DE102016210841A1

DE102016210841A1 - Method of providing sustainable polyvinyl chloride (PVC)

Info

Publication number: DE102016210841A1
Application number: DE102016210841.7A
Authority: DE
Inventors: Christopher Papile
Original assignee: ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Nucera AG and Co KGaA
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2017-12-21

Abstract

Verfahren zur Bereitstellung von Polyvinylchlorid (PVC), das folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen von Elektrizität und einer Chloridlösung in einer Chloralkali-Elektrolysezelle und Erhalten von Cl2, NaOH und H2 durch Elektrolyse; b) Bereitstellen von Elektrizität und Wasser in einer Elektrolysezelle und Erhalten von H2 und O2; c) entweder Erhalten von CO2 aus CO-oxidiertem Syngas unter Verwendung des O2 aus Schritt b) oder durch direkten CO2-Eintrag aus einer nachhaltigen Quelle oder Emissionsquelle oder durch Syngas (einem Gemisch von CO, CO2, H2 und H2O) aus erneuerbaren Quellen und anschließendes Verwenden von in Schritt a) und/oder Schritt b) und/oder Schritt c) erhaltenem H2 und dem in Schritt c) erhaltenen CO2 bzw. CO/CO2-Gemisch in einem katalytischen Methanolumwandlungsverfahren und Erhalten von Methanol; oder Bereitstellen von Methanol durch einen Biomasse-Direktvergasungsschritt mit gleichzeitiger Einspeisung eines Teils des in Schritt b) erhaltenen O2 und gegebenenfalls gleichzeitiger Einspeisung eines Teils des in Schritt a) erhaltenen NaOH, vorzugsweise in einem Hochtemperatur-Winkler(HTW)-Verfahren oder durch Verwendung einer beliebigen erneuerbaren Syngas-Quelle als Ausgangsstoff zur Herstellung von Methanol. d) Verwenden von in Schritt c) erhaltenem Methanol bei einer katalytischen Methanol-Dehydratisierung, die zu Ethylen und Wasser führt; e) Verwenden von in Schritt d) erhaltenem Ethylen und in Schritt a) erhaltenem Cl2 bei der Direktchlorierung von Ethylendichlorid (EDC); f) Einspeisen des Ethylendichlorids (EDC) in einen Crackreaktor zur Herstellung von Vinylchlorid-Monomer (VCM) und HCl; g) gegebenenfalls Rezyklieren des HCl zu Cl2 unter Verwendung eines HCl-Elektrolysereaktors und Verwenden von Cl2 in Schritt f) oder weiteres Umsetzen von HCl mit aus Schritt b) erhaltenem O2 und in Schritt b) erhaltenem Ethylen zur Herstellung von zusätzlichem Ethylendichlorid (EDC) durch Oxychlorierung zur Verwendung in Schritt f) und h) Polymerisieren von Vinylchlorid-Monomer (VCM) und Erhalten von Polyvinylchlorid (PVC).A method of providing polyvinyl chloride (PVC), comprising the steps of: a) providing electricity and a chloride solution in a chlor-alkali electrolysis cell and obtaining Cl 2, NaOH and H 2 by electrolysis; b) providing electricity and water in an electrolytic cell and obtaining H2 and O2; (c) either obtaining CO2 from CO-oxidized syngas using the O2 from step (b) or by direct CO2 input from a sustainable source or emission source or by syngas (a mixture of CO, CO2, H2 and H2O) from renewable sources; and then using H2 obtained in step a) and / or step b) and / or step c) and the CO2 or CO / CO2 mixture obtained in step c) in a catalytic methanol conversion process and obtaining methanol; or providing methanol by a biomass direct gasification step with simultaneous feeding of a portion of the O2 obtained in step b) and optionally simultaneous feeding of a portion of the NaOH obtained in step a), preferably in a high temperature Winkler (HTW) process or by using a any renewable syngas source as a raw material for the production of methanol. d) using methanol obtained in step c) in a catalytic methanol dehydration resulting in ethylene and water; e) using ethylene obtained in step d) and Cl2 obtained in step a) in the direct chlorination of ethylene dichloride (EDC); f) feeding the ethylene dichloride (EDC) into a cracking reactor to produce vinyl chloride monomer (VCM) and HCl; g) optionally recycling the HCl to Cl 2 using an HCl electrolysis reactor and using Cl 2 in step f) or further reacting HCl with O 2 obtained from step b) and ethylene obtained in step b) to produce additional ethylene dichloride (EDC) Oxychlorination for use in step f) and h) polymerizing vinyl chloride monomer (VCM) and obtaining polyvinyl chloride (PVC).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von nachhaltigem Polyvinylchlorid (PVC) und eine integrierte Anlage zur Herstellung von nachhaltigem Polyvinylchlorid.The invention relates to a process for providing sustainable polyvinyl chloride (PVC) and an integrated plant for the production of sustainable polyvinyl chloride.

Die Verwendung von erneuerbaren „grünen” Energiequellen ist aufgrund von Verbraucherinteresse an erneuerbaren Energien, sinkenden Kosten von Wind- und Sonnenkraft, Besorgnis bezüglich des Klimawandels und Regierungsvorschriften auf der ganzen Welt im Zunehmen begriffen. Diese neuen Energiequellen beginnen insbesondere infolge der niedrigen Kosten von Solarzellen oder Windturbinen eine praktische Alternative zu herkömmlicher Energie auf Kohlenstoffbasis darzustellen.The use of renewable "green" energy sources is on the rise due to consumer interest in renewable energy, declining wind and solar costs, climate change concerns and government regulations around the world. These new energy sources are beginning to represent a practical alternative to conventional carbon-based energy, particularly because of the low cost of solar cells or wind turbines.

Nichtsdestotrotz sind erneuerbare „grüne” Energiequellen häufig mit einem schwerwiegenden Nachteil behaftet. In Anbetracht der notwendigen Umweltbedingungen wie Sonnen- oder Windintensität ist der Ort der Energieerzeugung häufig weit von den hauptsächlichen energieverbrauchenden Gebieten entfernt. Wind-, Sonnen-, Wasser- und Gezeitenkraft werden häufig an verwendungsfernen Orten erzeugt. Bei diesen erneuerbaren Energiequellen kommt es regelmäßig vor, dass sie häufig zu viel oder zu wenig Elektrizität erzeugen (z. B. auf der Basis von Nacht/Tag-Zyklen oder sich ändernden Wetterbedingungen). Wenngleich diese erneuerbaren Ressourcen in der Mehrzahl der Fälle an das Stromnetz angeschlossen sind und die überschüssige Elektrizität an dieses abgeben können, ist die Versorgung des Stromnetzes mit unbeständiger Energie mit wirtschaftlichen Nachteilen verbunden. Dies führt zu höheren Energiekosten und zusätzlichen Leistungsverlusten. In vielen Fällen sind selbst hochentwickelte Batteriesysteme nicht in der Lage, große Energiemengen zu Puffern, und Batterien können elektrische Leistung speichern, aber nicht leicht transportieren. Eine Alternative besteht in der Speicherung der elektrischen Energie in einem chemischen Träger, z. B. Wasserstoff oder Methanol.Nonetheless, renewable "green" energy sources often suffer from a serious drawback. Given the necessary environmental conditions such as solar or wind intensity, the place of power generation is often far from the main energy consuming areas. Wind, solar, tidal and tidal power are often generated at locations away from use. These renewable sources of energy often happen to generate too much or too little electricity (for example, based on night / day cycles or changing weather conditions). Although in the majority of cases these renewable resources are connected to the electricity grid and can deliver surplus electricity to them, supplying the power grid with inconsistent energy has economic disadvantages. This leads to higher energy costs and additional power losses. In many cases, even sophisticated battery systems are incapable of buffering large amounts of energy, and batteries can store electrical power but not transport it easily. An alternative is to store the electrical energy in a chemical carrier, e.g. As hydrogen or methanol.

