Prozessorientierte Basisdaten für Umweltmanagement-Instrumente

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1 Chem-OrgPP-DE Allgemeine Informationen 1.1 Beschreibung 1.2 Referenzen 1.3 Projektspezifika 1.4 Weitere Metadaten 1.5 Technische Kennwerte 2. Inputs/Outputs 3. Umweltaspekte 3.1 Ressourcen 3.2 Luftemissionen 3.3 Gewässereinleitungen 3.4 Abfälle Seite 1

2 1. Allgemeine Informationen 1.1 Beschreibung Polypropylen-Polymerisation: In diesem Prozeß wird die Polymerisation von Propylen (=Propen) zu Polypropylen (PP) betrachtet. Dabei kommen drei verschiedene Polymerisationsverfahren in Frage: das Verfahren in Lösung, das Suspensionsverfahren und das Verfahren in der Gasphase. Das Verfahren in Lösung wird selten durchgeführt. Bei den Verfahren hat die kontinuierliche Prozeßführung die diskontinuierliche in großem Umfang ersetzt. Die Polymerisation von Propylen wird in Reaktoren mit Hilfe von Zusatzstoffen [Katalysator (Ziegler-Natta auf Ti/Al/Mg-Basis), evtl. Lösungsmittel, Wasserstoff für den Polymerisationsabbruch] durchgeführt. Nach der Reaktion wird das Produkt Polypropylen, nicht umgesetztes Propylen und der Katalysator abgetrennt. PP kann in Form von zwei verschiedenen Isomeren, ataktisch und isotaktisch, entstehen. Das eigentliche Produkt stellt das hochkristalline, isotaktische PP dar, das zum Granulat weiterverarbeitet wird. Unterschiede in der Reaktionsführung treten beim Suspensionsverfahren (das Reaktionsgemisch stellt im wesentlichen einen Schlamm aus flüssigem Propylen oder einem inerten Kohlenwasserstoff und dem Polymer dar) durch die Wahl des Katalysators auf. Während beim Vefahren in der Gasphase (gasförmiges Propylen wird mit dem festen Katalysator kontaktiert, der in pulvrigem Polymer dispergiert ist) kein Abwasser produziert wird. Prozeßsituierung Die weltweite Produktionskapazität für PP betrug ,3 Mio. Tonnen (Nordamerika und Westeuropa jeweils 3,9 Mio. t) (Ullmann 1992). Nach (APME 1994) wurden 1994 in Westeuropa 5,470 Mio. t PP produziert. Die Bilanzierung der PP-Polymerisation beruht auf den Literaturquellen (Ullmann 1992), (PWMI 1993), (BUWAL 1991), (Brown 1985), (OEKO 1992c) und (Tellus 1992). Für die Synthese von PP wird bei Tellus davon ausgegangen, daß 75 % des Polymers über das Suspension- und 25 % über das Gasphaseverfahren hergestellt werden. Die Daten von (Tellus 1992) beziehen sich auf die Herstellung von PP in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Da in der Tellus-Studie keine Angaben zu den Betriebsstoffen und dem Abfall vorliegen, wurden für die Massenbilanz und den Abfall Daten der BUWAL-Studie (BUWAL 1991) übernommen. Die BUWAL-Studie betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Allokation: keine Genese der Kennziffern Massenbilanz: Nach (BUWAL 1991) werden für die Herstellung einer Tonne Polypropylen 1015 kg Propylen eingesetzt. Unter?Hilfsstoffe, Zusätze? werden weitere 1,3 kg aufgeführt, die nicht weiter spezifiziert sind. Es wird angenommen, daß Wasserstoff (zum Abbruch der Polymerisation), Lösungsmittel und Katalysatoren dieser Sparte zugerechnet werden. Weiterhin wird eine Menge von 1,5 kg an nicht weiter spezifizierten Nebenprodukten sowie 7,15 kg an festen Abfällen angegeben. Energiebedarf: Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne PP (12,1 GJ) setzt sich aus der elektrischen Energie (6,3 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (5,8 GJ) zusammen (Tellus 1992). Im Vergleich dazu ergibt sich aus (DOE 1985) ein Energiebedarf von insgesamt 17,9 GJ/t PP (elektrische Energie 2,7 GJ, Energieinhalt des Prozeßdampfes 11,1 GJ und Energieträger 4,1 GJ). Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Propylen zu PP nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten aus der PP-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Propylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in Größenordnung von 9 GJ abgeschätzt werden. Da die Werte bei (Tellus 1992) am plausibelsten erscheinen, werden diese zur Bildung der Kennziffern bei GEMIS verwendet. Prozeßbedingte Luftemissionen: Während der einzelnen Verfahrensschritte der Polymerisation (Reaktor, Trocknung, Granulatherstellung etc.) werden flüchtige organische Verbindungen (VOC) emittiert. In (OEKO 1992c) werden die prozeßbedingten VOC-Emissionen bei der Polypropylenherstellung abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 8 kg VOC/t PP. Abwasser: Für die Abwasserkennziffern BSB5, CSB und TOC stehen nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. An Parametern nach Abwasserbehandlungsmaßnahmen werden bei Tellus eine Reihe von organischen und anorganischen Stoffen aufgeführt. Stellvertretend werden hier Benzol 0,0015 kg/tp und 1,1,1-Trichlorethan 0,0058 kg/t PP als nutzerdefinierte Emissionen genannt. 1.2 Referenzen #1 Tellus Institute 1992: CSG/Tellus Packaging Study Vol II, Boston #2 Bundesamt für Umwelt, Waldwirtschaft, Agrarwesen und Landwirtschaft (BUWAL) 1991: Ökobilanz von Packstoffen, Stand 1990, K. Habersatter, Schriftenreihe Umwelt Nr. 132, Bern Seite 2

