DE102019206154A1

DE102019206154A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid aus 1,2-Dichlorethan

Info

Publication number: DE102019206154A1
Application number: DE102019206154.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Poppe; Peter Kammerhofer; Klaus Krejci
Original assignee: ThyssenKrupp AG; Vinnolit GmbH and Co KG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG; Westlake Vinnolit GmbH and Co KG
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-11-05
Also published as: ZA202107806B; US11845706B2; KR20220005062A; EP3962886A1; WO2020221640A1; US20220227690A1; BR112021021642A2; MX2021013079A; JP7403557B2; JP2022531773A; CN114127034A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid durch katalytische thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan, bei dem die für die thermische Spaltung erforderliche Wärme über ein flüssiges oder kondensierendes Wärmeträgermedium zugeführt wird, wobei erfindungsgemäß das Wärmeträgermedium (4) mindestens teilweise über Abwärme einer Anlage zur Verbrennung von flüssigen und/oder gasförmigen Rückständen einer Chemieanlage aufgeheizt wird. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid durch katalytische thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan, umfassend mindestens einen Reaktor (1), in dem die thermische Spaltung erfolgt sowie mindestens eine erste Beheizungsvorrichtung (6), mittels derer eine Erwärmung des Reaktionsmediums in dem Reaktor (1) mittels des Wärmeträgermediums erfolgt, wobei die Anlage weiterhin mindestens eine zweite mittels Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung (7) für die Erwärmung des Reaktionsmediums umfasst. Dies schafft die Möglichkeit, mindestens temporär die für die thermische Spaltung erforderliche Wärme aus preisgünstig verfügbarer Abwärme zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann man temporär die Aufheizung des Wärmeträgermediums ausschließlich über die zweite mittels Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung (7) vornehmen, wobei es sich beispielsweise um Abwärme einer Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid handeln kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid durch katalytische thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan, bei dem die für die thermische Spaltung erforderliche Wärme über ein flüssiges oder kondensierendes Wärmeträgermedium zugeführt wird. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid durch katalytische thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan, bei dem die für die thermische Spaltung erforderliche Wärme über ein flüssiges oder kondensierendes Wärmeträgermedium zugeführt wird, umfassend mindestens einen Reaktor, in dem die thermische Spaltung erfolgt sowie mindestens eine erste Beheizungsvorrichtung, mittels derer eine Erwärmung des Reaktionsmediums in dem Reaktor mittels des Wärmeträgermediums erfolgt.
Die thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan zur Herstellung von Vinylchlorid, welches insbesondere zur Herstellung von Polyvinylchlorid benötigt wird, folgt der nachstehend wiedergegebenen Reaktionsgleichung (1): C₂H₄Cl₂ → C₂H₃Cl + HCl Es handelt sich um eine endotherme Reaktion, wobei die Pyrolyse entweder katalysatorfrei in der Gasphase unter hohem Druck von 1 bis 3 MPa und bei einer Temperatur von 450 bis 600 °C erfolgen kann oder aber auch in katalytischen Verfahren, die es erlauben, die Pyrolyse bei niedrigeren Temperaturen durchzuführen.
Stand der Technik
In der EP 264 065 A1 wird beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid durch thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan beschrieben, bei dem 1,2-Dichlorethan in einem ersten Behälter erwärmt wird, dann in einen zweiten Behälter überführt wird, indem es ohne weitere Erwärmung unter geringerem Druck als in dem ersten Behälter verdampft wird und das gasförmige 1,2-Dichlorethan in einen Spaltofen eingespeist wird, in dem die Spaltung zu Vinylchlorid und Chlorwasserstoff erfolgt. Die Temperatur des 1,2-Dichlorethans beträgt bei Verlassen des zweiten Behälters 220 °C bis 280 °C. In dem Spaltofen werden Rohre, in denen das 1,2-Dichlorethan thermisch gespalten wird, mittels eines fossilen Brennstoffs erhitzt. In der Strahlungszone des Spaltofens wird das gasförmige 1,2-Dichlorethan auf 525 °C bzw. 533 °C erhitzt.
