimmung
  • Action Group PI (2009): European roadmap for process intensification, Appendix 1 "PI Technologies Description and Review"

Rühreroptimierung

Die prozessspezifische Auswahl des im Reaktor zum Einsatz kommenden Rührers übt einen starken Einfluss auf die Qualität des Prozesses aus. Bei der Überführung eines Verfahrens vom Labor- oder Pilotmaßstab in den Produktionsmaßstab muss die Eignung des verwendeten Rührers überprüft werden. Eine unvollständige Durchmischung bedingt unangemessen hohe energetische und stoffliche Aufwendungen sowie qualitative Produktbeeinträchtigungen.
Die Rühreroptimierung ist insbesondere bei der Auslegung neuer Prozesse anwendbar. Auch der Umbau vorhandener Anlagen durch die Nachrüstung optimierter Rührsysteme ist möglich und in vielen Fällen mit einer Aufwertung der Verfahrensqualität verbunden.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 395

Variable Rührkesseltemperierung

In klassischen Kühlkreisläufen wird durch die Veränderung der Temperatur im Doppelmantel die Temperatur im Reaktionsgefäß beeinflusst. Bei der variablen Rührkesseltemperierung wird die Stellgröße im Temperaturregelkreis durch die variierbare Kühlfläche am Reaktionsgefäß repräsentiert. Das Temperiersystem ist zu diesem Zweck in mehrere unabhängige Einzelelemente (Rohrleitungsabschnitte) unterteilt. Diese Bereiche werden über ein Regelventil für das Wärmeträgermedium freigegeben oder verschlossen. Hierdurch entsteht eine Unterteilung in verschiedene gezielt ansteuerbare Regionen an der Mantelfläche des Behälters. Durch den Einsatz eines derartigen Systems ergeben sich verschiedene Vorteile:

  • schnelle und genaue Einflussnahme auf den Temperaturverlauf,
  • Verbesserung der Prozessbedingungen innerhalb des Behälters,
  • effiziente Nutzung des Wärmeträgermediums.

Durch eine deutliche Verbesserung der Temperaturkontrolle lassen sich ablaufende Reaktionen genauer verfolgen und Reaktionsendpunkte zeitnah bestimmen. Die Produktausbeute wird gesteigert und das Entstehen unerwünschter Nebenprodukte minimiert. Durch den Ansatz der Durchflussregelung zur Temperatursteuerung kann weiterhin eine deutliche Verringerung des Energieaufwands für den Betrieb der Kühlmittelpumpen umgesetzt werden.
Die Anwendbarkeit dieser Technologie kann in allen Produktionsmaßstäben und Produktionsfahrweisen zu den oben beschriebenen Vorteilen führen. Der Invest für eine variable Rührkesseltemperierung fällt vergleichsweise klein aus und amortisiert sich in vielen Fällen sehr rasch durch die erzielbaren Einsparungen.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 401

Aufbereiten von Produkten

Projekte

Beschichtungen für Anlagen zur umweltschonenden Trocknung

Prozesseigenschaften:
  • Oberflächenbeschichtung zur Verminderung von Anhaftungen in Behältern
  • Verminderung des Reinigungsaufwandes
  • weniger Fouling
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Kleindestillationsanlagen

Prozesseigenschaften:
  • betriebsinterne Aufbereitung gebrauchter Lösemittel durch Kleindestillationsanlagen
  • wirtschaftliche Vorteile ab 200 l verunreinigter Lösemittel
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Organophile Nanofiltration für die nachhaltige Produktion in der Industrie

Prozesseigenschaften:
  • ressourcenschonendes und energieeffizientes Trennverfahren
  • Abtrennung von niedermolekularen Verbindungen aus organischen Lösemitteln
  • Anwendungsbeispiel: homogen katalysierte Hydroformylierung
  • hohe Edelmetalleinsparpotenziale – Edelmetallrückhalt von bis zu 95 %
  • verwendete Membranen nicht auf die organophile Nanofiltration beschränkt
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Beste verfügbare Technik

Effiziente Antriebe

Bei der Aufarbeitung mittels Horizontalschälzentrifugen wird die Drehzahl oft hoch- und heruntergefahren, wenn das feste Produkt gewaschen wird. Daher lohnt es sich, den Antrieb mit einem rückspeisefähigen Frequenzumrichter auszurüsten und beim Bremsen die Energie ins eigene Netz zurückzuspeisen. Andernfalls müsste die Wärme über einen Bremswiderstand unnötig abgeführt werden und ginge verloren.

Quelle(n):

  • Persönliche Mitteilung von Prof. Dr.-Ing. Bernd Bungert, Beuth Hochschule für Technik Berlin, Juni 2014.

Prozessintensivierung - Apparate und Verfahren

Die Prozessintensivierung verfolgt das Ziel, deutliche Effizienzsteigerungen in chemischen und biotechnologischen Verfahren durch die Anwendung innovativer Technologien zu erreichen. Im Bereich der Produktaufbereitung sind bisweilen Stoffsysteme zu handhaben, die besondere Anforderungen an den Trennprozess stellen. Azeotrope Gemische oder Gemische mit eng aneinanderliegenden Siedepunkten sind hier beispielhaft zu benennen. Mit Hilfe von Methoden der Prozessintensivierung kann in diesen Fällen häufig zu effizienten Produktionsverfahren gelangt werden. Beispiele zur Prozessintensivierung im Bereich der Produktaufbereitung sind die sogenannten hybriden Trennverfahren: 

Extraktive Destillation

Diese Verfahrenstechnik wird häufig eingesetzt, um Gemische, die aufgrund ähnlicher Siedepunkte oder der Bildung von Azeotropen schwer (thermisch) trennbar sind, aufzubereiten. Zu diesem Zweck wird durch das Hinzufügen eines schwersiedenden Hilfsstoffes in Form eines Lösungsmittels das Phasengleichgewicht einer Komponente selektiv verschoben. Nach der Trennung des Produktes kann das Lösungsmittel in einem weiteren thermischen Prozess abgetrennt und erneut verwendet werden. Neben der einfacheren Trennung von Gemischen geht die extraktive Destillation mit einer Verringerung des Energiebedarfs einher.

Membrandestillation

Durch die Kombination eines thermischen Trennprozesses mit einer Membrantrennung – auch Pervaporation oder Dampfpermeation – entsteht ein Hybridprozess, der als Alternative zur Umkehrosmose und zu Verdampfungsprozessen betrachtet werden kann. Hierbei wird durch einen Temperaturunterschied und eine sich hieraus ergebende Dampfdruckdifferenz ein Stoffaustausch eingeleitet. Das "abgebende" Medium ist durch eine Membran von dem "aufnehmenden" Medium getrennt. Neben der Entwässerung von Lösungsmitteln ergeben sich durch die Membrandestillation deutliche Kapazitätserweiterungen klassischer Trennkolonnen.

