Ethylenglykol-Produkte aus Kohle sind zwar akzeptiert worden, stehen aber vor einem Dilemma

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Ethylenoxid-Produkte aus Kohle sind bereits anerkannt, stehen jedoch vor einem Problem. Autor/Quelle: Datum: 08.08.2016. Klickzahlen: 4. China ist der größte Markt für Ethylenoxid weltweit – mit einem enormen Marktumfang. Doch die inländische Produktion von Ethylenoxid reicht bei weitem nicht aus, um den Bedarf des inländischen Marktes zu decken; daher ist man auf Importe angewiesen. In den letzten Jahren hat sich die Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas im Inland rasant entwickelt. Die Produkte werden zunehmend vom Endverbrauchermarkt akzeptiert und können somit bis zu einem gewissen Grad die Lücke auf dem inländischen Markt füllen. In den kommenden Jahren wird erwartet, dass das Volumen der in China hergestellten Ethylenglykol aus Synthesegas weiter zunehmen wird. Die Herstellung von Ethylenglykol aus Synthesegas wird eine wichtige Rolle auf dem chinesischen Ethylenglykolmarkt spielen. Wie man die Gesamtkosten für die Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas weiter senken kann, sowie wie Standards für Produkte aus Synthesegas zur Herstellung von Ethylenoxid festgelegt werden können, sind derzeit die wichtigsten Probleme in dieser Branche. Die Nachfrage und das Angebot auf dem globalen Markt sind ungleichmäßig verteilt. In China besteht eine starke Nachfrage nach Ethylenoxid. Weltweit wird Ethylenoxid als wichtiges Chemikalienprodukt hauptsächlich zur Herstellung von Polyestern (einschließlich Polyesterfasern, Flaschenmaterialien und Folien), als Frostschutzmittel sowie zur Herstellung von ungesättigten Polyesterharzen verwendet. Dabei ist die Herstellung von Polyester die wichtigste Anwendungsbereich für Ethylenoxid. Laut Statistiken macht der jährliche Verbrauch von Ethylenoxid für die Herstellung von Polyester weltweit mehr als 85 Prozent des gesamten Ethylenoxidverbrauchs aus. Auf dem globalen Ethylenoxidmarkt herrscht im Allgemeinen ein Überschuss an Angebot gegenüber der Nachfrage, doch es besteht ein Ungleichgewicht zwischen den Produktions- und Verbrauchsregionen. Der Nahe Osten, Nordostasien und Nordamerika sind die wichtigsten Lieferregionen für Ethylenoxid weltweit. Der Gesamtlieferumfang dieser Regionen macht etwa 84 Prozent des weltweiten Gesamtangebots aus. Die Region Nordostasien ist der größte Verbrauchsradius für Ethylenoxid weltweit, wobei der Verbrauch etwa 60 Prozent des weltweiten Gesamtvolumens ausmacht. Dabei erreichte China als weltgrößter Verbraucher von Ethylenoxid im Jahr 2015 einen Verbrauch von 12,75 Millionen Tonnen – das entspricht etwa der Hälfte des weltweiten Gesamtverbrauchs. Bis Ende 2015 betrug die gesamte Produktionskapazität für Ethylenglykol in China 7,45 Millionen Tonnen. Die Produktion im Jahr 2015 lag jedoch nur bei 4 Millionen Tonnen. Der jährliche Import betrug 8,75 Millionen Tonnen. Es bestand somit ein erhebliches Marktdefizit; die Autarkiequote blieb langfristig bei etwa 30 Prozent. Daher muss China für Ethylenoxid auf Importe angewiesen sein. Laut den Schätzungen von Yahuah Consulting, die auf der siebten Konferenz zur technischen und wirtschaftlichen Bewertung der Herstellung von Ethylenoxid aus Kohle vorgestellt wurden, wird der Verbrauch von Ethylenoxid in China bis zum Jahr 2020 bei etwa 17 Millionen Tonnen liegen. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die inländische Produktion von Ethylenoxid sich verdoppeln. Dennoch wird die inländische Produktion nicht ausreichen, um den Marktbedarf zu decken – der Marktbedarf bleibt weiterhin hoch. Zwei Hauptherstellungswege – der Synthesegasweg gewinnt allmählich an Bedeutung. Derzeit gibt es weltweit hauptsächlich zwei Wege zur Herstellung von Ethylenoxid: den Ethylen-Epoxyethan-Weg und den Synthesegas-Oxalsäureester-Weg. Der Ethylen-Ethoxylat-Weg gewinnt Ethylenoxid durch die Oxidation von Ethylen sowie durch die Hydratation von Ethoxylat – es handelt sich dabei um einen Herstellungsprozess für Ethylenoxid, der weltweit von den wichtigsten Herstellern verwendet wird. Der Weg zur Herstellung von Ethylenoxid mittels Oxalsäureester umfasst als Hauptrohstoffe Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Dabei wird Ethylenoxid durch Carbonylsynthese