Know-how für Ethanolamin-Produktion

Know-how für
Ethanolamin-Produktion
CHRISTOPH BRODMANN
URS HALLER
ARVID K. ELDRING
SULZER CHEMTECH
1■ Die erste Komplettanlage von Sulzer
Chemtech zur Ethanolamin-Produktion ist seit
1997 in Fushun (Nordostchina) in Betrieb.
Die zweite Komplettanlage steht ebenfalls
in Nordostchina, die Anlange wird momentan
in Taiwan gebaut.
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SULZER TECHNICAL REVIEW 2/2000
Mehr als 25 Jahre Erfahrung besitzt Sulzer Chemtech
auf dem Gebiet der Ethanolamin-Technologie. Dieses
Know-how ermöglicht es, umfangreiche Engineeringdienste sowie Schlüsselkomponenten wie Destillationspackungen anzubieten und bestehende Anlagen zu
modernisieren. Seit einigen Jahren liefert Sulzer
Chemtech auch komplette Anlagen zur Produktion von
Ethanolamin.
■
Die Destillationstechnologie
für Ethanolamine – vor allem strukturierte Packungen – der
meisten Anlagen weltweit und der
wichtigsten Produzenten stammt
von Sulzer Chemtech. Seit vor
über 25 Jahren die erste SulzerPackung eingesetzt wurde, hat
Sulzer Chemtech das Angebot im
Bereich der Ethanolamin-Technologie stetig erweitert. So können in
der Zwischenzeit auch bestehende
Kolonnen mit Sulzer-Packungen
nachgerüstet werden. Seit einigen
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2■ Um Werte in der Produktion,
z. B. für Reinheit und Kapazität,
zu garantieren, liefert Sulzer
Chemtech im Minimum verschiedene Schlüsselkomponenten
wie die Kolonnenpackung (a),
Wärmetauscher (b, Ellipse), Mischer
für die Reaktion (c) sowie die
Regelung (d).
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Jahren werden auch Komplettanlagen
(Systeme)
geliefert
(Bild 1■). Im Minimum stammen
dabei das Basic Engineering, die
Schlüsselkomponenten (Bild 2■)
sowie die Lizenz für die Destillationstechnologie von Sulzer Chemtech. Als Lizenzgeberin für die
Reaktion konnte Sulzer Chemtech
die italienische Firma Conser
S.p.A. gewinnen, womit das Angebot von Komplettanlagen erst
möglich wurde. Zu den Schlüsselkomponenten gehören neben der
strukturierten Packung (Mellapak) die Wärmetauscher und das
Vakuumsystem für die Kolonnen,
die Mischer für die Reaktion sowie
die gesamte Regelung der Anlage.
Durch die Lieferung der Schlüsselkomponenten kann Sulzer Chemtech garantieren, dass die Anlage
zuverlässig und wie geplant läuft
und wichtige Werte wie die Produktereinheit und die Kapazität
der Anlage den Vorgaben entsprechen.
DRITTE KOMPLETTANLAGE
IM BAU
Zwei Komplettanlagen von Sulzer
Chemtech sind bereits in Betrieb;
beide stehen in Nordostchina. Die
garantierten Werte für Produktereinheit, Farbe (Qualitätsmerkmal) und Kapazität werden erreicht. Speziell zu berücksichtigen
bei diesen Anlagen sind die klimatischen Bedingungen, welche in
dieser Region Chinas im Winter
herrschen. Die Anlagen müssen
a
b
c
beheizt werden, damit die Amine
bei den sehr tiefen Umgebungstemperaturen (bis –20 °C) nicht
fest werden.
Eine der Fabriken produziert
10 000 t Ethanolamin pro Jahr, die
andere 5000 t. Erstere wird von
Sulzer Chemtech zurzeit um eine
zweite Produktionslinie erweitert.
Die Kapazität wird damit verdoppelt.