HIGEE-Technologie

Bei den sogenannten "Rotating Packed Bed"-Apparaten handelt es sich im Prinzip um eine Füllkörperkolonne, deren Packung in Rotation versetzt werden kann. Insbesondere bei anspruchsvollen Aufgaben, die auf einen effektiven Stoff- bzw. Massentransfer angewiesen sind, lassen sich durch den Einsatz dieser Technologie Vorteile erzielen. Insbesondere Absorptionsprozesse, Flüssig-flüssig-Extraktionen oder Kristallisationsprozesse werden durch die auftretenden hohen Zentrifugalkräfte intensiviert und lassen eine deutliche Steigerung des Massentransfers zu. Verschiedene Phasenkombinationen können auf diese Weise effizient verarbeitet werden; unterschiedlichste Packungssysteme können zur Anwendung kommen.                 

Bei der Kombination unterschiedlicher unit operations ist die Wechselwirkung der Systeme untereinander zu berücksichtigen. Um die synergetischen Effekte zu maximieren, werden bei der Ausführung der Anlagen im Vorfeld spezifische Modelle erstellt. Diese lassen eine spezielle, auf den jeweiligen Prozess abgestimmte räumliche Anordnung der Komponenten zu. In Abhängigkeit des spezifischen Anwendungsfalles sind durch die Nutzung von Methoden aus dem Bereich der Prozessintensivierung deutliche Positiveffekte zu erzielen. Höhere Produktqualitäten, größere Ausbeuten und der verringerte Rohstoffeinsatz sind in diesem Zusammenhang in aller Regel feststellbar. Im Vergleich zu konventionellen Anlagen werden Kosteneinsparungen im Bereich von 50 bis 70 % beschrieben.

Quelle(n):

  • ProcessNet - Fachsektion Prozessintensivierung (2008): Prozessintensivierung - Eine Standortbestimmung
  • Action Group PI (2009): European roadmap for process intensification, Appendix 1 "PI Technologies Description and Review"

Prozessintensivierung - Membransysteme

Der Einsatz sogenannter Membrantechniken kann auch im Umfeld der Produktaufbereitung zu einer positiven Beeinflussung der Ressourceneffizienz führen. Die Membranen dienen hierbei in hybriden Systemen dem kontrollierten Massentransfer zwecks Erzeugung einer Übersättigung. Verschiedene "klassische" Verfahrenstechniken werden dabei durch Membransysteme ergänzt und erweitern deren Funktionalität.

Membranabsorption/-strippen

Dieses Membranverfahren eignet sich für die Durchführung verschiedener Trennprozesse. Im Bereich der Abgasreinigung findet sich die Membranabsorption als etabliertes Verfahren zur Abtrennung von CO2 aus Rauchgasen. In der Biotechnologie kann es zur Abtrennung von DNA aus biotechnologischen Produkten eingesetzt werden. Es können sowohl Flüssigkeiten zum selektiven Entfernen von Inhaltsstoffen aus Gasen als auch Flüssig-flüssig-Phasentrennungen realisiert werden. Ebenso kann ein Gas zum Strippen von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Eine spezielle Kunststoffmembran (z. B. aus Polyethersulfan), die auch chemisch modifiziert sein kann, dient dabei zum Aufbau einer Konzentrationsdifferenz. Ein kontrollierter Massentransfer durch die Membran hindurch hin zur Absorptionsflüssigkeit oder zum Stripgas ermöglicht hohe Fließraten und scharfe Trenngrenzen. Insbesondere aus energetischen Gesichtspunkten stellt dieses Trennverfahren eine interessante Alternative bei der Produktaufbereitung dar.

Membrankristallisation

Bei der Membrankristallisation werden die Prozesse der Kristallisation und der Verdampfung unter Verwendung spezieller Membranen miteinander kombiniert. Dabei trennt die Membran den Verdampfungs- und Kondensationsabschnitt voneinander und stellt eine physikalische Basis für das stattfindende Kristallwachstum dar. Diese Methode der Kristallisation zeichnet sich durch die milden Verfahrensbedingungen sowie das hohe Niveau der resultierenden Kristallqualität aus. Die Entwicklung industrietauglicher Membranen für diese Verfahren stellt eine besondere Herausforderung dar. Die Membrankristallisation bietet sich aufgrund der erreichbaren hohen Produktqualitäten insbesondere für die Herstellung hochreiner Stoffe an. 

Membrandestillation

Durch die Kombination eines thermischen Trennprozesses mit einer Membrantrennung – auch Pervaporation oder Dampfpermeation – entsteht ein Hybridprozess, der als Alternative zur Umkehrosmose und zu Verdampfungsprozessen betrachtet werden kann. Hierbei wird durch einen Temperaturunterschied und eine sich hieraus ergebende Dampfdruckdifferenz ein Stoffaustausch eingeleitet. Das "abgebende" Medium ist durch eine Membran von dem "aufnehmenden" Medium getrennt. Neben der Entwässerung von Lösungsmitteln entstehen durch die Membrandestillation deutliche Kapazitätserweiterungen klassischer Trennkolonnen.

Membranextraktion

Die Membranextraktion stellt einen Prozess zur Verfügung, der eine zuverlässige Trennung von gelösten Stoffen zulässt. Neben dem Einsatz in der Abwassertechnik und dem klassischen Feld der analytischen Produktaufbereitung findet die Membranextraktion in der Biotechnologie ein ideales Anwendungsgebiet. Die Abtrennung eines Produktes aus Fermetationsflüssigkeiten oder die Trennung von Enantiomeren kann mit diesem Verfahren sicher durchgeführt werden. Eine Steigerung der Ressourceneffizienz erfolgt durch die leistungsfähige Separation von Produkt und Abfallstoff.

Quelle(n):

  • ProcessNet - Fachsektion Prozessintensivierung (2008): Prozessintensivierung - Eine Standortbestimmung
  • Action Group PI (2009): European roadmap for process intensification, Appendix 1 "PI Technologies Description and Review"

Behandeln von Reststoffen

Projekte

Cyanidabbau und Biosorption von Schwermetallen in Abwässern

Prozesseigenschaften:
  • Einsatz von Mikroorganismen zur Reinigung von cyanidhaltigen Abwässern
    - Cyanidabbau mittels Bakterien
    - Schwermetallsorption an Pilzen
  • Vermeidung der Anreicherung von giftigen Zwischen- und Endprodukten
  • niedrige Betriebskosten
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Entwicklung eines adsorptiv-katalytischen Kombinationsverfahrens zur effizienten dezentralen Abluftreinigung

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung und Erprobung eines neuartigen Verfahrensansatzes für stark schwankende Schadstoffemissionen organischer Verbindungen
  • Kombination von Adsorption und thermischer Regenerierung mit dielektrischer Erwärmung
  • Anwendung der Radiowellentechnologie unter praxisnahen Bedingungen
  • Betrachtung von Betriebssicherheitsaspekten
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Errichtung einer Anlage zur anaeroben Behandlung hypersaliner Abwässer

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung und erfolgreicher Dauerbetrieb einer Anlage zur anaeroben Behandlung hypersaliner Abwässer (20 g/l NaCl) aus der Chemieindustrie
  • Verbesserung der Energieeffizienz (Behandlungsanlage) um 22 % von 44,2 kWh/(E*a) auf 34,6 kWh/(E*a)
  • Gesamteinsparung an Elektroenergie entspricht CO2-Verminderung von 1.900 t CO2 pro Jahr
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Kleindestillationsanlagen