Wasserstoff kann Energie einschließlich RESP (Remote Excess Sustainable Power) speichern und transportieren, erfordert aber extrem niedrige Temperaturen und hohe Drücke. Methan kann RESP speichern, hat aber im Vergleich zu Methanol und Ammoniak einen geringeren chemischen Wert.Hydrogen can store and transport energy, including RESP (Remote Excess Sustainable Power), but requires extremely low temperatures and high pressures. Methane can store RESP, but has a lower chemical value compared to methanol and ammonia.

Die Menge von RESP auf der Welt ist in den letzten Jahren exponentiell angestiegen und wird Prognosen zufolge bis zum Jahr 2030 weiter zunehmen. Zur Erreichung der Ziele der Pariser Klimakonferenz für die Dekarbonisierung der Welt ist es unbedingt notwendig, nicht nur Energie, sondern auch Chemikalien auf nachhaltige Weise herzustellen. Bei der Herstellung von Brennstoffen und Chemikalien unter Verwendung von rein biologischen Verfahren gibt es jedoch erhebliche Probleme; u. a. werden in der Regel diskontinuierlich arbeitende Reaktoren und CSTR-Reaktoren benötigt, die weniger effizient sind und deren Maßstab sich schlecht vergrößern lässt, es werden komplizierte Kern- und Extraktionsverfahren benötigt, Reaktionen nehmen eine lange Zeit in Anspruch, es wird eine beträchtliche Menge Wasser verbraucht oder unrezyklierbar gemacht, und es werden schöne Quellen von Biomaterialien, wie Zucker, benötigt. So stehen beispielsweise an Orten mit beträchtlicher Chemikalienproduktion wie KSA, Indien, Texas, Katar und Westchina nur begrenztes Frischwasser und begrenzte hochwertige Biomaterialien zur Verfügung. An diesen Produktionsorten gibt es jedoch häufig Salzwasser, Nutzwasser oder Wasser geringer Qualität und Quellen von Abfall- oder Emissions-CO₂ oder Syngas, Biomasse geringer Qualität, Holzschnitzel, Stängel, Blätter, Stöcke, Müll, tierische und menschliche Ausscheidungen, die zu Syngas sowie CO₂-Emissionen vergast werden können.The amount of RESP in the world has grown exponentially in recent years and is projected to continue to increase until 2030. In order to achieve the goals of the Paris Climate Decade for World Decarbonisation, it is essential to produce not only energy but also chemicals in a sustainable way. However, there are significant problems in the production of fuels and chemicals using purely biological processes; Inter alia, batch reactors and CSTR reactors, which are less efficient and whose scale is difficult to enlarge, require complicated core and extraction processes, take a long time, consume a considerable amount of water or unrecyclable, and it needs beautiful sources of biomaterials, such as sugar. For example, in places with significant chemical production such as KSA, India, Texas, Qatar and West China, only limited fresh water and limited quality biomaterials are available. However, at these production sites there are often salt water, industrial water or low quality water and sources of waste or emission CO ₂ or syngas, low quality biomass, wood chips, stems, leaves, sticks, garbage, animal and human waste resulting in syngas as well CO ₂ emissions can be gasified.

Im Gegensatz zu PET gibt es gegenwärtig kein nachhaltiges PVC-Verfahren. Bei zahlreichen Anwendungen von PVC würde jedoch eine erneuerbare Quelle dieses wichtigen Kunststoffs von Vorteil sein. Ein überraschender technischer Vorteil, der hier beschrieben wird, besteht darin, dass aus RESP erzeugtes PVC durch die vorliegende Innovation in der Nähe von erneuerbaren Energiequellen entfernt hergestellt werden kann, mit einem Umweltfreundlichkeitsaufschlag verkauft werden kann, eine Verringerung der Gesamtkosten für chemische Anlagen durch Verwendung von sehr kostengünstigen bis kostenfreien Ausgangsstoffen, Erhalt von CO₂-Gutschriften und Vermeidung von CO₂-Steuern und Strafen beruhend auf Dekarbonisierungsverträgen einschließen kann. Bei herkömmlichen Verfahren zur Synthese von PVC wie dem „Carbid-Verfahren” wird CaC₂ als intermediäre Quelle für Acetylen verwendet. CaC₂ wird jedoch häufig in einem energieaufwendigen und emissionsreichen Verfahren auf Basis von Kalk und Koks hergestellt. Auf der Basis der Qualität der Kohlenstoffquelle werden weitere Luftschadstoffe wie CO, CO₂, Kohlenwasserstoffe und SO_x in die Atmosphäre und die angrenzende Landschaft emittiert.Unlike PET, there is currently no sustainable PVC process. However, in many applications of PVC, a renewable source of this important plastic would be beneficial. A surprising technical advantage described herein is that PVC produced from RESP can be remotely manufactured by the present innovation in the vicinity of renewable energy sources, can be sold with an environmental friendliness premium, a reduction of the total cost of chemical plants by using very cost-effective to free starting materials, receipt of CO ₂ credits and avoidance of CO ₂ taxes and penalties based on decarbonisation contracts. In conventional PVC synthesis processes such as the carbide process, CaC _{2 is used} as the intermediate source of acetylene. However, CaC ₂ is often produced in an energy-consuming and high-emission process based on lime and coke. Based on the quality of the carbon source, other air pollutants such as CO, CO ₂ , hydrocarbons and SO _{x are} emitted into the atmosphere and the adjacent landscape.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von PVC, das auf erneuerbaren kostengünstigen Edukten beruht, alle Verfahrensschritte abdeckt und gleichzeitig die Emission von Wasser- und Luftschadstoffen minimiert und den benötigten Energie- und Wassereintrag verringert.The object of the present invention is therefore to provide a process for the production of PVC, which is based on renewable low-cost educts, covering all process steps and at the same time minimizes the emission of water and air pollutants and reduces the energy and water input required.

Die US 2011/0183143 A1 offenbart eine PVC-Harzzusammensetzung mit erhöhtem Gehalt an erneuerbarem Kohlenstoff.The US 2011/0183143 A1 discloses a PVC resin composition with an increased content of renewable carbon.

Die WO 2015/086153 A1 offenbart ein Verbundsystem zur Herstellung von Stahl mit einem Hochofen zur Roheisenerzeugung, einem Konverter zur Rohstahlerzeugung und einem Gasleitungssystem für Gase, wobei das System arbeitet, wenn Roheisen und/oder Rohstahl erzeugt werden. Gemäß der Erfindung umfasst das Verbundsystem auch ein an das Gasleitungssystem angeschlossenes Chemie- oder Biotechnologiesystem sowie ein System zur Wasserstofferzeugung.The WO 2015/086153 A1 discloses a composite system for producing steel with a blast furnace for pig iron production, a converter for crude steel production and a gas pipeline system for gases, the system operating when pig iron and / or crude steel are produced. According to the invention, the composite system also comprises a chemical or biotechnological system connected to the gas pipeline system as well as a system for the production of hydrogen.