In der EP 264 065 A1 wird auch erwähnt, dass man zur Vorwärmung des flüssigen, frischen 1,2-Dichlorethans ein Temperiermedium verwenden kann, das seinerseits in der Konvektionszone des Spaltofens mit dem Rauchgas, das die den Spaltofen heizenden Brenner erzeugen, erwärmt wird. Als Temperiermedium sind hierfür erhitzte hochsiedende Flüssigkeiten wie Mineralöl, Siliconöl oder geschmolzenes Diphenyl geeignet. Jedoch erfolgt auf diese Weise nur eine Vorwärmung auf eine Temperatur von 150 bis 220 °C, während die Pyrolyse selbst bei Temperaturen von etwa 530 °C erfolgt. Bei diesem bekannten Verfahren ist es somit nicht vorgesehen, die Pyrolyse bei Temperaturen im Bereich von 300 bis 400 °C durchzuführen und die gesamte dabei notwendige Erwärmung mit Hilfe eines flüssigen Wärmeträgermediums vorzunehmen.
In der Regel besteht ein Anlagenkomplex zur Produktion von Vinylchlorid aus

- einer Anlage zur Herstellung von 1,2-Dichlorethan aus Ethen und Chlor („Direktchlorierung“), oder
- einer Anlage zur Herstellung von 1,2-Dichlorethan aus Ethen, Chlorwasserstoff und Sauerstoff („Oxichlorierung“),
- einer Anlage zur destillativen Reinigung von 1,2-Dichlorethan,
- einer Anlage zur thermischen Spaltung des destillativ gereinigten 1,2-Dichlorethans zu Vinylchlorid und Chlorwasserstoff und
- einer Anlage zur destillativen Abtrennung des Chlorwasserstoffs und nicht umgesetzen 1,2-Dichlorethans sowie zur Reinigung des Vinylchlorids.

Der durch thermische Spaltung des 1,2-Dichlorethans gewonnene Chlorwasserstoff kann in die Oxichlorierungsanlage zurückgeführt und dort mit Ethen und Sauerstoff erneut zu 1,2-Dichlorethan umgesetzt werden.
Weiterhin kann der oben beschriebene Anlagenkomplex eine Anlage zur Verbrennung flüssiger und/oder gasförmiger chlorierter Kohlenwasserstoffe umfassen. Letztere fallen im Prozess der Herstellung von Vinylchlorid als Nebenprodukte an und werden hauptsächlich bei der destillativen Reinigung von 1,2-Dichlorethan abgetrennt. Der bei der Verbrennung dieser Substanzen entstehende Chlorwasserstoff wird entweder als wässrige Salzsäure an andere Produktionsprozesse abgegeben oder ebenfalls in die Oxichlorierungsanlage zurückgeführt. Die Abwärme der Verbrennung wird bei bestehenden Verfahren zur Dampferzeugung genutzt.
Bei dem in der DE 102 52 891 A1 beschriebenen Verfahren zur Spaltung von 1,2-Dichlorethan in Vinylchlorid und Chlorwasserstoff wird ein Katalysator verwendet, der es erlaubt, die Betriebstemperatur bei der endothermen Spaltung zu senken. Jedoch wird auch bei diesem Verfahren der Rohrreaktor mit einem Primärenergieträger wie Öl oder Gas befeuert, wobei der Ofen in eine Strahlungszone und eine Konvektionszone aufgeteilt ist. In der Strahlungszone wird die für die Pyrolyse erforderliche Wärme vor allem durch Strahlung der brennerbeheizten Ofenwände auf das Reaktionsrohr übertragen. In der Konvektionszone wird der Energieinhalt der heißen, aus der Strahlungszone austretenden Rauchgase durch konvektive Wärmeübertragung genutzt, wodurch das 1,2-Dichlorethan als Edukt der Pyrolysereaktion vorgewärmt, verdampft oder überhitzt werden kann.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Maßnahmen zur Energieeinsparung bzw. Wärmerückgewinnung in Anlagen zur Herstellung von 1,2-Dichlorethan bekannt. Solche Maßnahmen führen zu einer deutlichen Senkung der Betriebskosten und tragen damit ganz wesentlich zur Wirtschaftlichkeit der Anlage sowie zur Verringerung des CO₂-Ausstoßes der Anlage bei. Dies sind beispielsweise Maßnahmen, welche die Reaktionswärme der exothermen Reaktionsschritte nutzen, um Wärmesenken im Prozess zu beheizen. In der WO 2014/108159 A1 werden verschiedene bekannte Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung in Anlagen zur Herstellung von Vinylchlorid aufgezählt und dabei die entsprechenden Literaturstellen genannt.