sowie durch Hydrogenierung von Oxalsäureestern erzeugt. Dieser Prozess wird derzeit bereits in China industriell angewandt. Schema des Prozesses zur Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas. Die Methode zur Herstellung von Ethylenoxid mittels Synthesegas wurde erstmals im Jahr 1966 von D.M. Fenton von der amerikanischen Firma United Oil entwickelt. In den 1880er Jahren führten das Fujian Institute of Physical Chemistry der Chinesischen Akademie der Wissenschaften sowie die Tianjin-Universität in China als Erste Forschungsarbeiten zu diesen Technologien durch. Nach mehr als zwanzig Jahren Entwicklung wurde 2009 die weltweit erste industrielle Anlage zur Herstellung von Ethylenoxid mittels Synthesegas in Betrieb genommen. In den folgenden Jahren, als die Kohlechemieindustrie in Richtung einer feineren Verarbeitung voranschritt, wurden zahlreiche Anlagen zur Herstellung von Ethylenoxid mit dem Synthesegasverfahren errichtet. Dadurch stieg die Produktionskapazität rasch an. Bis Ende 2015 hatte die Anlage zur Herstellung von Ethylenoxid mittels Synthesegas eine Produktionskapazität von 1,87 Millionen Tonnen erreicht – das entspricht etwa einem Viertel der gesamten Ethylenoxid-Produktionskapazität in unserem Land. Nach mehreren Jahren der Entwicklung ist der Prozess zur Herstellung von Ethylenglykol aus Synthesegas mittlerweile recht ausgereift. Der zentrale Katalysator wurde in industriellen Anlagen erprobt, und sowohl der Prozessablauf als auch der Energieverbrauch wurden optimiert und integriert. Die mit dem Synthesegasverfahren hergestellte Ethylenglykol-Produktion wird mittlerweile erfolgreich bei der Polyesterherstellung eingesetzt. Die Herstellung von Ethylenoxid mit dem Synthesegasverfahren gewinnt zunehmend Anerkennung in der Branche. Die Quellen für die Rohstoffe sind vielfältig, wodurch große Möglichkeiten für den kommerziellen Einsatz bestehen. Die reichen Kohlevorkommen in unserem Land bilden eine gute Grundlage für die Anwendung der Technologie zur Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas. Zudem tragen große Mengen an günstigen Industrieabgasen – wie Abgase aus Kalköfen, Gelbphosphoröfen oder Koksofen – dazu bei, die Quellen für die Rohstoffe dieser Technologie weiter zu erweitern. Dank des riesigen inländischen Marktpotenzials für Ethylenoxid, der günstig verfügbaren Rohstoffe sowie der hohen Investitionsrenditen bei der Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas werden in den letzten Jahren zahlreiche Projekte zur Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas im Inland geplant und realisiert. Die Technologie zur Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas kann nicht nur bei der Herstellung von Ethylenoxid aus Kohle eingesetzt werden, sondern auch zur kommerziellen Nutzung von Industrieabgasen beitragen. Im Jahr 2015 übernahm Huisheng Engineering den Bau des Projekts zur Herstellung von 70.000 Tonnen Oxalsäure sowie 10.000 Tonnen Ethylenoxid pro Jahr aus den Abgasen der Phosphorpentoxid-Produktion bei der Guizhou XinXin Chemical (Group) Co., Ltd. Dabei wurde die von Huisheng Engineering, der XinXin Group und der Tianjin University gemeinsam entwickelte Technologie zur Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas eingesetzt. Als Rohstoffe dienten Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die durch die Reinigung und Trennung der Abgase gewonnen wurden. Auf diese Weise konnten chemische Produkte mit hohem Mehrwert hergestellt werden. Die von der Tianjin-Universität entwickelte Technologie zur Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas nutzt die CO-Gasphasenmethode zur Kombinierten Herstellung von Oxalsäureestern sowie die Hydrogenierung dieser Ester zur Erzeugung von Ethylenoxid. Seit 2011 arbeitet Wison Engineering mit der Tianjin-Universität an der industriellen Umsetzung des Verfahrens zur Herstellung von Ethylenglykol aus Synthesegas zusammen. Dabei erstellt die Tianjin-Universität das grundlegende Prozesspaket für die Anlage, während Wison Engineering die Grundkonzeption sowie die detaillierte Ausarbeitung übernimmt. Gemeinsam optimieren, transformieren und entwerfen beide Seiten das Prozesspaket zur Herstellung von Ethylenglykol aus Synthesegas. Das umgewandelte und optimierte Technologiepaket zur Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas