Chlorherstellung. Bruno Sawaryn Bayer MaterialScience Oktober 2011

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1 Effizienzsteigerung bei der Chlorherstellung BMBF-Projekt 033R018A Verbundpartner:, Fritz-Haber- Institut, Justus-Liebig-Universität Gießen, Nano-X GmbH, Ruhr-Universität Bochum, Technische Universität Berlin, Universität Erlangen-Nürnberg, g, Universität des Saarlandes

2 Motivation Chlor ist ein Schlüsselelement in der chemischen Industrie. Ca. 65% aller chemischer Produkte werden direkt oder indirekt mit Chlor hergestellt. Polyurethanes Coatings, Adhesives, Sealants Polycarbonates 2

3 Motivation Die Herstellung von Chlor ist sehr energieintensiv. Für die Chlorherstellung werden Edelmetallbasierende Katalysatoren benötigt. Nahezu 50% der Herstellkosten fallen auf elektrische Energie Umsetzung Edelmetallpreis [ /g] Preisentwicklung 2006 bis Prozentuale Veränderung des Strompreises Energie Salz Iridium Ruthenium Strom 3

4 Ziele Reduzierung des Energiebedarfs (Reduktion des CO 2 -Ausstoß) Identifizierung neuer Katalysatoren mit geringem oder ohne Edelmetall-Bedarf 4

5 Fakten Der Chlor-Kapazität in der BRD beträgt ca. 5 mio. t/a (West-Europa ca. 11 mio. t/a, Global 73 mio.t/a). Der Energiebedarf für die Chlorherstellung in der BRD beträgt ca. 10 Mio. MWh/a. Ca. 3% des Energiebedarfs der BRD wird für die Chlorherstellung verwendet Der Edelmetallbedarf beträgt ca. 0,28 t/a in der BRD (Global ca. 3 t/a) 5

6 Technik Ca. 95% des benötigten Chlors wird nach dem Kochsalz (NaCl)-Elektrolyseverfahren hergestellt. Rest wird primär aus Recycling von HCl gewonnen, das bei chemischen Prozessen anfällt (primär HCl-Elektrolyse, neue neue Technik HCl-Oxidation Deacon Verfahren) Chlor NaCl Elektrolyse Natronlauge Wasserstoff Deacon Verfahren Cl 2 +H 2 O(+HCl+O 2 ) Fixed Bed Catalyst T > 300 C O 2 HCl 6

7 Elektrolyse IndustrielleNaCl NaCl Elektrolyse Einzelzelle eines Elektrolyseurs REM Aufnahmeeines eines Coatings : 1 20µ m

8 Elektrolyse Verfahren Projektstatus: Alternatives Katalysatorsystem entwickelt: ca. 60% geringerer Edelmetallbedarf Zellspannung um ca. 50 mv in Laborzellen reduziert Verbesserung des wissenschaftlichen Verständnisses zu den chemisch / technischen h Abläufen Weiteres Vorgehen Stabilitätsprüfungen des neuen Katalysator Systems in Test Elektrolyseur unter Produktionsbedingungen Scale up des Coatingverfahrens und Katalysatorherstellung Optimierung des neuen Katalysator Systems 8

9 DEACON-Verfahren (Überblick) Reaktionkaskade Bayer Prozess Kurzbeschreibung 9

10 DEACON-Verfahren (Katalysator) REM Aufnahme eines Ru/Ti/SnO Katalysators 995 : 1 20µm RuO 2 /TiO 2 ist seit den 90er als Katalysator bekannt (Sumitomo-Katalysator) - Im Rahmen des Projektes wurde ein RuOCl/SnO 2-Katalysator weiterentwickelt (Bayer-Katalysator) - Im Rahmen des Projektes wurde mit CeO 2 /Al 2 O 3 ein dazu passendes edelmetallfreies Hochtemperaturkomplement weiterentwickelt 10

11 DEACON Verfahren Projektstatus: Katalysator mit 50% geringerem g Edelmetallbedarf entwickelt Edelmetallfreie Alternative und/oder Hochtemperaturkomplement entwickelt (in Summe 70 80% Edelmetallreduzierung) Verbesserung des wissenschaftlichen Verständnisses zu den chemisch / technischen Abläufen Wit Weiteres Vorgehen: Pilotierung beider Katalysatoren Scale up der Katalysatorherstellung Scale up der adiabaten Kaskade (Pilotierung erfolgreich durchlaufen) 11

12 Einsparpotential: NaCl Elektrolyse in der BRD [%] Stand der Technik 60 Stand Projekt 40 Ziel Projekt 20 0 Elektrizität Edelmetall Dies entspricht einer jährlichen h Reduzierung Rd von ca. 250 Mio kwh/a Elektrizität ität sowie ca. 0,16 Mio t/a CO 2. Der Bedarf an dem Edelmetall Ruthenium kann um ca. 0,08 t/a verringert werden. 12

13 Einsparpotential: HCl Oxidation (Deacon Verfahren) in der BRD [%] 100 Stand der Technik Elektrizität Edelmetall Stand Projekt Ziel Projekt Bi Bei vollständiger Umstellung von HCl Elektrolyse l auf HCl Oxidation Oidti kann ca. 400 Mio.kWh/a Elektrizität sowie ca. 0,3 Mio t CO 2 /a eingespart werden Der Bedarf an dem Edelmetall Ruthenium reduziert sich um ca. 0,045 t/a. 13

14 Herzlichen Dank Chloreffizienz Team 14