In der EP 0 225 617 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid durch thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan beschrieben, wobei erwähnt wird, dass bei der Durchführung dieses Verfahrens in einigen Fällen eine Rückgewinnung von Abwärme aus den Rauchgasen einer Spaltofenbefeuerung unter Erzeugung von Wasserdampf vorgesehen ist. Wegen der relativ niedrigen Rauchgastemperatur sind derartige Verfahren jedoch wenig wirtschaftlich. Die thermische Spaltung des 1,2-Dichlorethans erfolgt auch bei diesem Verfahren bei vergleichsweise hohen Temperaturen. Zunächst wird das Edukt vorgewärmt auf etwa 243 °C, dann teils durch Entspannen und teils durch Beaufschlagen mit Dampf verdampft und danach in einem Spaltofen bei Temperaturen zwischen 435 °C und 497 °C ohne Verwendung eines Katalysators thermisch gespalten. Eine Aufheizung mittels eines Wärmeträgeröls ist nicht vorgesehen und bei diesen Temperaturen auch nicht möglich.
In der EP 0 002 021 A1 wird ein Verfahren zur katalytischen Dehydrohalogenierung von 1,2-Dichlorethan zu Vinylchlorid beschrieben, bei dem man zeolithische Katalysatoren verwendet, die mit einer Lewis-Säure behandelt wurden. Bei Verwendung derartiger Katalysatoren gelingt es, die Reaktion bei erhöhtem Druck und Temperaturen im Bereich von 200 °C bis 400 °C und somit erheblich niedrigeren Temperaturen als bei der herkömmlichen Pyrolyse von 1,2-Dichlorethan durchzuführen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid durch thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Verringerung der Betriebskosten erzielt wird.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert ein Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid durch katalytische thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß wird das flüssige oder kondensierende Wärmeträgermedium zumindest temporär mindestens teilweise mittels der Abwärme einer Anlage zur Verbrennung von flüssigen und/oder gasförmigen Rückständen einer Chemieanlage aufgeheizt. Dies schafft die Möglichkeit, mindestens temporär die für die thermische Spaltung erforderliche Wärme aus preisgünstig verfügbarer Abwärme zur Verfügung zu stellen. Durch Verwendung von Katalysatoren zur thermischen Spaltung von 1,2-Dichlorethan kann der Temperaturbereich, in dem die Reaktion stattfindet so weit zu niedrigeren Temperaturen, insbesondere im Bereich von etwa 200 °C bis etwa 400 °C verschoben werden, so dass der Reaktor, statt wie bisher durch Direktbefeuerung mit fossilen Brennstoffen, mittels eines Wärmeträgermediums beheizt werden kann. Als Reaktor kann statt eines Spaltrohrofens beispielsweise ein Rohrbündel-Wärmeüberträger verwendet werden, bei dem die Rohre mit Katalysator gefüllt sind und der Mantelraum von dem vorzugsweise im Kreislauf geführten Wärmeträgermedium durchströmt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die für die Reaktion benötigte Wärme mindestens temporär teilweise durch Erwärmung des Wärmeträgermediums mittels der Abwärme einer Chemieanlage zur Verfügung gestellt. Diese bevorzugte Variante des Verfahrens sieht vor, dass man im Regelfall über eine erste mittels beispielsweise fossiler Brennstoffe beheizbare Beheizungsvorrichtung die für die Reaktion erforderliche Wärme zur Verfügung stellt, jedoch eine zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung vorhanden ist, die man zumindest zeitweise nutzen kann. In diesen Fällen kann man die erste Beheizungsvorrichtung drosseln oder gegebenenfalls für einen gewissen Zeitraum vollständig herunterfahren oder das Wärmeträgermedium so führen, dass es die erste Beheizungsvorrichtung strömungstechnisch umgeht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die für die Reaktion benötigte Wärme mindestens temporär teilweise mittels der Abwärme einer Anlage zur Verbrennung von flüssigen und/oder gasförmigen chlorierten Kohlenwasserstoffen, wie sie in