Prozesseigenschaften:
  • betriebsinterne Aufbereitung gebrauchter Lösemittel durch Kleindestillationsanlagen
  • wirtschaftliche Vorteile ab 200 l verunreinigter Lösemittel
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Mobile Öl-Aufbereitungsanlage "miniclean"

Prozesseigenschaften:
  • mobile Ölaufbereitungsanlage "miniclean" für gebrauchte Hydrauliköle, Wärmeträgeröle und Spülöle
  • Aufbereitung von insgesamt bis zu 600 Kubikmeter Öl pro Jahr im Rahmen von 30 Einsätzen
  • 10- bis 20-fache Verlängerung der Öl-Einsatzzeit
  • Trennung von Öl-Wassergemischen aus Ultrafiltrations- und Emulsionsspaltanlagen ebenfalls möglich
    - Verwertung des wiedergewonnenen Öls als Brennstoff
    - betriebsinterne Weiterverwendung des abgetrennten Wassers
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Reduzierung von produktionsinduzierten Umweltbelastungen in der chemischen Industrie

Prozesseigenschaften:
  • Konzepterstellung für die Wieder- und Weiterverwendung von Chemikalien
  • Reduzierung der produktionsinduzierten Umweltbelastungen und Kosten
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Return to sender: Chemikalien zurück in die Produktion

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines integrierten, ökonomisch tragfähigen Erfassungs-, Transport-, Sortier- und Wiedereinsatzkonzepts für gebrauchte Chemikalien (auch für kleine und mittlere Mengen)
  • Entwicklung neuer Methoden zur Qualitätskontrolle und Dokumentation zurückkommender Chemikalien
  • Entwicklung einer Analysemethode zur Qualitätskontrolle gebrauchter Lösemittel
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Rheinzink GmbH & Co. KG in Datteln: Innovatives regeneratives Abluftreinigungsverfahren senkt CO2-Ausstoß und Erdgasverbrauch

Prozesseigenschaften:
  • Nutzung der Wärmeenergie aus der regenerativen Abluftreinigung
  • 1.000 t CO2-Minderung
  • 500.000 Kubikmeter Erdgaseinsparung
  • Senkung der Betriebskosten um rund 120.000 Euro pro Jahr
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Untersuchung der Möglichkeiten eines energieeffizienten Betriebsmanagements von Abwasserfördersystemen

Prozesseigenschaften:
  • Optimierung von Abwasserpumpstationen
  • Einsatz von drehzahlgeregelten Pumpen und Optimierung der Steuerstrategien
  • Erstellung von Zuflussvorhersagen
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Beste verfügbare Technik

Analyse von Abwasserteilströmen

Bei der Herstellung organischer Feinchemikalien fällt eine große Vielfalt von Abwasserteilströmen an. Um eine Grundlage für effizienzsteigernde Trennungs- und Vorbehandlungsstrategien zu schaffen, wird ein aussagekräftiger Datensatz zusammengestellt. Dies geschieht unter der Annahme, dass bei allen Chargen des gleichen Produktionsschrittes immer wieder der gleiche Abwasserteilstrom anfällt. Ein derartiger Basisdatensatz für solch einen Abwasserteilstrom wird einmalig zusammengestellt. Er enthält alle wichtigen Parameter (BSB5, CSB etc.) und emittierte Frachten (Elemente und Moleküle) bezogen auf Tages- und Jahreszeiträume. Mit diesem Datensatz ist es dem Anlagenbetreiber möglich, ein allgemein anwendbares Werkzeug für ein effektives Abwassermanagement zu schaffen.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 179

Prozessbezogene Analyse der Abfallströme

Durch die prozessbezogene Analyse der entstehenden Abfallströme wird eine wesentliche Grundlage zur Steigerung der Ressourcennutzung geschaffen. Insbesondere an einem Mehrzweckstandort sind die Vermeidung und Verminderung von Umweltverschmutzung nur möglich, wenn zuerst die Abfallströme aus jedem Prozess identifiziert und charakterisiert werden. Eine prozessbezogene Analyse der Abfallströme stützt sich auf Flussdiagramme. In diesen Diagrammen werden die Verfahrensschritte, Rohmaterialien und Abfallströme dargestellt. In einem zugehörigen zweiten Diagramm werden für jeden Abfallstrom die relevanten Daten dargestellt. Die prozessbezogene Analyse von Abfallströmen liefert:

  • eine klare Identifizierung und Charakterisierung des einzelnen Abfallstroms,
  • eine Grundlage für die Entscheidung über den Bestimmungsort des Abfallstroms,
  • Schlüsselinformationen für Verbesserungsstrategien.

Eine derartige Erfassung wird häufig als zentraler Bestandteil der Verfahrensentwicklung bzw. der Verfahrensüberarbeitung herangezogen und repräsentiert einen Bestandteil des Emissionskatasters.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 176

Rückgewinnung aromatischer Lösemittel und niederer Alkohole

Der Einsatz von Lösemitteln ist bei vielen Herstellungsprozessen in der organischen Feinchemie (OFC) unabdingbar. Aromatische Lösemittel, wie Toluol, und niedrigsiedende Alkohole, wie Methanol, stellen bei weitem die Mehrheit der in den OFC-Bereichen eingesetzten Massenlösemittel dar. Aufgrund dieser Tatsache eröffnen sich für Anlagenbetreiber verschiedene effizienzsteigernde Möglichkeiten. Insbesondere die Kosten von Toluol rechtfertigen dabei die Maßnahmen für dessen Rückgewinnung. Folgende Aufgabenstellungen zur Rückgewinnung der Lösemittel/Alkohole treten am häufigsten auf:

  • Das Produkt liegt in Toluol gelöst vor. Toluol wird zurückgewonnen und in einer gepackten Säule gereinigt, gefolgt von der Abtrennung einer Toluol-Wasser-Mischung.
  • Nach Abtrennung des Produkts wird eine Mischung aus Toluol und Methanol erhalten. Toluol und Methanol werden mittels diskontinuierlicher Destillation als Azeotrop zurückgewonnen. Das Gemisch wird durch die Zugabe von Wasser in eine Toluol- und eine Methanol/H2O-Phase getrennt. Letztere wird kontinuierlich destilliert, um das Methanol zu gewinnen.
  • Toluol wird aus Abgasen zurückgewonnen.
  • Toluol.Methanol-Mischungen werden aus Abgasen zurückgewonnen.

