Laienbericht - Vinnolit

EU-LIFE-Projekt
PVClean – Optimierung der Prozesswasserführung
bei der S-PVC-Herstellung
Laienbericht
Gefördert mit Mitteln der EU im
Projekt LIFE06 ENV/D/000470
Laufzeit 01.12.2005 bis 31.12.2008
Gesamtprojektdauer 37 Monate
Durchgeführt am Standort Knapsack
der Vinnolit GmbH & Co. KG

Einleitung
PVC ist der Kunststoff, der weltweit
mengenmäßig an dritter Position steht.
Er wird in Europa zu rund 70 % für
langlebige Artikel im Baubereich eingesetzt.
Rohre werden ebenso aus PVC
hergestellt wie Fensterrahmen, Bodenbeläge
und Dichtungsbahnen. Weitere
wichtige Anwendungen finden sich im
Bereich Elektro / Elektronik, Automotive
und Verpackung.
Der weltweite Bedarf an PVC beträgt
ca. 35 Mio. Tonnen pro Jahr. In Europa
ist Deutschland mit rund 1,7 Mio.
Tonnen der größte PVC-Verbraucher,
gefolgt von Italien mit rund 900.000
Tonnen sowie Großbritannien und
Frankreich mit jährlich 600.000 Tonnen.
Weltweit wird mit einem durchschnittlichen
Verbrauchswachstum von 4 bis
5 % gerechnet. Die größten Zuwachsraten
werden dabei in Asien erwartet.
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Wasserverbrauch
bei der Herstellung
Die Herstellung von PVC erfolgt
durch Polymerisation von Vinylchlorid
(VC). Der Prozess läuft üblicherweise
unter Druck in einem wässrigen System
ab. Das dabei verwendete Wasser fällt
nach Abtrennung des Kunststoffs als
Abwasser an, wird in biologischen Kläranlagen
gereinigt und in die Vorfluter
eingeleitet.
Die Polymerisation erfolgt beim
mengenmäßig mit Abstand bedeutendsten
Suspensions-Verfahren (S-PVC)
diskontinuierlich, also batch- bzw.
„portionsweise“, in einem großen Reaktor.
Dazu werden Vinylchlorid, vollentsalztes
Wasser und verschiedene
Hilfsstoffe unter Druck erhitzt, bis die
Polymerisation einsetzt. Nach mehreren
Stunden sind am Ende des Prozesses
ca. 90 % des Vinylchlorids zu PVC umgesetzt,
das in Form kleiner Partikel
im Trägermedium Wasser verteilt ist.
In Zentrifugen können das Wasser
und die PVC-Partikel voneinander getrennt
werden. Diese Trennung erfolgt
aber nicht zu 100 %, so dass insbesondere
PVC-Kleinstpartikel im Wasser
verbleiben.
Wird das Wasser mit den darin enthaltenen
Partikeln in den Produktionsprozess
zurückgeführt, verschlechtert
sich dadurch die Qualität des PVC in
nicht akzeptabler Weise. Das Wasser
wird daher üblicherweise ausgeschleust
und als Abwasser zur Abwasserbehandlungsanlage
des Werkes geleitet.
Für jede Produktionscharge wird
neues Wasser eingesetzt. Die notwendige
Frischwassermenge liegt bei ca. 3
bis 4 m³ pro Tonne PVC. Da das Wasser
bei der Polymerisation nicht verbraucht
wird, könnte es jedoch bei geeigneter
Reinigung in den Produktionsprozess
zurückgeführt werden.
VC
VC-Recycling
thermische
Trocknung
PVC-Feststoff
Wasserdampf
Additive
Wasser
Polymerisation
VC
PVC
Wasser
Zentrifuge
PVC
Wasser
Abwasser-
Abtrennung
PVC / Wasser
Wasser
Verwertung
Vorfluter
Abb. 1: State of the Art Stoffkreislauf bei der S-PVC-Produktion
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Die Idee
Die Idee bei Vinnolit war, durch Abtrennen
der PVC-Kleinstpartikel das als
reines Trägermedium eingesetzte Wasser
wieder als Prozesswasser verwenden
zu können.
Ziel des Projektes „PVClean“ war die
Entwicklung eines geeigneten Verfahrens,
um diese Wiederverwendung des
Prozesswassers durch die Anpassung des
Produktionsprozesses (Abb. 2) zu ermöglichen.