Eine dritte Komplettanlage von
Sulzer Chemtech wird in Kaohsiung, Taiwan, gebaut; die Inbetriebsetzung soll im zweiten
Halbjahr 2000 stattfinden. Sulzer
Chemtech ist sowohl für das Engineering wie auch für die Inbetriebnahme verantwortlich. Die Oriental Union Chemical Corporation
will in dieser Anlage 40 000 t Amine pro Jahr produzieren. Weitere
Projekte sind in Bearbeitung.
Für die Projektabwicklung werden
bei Sulzer Chemtech so genannte
Produkteteams aus verschiedenen
Fachleuten sowie Produktberei-
d
chen gebildet: Ein Ingenieur aus
dem Verkauf, einer aus der Prozesstechnik und einer aus der
Abwicklung bearbeiten den Auftrag gemeinsam. Dadurch wird der
Kundennutzen maximiert.
EINSATZGEBIET DER
ETHANOLAMINE
Ob zur Gaswäsche oder als Ausgangsstoffe für die Synthese von
Feinchemikalien, das Einsatzgebiet der Ethanolamine ist breit
gefächert (Bild 3■). Ausgenutzt
wird dabei meist die Eigenschaft
der Ethanolamine, die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten
herabzusetzen und es dadurch zu
ermöglichen, wasserlösliche mit
wasserunlöslichen Substanzen zu
mischen. Es gibt drei verschiedene
Ethanolamine: Mono-, Di- und Triethanolamin. Die Hauptanwendung von Monoethanolamin ist die
Entfernung von CO2 und H2S aus
Erdgas. Diethanolamin wird vor
allem zur organischen Synthese
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b
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c
d
a
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3 Hauptanwendungsgebiet der Ethanolamine ist die so genannte Gaswäsche, bei
der CO2 und H2S aus
Erdgas (a) entfernt
werden. Daneben werden sie auch als Ausgangsstoffe, z. B. für
Pestizide (b), Körperpflegeprodukte (Rasierschaum, c) oder
Reinigungsmittel (d),
sowie als Zusatz in der
Zementindustrie (e)
eingesetzt.
e
© Photodisc
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eingesetzt. 85%iges Triethanolamin dient unter anderem als
Zusatzstoff in der Zementindustrie.
Der Weltmarkt für alle drei Ethanolamine zusammen beläuft sich
momentan auf rund 1 Mio. t pro
Jahr, wobei etwa die Hälfte davon
in den USA und Westeuropa umgesetzt wird. Die wichtigsten Produzenten befinden sich in den USA,
in Europa sowie in Japan. Die
weltweite Wachstumsrate wird auf
3–4% pro Jahr geschätzt, in den bis
jetzt nicht selbst produzierenden
Ländern Asiens dürften es gar
6–8% sein. Viele dieser Länder planen, Ethanolamine in Zukunft
selbst herzustellen, um ihren Bedarf zu decken.
WENIG NEBENPRODUKTE
UND HOHE FLEXIBILITÄT
Die Reaktion zur Herstellung der
Ethanolamine ist relativ einfach,
die Ausgangsstoffe für diese Reaktion sind Ammoniak/Wasser sowie
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Ethylenoxid (Bild 4■). Die Reaktion läuft ohne Katalysator ab und
ist stark exotherm, d. h., es entstehen Wärme sowie Nebenprodukte, weshalb ständig gekühlt werden muss. Aufgrund der hohen
Reaktivität von Ethylenoxid (u. a.
Explosionsgefahr) muss auf das
vollständige Umsetzen geachtet
werden. Alternative Verfahren
arbeiten mit hochkonzentriertem
Ammoniak. Da reines Ammoniak
unter atmosphärischen Bedingungen gasförmig ist, muss bei diesen
Verfahren unter hohem Druck
(50–70 bar) gearbeitet werden.
Je nachdem, ob ein Ammoniakmolekül mit einem, zwei oder drei
Ethylenoxidmolekülen reagiert,
entsteht Mono-, Di- oder Triethanolamin. Die Zusammensetzung des entstehenden Gemisches
hängt dabei vom Mengenverhältnis der beiden Ausgangsstoffe ab
und kann gezielt variiert werden.