3 #3 Öko-Institut (Institut für angewandte Ökologie e.v.) 1992c: Analyse von Datenbasen zu klimarelevanten Emissionen in der Bundesrepublik Deutschland, U. Fritsche/ F. Matthes, i.a. von KFA-TFF (IKARUS-Teilprojekt 9), Bericht jül-2614, Jülich # Projektspezifika gemis 1.4 Weitere Metadaten Quelle Projekte Bearbeitet durch Datensatzprüfung Ortsbezug Zeitbezug 2000 Öko-Institut GEMIS-Stammdaten Öko-Institut Review begonnen Deutschland 1.5 Technische Kennwerte Auslastung Brenn-/Einsatzstoff 5000 h/a Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung 100 % Jahr 2000 Lebensdauer Leistung 20 a 1 t/h Nutzungsgrad 98,5 % Produkt Funktionelle Einheit Kunststoffe 1 kg PP-Granulat Seite 3

4 2. Inputs/Outputs Inputs - Aufwendungen für den Prozess Produkt aus Vorprozess Menge Einheit Elektrizität El-KW-Park-DE-2000-Chem-Industrie 6,3E-6 TJ Propylen Chem-OrgPropylen-DE ,02 kg Prozesswärme Wärme-Prozess-mix-DE-Chemie-Industrie ,8E-6 TJ Outputs Input Menge Einheit PP-Granulat 1 kg Seite 4

5 3. Umweltaspekte 3.1 Ressourcen Ressource Menge Einheit Atomkraft 5,31E-6 TJ Biomasse-Anbau -21,5E-9 kg Biomasse-Anbau -529E-12 TJ Biomasse-Reststoffe 1,6E-9 TJ Biomasse-Reststoffe -296E-9 kg Braunkohle 4,43E-6 TJ Eisen-Schrott 0,00601 kg Erdgas 456E-9 TJ Erdgas 0, kg Erdöl 1,61 kg Erdöl 17,7E-6 TJ Erze 0,0148 kg Geothermie 54,1E-12 TJ Luft 0,00113 kg Mineralien 0,0317 kg Müll 1,68E-6 TJ NE-Schrott 3,23E-6 kg Sekundärrohstoffe 8,19E-6 kg Sekundärrohstoffe 40,3E-9 TJ Sonne -135E-12 TJ Steinkohle -435E-9 TJ Wasser 10,4 kg Wasserkraft 296E-9 TJ Wind 2,06E-9 TJ Ressourcen (Aggregierte Werte) Ressource Menge Einheit KEA-andere 1,72E-6 TJ KEA-erneuerbar 299E-9 TJ KEA-nichterneuerbar 92E-6 TJ KEV-andere 1,72E-6 TJ KEV-erneuerbar 299E-9 TJ KEV-nichterneuerbar 27,5E-6 TJ Seite 5

6 3.2 Luftemissionen As (Luft) 36,5E-9 kg Cd (Luft) 107E-9 kg CH4 0 0,0015 kg CO 0 0,00205 kg CO2 0 3,41 kg Cr (Luft) 61,4E-9 kg H2S 0-275E-12 kg HCl 0 23,4E-6 kg HF 0 2,81E-6 kg HFC kg HFC kg HFC-134a 0 0 kg HFC kg HFC-143a 0 0 kg HFC-152a 0 0 kg HFC kg HFC kg HFC kg HFC kg HFC kg HFC-43-10mee 0 0 kg Hg (Luft) 5,02E-9 kg N2O 0 90E-6 kg NH3 0 4,68E-6 kg Ni (Luft) 2,05E-6 kg NMVOC 0 0,00164 kg NOx 0 0,0106 kg PAH (Luft) 159E-12 kg Pb (Luft) 195E-9 kg PCDD/F (Luft) 225E-15 kg Perfluoraethan 0 1,32E-9 kg Perfluorbutan 0 0 kg Perfluorcyclobutan 0 0 kg Perfluorhexan 0 0 kg Perfluormethan 0 10,5E-9 kg Perfluorpentan 0 0 kg Perfluorpropan 0 0 kg Seite 6

7 3.2 Luftemissionen (Fortsetzung) SF6 0 0 kg SO2 0 0,00394 kg Staub 0 0, kg Luftemissionen (Aggregierte Werte) CO2-Äquivalent 0 3,47 kg SO2-Äquivalent 0 0,0114 kg TOPP-Äquivalent 0 0,0148 kg 3.3 Gewässereinleitungen anorg. Salze 0 0, kg AOX 0 21,9E-9 kg As (Abwasser) -106E-18 kg BSB5 0 15,2E-6 kg Cd (Abwasser) -258E-18 kg Cr (Abwasser) -255E-18 kg CSB 0 0, kg Hg (Abwasser) -129E-18 kg Müll-atomar (hochaktiv) 1,96E-6 kg N 0 17,4E-6 kg P 0 297E-9 kg Pb (Abwasser) -1,68E-15 kg 3.4 Abfälle Abraum 0 5,07 kg Asche 0 0,0834 kg Klärschlamm 0 0,00145 kg Produktionsabfall 0, ,0204 kg REA-Reststoff 0 0,00961 kg Seite 7