Neben der Rückgewinnung wertvoller Stoffe kommt es durch die Etablierung derartiger Effizienzmaßnahmen zu grundsätzlich geringeren Emissionen. Zu berücksichtigen ist der mit den Rückgewinnungsprozessen einhergehende zusätzliche Energiebedarf für die Destillation, Dampferzeugung und Kühlung sowie der entstehende Kühlwasserverbrauch. Ferner muss die verwendete Aktivkohle recycelt werden. Die Technologie ist im Falle der Rückgewinnung aus Abgasen allgemein anwendbar. An Standorten, die produktionsbedingt ("Verbundstandort") bereits große Mengen von Abfalllösemitteln zur Verfügung stellen, ist die Rückgewinnung in aller Regel nicht wirtschaftlich. Die Reinigung verbrauchter Lösemittel macht nur Sinn, wenn eine Wiederverwendung oder eine Möglichkeit der Vermarktung besteht. Die Anforderungen an die Reinheit der Stoffe können die Wiederverwendung oder Recyclingmöglichkeiten für die Lösemittel/Nebenprodukte, z. B. bei der Herstellung von Pharmawirkstoffen, einschränken. Falls die Rückgewinnungsanlagen bereits vorhanden sind, hängt die Wirtschaftlichkeit der Rückgewinnung eines Lösemittels von dem Vergleich der Betriebskosten und dem Marktpreis des Hilfsstoffes ab. Falls die Rückgewinnungsanlagen erst noch aufgebaut werden müssen, wird die Amortisationszeit für den Investor Aussagen über die Sinnhaftigkeit der Maßnahme liefern.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 222

Videos

Entscheidung im Eloxalbad

Fördern von Stoffen

Projekte

Anlage zur Handhabung von Gefahrstoffen mit nachgeschalteter Abluftreinigung

Prozesseigenschaften:
  • Verringerung von giftigen, kanzerogenen (z. B. Allylchlorid, Epichlorhydrin) und geruchsintensiven (z.B. Mercaptane) Emissionen einer Umfüllanlage:
    - Mercaptane um 99 %
    - Lösungsmittel um 95 %
    - Dimethylsulfat um 99 %
  • Umwandlung von geruchsintensiven Schwefelverbindungen zu Sulfaten
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Drehzahlvariabler Vakuumpumpenantrieb

Prozesseigenschaften:
  • Senkung des Energieverbrauchs
  • Reduktion von Geräuschemissionen
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Druckluftversorgung mit Turbokompressoren, Kreislaufkühlung, Adsorptionstrocknung

Prozesseigenschaften:
  • Stromeinsparung durch effiziente Kompressoren und Kompressorenregelung: 2.000 MWhel/a
    (entspricht einer Brennstoffeinsparung von ca. 5.700 MWhBS/a)
  • Brennstoffeinsparung durch Abwärmenutzung: 1.850 MWhBS/a
  • Kühlwassereinsparung: 1 Mio. m³/a
  • CO2-Einsparung gesamt: 1.500 t CO2/a
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Beste verfügbare Technik

Beschicken von Behältern

Stoßinertisierung

Bestimmte Reaktionen verlangen eine neutrale Atmosphäre. Diese Bedingung wird durch das Abziehen des Luftsauerstoffs und das Zuführen eines Inertgases im Reaktionsraum erreicht. Dieser Zustand kann zum einen durch einen kontinuierlichen Prozess herbeigeführt werden, zum anderen besteht im Allgemeinen jedoch die Möglichkeit, eine sogenannte Stoßinertisierung anzuwenden. Hierbei wird zunächst ein Vakuum erzeugt und im Anschluss ein Fluten des Reaktionsraumes mit dem Inertgas (Stickstoff) durchgeführt. Im Vergleich zur kontinuierlichen Inertisierung wird dabei eine Verringerung der Abgasvolumenströme in Rückgewinnungs- und Imissionsminderungsanlagen erreicht. Ferner ergibt sich ein niedrigerer Inertgasverbrauch. Die Anwendung dieser Technik verlangt luftdichte Anlagenteile. Ferner darf die ablaufende Reaktion nicht mit dem Entstehen von Sauerstoff einhergehen.    

Befüllen mit Flüssigkeiten

Das Befüllen von Prozessbehältern mit Flüssigkeiten führt zur Verdrängung von Gasen und trägt daher zum Abgasvolumenstrom in Rückgewinnungs- und Emissionsminderungsanlagen bei. Das Befüllen mit Flüssigkeit kann von oben oder unten oder mit einem Befüllrohr erfolgen. Im Fall einer organischen Flüssigkeit liegt die organische Fracht im verdrängten Gas beim Befüllen von oben ungefähr 10- bis 100-mal höher.
Wird der Prozessbehälter sowohl mit Feststoffen als auch organischen Flüssigkeiten befüllt, können beim Befüllen von unten die Feststoffe als dynamische Abdeckung der Flüssigkeit eingesetzt werden, was sich auch positiv auf die organische Fracht im verdrängten Gas auswirkt. Die Anwendung dieser Methode führt zu einer Verringerung der Schadstofffrachten im verdrängten Gas beim Befüllen mit Flüssigkeiten. Das Anwendungsfeld ist weit, es entstehen jedoch Einschränkungen aufgrund von Sicherheits- oder Qualitätserwägungen. Durch die Implementierung dieser Methode ergeben sich lediglich geringe Kosten. Es zeigen sich positive Auswirkungen auf die Kosten bei der Rückgewinnung und Emissionsminderung.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 152

Effiziente Antriebe

Beim Einsatz von Pumpen und Verdichtern, die drehzahlgeregelt gefahren werden sollen, bietet sich der Einsatz eines Reluktanzmotors an. Dieser hat den Vorteil eines höheren Wirkungsgrads gegenüber einer Asynchronmaschine auch bei kleineren Drehzahlen. Darüber hinaus benötigt er keine Seltene-Erden-Werkstoffe und vermindert somit die Abhängigkeit von knappen Ressourcen.

Quelle(n):

  • Persönliche Mitteilung von Prof. Dr.-Ing. Bernd Bungert, Beuth Hochschule für Technik Berlin, Juni 2014.

Reduzierung diffuser Emissionen

Um den Stoffverlust durch diffuse Emissionen flüchtiger Verbindungen zu verhindern und eine Minimierung von Stoffverlusten bereits am Entstehungsort zu gewährleisten, stehen Anlagenbetreibern zahlreiche Möglichkeiten zur Verfügung. Als allgemein anwendbar gelten hierbei insbesondere folgende:

  • Zur Abdichtung von Spindeldurchführungen von Absperr- oder Regelorganen, wie Ventilen oder Schiebern, sind hochwertig abgedichtete metallische Faltenbälge mit nachgeschalteter Sicherheitsstopfbuchse oder gleichwertige Dichtsysteme zu verwenden (mit einer maximalen spezifischen Leckagerate von 10 – 4 mbar*l/(s*m) bei Temperaturen < 250 °C; bei Temperaturen ≥ 250 °C: 10 – 2 mbar*l/(s*m)). (Die spezifische Leckagerate wird gemäß [102, VDI, 2000] bestimmt.)
  • Anwendung von Untenbefüllung und Unterspiegelbefüllung beim Befüllen mit Flüssigkeiten
  • Verwendung technisch dichter Pumpen, wie Spaltrohrmotorpumpen, Pumpen mit Magnetkupplung, Pumpen mit Mehrfach-Gleitringdichtung und Vorlage- oder Sperrmedium, Pumpen mit Mehrfach-Gleitringdichtung und atmosphärenseitig trockenlaufender Dichtung, Membranpumpen oder Faltenbalgpumpen
  • Verwendung von Mehrfach-Dichtsystemen, wenn VOC-Gase oder -Dämpfe verdichtet werden. Beim Einsatz nasser Dichtsysteme darf die Sperrflüssigkeit der Verdichter nicht ins Freie entgast werden. Beim Einsatz trockener Dichtsysteme, z. B. einer Inertgasvorlage oder einer Absaugung der Fördergutleckage, sind austretende Abgase zu erfassen und einem Gassammelsystem zuzuführen.   