Je höher der Anteil an Ammoniak,
desto mehr Monoethanolamin
wird gebildet; maximal sind es
beim Verfahren von Sulzer Chemtech 70%.
HOHE QUALITÄT DANK
TIEFER TEMPERATUREN
Eine der Hauptschwierigkeiten
liegt in der Auftrennung der Produkte, da diese wärmeempfindlich
sind und deshalb nur schonend
getrennt werden können. Je höher
die Temperatur (der Druck), desto
stärker gelblich verfärben sich die
Ethanolamine. Die Farbe ist jedoch das wichtigste Qualitätsmerkmal; je farbloser die Substanzen sind, desto höher ist ihr
Marktwert.
Anschließend an die Reaktion wird
zuerst das überschüssige Ammoniak ausgestrippt und das Wasser
destillativ aus der Reaktionsmischung entfernt; beide werden wieder in die Reaktion zurückgeführt.
Danach werden die Ethanolamine
in drei Schritten ebenfalls destillativ voneinander getrennt. Dank
der geringen Druckverluste, durch
die sich die Metallgewebepackungen von Sulzer Chemtech auszeichnen, ist es möglich, die Destillationen bei sehr niedrigen Drücken (Kopfdruck 2 mbar) und deshalb auch niedrigen Temperaturen
durchzuführen. Die Flüssigringvakuumpumpen von Sulzer Burckhardt leisten ebenfalls einen Beitrag zur schonenden Destillation,
da dank ihrem zuverlässigen Betrieb die Drücke in der Kolonne
konstant tief gehalten werden können. Zudem werden so genannte
Fallfilmverdampfer eingesetzt,
um das Sumpfprodukt schonend
wieder zu verdampfen.
Abfallprodukte an, und nur 0,1%
des eingesetzen Wassers muss als
Abwasser entsorgt werden. Durch
die hohe Trennleistung der Packungen ist der Energieverbrauch
der Kolonnen niedrig, und es können kleinere Kolonnen eingesetzt
werden. Dieser Prozess kann zu
Recht als umweltfreundlich bezeichnet werden.
UMWELTFREUNDLICHER
PROZESS
Neben der Ethanolamin-Technologie bietet Sulzer Chemtech zusammen mit Kunden und Partnern
weitere Technologien für die Reaktion und Trennung an, so beispielsweise die Reinigung von Ethylenoxid sowie die Technologie und die
Schlüsselkomponenten für Glykolether, Ethylenglykole und Alkylethanolamine. Glykolether (Reak-
tion von Ethylenoxid mit Alkoholen) werden als Lösemittel für Farben oder in Bremsflüssigkeiten
eingesetzt. Sulzer Chemtech ist in
der Lage, zusammen mit einem
Partner, die Technologie für die
Produktion von Bremsflüssigkeit
bereitzustellen. Die weltweite
Nachfrage für Glykolether ist momentan rund 750 000 t pro Jahr. Ω
WEITERE TECHNOLOGIEN
Bei allen drei Produkten werden
Reinheiten von über 99% erreicht.
Restprodukt aus den Destillationen ist technisches Triethanolamin mit einer Reinheit von 85%,
welches ebenfalls ein Wertprodukt
ist. Somit fallen während des ganzen Prozesses keine organischen
Ammoniakabsorption
Rohstofflager
Ethylen- Ammooxid
niak
Reaktion
Ammoniakrückgewinnung
Dehydrierung der
Aminlösung
INFO DIRECT
Sulzer Chemtech AG
Urs Haller, 0600
Postfach 65
CH-8404 Winterthur
Schweiz
Telefon +41 (0)52-262 37 98
Telefax +41 (0)52-262 00 76
E-Mail [email protected]
Destillation der Amine
Monoethanolamin
4■ Durch eine nicht
katalysierte Reaktion
wird ein Gemisch aus
den drei Ethanolaminen (Mono-, Di- und
Triethanolamin)
erzeugt, das anschließend destillativ aufgetrennt wird.
Diethanolamin
Ammoniak
Triethanolamin
Wasser
Abwasser
Triethanolamin
technisch (85%)
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