Die US 2013/0288143 A1 offenbart eine Brennstoffzelle mit einem Meerwasser-Elektrolyseur, eine integrierte Anlage und Methoden zur Herstellung von Erznatron, Ammoniak, Harnstoff und PVC. Das Verfahren offenbart die Verwendung von Ethylen aus einer Crackkolonne.The US 2013/0288143 A1 discloses a fuel cell with a seawater electrolyzer, an integrated plant, and methods for producing natron, ammonia, urea, and PVC. The process discloses the use of ethylene from a cracking column.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche.The object of the present invention is achieved by a method according to claim 1. Preferred embodiments of the invention are the subject of the corresponding subclaims.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Anlage zur Herstellung von nachhaltigem Polyvinylchlorid (PVC) gemäß Anspruch 13. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche.Another object of the present invention is to provide a plant for the production of sustainable polyvinyl chloride (PVC) according to claim 13. Preferred embodiments of the invention are the subject of the respective subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitstellung von Polyvinylchlorid (PVC) umfasst die folgenden Schritte. Schritt a) umfasst das Bereitstellen von Elektrizität, vorzugsweise erneuerbarer Elektrizität, und einer Alkalimetallchloridlösung, vorzugsweise Li, K und/oder Na, in einer Chloralkali-Elektrolysezelle, was zum Erhalt von Cl₂, Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaCH, LiOH und/oder KOH, und H₂ durch Elektrolyse führt. Der Fachmann kennt verschiedene Typen von Chloralkali-Elektrolysezellen, z. B. Membranzelle, Diaphragmazelle oder Castner–Kellner-Verfahren (Quecksilberzelle). So entsteht Chlor z. B. durch 2NaCl → 2Na⁺ + Cl₂ + 2e^– (1) und Wasserstoff durch 2H₂O + 2e^– → 2OH^– + H₂. (2) The process of the invention for providing polyvinyl chloride (PVC) comprises the following steps. Step a) comprises providing electricity, preferably renewable electricity, and an alkali metal chloride solution, preferably Li, K and / or Na, in a chlor-alkali electrolysis cell resulting in Cl ₂ , alkali metal hydroxide, preferably NaCH, LiOH and / or KOH, and H _{2 leads} by electrolysis. The person skilled in the art knows various types of chloralkali electrolysis cells, eg. B. membrane cell, diaphragm cell or Castner-Kellner method (mercury cell). This creates chlorine z. B. by 2NaCl → 2Na ⁺ + Cl ₂ + 2e ^- (1) and hydrogen through 2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂ . (2)

Parallel dazu werden durch Elektrolyse in einem Schritt b), der Elektrizität und Speisewasser oder recycliertes Wasser in einer vorzugsweise alkalischen oder PEM-Elektrolysezelle umfasst, H₂ und O₂ erhalten. Die Schritte a) und b) stellen zusammen H₂, O₂, Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaOH, LiOH und/oder KOH, und Cl₂ bereit. Die oben erwähnte Wasserelektrolyse kann zur Bereitstellung einer ausreichenden Wasserstoffmenge in den späteren Verfahrensschritten notwendig sein. Das Verfahren umfasst ferner in einer ersten alternativen Variante von Schritt c) die Synthese von CO₂ aus Syngas, dessen CO unter Verwendung des in den vorhergehenden Verfahrensschritten erhaltenen O₂ oxidiert wurde, oder durch direkten CO₂-Eintrag aus nachhaltigen Quellen oder Emissionsquellen und anschließendes Verwenden von in dem vorhergehenden Schritt b) erhaltenem H₂. Das erhaltene bzw. bereitgestellte CO₂ wird weiter in einem katalytischen Methanolumwandlungsverfahren verwendet, das zu Methanol führt. Dieses katalytische Methanolumwandlungsverfahren kann verschiedene Verfahrenstypen umfassen, die in der Technik gut bekannt sind. Als Katalysatoren eignen sich u. a. Cu, Sn, Cr, Zn und Al, vorzugsweise in Form der jeweiligen Oxide. Beispielhafte Verfahrensbedingungen können z. B. im Druckbereich von 80 bar und Temperaturen im Bereich von 230°C variieren. CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O (3) In parallel, H ₂ and O ₂ are obtained by electrolysis in a step b) comprising electricity and feed water or recycled water in a preferably alkaline or PEM electrolysis cell. Steps a) and b) together provide H ₂ , O ₂ , alkali metal hydroxide, preferably NaOH, LiOH and / or KOH, and Cl ₂ . The above-mentioned water electrolysis may be necessary to provide a sufficient amount of hydrogen in the later process steps. The process further comprises, in a first alternative variant of step c), the synthesis of CO ₂ from syngas, whose CO has been oxidized using the O ₂ obtained in the preceding process steps, or by direct CO ₂ input from sustainable sources or emission sources and subsequent Using H ₂ obtained in the previous step b). The obtained CO ₂ is further used in a catalytic methanol conversion process leading to methanol. This catalytic methanol conversion process can include various types of processes that are well known in the art. Suitable catalysts include Cu, Sn, Cr, Zn and Al, preferably in the form of the respective oxides. Exemplary process conditions may e.g. B. in the pressure range of 80 bar and temperatures in the range of 230 ° C vary. CO ₂ + 3H ₂ → CH ₃ OH + H ₂ O (3)

Erfindungsgemäß kann Methanol in Schritt c) auch/alternativ durch die Verwendung einer verfügbaren Syngas-Quelle aus einem bestehenden Verfahren bereitgestellt werden und dann das oben erwähnte katalytische Methanolumwandlungsverfahren, das zu Methanol führt, durchgeführt werden.In accordance with the present invention, methanol may also be provided in step c) alternatively by the use of an available syngas source from an existing process and then the above-mentioned methanol catalytic conversion process leading to methanol.

Erfindungsgemäß kann Methanol in Schritt c) auch/alternativ durch einen Direktvergasungsschritt bereitgestellt werden, vorzugsweise durch ein Wirbelschicht-Vergasungsverfahren, z. B. das Hochtemperatur-Winkler(HTW)-Verfahren, bei dem in dem vorhergehenden Verfahrensschritt b) erhaltenes O₂ zur Partialoxidation und Temperaturerhöhung verwendet werden kann und gegebenenfalls das im ersten Verfahrensschritt a) erhaltene Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaOH, LiOH und/oder KOH, verwendet werden kann. Vorzugsweise erfordert dieser Sauerstoff keine weitere Reinigung, wodurch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine teure Erzeugung von Sauerstoff aus Luft entfällt. Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaOH, LiOH und/oder KOH, kann bei der Vergasung als Katalysator oder durch Bereitstellen eines basischen Reaktionsmediums wirken. Daher können das als Nebenprodukt der Chloralkalielektrolyse anfallende NaOH (oder LiOH oder KOH) und der bei der Wasserelektrolyse anfallende Sauerstoff überraschender weise und hilfreicher weise direkt bei den zur Herstellung von PVC erforderlichen Kohlenstoffausgangsstoffverarbeitungsschritten verwendet werden. Das in dem oben erwähnten Verfahrensschritt c) erhaltene Methanol wird anschließend in einem katalytischen Methanol-Dehydratisierungsschritt d) verwendet, der zu Ethylen und Wasser führt. 2CH₃OH → C₂H₄ + 2H₂O (4) In accordance with the invention, methanol may also be provided in step c) alternatively by a direct gasification step, preferably by a fluidized bed gasification process, e.g. Example, the high-temperature Winkler (HTW) method in which obtained in the preceding process step b) O ₂ for partial oxidation and temperature increase can be used and optionally in the first process step a) obtained alkali metal hydroxide, preferably NaOH, LiOH and / or KOH, can be used. Preferably, this oxygen requires no further purification, whereby the process according to the invention eliminates expensive production of oxygen from air. Alkali metal hydroxide, preferably NaOH, LiOH and / or KOH, may act as a catalyst in the gasification or by providing a basic reaction medium. Thus, the by-product of the chloroalkali electrolysis NaOH (or LiOH or KOH) and the oxygen obtained in the electrolysis of water can surprisingly and advantageously be used directly in the carbon precursor processing steps required to produce PVC. The methanol obtained in the above-mentioned process step c) is then used in a catalytic methanol dehydration step d), which leads to ethylene and water. 2CH ₃ OH → C ₂ H ₄ + 2H ₂ O (4)