einer Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid als Nebenprodukte anfallen, zur Verfügung gestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das flüssige oder kondensierende Wärmeträgermedium zumindest temporär teilweise durch Verbrennung mindestens eines Brennstoffs und teilweise durch Erwärmung mittels der Abwärme einer Chemieanlage aufgeheizt. Die Verwendung eines flüssigen oder kondensierenden Wärmeträgermediums für die Bereitstellung der gesamten Reaktionswärme, die man zur pyrolytischen Spaltung des 1,2-Dichlorethans benötigt, wird dadurch möglich, dass man die Reaktion in Gegenwart geeigneter Katalysatoren durchführt, die eine erhebliche Absenkung der Reaktionstemperatur gegenüber herkömmlichen Verfahren ohne Katalyse ermöglichen. Bei Verwendung derartiger Katalysatoren kann die Reaktion beispielsweise von den bei herkömmlichen Verfahren üblichen Temperaturen in der Größenordnung von etwa 430 °C bis etwa 530 °C auf Temperaturen im Bereich von insbesondere etwa 200 °C bis 400 °C abgesenkt werden. Eine Aufheizung auf Temperaturen in diesem Bereich ist beispielsweise bei Verwendung eines Wärmeträgeröls oder gegebenenfalls einer Salzschmelze möglich. Als Katalysator kommen zum Beispiel Substanzen in Betracht, wie sie in der oben erwähnten EP 0 002 021 A1 genannt sind.
Ein Verfahren zur rein thermischen (unkatalysiert in einem Pyrolyseofen) oder thermischkatalytischen EDC-Spaltung (unter Wärmezufuhr bei Verwendung eines Katalysators) besteht in der Regel aus den Teilschritten:

- Vorwärmung flüssigen 1,2-Dichlorethans bis zur Verdampfungstemperatur bei dem jeweils gegebenen Druck
- Verdampfung des vorgewärmten 1,2-Dichlorethans
- gegebenenfalls Überhitzung des dampfförmigen 1,2-Dichlorethans bis zum Bereich der Reaktionstemperatur (falls die vorherige Verdampfung nicht im Bereich der Reaktionstemperatur stattfand)
- Spaltungsreaktion (rein thermisch oder thermisch unter Einsatz eines Katalysators) unter Wärmezufuhr.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das neben der Beheizung der katalytisch-thermischen Spaltungsreaktion durch ein flüssiges oder kondensierendes Wärmeträgermedium auch die Beheizung der vorgelagerten Vorwärmung, Verdampfung oder Überhitzung des 1,2-Dichlorethans durch dieses Wärmeträgermedium ermöglicht. Dabei müssen nicht zwingend alle diese Schritte mittels des Wärmeträgermediums beheizt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Beheizung zumindest eines bis hin zu beliebigen Kombinationen der oben angeführten Teilschritte, wobei die einzelnen Teilschritte wiederum (apparativ) in einzelne Schritte unterteilt sein können.
„Beheizung“ im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens bedeutet die Übertragung von Wärme an den Ausgangsstoff 1,2-Dichlorethan und/oder das Reaktionsgemisch durch ein Wärmeträgermedium. Dabei kann der Ausgangsstoff 1,2-Dichlorethan erwärmt, verdampft oder überhitzt werden. Dem Reaktionsgemisch im Reaktor kann Wärme auf gleichbleibendem Temperaturniveau (isotherme Reaktionsführung) zugeführt werden. Das Reaktionsgemisch kann sich auch weiter erwärmen, wobei die durch die Beheizung zugeführte Wärme teilweise zur Deckung des Reaktionswärmebedarfs und teilweise zur weiteren Aufheizung des Reaktionsgemisches verwendet wird. Schließlich kann die Wärmezufuhr zum Reaktionsgemisch durch Beheizung so eingestellt werden, dass zur Deckung des Reaktionswärmebedarfs zumindest teilweise der fühlbare Wärmeinhalt des Reaktionsgemisches verwendet wird und sich das Reaktionsgemisch im Reaktor im Vergleich zur Reaktoreintrittstemperatur abkühlt. Die Beheizung und auch die Übertragung von Wärme an den Ausgangsstoff 1,2-Dichlorethan erfolgt durch ein flüssiges Wärmeträgermedium unter Abkühlung des Wärmeträgermediums bzw. unter Abnahme dessen fühlbaren Wärmeinhalts und/oder durch ein kondensierendes Wärmeträgermedium, das vorher mittels einer Beheizungsvorrichtung verdampft wurde.