Dadurch gelang es die einzusetzende
Frischwassermenge sowie
die Abwassermenge bei der Polymerisation
stark zu reduzieren und die Umweltbilanz
des Gesamtprozesses deutlich
zu verbessern.
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VC-Recycling
thermische
PVC-Feststoff
VC
Trocknung
Wasserdampf
PVC
H 2
O
Additive
Wasser
Polymerisation
VC
PVC
Wasser
Zentrifuge
PVC
Wasser
PVC-
Abtrennung
PVC / Wasser
Abwasserbehandlung
Wasser-Rückführung
Abb. 2: „PVClean”-Prozess
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4 4

Die Umsetzung
Das Resultat
Abb. 6: Effizienz des Filterprozesses
(links Wasser direkt aus der S-PVC-
Produktion, Mitte Retentat [aufkonzentriert],
rechts gefiltertes Wasser)
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Nach aufwendigen Vorversuchen
wurde im Rahmen des Projekts ein
Ultrafiltrationsverfahren entwickelt, mit
dem die nur wenige Mikrometer großen
PVC-Partikel aus dem Prozesswasser
gefiltert werden können. Diese
Filtrationsanlage wurde anschließend
für den großtechnischen Einsatz im
Suspensions-PVC-Betrieb Knapsack geplant,
aufgebaut und in Betrieb genommen
(Abb. 3 und 4).
Bei der Ultrafiltration wird das Prozesswasser
durch Filterelemente (Abb. 5)
geleitet, deren Poren groß genug sind,
dass das Wasser gut hindurchströmen
kann, aber klein genug sind, damit die
PVC-Partikel zurückgehalten werden.
Es ist gelungen, die Ultrafiltrationsanlage
in den Regelbetrieb der Produktionsanlagen
zu integrieren.
Mit dieser Technik wird das aus der
S-PVC-Produktion stammende Wasser
aufbereitet und weitgehend von den
PVC-Partikeln befreit (Abb. 6). Das aufbereitete
Wasser kann dann wieder in
die Produktion zurückgeführt werden.
Dadurch werden nur noch ca. 1,4 bis
1,5 m³ Frischwasser je Tonne S-PVC
und somit ca. 50 % weniger als früher
benötigt.
Die Filterleistung bleibt langfristig
konstant, so dass das Verfahren zur
Wiederverwendung von Prozesswasser
auch wirtschaftlich sinnvoll ist.
Bei einer dauerhaften Kreislaufführung
werden die anfangs angestrebten
50 % Wassereinsparung erreicht.
Durch die Weiterentwicklung des Verfahrens
soll das Einsparpotenzial weiter
vergrößert werden.
In den ersten 6 Monaten nach ihrer
Einbindung in den Regelbetrieb
erreichte die Ultrafiltration einen Laufzeitanteil
von mehr als 99 %. Das Verfahren
und die Anlage haben sich als
sehr robust erwiesen. Mit der erreichten
Filterleistung wurde das Projektziel,
die Einsparung von Frischwasser
bei der S-PVC-Produktion und eine
entsprechende Reduzierung der Abwassermenge
durch die Aufbereitung
und Rückführung von Prozesswasser, in
vollem Umfang erreicht.
Abb. 3: Bau der Halle und
der Infrastruktur
Abb. 4: In dieser Halle
befindet sich die eigentliche
Ultrafiltrationsanlage
5
5
Abb. 5: Eingesetzter Keramikfilter
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Die Zukunft
Das Verfahren kann nicht nur in
Neuanlagen, sondern – wie im Projekt
nachgewiesen – auch in bestehende Produktionsumgebungen
integriert werden.
Insbesondere für PVC-Hersteller in
wasserarmen Ländern Europas (Spanien,
Portugal), Asiens (China, Indien)
oder des Mittleren Ostens (arabische
Länder) bietet sich somit eine Möglichkeit,
die knappe Ressource Frischwasser
sparsam einzusetzen.