Beispielhafte Reaktionsbedingungen finden sich z. B. in S. Hussain, M. Mazhar, S. Gul, K. Chuang, A. Sanger, Bull. Korean Chem. Soc. 2006, Band 27, Nr. 11 oder durch ein MTO(Methanol-To-Olefins)-Verfahren, z. B. unter Verwendung von Katalysatoren auf Zeolith-Basis. Das Wasser kann als Prozesswasser oder bei der Elektrolyse wiederverwendet werden, wodurch der Gesamteintrag an zusätzlichem Wasser bei dem Verfahren minimiert wird. Außerdem kann „polares” Wasser leicht von „polarem” Ethylen getrennt werden. Die Ausbeute an aus Methanol produziertem Ethylen kann durch ein paar Schritte einschließlich Metathese, die in dem vorliegenden Dokument später beschrieben wird, erhöht werden. Das im vorhergehenden Schritt d) erhaltene Ethylen und das in Verfahrensschritt a) erhaltene Cl₂ werden bei der Direktchlorierung von Ethylendichlorid (EDC) in Schritt e) vereinigt. C₂H₄ + Cl₂ → C₂H₄Cl₂ (5) Exemplary reaction conditions can be found, for. In S. Hussain, M. Mazhar, S. Gul, K. Chuang, A. Sanger, Bull. Korean Chem. Soc. 2006, Vol. 27, No. 11 or by an MTO (methanol-to-olefins) method, e.g. Using zeolite-based catalysts. The water can be reused as process water or electrolysis, thereby minimizing the overall input of additional water in the process. In addition, "polar" water can be easily separated from "polar" ethylene. The yield of ethylene produced from methanol can be increased by a few steps including metathesis, which will be described later in the present document. The ethylene obtained in the preceding step d) and the Cl ₂ obtained in process step a) are combined in the direct chlorination of ethylene dichloride (EDC) in step e). C ₂ H ₄ + Cl ₂ → C ₂ H ₄ Cl ₂ (5)

Die Reaktion der z. B. durch Metallchloride, Fe, Al, Cu Sb, weiter bevorzugt FeCl₃, katalysiert. Beispielhafte Reaktionsbedingungen finden sich in Tarrit et al., US 2011/0183143 A1 , Absatz [0041] bis [0052]. Nichtsdestotrotz können abweichende Reaktionsbedingungen verwendet werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Das erzeugte Ethylendichlorid (EDC) wird anschließend in Schritt f) einem Crackreaktor zugeführt, um Vinylchlorid-Monomer (VCM) und HCl herzustellen. (CH₂Cl₂)₂ → CH₂CHCl + HCl (6) The reaction of z. B. by metal chlorides, Fe, Al, Cu Sb, more preferably FeCl ₃ , catalyzed. Exemplary reaction conditions can be found in Tarrit et al., US 2011/0183143 A1 , Paragraphs [0041] to [0052]. Nonetheless, aberrant reaction conditions can be used without departing from the scope of the invention. The produced ethylene dichloride (EDC) is then fed to a cracking reactor in step f) to produce vinyl chloride monomer (VCM) and HCl. (CH ₂ Cl ₂ ) ₂ → CH ₂ CHCl + HCl (6)

Beispielhafte Crackbedingungen finden sich in Tarrit et al., US 2011/0183143 A1 , Absatz [0068], z. B. bei einer Temperatur zwischen 400°C und 500°C und einem Druck zwischen 25 und 30 bar. Nichtsdestotrotz können abweichende Reaktionsbedingungen verwendet werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Das Verfahren umfasst gegebenenfalls einen Schritt g). Dieser Schritt g) umfasst das Rezyklieren von HCl als Cl₂ unter Verwendung eines HCl-Elektrolysereaktors und das Wiederverwenden von Cl₂ bei der Direktchlorierung von Schritt e). Alternativ dazu kann das Verfahren einen Oxychlorierungsschritt umfassen: C₂H₄ + 2HCl + ½O₂ → C₂H₄Cl₂ + H₂O (7) Exemplary cracking conditions can be found in Tarrit et al., US 2011/0183143 A1 , Paragraph [0068], z. B. at a temperature between 400 ° C and 500 ° C and a pressure between 25 and 30 bar. Nonetheless, aberrant reaction conditions can be used without departing from the scope of the invention. The method optionally comprises a step g). This step g) involves recycling HCl as Cl ₂ using an HCl electrolysis reactor and reusing Cl ₂ in the direct chlorination of step e). Alternatively, the process may comprise an oxychlorination step: C ₂ H ₄ + 2HCl + ½O ₂ → C ₂ H ₄ Cl ₂ + H ₂ O (7)

Dieser Schritt erlaubt die weitere Umsetzung von HCl aus dem Crackschritt mit O₂ aus der Wasserelektrolyse und Ethylen zur Herstellung von zusätzlichem Ethylendichlorid. Beispielhafte Oxychlorierungsbedingungen finden sich in Tarrit et al., US 2011/0183143 A1 , Absatz [0053]. Nichtsdestotrotz können abweichende Reaktionsbedingungen verwendet werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Das erhaltene C₂H₄Cl₂ wird in Schritt f) dem Crackreaktor zugeführt, das Wasser kann als Prozess-, Kühl- oder Elektrolysewasser wiederverwendet werden.This step allows the further reaction of HCl from the cracking step with O ₂ from the electrolysis of water and ethylene to produce additional ethylene dichloride. Exemplary oxychlorination conditions can be found in Tarrit et al., US 2011/0183143 A1 , Paragraph [0053]. Nonetheless, aberrant reaction conditions can be used without departing from the scope of the invention. The resulting C ₂ H ₄ Cl ₂ is fed to the cracking reactor in step f), the water can be reused as process, cooling or electrolysis water.

Das erhaltene Vinylchlorid-Monomer (VCM) kann weiter gereinigt, z. B. durch Destillation, und in Schritt h) zu Polyvinylchlorid (PVC) polymerisiert werden, zum Beispiel durch Suspensionspolymerisationen, Emulsionspolymerisation und/oder Massepolymerisation oder Kombinationen davon. PVC ist für den Transport ideal, da es unter normalen Bedingungen keine Gesundheits- und Sicherheitsprobleme aufweist.The resulting vinyl chloride monomer (VCM) can be further purified, e.g. By distillation, and in step h) to polyvinyl chloride (PVC), for example by suspension polymerizations, emulsion polymerization and / or bulk polymerization or combinations thereof. PVC is ideal for transportation as it has no health and safety problems under normal conditions.

Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von PVC in kontinuierlicher Fahrweise im Vergleich zur diskontinuierlichen Fahrweise, vermeidet die Verwendung von Calciumcarbid, vermeidet Marktfluktuationen des Preises von Ethylen und erzeugt insbesondere kein CO₂. Das hergestellte PVC kann ohne Sicherheits-, Gesundheits- und Umweltbedenken transportiert werden und an Orten mit keiner oder geringer Frischwasser- und Bioverarbeitungskapazität nachhaltig hergestellt werden. In Anbetracht der oben erwähnten Reaktionsschritte ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Synthese von hochwertigem PVC aus rezyklierten Verbindungen wie Biomasse oder CO₂ aus technischen Verfahren. Diese Verwendung von natürlich vorkommendem Kohlenstoff kann durch ¹⁴C-Kohlenstoff-Isotopenanalyse verifiziert werden. Außerdem können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zahlreiche Reaktionsnebenprodukte wie Wasser, O₂, NaOH (oder LiOH oder KOH) und HCl durch direkte Verwendung oder Wiederverwendung bei dem oben beschriebenen Verfahren rezykliert werden. Tabelle 1: Qualitativer Vergleich von durch PVC-Verfahren erzeugtem CO₂: Ausgangsstoff, Verfahren Energiequelle CO₂ Ausgangsstoff CO₂ CaC₂ zu C₂H₂; Carbid Herstellung von Ausgangsstoffen energieintensiv. Kohlenstoffquelle normalerweise aus Kohle oder anderen nicht nachhaltigen Quellen (Desequestrierung). C₂H₂; Herkömmlich Energie des Crackens von Ethan zu Ethylen. Aus Öl- und Gasreserven desequestriertes Ethan/Ethylen. Natürliches CO₂; Nachhaltiges PVC MeOH-Produktionsendotherme nur teilweise durch Prozesswärme bereitgestellt. Erneuerbare Elektrizität. Negatives CO₂; sequestriert zu PVC. In addition, the process according to the invention makes it possible to produce PVC in a continuous mode compared to the batch mode, avoids the use of calcium carbide, avoids market fluctuations of the price of ethylene and in particular does not produce CO ₂ . The manufactured PVC can be transported without safety, health and environmental concerns and sustainably produced in locations with no or low fresh water and bioprocessing capacity. In view of the reaction steps mentioned above, the process according to the invention enables the synthesis of high-grade PVC from recycled compounds such as biomass or CO ₂ from industrial processes. This use of naturally occurring carbon can be verified by ¹⁴ C-carbon isotope analysis. In addition, in the process of the present invention, numerous reaction by-products such as water, O ₂ , NaOH (or LiOH or KOH) and HCl can be recycled by direct use or reuse in the process described above. Table 1: Qualitative comparison of CO ₂ produced by PVC process: Starting material, process Energy source CO ₂ Starting material CO ₂ CaC ₂ to C ₂ H ₂ ; carbide Production of raw materials energy-intensive. Carbon source usually from coal or other unsustainable sources (desestructuring). C ₂ H ₂ ; conventional Energy of cracking ethane to ethylene. Ethane / ethylene desequestriertes from oil and gas reserves. Natural CO ₂ ; Sustainable PVC MeOH production endotherm only partially provided by process heat. Renewable electricity. Negative CO ₂ ; sequestered to PVC.

Gemäß der Lehre der Erfindung können die Begriffe „unter Verwendung des in den vorhergehenden Verfahrensschritten erhaltenen O₂, H₂, Cl₂, H₂O, HCl oder NaOH (ode LiOH und/oder KOH)” die Verwendung von zusätzlichem O₂, H₂, Cl₂, H₂O, HCl oder NaOH (oder Alkalimetallhydroxiden, LiOH und/oder KOH) aus anderen Quellen oder Verfahren einschließen.According to the teachings of the invention, the terms "using the O" _{2 "} , H" _{2 "} , Cl" _{2 "} , H" _{2 "} O, HCl or NaOH (or LiOH and / or KOH) obtained in the preceding process steps may include the use of additional O" _{2 "} , H ₂ , Cl ₂ , H ₂ O, HCl or NaOH (or alkali metal hydroxides, LiOH and / or KOH) from other sources or processes.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die katalytische Methanol-Dehydratisierung in Schritt d) eine formselektive Umwandlung von Methanol in Ethylen unter Verwendung von SAPO oder ähnlichen Molekülkäfig-Katalysatoren, vorzugsweise gefolgt von einem zusätzlichen Verfahren zur Erhöhung der Ethylen-Ausbeute. Diese zusätzlichen Schritte können eine Propylen-Selbstmetathese zu zusätzlichem Ethylen involvieren.In a preferred embodiment, the catalytic methanol dehydration in step d) comprises a shape-selective conversion of methanol to ethylene using SAPO or similar cagecatalysts, preferably followed by an additional process to increase the ethylene yield. These additional steps may involve propylene self-metathesis to additional ethylene.

Vorzugsweise umfasst die Wasserelektrolysezelle eine alkalische oder PEM-(Polyelektrolyt-Mehrschicht- oder Protonenaustauschmembran-) oder HT(Hochtemperatur)- oder SO(Festoxid)-Wasserelektrolysezelle.Preferably, the water electrolysis cell comprises an alkaline or PEM (polyelectrolyte multilayer or proton exchange membrane) or HT (high temperature) or SO (solid oxide) water electrolysis cell.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst der direkte CO₂-Eintrag aus nachhaltigen Quellen oder Emissionsquellen eine Verbrennung oder Fermentierung von natürlichen oder fossilen Kohlenstoffquellen. Einschließlich der Partialverbrennung von Biogas aus anaerobem biologischem Abbau zur Herstellung von Syngas und hochwertiger Wärme und Verwendung der Wärme zur Unterstützung des Energiebedarfs des erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise das Syngas-To-Methanol-Verfahren.In another preferred embodiment, the direct input of CO ₂ from sustainable sources or sources of emissions involves combustion or fermentation of natural or fossil carbon sources. Including the partial combustion of biogas from anaerobic biodegradation for the production of syngas and high-grade heat and use of heat to support the energy demand of the process according to the invention, preferably the syngas-to-methanol process.

Vorzugsweise umfasst der direkte CO₂-Eintrag aus nachhaltigen Quellen oder Emissionsquellen eine Vergasung (G) von organischem Material, vorzugsweise Biomasse, Abfällen, Dung, Lignin, Biogas, Bioethanol und/oder Holzschnitzeln.The direct introduction of CO ₂ from sustainable sources or emission sources preferably involves gasification (G) of organic material, preferably biomass, waste, manure, lignin, biogas, bioethanol and / or wood chips.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vergasung (G) Verfahren auf Basis von Wirbelschichtvergasung, Direct Quench, Hochtemperatur-Winkler(HTW)-Vergaser oder Koppers-Totzek. Wie bei dem Hauptprozess beschrieben, wird bei der Vergasung (G) aus der Wasserelektrolyse erhaltener Sauerstoff verwendet. Dieser Sauerstoff erfordert vorzugsweise keine weitere Reinigung und vermeidet eine teure Erzeugung von Sauerstoff aus Luft.In a preferred embodiment, the gasification (G) comprises processes based on fluidized bed gasification, direct quenching, high temperature Winkler (HTW) gasifier or Koppers-Totzek. As described in the main process, oxygen obtained from gas electrolysis is used in gasification (G). This oxygen preferably does not require further purification and avoids expensive production of oxygen from air.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird bei der Vergasung (G) mit Partialoxidation (POX) oder katalytischer Partialoxidation (CPOX) gearbeitet.In another preferred embodiment, the gasification (G) is carried out with partial oxidation (POX) or catalytic partial oxidation (CPOX).

Vorzugsweise wird das in Schritt b) erhaltene Wasser rezykliert und bei dem Verfahren wiederverwendet. Die Wiederverwendung von Wasser ermöglicht die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in wasserarmen Gegenden auf der ganzen Welt.Preferably, the water obtained in step b) is recycled and reused in the process. The reuse of water allows the use of the method of the invention in arid areas throughout the world.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Elektrizität in Schritt a) und/oder b) durch eine erneuerbare Energiequelle, vorzugsweise Sonnenkraft, Windkraft, Geothermalkraft, Wasserkraft, Gezeitenkraft und/oder Biogas, bereitgestellt. In a preferred embodiment, the electricity in step a) and / or b) is provided by a renewable energy source, preferably solar, wind, geothermal, hydro, tidal and / or biogas.