Beheizungsvorrichtungen für das Wärmeträgermedium im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens sind einerseits Vorrichtungen (Beheizer und/oder Verdampfer oder Vorrichtungen, in denen eine Beheizer - und eine Verdampferfunktion kombiniert sind), die mittels eines fossilen Brennstoffs wie Heizöl oder vorzugsweise Erdgas beheizt werden können. Andererseits sind dies mittels der Abwärme einer Anlage zur Verbrennung von Nebenprodukten einer Chemieanlage, vorzugsweise einer Anlage zur Verbrennung von Nebenprodukten eines Anlagenkomplexes zur Herstellung von Vinylchlorid beheizte Wärmeübertragungsvorrichtungen (Beheizer und/oder Verdampfer oder Vorrichtungen, in denen eine Beheizer- und eine Verdampferfunktion kombiniert sind). Dem Fachmann sind solche Vorrichtungen bekannt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Aufheizung des flüssigen oder kondensierenden Wärmeträgermediums mindestens eine erste durch Verbrennung mindestens eines Brennstoffs betriebene Beheizungsvorrichtung sowie zusätzlich mindestens eine zweite über die Abwärme einer Anlage zur Verbrennung von Nebenprodukten einer Chemieanlage betriebene Beheizungsvorrichtung verwendet.
In der Regel kann der Wärmebedarf einer Anlage zur katalytisch-thermischen Spaltung von 1,2-Dichlorethan nur teilweise durch die Verbrennung von Nebenprodukten des Anlagenkomplexes zur Herstellung von Vinylchlorid gedeckt werden. In einer bevorzugten Betriebsweise wird das Wärmeträgermedium daher zunächst mittels der Abwärme der Verbrennung von Nebenprodukten beheizt und die restliche erforderliche Wärmemenge wird durch Verbrennung eines fossilen Brennstoffs in einer zweiten Beheizungsanlage zugeführt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das flüssige oder kondensierende Wärmeträgermedium in einem Kreislauf geführt und in diesen Kreislauf sind die mindestens eine erste über Verbrennung eines fossilen Brennstoffs Beheizungsvorrichtung und die mindestens eine zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung eingebunden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind mindestens eine erste Beheizungsvorrichtung und mindestens eine zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung in dem Kreislauf in Reihe geschaltet. Das Wärmeträgermedium durchströmt dann in einem Leitungskreislauf erst die zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung und danach stromabwärts von dieser die erste Beheizungsvorrichtung oder aber diese beiden Beheizungsvorrichtungen werden in umgekehrter Reihenfolge durchströmt. Alternativ dazu ist es aber auch möglich die beiden Beheizungsvorrichtungen quasi in Parallelschaltung anzuordnen, das heißt der Leitungskreislauf, in den die Beheizungsvorrichtungen eingebunden sind, ist so verschaltet und die entsprechenden Leitungen lassen sich beispielsweise über Ventile so absperren, dass die zweite Beheizungsvorrichtung von dem Wärmeträgermedium durchströmt werden kann, ohne dass dieses auch die erste Beheizungsvorrichtung durchströmt sowie gegebenenfalls umgekehrt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Wärmeträgermedium in einem Kreislauf gefördert, in den ein Reaktor eingebunden ist, in dem die katalytische thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan durchgeführt wird, wobei ein Wärmetausch zwischen dem Reaktionsmedium des Reaktors und dem Wärmeträgermedium erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Wärmeträgermedium in dem Kreislauf im Gegenstrom zur Strömung des Reaktionsmediums durch den Reaktor gefördert. Diese Variante ist für eine effektive Wärmeübertragung vorteilhaft. Alternativ dazu ist aber gegebenenfalls auch eine Strömung des Wärmeträgermediums im Gleichstrom zur Strömung des Reaktionsmediums möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung mindestens temporär mittels der Abwärme einer Anlage zur Verbrennung der Nebenprodukte einer Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid betrieben. Bei dieser Variante ergibt sich der Vorteil, dass die Abwärme quasi aus einem Anlagenteil des gleichen Anlagenkomplexes verwendet wird und somit die Energiebilanz des Verfahrens verbessert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung permanent bei Volllast betrieben. Der Rest der für die thermische Spaltung erforderlichen Energie kann dem Wärmeträgermedium durch eine mittels fossilen Brennstoffen beheizte Beheizungsanlage zugeführt werden. Bei dieser Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass sich die zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung bevorzugt dauerhaft auf Betriebstemperatur befindet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die thermische Spaltung des 1,2-Dichlorethans in einem Temperaturbereich von 200 °C bis 400 °C durchgeführt. Dies ist ein bevorzugter Temperaturbereich, welcher sich mit flüssigen Wärmeträgermedien, beispielsweise Wärmeträgerölen ohne weiteres realisieren lässt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid durch katalytische thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan, bei der bevorzugt die für die Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung sowie für die thermische Spaltung des 1,2-Dichlorethans erforderliche Wärme über ein flüssiges oder kondensierendes Wärmeträgermedium zugeführt wird, umfassend mindestens einen Reaktor, in dem die thermische Spaltung erfolgt sowie mindestens eine erste Beheizungsvorrichtung, mittels derer eine Erwärmung des Reaktionsmediums in dem Reaktor mittels des flüssigen Wärmeträgermediums erfolgt, wobei die Anlage erfindungsgemäß weiterhin mindestens eine zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung für die Erwärmung des Reaktionsmediums umfasst. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die zweite mit Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung zuerst von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird. Der Rest der erforderlichen Wärme für die Spaltung des 1,2-Dichlorethans, aber auch für dessen Vorwärmung, um dieses zu Verdampfen und/oder zu Überhitzen, kann durch eine mittels fossilen Brennstoffen beheizte Beheizungsanlage zugeführt werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Reaktor in einen Kreislauf des Wärmeträgermediums eingebunden ist, wobei in den Kreislauf weiterhin mindestens die zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung eingebunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ist in den Kreislauf des Wärmeträgermediums mindestens eine erste über einen Brennstoff betriebene Beheizungsvorrichtung und weiterhin mindestens eine zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung eingebunden. Dabei ist die Reihenfolge der Durchströmung bevorzugt so, dass zunächst die zweite Beheizungsvorrichtung durchströmt wird. Die hier verwendeten Bezeichnungen „erste“ bzw. „zweite“ Beheizungsvorrichtung bezeichnen somit nur die funktionell unterschiedliche Art der Beheizungsvorrichtungen, legen jedoch nicht die Reihenfolge deren Durchströmung durch das Wärmeträgermedium fest.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung umfasst der Kreislauf des Wärmeträgermediums eine in ein Leitungssystem eingebundene Pumpe, mindestens eine erste über einen Brennstoff betriebene Beheizungsvorrichtung, mindestens eine zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung und den Reaktor, wobei Mittel zur Übertragung von Wärme von dem Wärmeträgermedium auf ein den Reaktor durchströmendes oder im Reaktor befindliches Reaktionsmedium vorgesehen sind.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Kreislauf des Wärmeträgermediums die erste über einen Brennstoff betriebene Beheizungsvorrichtung und die zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung in Reihe oder alternativ dazu parallel angeordnet sind.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Reaktor einen Rohrbündel-Wärmeüberträger umfasst, dessen Rohre mit einem Katalysator befüllt sind und welcher vorzugsweise einen Mantelraum aufweist, welcher von dem im Kreislauf geführten Wärmeträgermedium durchströmt wird.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigt:

1 ein schematisch vereinfachtes Anlagenschema einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid durch katalytische thermische Spaltung aus 1,2-Dichlorethan.

Nachfolgend wird auf die 1 Bezug genommen und anhand dieser wird eine beispielhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Die Darstellung gemäß 1 ist schematisch stark vereinfacht und es sind nur diejenigen Anlagenkomponenten dargestellt, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind. Die Anlage umfasst einen Reaktor 1, dem beispielsweise über wenigstens eine Leitung 2 ein Reaktor-Eintrittsstrom von 1,2-Dichlorethan (EDC) zugeführt wird, welches in dem Reaktor 1 unter Einwirkung von Wärme zu monomerem Vinylchlorid (VCM) pyrolysiert wird, wobei neben dem Vinylchlorid Chlorwasserstoff entsteht. Die genannten Produkte des Verfahrens verlassen den Reaktor 1 in einem Reaktor-Austrittsstrom 3.