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 149

Vakuumpumpen

Flüssigkeitsringpumpen mit Lösemitteln als Ringmedium

Wenn nur ein einzelnes, nicht sehr flüchtiges Lösemittel gepumpt wird, kann eine Flüssigkeitsringpumpe mit dem gleichen Lösemittel als Ringmedium eingesetzt werden. Neben der Vermeidung einer möglichen Abwasserbelastung weist die Verwendung von Lösemitteln als Ringmedium andere Vorteile auf:

  • Das Vakuum wird durch Kühlen aufrechterhalten, was im Fall von Wasser auf Werte oberhalb 0 °C beschränkt ist, sich aber flexibler gestaltet, wenn ein Lösemittel mit einem niedrigeren Schmelzpunkt gewählt wird.
  • Durch die Verwendung von Lösemitteln mit einem niedrigeren Dampfdruck als Wasser kann ein besseres Vakuum erzielt werden.

Die Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie sind breit gefächert und können als allgemein anwendbar bezeichnet werden. Allerdings ist zu beachten, dass bei der Herstellung pharmazeutischer Wirksubstanzen die Wiederverwendbarkeit von Lösemitteln eingeschränkt sein kann. Das Gleiche gilt für die Herstellung von Sprengstoffen.
Hinsichtlich der wirtschaftlichen Aspekte ist festzustellen, dass im Falle einer möglichen Wiederverwendung des genutzten Lösemittels und in Abhängigkeit der betrieblichen Gegebenheiten ein klarer wirtschaftlicher Vorteil durch den Einsatz dieser Technologie entsteht.

Flüssigkeitsringpumpen mit geschlossenem Kreislauf

Flüssigkeitsringpumpen können einen Beitrag zur Verminderung der Lösemittelverbräuche leisten. Sie können so ausgelegt werden, dass die Ringflüssigkeit vollständig im Kreislauf geführt wird. Normalerweise gehören zu diesem System ein Ansaugkondensator mit einem Kondensatsammeltank und ein Nachkondensator zur Kondensation restlicher Gase. Die Konstruktion ist normalerweise in CrNiMo-Edelstahl ausgeführt und die prozessseitigen Dichtungen bestehen aus PTFE.
Die wesentlichen Umweltvorteile, die durch den Einsatz dieser Pumpentechnologie erschlossen werden:

  • Es wird eine viel kleinere Menge an Ringflüssigkeit kontaminiert (z. B. Wasser).
  • Vollständig geschlossenes System, es besteht kein Kontakt zwischen Kühl- und Ringflüssigkeit.
  • Die gehandhabten Gase/Dämpfe werden zurückgewonnen (z. B. Lösemittel).

Die Anwendbarkeit dieser Pumpen ist weit gefächert. Zu beachten ist dabei jedoch, dass die im Kreislauf geführte Ringflüssigkeit nach einer gewissen Zeit entsorgt werden muss. Ferner kann bei einem Einsatz zur Herstellung pharmazeutischer Wirksubstanzen die Wiederverwendbarkeit von Lösemitteln eingeschränkt sein. Aus Sicherheitsgründen sind diese Pumpen nicht bei der Herstellung von Sprengstoffen anwendbar .

Wasserfreie Vakuumerzeugung

Eine wasserfreie Vakuumerzeugung wird durch den Einsatz mechanischer Pumpensysteme mit geschlossenen Kreisläufen oder trockenverdichtenden Pumpen erzielt. Zum Beispiel können Drehschieber-Vakuumpumpen (mit oder ohne Ölschmierung) eingesetzt werden, um die Kontamination von Wasser mit den geförderten Substanzen zu verhindern. Dabei werden die Dämpfe bei reduziertem Druck durch einen Vorkondensator in eine Wälzkolbenpumpe gesaugt und von dort mittels zweier parallel angeordneter Drehschieber-Vakuumpumpen durch weitere Kondensatoren in die Abgasbehandlungsanlage (thermische Nachverbrennung) weitergeleitet. Die Pumpen benötigen zum Betrieb eine Wasserkühlung. Bei dem Einsatz dieser Technologie sind folgende Punkte zu berücksichtigen:

  • Voraussetzung ist, dass das Auskondensieren der Gase in der Pumpe verhindert werden kann, z. B. durch eine hohe Temperatur des Gases am Auslass. Trockenverdichtende Pumpen können insbesondere dann nicht verwendet werden, wenn der Gasstrom in relativ großen Mengen kondensierbare Substanzen (z. B. Wasserdampf), Staub, polymerisierende Substanzen oder Substanzen, die Ablagerungen bilden, enthält.
  • Trockenverdichtende Pumpen sind nur beschränkt einsetzbar, wenn der Gasstrom korrosive Substanzen enthält.
  • Wird Ölschmierung verwendet, können die geförderten Dämpfe die Ölschmierung bei Drehschieber-Vakuumpumpen beeinträchtigen.
  • Die Anwendung trockenverdichtender Pumpen ist für gewöhnlich auf dieTemperaturklassen Ex T3 beschränkt und ein Einsatz für Anwendungen unter Ex T4-Bedingungen ist ausgeschlossen.
  • Wegen der hohen Zuverlässigkeit im Betrieb, des niedrigen Wartungsaufwands und der niedrigen Kosten sind Wasserstrahl- und Dampfstrahlvakuumpumpen universell einsetzbar.
  • Bei der Herstellung pharmazeutischer Wirksubstanzen kann die Wiederverwendbarkeit von Lösemitteln wegen Bedenken hinsichtlich Verunreinigungen oder Kreuzkontaminationen eingeschränkt sein.
  • Aus Sicherheitsgründen kann die Rückgewinnung von Lösemitteln bei der Herstellung von Sprengstoffen Einschränkungen unterliegen.

Die Investition für eine trockenverdichtende Pumpe fällt viel größer aus als für eine Wasserringpumpe, aber die Kosten können über einen längeren Zeitraum hinweg aufgrund der Kosten für die Behandlung der Ringflüssigkeit ausgeglichen werden. Je nach betrieblicher Situation können Amortisationszeiten von einem Jahr erreicht werden.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 132 ff.

Wärme- und Kältetechnik

Projekte

Hocheffiziente Wärmepumpe mit Wasser als Arbeitsmittel

Prozesseigenschaften:
  • Konzipierung eines effizienten Wärmepumpensystems auf Basis der Direktverdampfung von Wasser
  • Entwicklung erforderlicher Anlagenkomponenten
  • Verdopplung der Effizienz gegenüber dem Stand der Technik
  • Einsparung von elektrischer Energie
Zur kompletten Projektbeschreibung

Beste verfügbare Technik

Pinch-Methode

Die sogenannte Pinch-Methode (auch: Prozessintegration oder Wärmeintegration) stellt ein Werkzeug dar, welches es ermöglicht, sich gegenseitig beeinflussende Prozessgrößen überschaubar darzustellen und hieraus eine Optimierung der Investitions- und Betriebskosten abzuleiten. Insbesondere bei dem Einsatz von Wärme lässt diese Art der Gegenüberstellung von "Überfluss" und "Bedarf" eine gezielte Verringerung von Verlusten zu. Neben thermischen Größen können auch die Prozessgrößen Strom und Wasser analysiert werden. Durch das Ermitteln von Summenkurven heißer und kalter Ströme innerhalb eines verfügbaren Systems und das Übertragen in ein Diagramm werden Wärmesenken und Wärmequellen erkennbar. Als Bezugsgröße wird die Temperatur über der Enthalpie aufgetragen. Maximale Heiz- und Kühlbedarfe sowie zur Verfügung stehende Wärmemengen werden erkennbar. Für diese Art der Optimierung der Energiebilanz eines Standortes ist eine umfangreiche Datenerhebung notwendig. Detaillierte Messungen und die genaue Kenntnis zeitlicher Verläufe innerhalb der jeweiligen Prozesse sind unabdingbar. Bisweilen sind durch die Nutzung der Pinch-Methode Kostenvorteile zu generieren, die die mit der Datenerhebung verbundenen Aufwendungen rasch ausgleichen.
Anmerkung: Der Einsatz dieser Methode eignet sich in erster Linie für kontinuierlich arbeitende Anlagen.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 141 ff.