Vorzugsweise wird die Elektrizität durch eine Batterieeinheit, weiter bevorzugt durch eine Redox-Flow-Batterie, gespeichert oder gepuffert oder als Cl₂, H₂, Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaOH, LiOH und/oder KOH, und/oder O₂ gespeichert oder gepuffert. Insbesondere ermöglicht die Speicherung als chemischer Träger Cl₂, H₂, Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaOH, LiOH und/oder KOH, und/oder O₂ eine flexiblere Verwendung der bereitgestellten Energie unabhängig von Leistungsfluktuationen. Durch die erfindungsgemäße chemische Energiespeicherung können daher einige Hauptnachteile erneuerbarer Energiequellen, wie veränderliche Windkraft oder Nacht-Tag-Zyklen von Sonnenkraft überwunden werden.Preferably, the electricity is stored or buffered by a battery pack, more preferably by a redox flow battery, or stored or buffered as Cl ₂ , H ₂ , alkali metal hydroxide, preferably NaOH, LiOH and / or KOH, and / or O ₂ . In particular, storing as a chemical carrier Cl ₂ , H ₂ , alkali metal hydroxide, preferably NaOH, LiOH and / or KOH, and / or O ₂ allows a more flexible use of the provided energy independent of power fluctuations. The inventive chemical energy storage can therefore overcome some of the major disadvantages of renewable energy sources, such as variable wind power or night-day cycles of solar power.

Die Erfindung stellt ferner eine Anlage oder ein integriertes System zur Herstellung von nachhaltigem Polyvinylchlorid (PVC) mit einer elektrischen Leistungsquelle oder -verbindung, einer Chloralkali-Elektrolysezellen-Einheit und einer Wasserelektrolyseeinheit bereit. Der Fachmann kennt verschiedene Typen von Chloralkali-Elektrolysezellen, z. B. Membranzelle, Diaphragmazelle oder Castner–Kellner-Verfahren (Quecksilberzelle). Die Anlage weist ferner eine Speichereinheit für ein Gas, das beliebige Partialdruckgemische von CO und CO₂ enthält, oder eine Gasherstellungseinheit, die beliebige Partialdruckgemische von CO und CO₂ erzeugt, auf. Die CO₂-Speichereinheit umfasst geeignete Behälter oder Tanks für gasförmiges, flüssiges oder festes Kohlendioxid. Die Anlage weist ferner eine Methanolsyntheseeinheit oder eine Einheit, die durch Vergasung von Biomasse Methanol erzeugt, auf, wie oben bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben. In der Methanolsyntheseeinheit kann das in der oben beschriebenen CO₂-Speicher- oder CO₂-Herstellungseinheit zur Umwandlung des CO₂ in Methanol mit Hilfe einer in der Technik gut bekannten Einheit für ein katalytisches Methanolumwandlungsverfahren erhaltene CO₂ verwendet werden. Die Anlage weist ferner eine Ethylensyntheseeinheit und gegebenenfalls eine Einheit zur Erhöhung der Ethylen-Ausbeute einschließlich einer Propylen-Selbstmetathese-Einheit auf. Die Anlage weist ferner eine Ethylendichlorid(EDC)-Syntheseeinheit, eine Vinylchlorid-Monomer(VCM)-Syntheseeinheit und einen PVC-Polymerisationsreaktor auf. Die Anlage weist ferner eine HCl-Rezyklierungseinheit unter Verwendung von HCl-Elektrolyse zu Cl₂ und eine Einheit zum Umleiten von bei dem Verfahren anfallendem weitgehend reinem Sauerstoff in dem PVC-Verfahren zur Durchführung von Oxidationen, wie Oxychlorierung, auf.The invention further provides a plant or integrated system for producing sustainable polyvinyl chloride (PVC) with an electric power source or connection, a chlor-alkali electrolysis cell unit, and a water electrolysis unit. The person skilled in the art knows various types of chloralkali electrolysis cells, eg. B. membrane cell, diaphragm cell or Castner-Kellner method (mercury cell). The system further comprises a storage unit for a gas containing any partial pressure mixtures of CO and CO ₂ , or a gas production unit which generates any partial pressure mixtures of CO and CO ₂ . The CO ₂ storage unit comprises suitable containers or tanks for gaseous, liquid or solid carbon dioxide. The plant further comprises a methanol synthesis unit or unit which produces methanol by gasification of biomass, as described above in the process of the invention. In the methanol synthesis unit, the _storage-2 or CO ₂ -Herstellungseinheit for converting the CO ₂ in methanol by a well known in the art unit obtained in the above-described CO for a catalytic methanol conversion process CO ₂ may be used. The plant further comprises an ethylene synthesis unit and optionally an ethylene yield increasing unit including a propylene self-metathesis unit. The plant further comprises an ethylene dichloride (EDC) synthesis unit, a vinyl chloride monomer (VCM) synthesis unit and a PVC polymerization reactor. The plant further comprises an HCl recycle unit using HCl electrolysis to Cl ₂ and a unit for diverting substantially pure oxygen resulting from the process into the PVC process for conducting oxidations such as oxychlorination.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vergasungseinheit (GU) Wirbelschichtvergasung, Direct Quench, Hochtemperatur-Winkler(HTW)-Vergaser oder Vergaser auf Basis von Koppers-Totzek. Wie bei dem Hauptverfahren beschrieben, wird bei der Vergasung (GU) Sauerstoff aus der Wasserelektrolyse verwendet.In a preferred embodiment, the gasification unit (GU) comprises fluidized-bed gasification, direct quenching, high-temperature Winkler (HTW) gasifier or gasifier based on Koppers-Totzek. As described in the main process, gasification (GU) uses oxygen from water electrolysis.

Vorzugsweise weist die Methanolsyntheseeinheit eine Vergasungseinheit auf.Preferably, the methanol synthesis unit has a gasification unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vergasungseinheit einen Hochtemperatur-Winkler(HTW)-Vergaser zur Herstellung von zusätzlichem Methanol direkt aus Biomasse auf.In a preferred embodiment, the gasification unit has a high temperature Winkler (HTW) gasifier for producing additional methanol directly from biomass.

Vorzugsweise wird die elektrische Leistung durch eine nachhaltige und erneuerbare Energiequelle, vorzugsweise Sonnenkraft, Windkraft, Geothermalkraft, Wasserkraft, Gezeitenkraft und/oder Biogas, bereitgestellt. Der Anlagenort kann sich aufgrund der geringen benötigten Mengen an Frischwasser und der hohen Rezyklierungsraten von H₂, O₂, HCl und NaOH in entlegenen Gegenden in der Nähe der nachhaltigen und erneuerbaren Energiequelle befinden.Preferably, the electrical power is provided by a sustainable and renewable energy source, preferably solar, wind, geothermal, hydro, tidal, and / or biogas. The plant site may be located in remote areas near the sustainable and renewable energy source due to the low levels of fresh water required and the high recycle rates of H ₂ , O ₂ , HCl and NaOH.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erneuerbare Energiequelle direkt an die Anlage angeschlossen.In a preferred embodiment, the renewable energy source is connected directly to the system.

Vorzugsweise wird die elektrische Leistung trotz Fluktuationen der erneuerbaren Energiequelle als stabiler Ausstoß gehalten (Puffern), vorzugsweise durch eine Batterieeinheit, weiter bevorzugt durch eine Redox-Flow-Batterie, batteriegepuffert oder als Cl₂, H₂, Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaOH, LiOH und/oder KOH, und/oder O₂ gespeichert oder gepuffert. Überraschenderweise ermöglicht die Kombination der erfindungsgemäßen Anlage mit der erneuerbaren Leistungsquelle die Herstellung von hochwertigem PVC und die Speicherung von ansonsten nicht verwendbaren Energiespitzen.Preferably, the electrical power is kept stable (buffering) despite fluctuations of the renewable energy source, preferably by a battery unit, more preferably by a redox flow battery, battery-backed or as Cl ₂ , H ₂ , alkali metal hydroxide, preferably NaOH, LiOH and / or KOH, and / or O ₂ stored or buffered. Surprisingly, the combination of the plant according to the invention with the renewable power source enables the production of high-quality PVC and the storage of otherwise unusable energy peaks.