Der Reaktor 1 ist in einen Kreislaufstrom 4 eines Wärmeträgermediums eingebunden, derart, dass dem Reaktor Wärme über den vorzugsweise im Gegenstrom zum Reaktionsmedium strömenden flüssigen Wärmeträger, beispielsweise ein Wärmeträgeröl, zugeführt wird, um das den Reaktor durchströmende Reaktionsmedium auf eine Temperatur von beispielsweise 300 °C bis 400 °C aufzuheizen, bei der die katalytische thermische Spaltung des 1,2-Dichlorethans zu Vinylchlorid im Reaktor 1 erfolgt.
Nachfolgend wird der Kreislaufstrom 4 des Wärmeträgermediums näher erläutert. Der Leitungskreislauf 4 des Wärmeträgers umfasst eine Pumpe 5, um das Wärmeträgermedium im Kreislauf zu fördern, wobei dieses stromabwärts der Pumpe 5 zunächst eine erste Beheizungsvorrichtung 6 durchströmt, welche beispielsweise mit einem fossilen Brennstoff befeuert wird, um so das Wärmeträgermedium aufzuheizen. Danach durchströmt das Wärmeträgermedium 4 eine zweite Beheizungsvorrichtung 7, in welcher das Wärmeträgermedium, sofern die zweite Beheizungsvorrichtung 7 in Betrieb ist, mit Hilfe von Wärmeenergie aus der Abwärme einer Chemieanlage, beispielsweise aus einer Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid erwärmt werden kann.
Die erste Beheizungsvorrichtung 6 und die zweite Beheizungsvorrichtung 7 sind in dem Ausführungsbeispiel im Leitungssystem des Wärmeträgermedium-Kreislaufstroms 4 in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet und somit in Reihe geschaltet. Alternativ dazu können aber beide Beheizungsvorrichtungen auch zueinander parallel geschaltet sein, das heißt, dass anders als in 1 dargestellt, die beiden Beheizungsvorrichtungen so in ein Leitungssystem eingebunden sind, dass das Wärmeträgermedium zumindest auch jeweils nur eine der beiden Beheizungsvorrichtungen durchströmen kann, unter Umgehung der jeweils anderen Beheizungsvorrichtung.
Bei der in 1 dargestellten Variante mit Anordnung beider Beheizungsvorrichtungen in Reihe und auch bei der nicht dargestellten Variante mit Parallelschaltung können in 1 nicht eingezeichnete Ventile vorgesehen sein, um die Beheizungsvorrichtungen zu- und abzuschalten bzw. die Leitungen im Leitungskreislauf 4 an geeigneten Stellen abzusperren. Außerdem können eine oder mehrere Regeleinrichtungen vorgesehen sein (ebenfalls in 1 nicht dargestellt), um die jeweils von der ersten und/oder der zweiten Beheizungsvorrichtung gelieferte Wärmeleistung entsprechend dem Bedarf für die Aufheizung des Reaktionsmediums im Reaktor 1 zu regeln.
Eine weitere, in 1 nicht dargestellte Variante umfasst eine Vorrichtung, bei der der Reaktor-Eintrittsstrom 3 mittels des Wärmeinhalts des Stromes 4 vorgewärmt, verdampft und überhitzt werden kann, wobei diese Optionen nicht zwingend alle realisierten müssen, sondern in beliebigen Kombinationen realisiert werden können.