Prozesskälte

  • Durch den Einsatz von Eisspeichern kann Kälte gespeichert werden. Das hat vor allem den Vorteil, dass damit Lastspitzen von Kompressionskälteanlagen vermieden werden können.
  • Durch Anheben des Temperaturniveaus von Kompressionskälteanlagen um 1 °C kann die elektrische Leistung um rund 3 - 4 % bei gleicher Kühlleistung verringert werden.
  • Bestehende Kompressionskälteanlagen sollten durch Verdunstungskühler ergänzt werden, um den elektrischen Leistungsbedarf zu reduzieren.
  • Bestehende Luftkühler können durch Eindüsen von Wasser zu Verdunstungskühlern umgebaut werden und reduzieren damit das erreichte Temperaturniveau und folglich den Energieverbrauch.

Quelle(n):

  • Persönliche Mitteilung von Prof. Dr.-Ing. Bernd Bungert, Beuth Hochschule für Technik Berlin, Juni 2014.

Variable Rührkesseltemperierung

In klassischen Kühlkreisläufen wird durch die Veränderung der Temperatur im Doppelmantel die Temperatur im Reaktionsgefäß beeinflusst. Bei der variablen Rührkesseltemperierung wird die Stellgröße im Temperaturregelkreis durch die variierbare Kühlfläche am Reaktionsgefäß repräsentiert. Das Temperiersystem ist zu diesem Zweck in mehrere unabhängige Einzelelemente (Rohrleitungsabschnitte) unterteilt. Diese Bereiche werden über ein Regelventil für das Wärmeträgermedium freigegeben oder verschlossen. Hierdurch entsteht eine Unterteilung in verschiedene gezielt ansteuerbare Regionen an der Mantelfläche des Behälters. Durch den Einsatz eines derartigen Systems ergeben sich verschiedene Vorteile:

  • schnelle und genaue Einflussnahme auf den Temperaturverlauf,
  • Verbesserung der Prozessbedingungen innerhalb des Behälters,
  • effiziente Nutzung des Wärmeträgermediums.

Durch eine deutliche Verbesserung der Temperaturkontrolle lassen sich ablaufende Reaktionen genauer verfolgen und Reaktionsendpunkte zeitnah bestimmen. Die Produktausbeute wird gesteigert und das Entstehen unerwünschter Nebenprodukte minimiert. Durch den Ansatz der Durchflussregelung zur Temperatursteuerung kann weiterhin eine deutliche Verringerung des Energieaufwands für den Betrieb der Kühlmittelpumpen umgesetzt werden.
Die Anwendbarkeit dieser Technologie kann in allen Produktionsmaßstäben und Produktionsfahrweisen zu den oben beschriebenen Vorteilen führen. Der Invest für eine variable Rührkesseltemperierung fällt vergleichsweise klein aus und amortisiert sich in vielen Fällen sehr rasch durch die erzielbaren Einsparungen.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 401

Videos

Prozesswärme - Mit der Sonne produzieren

Ein Netz aus Wärme

Mess- und Regelungstechnik

Projekte

Chip für ein kontinuierliches Online-Monitoring chemischer und biologischer Prozesse

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung kostengünstiger, robuster, kontinuierlich arbeitender Messverfahren
  • Erkennung und Quantifizierung von Inhaltsstoffen flüssiger Gemische
  • Keine aufwendige Probenvorbereitung oder -isolierung notwendig
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Optimale Steuerung in der chemischen Produktion

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer Computer-Software zur umweltgerechten Prozessführung und Zustandsüberwachung von diskontinuierlich betriebenen Produktionsanlagen (batch und semi-batch)
  • Verbesserung des Reaktionsablaufs durch frühzeitiges Erkennen von Abweichungen vom optimalen Prozesszustand
  • Verringerung von Energie- und Hilfsstoffeinsatz nachfolgender Produktreinigungsstufen
  • Vermeiden von Fehlchargen
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Beste verfügbare Technik

Einsatz von Automatisierungslösungen

Durch moderne Betriebsführungssysteme (Manaufacturing execution systems, MES) gelingt es, den gesamten Prozessablauf effizienter zu gestalten und so die Anlagenauslastung zu erhöhen. Das verringert die Leerlaufzeiten, die unnötig Energie kosten und Kapital binden.

Quelle(n):

  • Persönliche Mitteilung von Prof. Dr.-Ing. Bernd Bungert, Beuth Hochschule für Technik Berlin, Juni 2014.

Überwachung von Abgasvolumenströmen aus Prozessen

Die Reduktion von Abgasvolumenströmen aus Prozessen dient als Grundlage für eine intensivere Nutzung von Rückgewinnungs- und Emissionsminderungssystemen. Dabei sollte ein Eingriff bereits an der Entstehungsquelle erfolgen. Eine regelmäßige Überwachung von Abgasvolumenströmen versorgt den Betreiber mit wertvollen Informationen. Zu nennen wäre hierbei in erster Linie die Tatsache, dass Situationen mit Volumenstromspitzen rasch ermittelt werden und auf ein hohes Verbesserungspotenzial hinweisen. Ferner gelingt es, Volumenströme, die von Leckagen herrühren, eindeutig zu identifizieren. Durch die gezielte Überwachung können aussagekräftige Volumenstromprofile erstellt werden. Diese lassen eine optimierte Planung von Produktionskampagnen und Chargen zu. Die für die Umsetzung der Maßnahme erforderlichen Gaszähler können mit Bypässen ausgerüstet werden, um Wartungsarbeiten zu ermöglichen oder den Verschleiß zu minimieren. Die Überwachung von Abgasvolumenströmen aus Prozessen liefert wichtige Informationen zur Optimierung und für den Betrieb der Anlage und ermöglicht durch eine optimierte Planung die intensivierte Nutzung von Rückgewinnungs- und Emissionsminderungssystemen.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 189

Armaturen, Rohrleitungen

Projekte

Umweltfreundliche Prüfung in der chemischen Industrie mittels Schallemission

Prozesseigenschaften:
  • Mit Schallemissionen korrosionsgefährdete Behälter und Rohrleitungen zerstörungsfrei überwachen
  • Preisgünstiges, umweltfreundliches, integrales Verfahren
  • Vermeidung von Behälterreinigung und umweltbelastenden Abfällen
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Beste verfügbare Technik

Armaturen und Stellglieder

Durch den Einsatz moderner Armaturen lassen sich in vielen Prozessen Effizienzsteigerungen generieren, denn sie spielen in der Prozesstechnik eine zentrale Rolle. Neben reinen Absperrarmaturen erfüllen sie z. B. als Schieber mit Regelfunktion wichtige Aufgaben in Rohrleitungsnetzen verfahrenstechnischer Anlagen.