Die Erfindung wird in der folgenden Figur weiter beschrieben. Die Figur schränkt den Schutzbereich der Erfindung nicht ein.The invention will be further described in the following figure. The figure does not limit the scope of the invention.

1 zeigt ein Fließbild des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 shows a flow diagram of the method according to the invention.

1 zeigt ein schematisches Fließbild des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Hauptedukte NaCl_(aq)-Lösung (Kochsalzlösung) und Wasser werden in zwei Elektrolyseschritten verarbeitet, die zu H₂, O₂ und Cl₂ führen. Das andere Hauptedukt CO₂ kann über verschiedene Routen in das erfindungsgemäße Verfahren eintreten. Route A umfasst die Vergasung von Biomasse, bei der das bei der Kochsalzelektrolyse erhaltene Ätznatron verwendet werden kann. NaOH kann als Katalysator oder als Werkzeug zur Bereitstellung basischer Medien dienen. Eine andere Route zur Bereitstellung von CO₂ und anschließend Methanol könnte Syngas sein. Das verbliebene CO wird durch Konvertierungsreaktionen (Water-Gas Shift, wgs) und bevorzugte Oxidation (PReferential Oxidation, PROX) beseitigt. Alternativ dazu könnte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren direkt z. B. durch Verbrennung bereitgestelltes CO₂ verwendet werden. Die oben erwähnten Schritte ermöglichen die Herstellung von nachhaltigem Ethylen und PVC. 1 shows a schematic flow diagram of the method according to the invention. The main adducts NaCl _(aq) solution (saline) and water are processed in two electrolysis steps leading to H ₂ , O ₂ and Cl ₂ . The other Haupteduct CO ₂ can enter the process of the invention via various routes. Route A involves the gasification of biomass, which can use the caustic soda obtained in saline electrolysis. NaOH can serve as a catalyst or as a tool for providing basic media. Another route to provide CO ₂ and then methanol could be syngas. The remaining CO is eliminated by water-gas shift (wgs) and preferential oxidation (PROX) oxidation. Alternatively, could in the inventive method directly z. B. provided by combustion CO ₂ can be used. The steps mentioned above allow the production of sustainable ethylene and PVC.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2011/0183143 A1 [0008, 0018, 0019, 0020] US 2011/0183143 A1 [0008, 0018, 0019, 0020]
WO 2015/086153 A1 [0009] WO 2015/086153 A1 [0009]
US 2013/0288143 A1 [0010] US 2013/0288143 A1 [0010]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

S. Hussain, M. Mazhar, S. Gul, K. Chuang, A. Sanger, Bull. Korean Chem. Soc. 2006, Band 27, Nr. 11 [0017] S. Hussain, M. Mazhar, S. Gul, K. Chuang, A. Sanger, Bull. Korean Chem. Soc. 2006, Volume 27, No. 11 [0017]

Claims

Verfahren zur Bereitstellung von Polyvinylchlorid (PVC), das folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen von Elektrizität und einer Alkalimetallchloridlösung, vorzugsweise Li, K und/oder Na, in einer Chloralkali-Elektrolysezelle und Erhalten von Cl₂ und einem Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaOH, LiOH und/oder KOH, und H₂ durch Elektrolyse; b) Bereitstellen von Elektrizität und Wasser in einer Elektrolysezelle und Erhalten von H₂ und O₂; c) Erhalten von CO₂ aus Syngas, dessen CO unter Verwendung des O₂ aus Schritt b) oxidiert wurde, oder durch direkten CO₂-Eintrag aus nachhaltigen Quellen oder Emissionsquellen und anschließendes Verwenden von in Schritt a) und/oder Schritt b) erhaltenem H₂ und dem CO₂ in einem katalytischen Methanolumwandlungsverfahren und Erhalten von Methanol; oder Bereitstellen von Methanol durch einen Direktvergasungsschritt unter Verwendung von in Schritt b) erhaltenem O₂ und gegebenenfalls in Schritt a) erhaltenem Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaOH, KOH und/oder LiOH, vorzugsweise durch ein Hochtemperatur-Winkler(HTW)-Verfahren oder durch Verwendung einer beliebigen erneuerbaren Syngas-Quelle als Ausgangsstoff zur Herstellung von Methanol. d) Verwenden von in Schritt c) erhaltenem Methanol bei einer katalytischen Methanol-Dehydratisierung, die zu Ethylen und Wasser führt; e) Verwenden von in Schritt d) erhaltenem Ethylen und in Schritt a) erhaltenem Cl₂ bei der Direktchlorierung von Ethylendichlorid (EDC); f) Einspeisen des Ethylendichlorids (EDC) in einen Crackreaktor zur Herstellung von Vinylchlorid-Monomer (VCM) und HCl; g) gegebenenfalls Rezyklieren des HCl zu Cl₂ unter Verwendung eines HCl-Elektrolysereaktors und Verwenden von Cl₂ in Schritt f) oder weiteres Umsetzen von HCl mit aus Schritt b) erhaltenem O₂ und in Schritt b) erhaltenem Ethylen zur Herstellung von zusätzlichem Ethylendichlorid (EDC) durch Oxychlorierung zur Verwendung in Schritt f) und h) Polymerisieren von Vinylchlorid-Monomer (VCM) und Erhalten von Polyvinylchlorid (PVC).A method of providing polyvinyl chloride (PVC), comprising the steps of: a) providing electricity and an alkali metal chloride solution, preferably Li, K and / or Na, in a chlor-alkali electrolysis cell and obtaining Cl ₂ and an alkali metal hydroxide, preferably NaOH, LiOH and / or KOH, and H ₂ by electrolysis; b) providing electricity and water in an electrolytic cell and obtaining H ₂ and O ₂ ; c) obtaining CO ₂ from syngas whose CO has been oxidized using the O ₂ from step b), or by direct CO ₂ input from sustainable sources or emission sources and then using in step a) and / or step b) received H ₂ and CO ₂ in a catalytic methanol conversion process and obtaining methanol; or providing methanol by a direct gasification step using O ₂ obtained in step b) and optionally in step a) obtained alkali metal hydroxide, preferably NaOH, KOH and / or LiOH, preferably by a high temperature Winkler (HTW) method or by using a any renewable syngas source as a raw material for the production of methanol. d) using methanol obtained in step c) in a catalytic methanol dehydration resulting in ethylene and water; e) using ethylene obtained in step d) and Cl ₂ obtained in step a) in the direct chlorination of ethylene dichloride (EDC); f) feeding the ethylene dichloride (EDC) into a cracking reactor to produce vinyl chloride monomer (VCM) and HCl; g) optionally recycling the HCl to Cl ₂ using an HCl electrolysis reactor and using Cl ₂ in step f) or further reacting HCl with O ₂ obtained from step b) and ethylene obtained in step b) to produce additional ethylene dichloride ( EDC) by oxychlorination for use in step f) and h) polymerizing vinyl chloride monomer (VCM) and obtaining polyvinyl chloride (PVC).

Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die katalytische Methanol-Dehydratisierung in Schritt d) eine formselektive Umwandlung von Methanol unter Verwendung von SAPO oder ähnlichen Molekülkäfig-Katalysatoren, vorzugsweise einen weiteren Schritt zur Erhöhung der Ethylen-Ausbeute einschließlich Propylen-Selbstmetathese, umfasst.The process of claim 1 wherein the catalytic methanol dehydration in step d) comprises shape selective conversion of methanol using SAPO or similar molecular cage catalysts, preferably a further step to increase ethylene yield including propylene self metathesis.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wasserelektrolysezelle eine alkalische, PEM-, HT- oder SO-Wasserelektrolysezelle umfasst.The method of claim 1 or 2, wherein the water electrolysis cell comprises an alkaline, PEM, HT or SO water electrolysis cell.