Bezugszeichenliste

1: Reaktor
2: Reaktor-Eintrittsstrom
3: Reaktor-Austrittsstrom
4: Wärmeträgermedium-Kreislaufstrom
5: Umwälzpumpe
6: erste Beheizungsvorrichtung
7: zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 264065 A1 [0003, 0004]
DE 10252891 A1 [0008]
WO 2014/108159 A1 [0009]
EP 0225617 A1 [0010]
EP 0002021 A1 [0011, 0017]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid durch katalytische thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan, bei dem die für die thermische Spaltung erforderliche Wärme über ein flüssiges oder kondensierendes Wärmeträgermedium zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium (4) zumindest temporär mindestens teilweise mittels der Abwärme einer Anlage zur Verbrennung von flüssigen und/oder gasförmigen Rückständen einer Chemieanlage aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Wärmeträgermediums (4) das 1,2-Dichlorethan vorgewärmt und/oder verdampft und/oder überhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium zumindest temporär teilweise durch Verbrennung mindestens eines Brennstoffs und teilweise durch Erwärmung über Abwärme aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufheizung des flüssigen Wärmeträgermediums mindestens eine erste durch Verbrennung mindestens eines Brennstoffs betriebene Beheizungsvorrichtung (6) sowie zusätzlich mindestens eine zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung (7) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium (4) in einem Kreislauf geführt wird und in diesen Kreislauf die mindestens eine erste Beheizungsvorrichtung (6) und die mindestens eine zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung (7) eingebunden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Beheizungsvorrichtung (6) und mindestens eine zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung (7) in dem Kreislauf in Reihe geschaltet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium (4) in einem Kreislauf gefördert wird, in den ein Reaktor (1) eingebunden ist, in dem die katalytische thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan durchgeführt wird, wobei ein Wärmetausch zwischen dem Reaktionsmedium des Reaktors (1) und dem Wärmeträgermedium erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium (4) in dem Kreislauf im Gegenstrom zur Strömung des Reaktionsmediums durch den Reaktor (1) gefördert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite über Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung (7) mindestens temporär mittels aus der Abwärme einer Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid gewonnener Energie betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Spaltung des 1,2-Dichlorethans in einem Temperaturbereich von 200 °C bis 400 °C durchgeführt wird.
Anlage zur Herstellung von Vinylchlorid durch katalytische thermische Spaltung von 1,2-Dichlorethan, bei der die bevorzugt für die Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung sowie für die thermische Spaltung des 1,2-Dichlorethans erforderliche Wärme über ein flüssiges oder kondensierendes Wärmeträgermedium zugeführt wird, umfassend mindestens einen Reaktor (1), in dem die thermische Spaltung erfolgt sowie mindestens eine erste Beheizungsvorrichtung (6), mittels derer eine Erwärmung des Reaktionsmediums in dem Reaktor mittels des Wärmeträgermediums (4) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage weiterhin mindestens eine zweite mittels Abwärme einer Anlage zur Verbrennung von flüssigen und/oder gasförmigen Rückständen einer Chemieanlage betriebene Beheizungsvorrichtung (7) für die Erwärmung des Reaktionsmediums umfasst.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor in einen Kreislauf des Wärmeträgermediums (4) eingebunden ist, wobei in den Kreislauf weiterhin mindestens die zweite mittels Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung (7) eingebunden ist.
Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislauf des Wärmeträgermediums (4) mindestens eine erste über einen Brennstoff betriebene Beheizungsvorrichtung (6) und weiterhin mindestens eine zweite mittels Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung (7) eingebunden ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf des Wärmeträgermediums (4) eine in ein Leitungssystem eingebundene Pumpe (5), mindestens eine erste über einen Brennstoff betriebene Beheizungsvorrichtung (6), mindestens eine zweite mittels Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung (7) und den Reaktor (1) umfasst, wobei Mittel zur Übertragung von Wärme von dem Wärmeträgermedium (4) auf ein den Reaktor (1) durchströmendes Reaktionsmedium vorgesehen sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kreislauf des Wärmeträgermediums (4) die erste über einen Brennstoff betriebene Beheizungsvorrichtung (6) und die zweite mittels Abwärme betriebene Beheizungsvorrichtung (7) in Reihe oder parallel angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) einen Rohrbündel-Wärmeüberträger umfasst, bei dem die Rohre mit Katalysator gefüllt sind, wobei vorzugsweise ein Mantelraum des Reaktors (1) von dem im Kreislauf geführten Wärmeträgermedium durchströmt wird.
Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislauf des Wärmeträgermediums wenigstens eine Vorrichtung zur Vorwärmung und/oder Verdampfung und/oder Überhitzung des 1,2-Dichlorethans eingebunden ist.