ermöglicht eine Produktion von 300.000 Tonnen Ethylenoxid pro Jahr in einer einzigen Anlage – dadurch sinken die Investitionskosten für die Anlage zur Herstellung von Ethylenoxid um 10 %. Gleichzeitig führt die Anwendung der patentierten, effizienten Wärmepumpendestillierungstechnologie dazu, dass neben einer hohen Qualität der Ethylenoxid-Produkte auch der gesamte Energieverbrauch der Anlage weiter reduziert wird. Der Rückgang der Ölpreise – Chancen und Herausforderungen zugleich. Während inländische Anlagen zur Herstellung von Ethylenoxid in vollem Gange sind, sind die internationalen Rohölpreise von einem Höchststand von über 100 Dollar pro Barrel stark gefallen. Sie lagen zeitweise sogar unter 30 Dollar pro Barrel, sind aber mittlerweile wieder auf etwa 50 Dollar pro Barrel gestiegen. Die Preise für inländische Energie- und Chemikalienrohstoffe sowie für Großchemikalien sind stark gefallen. Der Marktpreis für Ethylenoxid sank von etwa 7.500 Yuan pro Tonne im ersten Halbjahr 2014 auf derzeit etwa 5.000 Yuan pro Tonne. Dank des riesigen inländischen Marktpotenzials weist Ethylenoxid im Vergleich zu anderen Großchemikalien weiterhin eine starke Widerstandsfähigkeit gegen fallende Ölpreise auf. Zudem bietet der niedrige Preis von Rohstoffen und Energievorteile. Unter den aktuellen Bedingungen besteht daher weiterhin ein gewisser Gewinnpotenzial bei Investitionen in Anlagen zur Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas im Inland. Weltweit hat die Herstellung von Ethylen im Nahen Osten, wo es größtenteils durch die Zersetzung von Erdgas bei der Ölgewinnung erzeugt wird, einen erheblichen Kostenvorteil im Vergleich zu den inländischen Technologien, bei denen Ethylen durch die Zersetzung von Naphtha gewonnen wird. Doch die breitere Anwendung von Synthesegas zur Herstellung von Ethylenoxid wird in gewissem Maße die Abhängigkeit des inländischen Marktes von Ethylenoxid aus dem Ausland verringern und zugleich eine positive Wirkung auf die Sicherstellung der **Energieversorgung** haben. Vor dem aktuellen Hintergrund steht die weitere Senkung der Gesamtkosten für die Herstellung von Ethylenoxid aus Synthesegas sowie die vollständige Nutzung des aus Synthesegas hergestellten Ethylenoxids in der Polyesterproduktion im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit der Branche. Die Erweiterung der Kapazität einer einzelnen Ethylenoxid-Anlage sowie die Verringerung des Material- und Energieverbrauchs sind wirksame Wege, um die Investitionskosten zu senken. Der Schlüssel dazu liegt in der Verbesserung der Eigenschaften der Schlüsselkatalysatoren sowie in der Optimierung der Prozessintegration. Beispielsweise haben die Forscher an der Tianjin-Universität durch langjährige Forschungsarbeiten Katalysatoren für die Carbonylierung und Hydrogenierung entwickelt, die es ermöglichen, Reaktionen bei höheren Konzentrationen von Methylnitrit (MN) und Dimethyloxalsäure (DMO) durchzuführen. Dadurch wird eine höhere Reaktionsaktivität erreicht, während gleichzeitig der Durchfluss des Kreislaufgases verringert wird. Unter denselben Bedingungen kann die Verarbeitungskapazität eines einzelnen Reaktors um 10–15 % erhöht werden. Dadurch können die Investitionskosten für eine Anlage gesenkt sowie die Betriebskosten reduziert werden. Gleichzeitig hat Huisheng Engineering in Zusammenarbeit mit der Tianjin-Universität die Integration und Optimierung des Ethylenoxid-Prozesses durchgeführt. Dadurch wurde nicht nur eine langfristige Stabilität des Betriebs der Anlage gewährleistet, sondern auch die Energieeffizienz verbessert – was wiederum zu erheblichen Kosteneinsparungen bei der Herstellung von Ethylenoxid führte. Obwohl Ethylenoxid aus Synthesegas bereits teilweise zur Herstellung von Polyestern verwendet wird, gibt es derzeit keine entsprechenden Standards für Ethylenoxid, das auf diesem Wege hergestellt wird. Zudem spiegeln die geltenden Standards für Ethylenoxid, das durch den Ethylenweg hergestellt wird, nicht vollständig die Qualität des Ethylenoxid-Produkts wider. Auch die Auswirkungen der Spurenelemente, die im Ethylenoxid aus Synthesegas enthalten sind, auf die Qualität der Polyestermaterialien wurden bisher nur unzureichend untersucht. Solche Forschungen rücken zunehmend in den Fokus der Aufmerksamkeit aller Beteiligten.