Die Markteinführung der Technologie
soll in folgenden Schritten erfolgen,
wobei zunächst immer die Übertragbarkeit
des Verfahrens auf den jeweiligen
Produktionsbetrieb geprüft werden
muss:
1. Einführung an den Vinnolit-Produktionsstandorten
2. Vorstellung bei den bestehenden Lizenznehmern
der Vinnolit GmbH & Co. KG
3. Langfristige Verbreitung durch die Gewinnung neuer Lizenznehmer
Dadurch soll erreicht werden, dass
nicht nur lokal eine deutliche Reduktion
der Abwassereinleitung erzielt
wird, sondern durch die Nutzung der
neuen Technologie weltweit langfristig
der Frischwasserverbrauch im Bereich
der PVC-Herstellung – derzeit geschätzt
auf 90 bis 120 Mio. m³ pro Jahr – um
ca. 25 bis 40 % gesenkt wird.
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Vinnolit-Gruppe
Vinnolit ist – mit einer Kapazität
von 780.000 Jahrestonnen – einer der
führenden PVC-Rohstoffhersteller in
Europa und weltweit unter den Top
Ten der PVC-Erzeuger. Die nationalen
und internationalen Aktivitäten des
Unternehmens werden aus Ismaning
(München) gesteuert. Produktionsstandorte
sind in Burghausen, Gendorf,
Knapsack, Köln, Schkopau und
Hillhouse (UK). Vinnolit erzielte im
Geschäftsjahr 2008 einen Umsatz von
846 Mio. € und beschäftigt ca. 1.500
Mitarbeiter.
Vinnolit produziert und vermarktet
ein breit gefächertes PVC-Produktsortiment,
das alle gängigen PVC-Anwendungen
abdeckt, die z. B. im Bausektor,
Zugleich ist Vinnolit ein führender
Hersteller und Lieferant für Zwischenprodukte
wie Natronlauge, Vinylchlorid
und Zinntetrachlorid, die für die
Weiterverarbeitung in der chemischen
Industrie, aber auch in anderen Branchen
benötigt werden.
Vinnolit ist Mitglied der Arbeitsgemeinschaft
PVC und Umwelt e. V. (AgPU)
und bei PlasticsEurope Deutschland,
dem Verband der deutschen Kunststofferzeuger.
Zur Koordination und
Bearbeitung von umweltrelevanten Fragestellungen
auf europäischer Ebene
in der Automobilindustrie oder in der
Medizintechnik täglich zum Einsatz
kommen. Ob PVC für Fensterprofile,
Rohre und Fittings, Hartfolien, Fußböden,
Tapeten, technische Beschichtungen,
Kfz-Unterbodenschutz oder
Infusionsbeutel, für alle Produktanforderungen
verfügt Vinnolit über die
geeigneten Produktionsverfahren. Auf
dem Gebiet der PVC-Spezialitäten für
höherwertige Anwendungen ist das
Unternehmen weltweit Markt- und
Technologieführer.
Vinnolit lizensiert in Zusammenarbeit
mit Anlagenbauer Uhde die komplette
Prozesskette von 1.2 Dichlorethan
über Vinylchlorid zu PVC sowie
einzelne Anlagenkomponenten und
Produkte wie z. B. Katalysatoren für
die Direktchlorierung oder Zyklontrockner
für die PVC-Trocknung. Darüber
hinaus besitzt das Unternehmen
umfangreiche Erfahrungen bei der Planung
und dem Bau neuer wie auch der
Modernisierung bestehender Produktionsstätten.
ist das Unternehmen Mitglied von
Plas-ticsEurope, dem Verband der europäischen
Kunststoffhersteller sowie
des European Council of Vinyl Manufacturers
(ECVM).
Vinnolit unterstützt Vinyl 2010 –
die freiwillige Selbstverpflichtung der
europäischen PVC-Hersteller zur Nachhaltigen
Entwicklung.
Das Projekt „PVClean“ wurde am
Vinnolit-Standort im Chemiepark Knapsack,
südwestlich von Köln, entwickelt
und durchgeführt.
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INCREON
Für weitere Informationen über dieses Projekt kontaktieren Sie bitte:
Dipl.-Ing. Heribert Schmitz oder Dipl.-Ing. Jörg Heßberg
Vinnolit GmbH & Co. KG
Werk Knapsack
Industriestraße 149
50354 Hürth
Deutschland
Tel.: 02233-48-0 (Zentrale)
E-Mail: heribert.schmitz@vinnolit.com, joerg.hessberg@vinnolit.com