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Neue Produkte sollen in der Forschungsinitiative "Energieeffizienz und Prozessbeschleunigung für die Chemische Industrie" schneller den Weg aus dem Labor in die Produktion finden, wie etwa in der petrochemischen Industrie (Anlage im Bild).
© eyetronic Fotolia
Chemische Industrie
29.10.2014

Chemische Industrie startet ENPRO-Initiative

Mit der Forschungsinitiative ENPRO wollen die Chemiekonzerne BASF, Bayer und Evonik in Zusammenarbeit mit anderen Unternehmen und Universitäten neue Produkte schneller aus dem Labor auf den Markt bringen und energieeffizientere Herstellungsprozesse etablieren. Kontinuierliche Produktionsverfahren können dann auch für kleine Produktmengen in der Spezialchemie eingesetzt werden und die chargenweise Herstellung ablösen. Dazu entwickeln sie neue Methoden sowie Anlagen- und Apparatekonzepte.

Das Auftakttreffen von der Forschungsinitiative „Energieeffizienz und Prozessbeschleunigung für die Chemische Industrie“ - kurz ENPRO - fand Anfang Oktober in Jülich statt. Wissenschaftler der beteiligten Institutionen erläuterten die zugrunde liegenden Ideen, konkrete Ziele und Arbeitspläne. Das Verbundprojekt ist auf drei Jahre ausgelegt und verfügt über ein Budget von 11,3 Millionen Euro. Es wird vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert. Die Arbeiten gliedern sich in vier technische Teilprojekte:

Prozesse und Produkte schneller entwickeln

Chemiker entwickeln Produkte und Verfahren im Labor zunächst mit kleinen Stoffmengen. Danach übertragen sie die einzelnen Syntheseschritte in einer oft langwierigen Technikumsphase auf größere sogenannte Batchs. Erst dann ist der Herstellungsprozess reif für die großtechnische Produktion. In allen Entwicklungsschritten ist der Prozess meist diskontinuierlich.
Im Projekt KoPPonA sollen kontinuierliche Produktionsprozesse bereits im Labor so weit erprobt werden, dass sie sich ohne Zwischenschritte auf die industrielle Produktion hochskalieren lassen. Hierfür erforschen die Wissenschaftler neue Apparatekonzepte mit Kleinstreaktoren, die ein nahezu gleiches Verhalten zeigen, wie Anlagen im Produktionsmaßstab. KoPPonA steht für „Entwicklung und Validierung eines energieoptimierten, ressourcensparenden Gesamtkonzepts zur beschleunigten Produkt- und Prozessentwicklung für Spezialpolymere inklusive der Aufarbeitung, beginnend im Labor direkt bis hin zur Produktion“.
Das neue Konzept demonstrieren sie beispielhaft an der Herstellung von Spezialpolymeren. Nach dem Aufbau einer Laboranlage – inklusive Inline-Prozessmesstechnik zur Reaktionsverfolgung – sollen die Ergebnisse im produktionsnahen Maßstab in Ludwigshafen validiert werden.

Effiziente, kontinuierliche Trennverfahren

Am Ende eines chemischen Produktionsprozesses liegt in der Regel ein Stoffgemisch vor, das für die weitere Verarbeitung getrennt werden muss. Die Stofftrennung gehört daher zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Schritten. Sie verursacht oft einen Großteil der Invest- und Betriebskosten in Produktionsanlagen. Schon die Prozessentwicklung im Pilotmaßstab kostet große Mengen an wertvollen Roh- und Einsatzstoffen. Dieser Ressourcenbedarf sinkt deutlich, wenn sich Versuchsaufbauten von der Laborgröße direkt auf Produktionsanlagen skalieren lassen. Im Teilprojekt SMekT „Smart Miniplant für energieeffiziente kontinuierliche Trennverfahren“ entwickeln die Forscher solche Kleinstanlagen. Forschungsschwerpunkte sind nicht-invasive Messtechniken, die Automatisierung, die Simulation von energie- und materialeffizienten Prozessen sowie Bewertungsmethoden des Energie- und Materialverbrauchs. Ihr Verfahren wollen sie am Anwendungsbeispiel der Kristallisation und Feststoffabtrennung demonstrieren.

Modularisierung – Schlüsselkomponenten aus der Schublade

Das Teilprojekt Modularisierung schafft Grundlagen dafür, dass einmal erbrachte Ingenieurleistungen bei ähnlichen Problemstellungen wiederverwendet werden können. Dies wollen die Forscher mit einem Baukastensystem aus häufig verwendeten standardisierten Schlüsselkomponenten, wie etwa Kolonnen oder Pumpen, erreichen. Eine modulbasierte Engineering-Software hilft bei einer konkreten Anlagenplanung bei der Auswahl einzelner Komponenten und unterstützt den gesamten Gestaltungsprozess von der frühen Prozessentwicklung im Labor bis zum 3D-Anlagenmodell. Es wird ergänzt durch ein Bewertungstool für die Energieeffizienz.

Informationsbarrieren auflösen

Beim Bau einer Produktionsanlage vollziehen sich von der Definition der Anforderungen bis zur fertigen Anlage zahlreiche Planungsschritte. Bei jedem dieser Schritte besteht die Gefahr, dass Informationsbarrieren, wie unzureichend integrierte Software-Werkzeuge, eine optimale Umsetzung verhindern oder den Fortgang der Arbeiten verzögern. Auch für den energieeffizienten Anlagenbetrieb und die Wartung ist der Zugriff auf Planungsdaten aus allen Entwicklungsphasen unerlässlich.

Im Teilprojekt Datenintegration wollen die Wissenschaftler ein phasenübergreifendes Informationsmodell entwickeln und die Schnittstellen für Software-Werkzeuge spezifizieren. Dies soll eine integrierte Software-Unterstützung über den Lebenszyklus einer Anlage ermöglichen. Beispielsweise kann damit bei einer Anlagenüberholung oder -erweiterung nachvollzogen werden, welche Kriterien zu einer konkreten Komponentenauslegung und Auswahl geführt hatten.

Austauschplattform ENPRO-Connect

Den vier technischen ENPRO-Vorhaben soll künftig die Austauschplattform ENPRO-Connect zur Seite stehen. Sie dient der projektübergreifenden Kommunikation, dem einfachen Informationsabgleich an den Schnittstellen zwischen den Einzelprojekten und der verschiedenen Beteiligten sowie der wissenschaftlichen Analyse der Ergebnisse und Weiterentwicklung des Gesamtvorhabens. Auf dieser Basis können dann auch weitere Forschungs- und Entwicklungsvorhaben mit Schwerpunkten wie z. B. Prozess-Synthese, Standardisierung, Arbeitsorganisation und Veränderungsmanagement sinnvoll ergänzt werden.

(me)

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Adressen

Projektkoordination KoPPonA
BASF SE

Projektkoordination SMekT und Modularisierung
TU Dortmund

Projektkoordination Datenintegration
Evonik Industries AG