Verschiedene technische Entwicklungen auf diesem Gebiet sowie eine Gesamtsystembetrachtung können in vielen Anwendungsfällen zu einer deutlichen Einsparung energetischer und stofflicher Ressourcen führen. So eröffnen auch geringe Verluste durch Spindelleckagen in Summe betrachtet zum Teil umfangreiche Einsparmöglichkeiten. Ebenso lassen sich bei einer systemischen Betrachtung bisweilen erhebliche Verluste durch eine explizite Berücksichtigung von Stellgliedern vermeiden. Die korrekte Auslegung ist hierbei ebenso zu nennen, wie eine gezielte Isolierung dieser Bauteile. Oftmals bleiben Armaturen im Gegensatz zu den Rohrleitungen hier unberücksichtigt.

Auch sind Effizienzpotenziale mit Hilfe angepasster Regelungstechnik und der kontinuierlichen Prozesskontrolle an bestehenden Anlagen zu heben. Die neueste Generation elektro-pneumatischer Stellungsregler arbeitet mit einem geringen Bedarf an Instrumentenluft und kann durch ein präzisiertes Ansprechverhalten Prozesskennwerte hinsichtlich der Produktausbeute verbessern. Moderne Diagnosesysteme – die auch an bestehenden Anlagen nachgerüstet werden können – lassen sich in ein Plant-Asset-Management einbetten. Hierdurch werden sich ankündigende Ausfälle rechtzeitig erkannt und die genaue Identifikation sich aufbauender Leckagen hilft bei der Aufrechterhaltung einer optimalen Anlagenfahrweise.

Quelle(n):

  • VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (2017): Ressource Deutschland DE [online]. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, verfügbar unter: www.ressource-deutschland.de/

Molchsysteme

Die sogenannte Molchtechnik gehört zu den Förder- und Reinigungstechniken. In Molchsystemen wird der Inhalt einer Rohrleitung mittels eines passend auf den Leitungsdurchmesser abgestimmten Gegenstands (Molch) bewegt, mit dem Ziel, das Produkt nahezu vollständig aus der Leitung zu schieben. Der Molch wird sehr häufig von einem Treibgas angetrieben (z. B. Druckluft). Die Hauptbestandteile einer industriellen Molchanlage sind:

  • Molch,
  • molchbare Leitungen mit molchbaren Ventilen,
  • Schleusen zum Einsetzen und Entnehmen des Molchs,
  • Treibgasversorgung,
  • Steuerung.

Die Anwendungsgebiete für Molchtechnik sind vielfältig. Beispielweise können sie genutzt werden, um den Transport zwischen den Prozessbehältern einer Produktionsanlage, zwischen der Prozessanlage und dem Tanklager oder aber zwischen dem Tanklager und vorhandenen Abfüllstationen zu realisieren. Es folgen die wesentlichen Vorteile, die sich aus der Nutzung dieser Technik ergeben:

  • es sind keine Spülvorgänge erforderlich oder es wird weniger Reinigungsmittel benötigt,
  • reduzierte Belastung von Spülwässern,
  • reduzierte Produktverluste.

Es existiert ein breites Spektrum von Anwendungen für Molchsysteme. Insbesondere bei langen Rohrleitungen, Mehrproduktanlagen und dem Chargenbetrieb stellen sich Vorteile ein. Molchsysteme sind auch anwendbar in Sterilbereichen unter GMP-Bedingungen, jedoch wird von einer nur eingeschränkten Anwendbarkeit unter cGMP-Bedingungen ausgegangen. Wegen der Anforderungen an molchbare Rohrleitungen ist bei der Installation in bestehenden Anlagen von größeren Hindernissen auszugehen.

Der Vergleich eines konventionellen Rohrsystems mit dem Molchsystem zeigt höhere Investitionskosten bei Molchsystemen. Diese Mehrkosten werden jedoch im Laufe der Nutzungsdauer aufgrund deutlicher Einsparungen bei der Reinigung und des geringeren Produktverlusts ausgeglichen.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbare Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 137

Prozessperipherie und übergeordnete Maßnahmen

Projekte

Analyse, Bewertung und Dokumentation von Forschungsschwerpunkten für den Themenbereich "Nachhaltig wirtschaften in rohstoffnahen Produktionssystemen"

Prozesseigenschaften:
  • Möglichkeiten des Einsatzes von Sekundärrohstoffen
  • Reinigung stark belasteter Abwässer
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Mitarbeiter-Motivation zu Nachhaltigkeit

Prozesseigenschaften:
  • Erstellung einer Datenbank für erfolgreich in der Praxis umgesetzte Maßnahmen der Mitarbeitermotivation, -kommunikation und -einbindung zu nachhaltigem Handeln im Betrieb
  • mit 500 Maßnahmebeispielen
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Reduzierung von produktionsinduzierten Umweltbelastungen in der chemischen Industrie

Prozesseigenschaften:
  • Konzepterstellung für die Wieder- und Weiterverwendung von Chemikalien
  • Reduzierung der produktionsinduzierten Umweltbelastungen und Kosten
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Reinigung von Chemieanlagen

Prozesseigenschaften:
  • Verbesserung der Reinigung von Kolonnen und Wärmetauschern in Acrylsäure-, Acrylnitril- und Butadien-Anlagen
  • Ermittlung neuer Waschlösung
  • erhebliche Verkürzung der Stillstandszeiten
  • Verringerung der Belastungen und Risiken für Reinigungspersonal und Umwelt während des Reinigungsprozesses
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Beste verfügbare Technik

Effiziente Druckluftsysteme

  • Bei Druckluftanlagen können zwischen 5 – 50 % Energie eingespart werden, wobei die meisten Effizienzmaßnahmen mit Amortisationszeiten von weniger als zwei Jahren wirtschaftlich sehr attraktiv für die Unternehmen sind.
  • Der Energieverbrauch hängt vom benötigten Druckniveau, den Druckluftmengen und dem Wirkungsgrad des Gesamtsystems ab. Die indirekten Energiekosten sind die Folgekosten des Energieeintrags in die Umgebung, z. B. zusätzlicher Kühlungsbedarf.
  • Energieeinsparungen sind möglich durch: Optimierung von Schlauchdurchmesser und -länge, Anschlussstellen, Trocknung, Flüssigkeitsabscheidung, Filtration, Speicherung sowie Konzeptionierung der Gesamtanlage und Durchführung regelmäßiger Wartung.
  • Bei Druckluftanlagen sichern die internen Regelvorrichtungen die Mengen und Qualitäten – die übergeordneten Steuerungen optimieren die Kosten. Interne Regelungen sind dafür verantwortlich, die jeweilige Kompressoreneinheit an die geforderten Luftverbräuche anzupassen und dabei durch eine optimale Koordination der internen Steuerungsvorgänge eine Überlastung der Kompressoreneinheit zu verhindern. Da moderne Kompressorenstationen im Normalfall aus mehreren Einzelkompressoren bestehen, besteht die Aufgabe der übergeordneten Steuerung darin, die Einzelanlagen optimal auszulasten und ihren Einsatz gemäß dem tatsächlichen Luftverbrauch zu koordinieren und zu überwachen.
  • Die warme Abluft lässt sich direkt zum Heizen verwenden. Die wirtschaftlichste Art der Wärmerückgewinnung liegt in der Ausnutzung der Verdichterwärme als Luftheizung.
  • Eine Brauchwassererwärmung erlaubt eine ganzjährige Ausnutzung der Abwärme. Wird das heiße Kompressoröl zur Erwärmung von Brauchwasser eingesetzt, lässt sich ein deutlich höherer Rückgewinnungsgrad erzielen als bei der Heizwassererwärmung, da der Brauchwasserwärmebedarf über das Jahr in etwa konstant ist.
  • Kompressoren mit Öleinspritzung eignen sich zur Heizwassererwärmung. Bei Schraubenkompressoren mit Öleinspritzung führt das Öl ca. 72 % der zugeführten elektrischen Energie in Form von Wärme ab. Diese Energie kann zurückgewonnen werden.