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Syngas und Wärme durch Partialoxidation von erneuerbarem Biogas, das durch anaeroben biologischen Abbau hergestellt wird, erzeugt wird.Process according to one or more of claims 1 to 3, in which syngas and heat are produced by partial oxidation of renewable biogas produced by anaerobic biodegradation.

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der direkte CO₂-Eintrag aus nachhaltigen Quellen oder Emissionsquellen eine Verbrennung oder Fermentierung von natürlichen oder fossilen Kohlenstoffquellen umfasst.Method according to one or more of claims 1 to 4, wherein the direct input of CO ₂ from sustainable sources or emission sources comprises a combustion or fermentation of natural or fossil carbon sources.

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der direkte CO₂-Eintrag aus nachhaltigen Quellen oder Emissionsquellen eine Vergasung (G) von organischem Material, vorzugsweise Biomasse, Abfällen, Dung, Lignin, Biogas, Bioethanol und/oder Holzschnitzeln, umfasst.Method according to one or more of claims 1 to 5, wherein the direct input of CO ₂ from sustainable sources or emission sources, a gasification (G) of organic material, preferably biomass, waste, manure, lignin, biogas, bioethanol and / or wood chips, includes.

Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Vergasung (G) Verfahren auf Basis von Wirbelschichtvergasung, Direct Quench, Hochtemperatur-Winkler(HTW)-Vergaser oder Koppers-Totzek umfasst.The method of claim 6, wherein the gasification (G) comprises processes based on fluidized bed gasification, direct quenching, high temperature Winkler (HTW) gasifier or Koppers-Totzek.

Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem bei der Vergasung (G) mit Partialoxidation (POX) oder katalytischer Partialoxidation (CPOX) gearbeitet wird.Process according to Claim 6 or 7, in which the gasification (G) is carried out with partial oxidation (POX) or catalytic partial oxidation (CPOX).

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, bei dem bei der Vergasung (G) zusätzliches Methanol zur Verwendung in Schritt e) anfällt.Method according to one or more of claims 6 to 8, wherein in the gasification (G) additional methanol for use in step e) is obtained.

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das in Schritt d) erhaltene Wasser rezykliert und bei dem Verfahren wiederverwendet wird. Method according to one or more of claims 1 to 9, wherein the water obtained in step d) is recycled and reused in the process.

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Elektrizität in Schritt a) und/oder b) durch eine erneuerbare Energiequelle, vorzugsweise Sonnenkraft, Windkraft, Geothermalkraft, Wasserkraft, Gezeitenkraft und/oder Biogas, bereitgestellt wird.Method according to one or more of claims 1 to 10, wherein the electricity in step a) and / or b) by a renewable energy source, preferably solar power, wind power, geothermal, hydro, tidal power and / or biogas, is provided.

Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Elektrizität durch eine Batterieeinheit, weiter bevorzugt durch eine Redox-Flow-Batterie, gespeichert oder gepuffert wird oder als Cl₂, H₂, Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaOH, LiOH und/oder KOH, und/oder O₂ gespeichert oder gepuffert wird.The method of claim 11, wherein the electricity is stored or buffered by a battery unit, more preferably by a redox flow battery, or as Cl ₂ , H ₂ , alkali metal hydroxide, preferably NaOH, LiOH and / or KOH, and / or O _{2 is} stored or buffered.

Anlage zur Herstellung von nachhaltigem Polyvinylchlorid (PVC) mit: – einer elektrischen Leistungsquelle oder -verbindung; – einer Chloralkali-Elektrolysezellen-Einheit; – einer Wasserelektrolyseeinheit; – einer Speichereinheit für ein Gas, das beliebige Partialdruckgemische von CO und CO₂ enthält, oder eine Gasherstellungseinheit, die beliebige Partialdruckgemische von CO und CO₂ erzeugt, – eine Methanolsyntheseeinheit – oder eine Einheit, die durch Vergasung von Biomasse Methanol erzeugt; – eine Ethylensyntheseeinheit – und eine Einheit zur Erhöhung der Ethylen-Ausbeute einschließlich einer Propylen-Selbstmetathese-Einheit; – eine Ethylendichlorid(EDC)-Syntheseeinheit; – eine Vinylchlorid-Monomer(VCM)-Syntheseeinheit; – Einheiten für Wasserrezyklierung und Wasserspeicherung; – eine HCl-Rezyklierungseinheit unter Verwendung von HCl-Elektrolyse zu Cl₂; – Einheiten zum Umleiten von bei dem Verfahren anfallendem weitgehend reinem Sauerstoff in dem PVC-Verfahren zur Durchführung von Oxidationen; – einen PVC-Polymerisationsreaktor.Plant for producing sustainable polyvinyl chloride (PVC) comprising: - an electrical power source or connection; A chlor-alkali electrolysis cell unit; A water electrolysis unit; A storage unit for a gas containing any partial pressure mixtures of CO and CO ₂ or a gas production unit producing any partial pressure mixtures of CO and CO ₂ , a methanol synthesis unit or a unit producing methanol by gasification of biomass; An ethylene synthesis unit and an ethylene yield increasing unit including a propylene self-metathesis unit; An ethylene dichloride (EDC) synthesis unit; A vinyl chloride monomer (VCM) synthesis unit; - units for water recycling and water storage; An HCl recycle unit using HCl electrolysis to Cl ₂ ; Units for diverting substantially pure oxygen resulting from the process in the PVC process for carrying out oxidations; - a PVC polymerization reactor.

Anlage nach Anspruch 13, wobei die Methanolsyntheseeinheit eine Vergasungseinheit (GU) aufweist.Plant according to claim 13, wherein the methanol synthesis unit comprises a gasification unit (GU).

Anlage nach Anspruch 14, wobei die Vergasungseinheit einen Hochtemperatur-Winkler(HTW)-Vergaser zur Herstellung von zusätzlichem Methanol direkt aus Biomasse aufweist.Plant according to claim 14, wherein the gasification unit comprises a high temperature Winkler (HTW) gasifier for producing additional methanol directly from biomass.

Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, wobei die elektrische Leistung durch eine nachhaltige und erneuerbare Energiequelle, vorzugsweise Sonnenkraft, Windkraft, Geothermalkraft, Wasserkraft, Gezeitenkraft und/oder Biogas, bereitgestellt wird.Installation according to one or more of claims 13 to 15, wherein the electric power is provided by a sustainable and renewable energy source, preferably solar power, wind power, geothermal power, hydro, tidal power and / or biogas.

Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 16, wobei die erneuerbare Energiequelle direkt an die Anlage angeschlossen ist.Plant according to one or more of claims 13 to 16, wherein the renewable energy source is connected directly to the system.

Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, wobei die elektrische Leistung trotz Fluktuationen der erneuerbaren Energiequelle als stabiler Ausstoß gehalten wird (Puffern), vorzugsweise durch eine Batterieeinheit, weiter bevorzugt durch eine Redox-Flow-Batterie, batteriegepuffert wird oder als Cl₂, H₂, Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise NaOH, LiOH und/oder KOH, und/oder O₂ gespeichert oder gepuffert wird.Plant according to one or more of claims 13 to 17, wherein the electric power is held stable (buffering) despite fluctuations of the renewable energy source, preferably by a battery unit, more preferably by a redox flow battery, battery-buffered or as Cl ₂ , H ₂ , alkali metal hydroxide, preferably NaOH, LiOH and / or KOH, and / or O _{2 is} stored or buffered.