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH (2010): Ratgeber „Druckluftsysteme für Industrie und Gewerbe“. Deutsche Energie-Agentur GmbH, Berlin

Mehrfach-Spültechniken

Kaskadenspülsysteme für eine messbare Verringerung der Abwassermenge und Abwasserbehandlung. Mehrfachspülen ist besonders geeignet, um eine hohe Verdünnungsrate (bzw. hohes Spülkriterium) mit wenig Wasser zu erreichen. Beim Gegenstrom- (Kaskaden-)spülen fließt das Wasser entgegen der Warentransportrichtung.

Es wird ein geringerer Spülwasserbedarf durch die Auswahl des richtigen Spülsystems erreicht. Die größte Wasserersparnis ergibt sich beim Übergang von der einstufigen zur zweistufigen Spülung. Die Wassersparwirkung nimmt mit steigender Zahl der Spülstationen ab. Allerdings braucht die Wassermenge nicht kleiner gewählt zu werden, als zum direkten Ausgleich von Wasserverlusten aus den Lösungen, die bei Raumtemperatur betrieben werden, erforderlich ist.

Die erzielbare Rückgewinnungsrate ist bei einer vorgegebenen Verdunstungsmenge direkt proportional der Chemikalienkonzentration in der ersten Spülstufe. Bei der Kreislaufschließung innerhalb eines Prozesses wird Wasser zum Ausgleich von Verdunstungs- und Austragsverlusten aus der ersten Spüle in die Prozesslösung geführt. Prozesslösungen, die bei höheren Temperaturen betrieben werden und nach denen mehrstufig gespült wird, eröffnen diese Möglichkeit.

Durch die Einführung von Mehrfach-Spülsystemen, kombiniert mit einem Spülwasserkreislauf-System und anderen Techniken, kann der Abwasseranfall um bis zu 90 % gesenkt werden. Bei einer Bandanlage wird von einer Reduzierung um 30 m³ pro Stunde berichtet.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005c): Merkblatt über Beste Verfügbare Techniken in der Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/419/dokumente/bvt_galvanik_vv.pdf S. 245 & S. 252 & S. 340

Verhinderung ungeplanter Freisetzungen

  • Primärmaßnahmen (strukturelle):
    - ausreichende Anlagendimensionen
    - Wahl der Dichtungsmaterialien, wo Chemikalien gelagert werden oder mit ihnen umgegangen wird, z. B. für den Bodenbelag, geschlossene Bereiche
    -Stabilität in der Prozesslinie und bei Anlagenteilen (einschließlich zeitweilig oder unregelmäßig verwendeter Ausrüstungsteile wie Pumpen oder Vorratsbehälter für gelegentliche Wartungsvorgänge)
  • Sekundärmaßnahmen (Anlage oder Ausrüstung):
    - Einhausung (oder doppelte Einhausung/Doppelhülle) bedeutet zusätzlichen Schutz vor Lagertankleckagen zusätzlich zu den tankeigenen Schutzvorkehrungen (in diesem Sektor können Tanks für die Lagerung oder Produktion bestimmt sein). Es gibt zwei Hauptarten für einen Doppelschutz vor Leckagen, und diese sind Teil der Tankkonstruktion, wie z. B. Doppelböden von Tanks (nur für überirdische Tanks), Doppelhaut- oder Doppelwandtanks und undurchlässige Barrieren, die auf dem Boden unter dem Tank angeordnet sind und sicherstellen, dass die Wege zur Kanalisation oder zum Grundwasser blockiert oder minimiert werden, z. B. durch Sicherstellen, dass Mannlöcher effektiv gegen Lösemittelaustritte abgedichtet werden, offene Entwässerungen geschlossen und abgedichtet werden usw.
    - korrekte Spezifikation der Größe und Stärke von Tanks oder Lagerbehältern zur Aufnahme von abgepumpten Flüssigkeiten oder Installation einer selbstüberwachenden Volumenkontrolle
    - Anlage zur Leckageüberwachung
  • tertiäre Maßnahmen (Managementsysteme):
    - Inspektionen durch externe und interne Experten einschließlich regelmäßiger Wartungen
    - Gefahrenpläne für mögliche Unfälle
    - Testprogramme
  • Oftmals können sich die Kosten amortisieren durch einen effizienteren Betrieb, die Wartung und Vermeidung von Kosten, die durch Leckagen entstehen.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2007): Beste verfügbare Techniken für die Oberflächenbehandlung unter Verwendung von organischen Lösemitteln. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/419/dokumente/bvt_oberflaechenbehandlung_organische_loesemittel_vv.pdf S. 403

Wartung aller Anlagen und Ausrüstungen

  • vermindert Lösemittelverluste in die Luft, erhöht die Ressourceneffizienz und Produktqualität
  • Einhalten eines Wartungsplans und Aufzeichnungen zu allen Inspektionen und Wartungsarbeiten, z. B.
    - Visuelle Überprüfung auf undichte Dichtungen, Flansche, Ventile, Schweißnähte, Tanks und Tankwälle
    - Drucktests an Pipelines und Tanks
    - Überprüfen des festen Sitzes von Schrauben und Bolzen
    - Überprüfen der Abnutzung von Ausrüstungen, Ventilen und Tankwällen
    - Neueinstellung von Messanlagen

Wo es möglich ist, sollte ein vorsorgendes Wartungsprogramm vereinbart und durch Computersoftware unterstützt werden. Bei der Erledigung von geplanten täglich anfallenden Wartungsarbeiten kann eine Wartungssoftware sicherstellen, dass kein Wartungsschritt vergessen wird. Anlagenbediener können Lecks, gebrochene Ausrüstungsteile oder Leitungen usw. identifizieren und dadurch helfen, unvorhergesehene Wartungsarbeiten darauf auszurichten.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2007): Beste verfügbare Techniken für die Oberflächenbehandlung unter Verwendung von organischen Lösemitteln. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/419/dokumente/bvt_oberflaechenbehandlung_organische_loesemittel_vv.pdf , S. 409

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Weniger Strom im Büro

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