Chem-Org\HDPE-DE-2020

Referenzen

# 1 BUWAL 1991
# 2 DOE 1985
# 3 ÖKO 1992c

Metadaten

Datenqualität mittel (sekundäre/abgeleitete Daten)
Dateneingabe durch Uwe R. Fritsche
Quelle Öko-Institut
Review Status Review in Arbeit
Review durch Wolfgang Jenseit
Letzte Änderung 30.01.2011 20:30:52
Sprache Deutsch
Ortsbezug Deutschland
Technologie Kunststoffe - Herstellung und Verarbeitung
Technik-Status Neu
Zeitbezug 2020
Produktionsbereich 24.16 Herstellung von Kunststoffen in Primärformen
SNAP Code 4.5.7 Polyethylen HD (hohe Dichte)
GUID {17EE0594-3CF6-4901-8690-6019418504BE}

Verknüpfungen

Produkt liefernder Prozess Bedarf   Transport mit Länge
Hauptinput
Ethylen Chem-Org\Ethylen-DE-2020    
Hilfsenergie
Prozesswärme Wärme-Prozess-mix-DE-Industrie-2020 861,11*10-6 MWh/kg
Elektrizität El-KW-Park-DE-2020 Basis-renewbility-II 250,00*10-6 MWh/kg
Hauptoutput
HDPE-Granulat

Kenndaten

Leistung 1,0000000 t/h
Auslastung 5,00000*103 h/a
Lebensdauer 20,000000 a
Flächeninanspruchnahme 0,0000000 m²
Beschäftigte 0,0000000 Personen
Nutzungsgrad 98,520000 %
Leistung von 10,000*10-6 bis 1,00000*109 t/h
Benutzung von 1,0000000 bis 8,76000*103 h/a

Direkte Emissionen

NMVOC 6,0000*10-3 kg/kg
Produktionsabfall 100,00*10-6 kg/kg

Kosten

Brennstoff-/Inputkosten (Ethylen) 3,42056*106 €/a 684,11*10-3 €/kg
Summe 3,42056*106 €/a 684,11*10-3 €/kg

Kommentar

HDPE-Polymerisation: In diesem Prozess wird die Polymerisation von Ethylen zu HDPE (High Density PolyEthylen) betrachtet. HDPE - und ebenso LLDPE (Linear Low Density PolyEthylen) - wird in Niederdruckreaktoren nach drei verschiedenen Verfahren hergestellt: 1. "slurry process" (eine Art von Suspensionsverfahren) 2. Lösungsverfahren 3. Gasphaseverfahren Beim "slurry process" wird Ethylen mit einem Katalysator (Ziegler), Lösungsmittel und weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen in einem Reaktor polymerisiert. Es entsteht ein Gemisch aus Polymer (HDPE), nicht umgesetztem Monomer, Lösungsmittel und Reststoffen. Monomer und Lösungsmittel werden wiederverwendet. Das Polymer wird getrocknet und zu Granulat weiterverarbeitet. Das Verfahren in Lösung ist ähnlich dem "slurry process", die Reaktion findet aber bei höherer Temperatur statt. Im Unterschied dazu arbeitet das Gasphaseverfahren ohne den Zusatz eines Lösungsmittels. Prozeßsituierung Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedenen Polymere unterscheiden: HDPE (High Density PolyEthylen), LLDPE (Linear Low Density PolyEhylen) und LDPE (Low Density PolyEthylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t für das Jahr 1990 können der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). In Westeuropa wurden nach (APME 1994) 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE produziert (Gesamtsumme: 9,737 Mio. t PE). Wegen der schlechten Datenlage und da weiterhin LLDPE in geringeren Mengen hergestellt wird, wurden für dieses Polymer keine eigenen Kennziffern generiert. Aufgrund der gleichen Herstellungsverfahren wie bei HDPE können für LLDPE näherungsweise die hier vorliegenden Kennziffern verwendet werden. Für die Bilanzierung der HDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (#2, Tellus 1992,#1, PWMI 1993, #3) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien #2 (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Abwasserwerte) beziehen sich auf die Herstellung von HDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Die Studie #1 (Massenbilanz) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die HDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1015 kg Ethylen eingesetzt. Dieser Wert zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Angaben (1020 kg) der Tellus-Studie (Tellus 1992). Für die Polymerisationsreaktion werden ein spezieller Olefinzusatz (5 kg) sowie weitere Hilfsstoffe und Zusätze (9 kg) benötigt (#1). Da die aufgeführten Stoffe in Quelle nicht weiter spezifiziert werden, können nur nachfolgende Annahmen gemacht werden: · unter spezieller Olefinzusatz sind Stoffe zur Regulierung der Kettenlänge des Polymers zu verstehen (z. B. Wasserstoff zum Abbruch der Polymerisation) · unter die verbleibenden 9 kg fallen Stoffe wie Katalysator und Lösungsmittel, diese werden im Gegensatz zu dem Olefinzusatz nicht in das Produkt eingebaut und können zurückgewonnen werden. An festen Abfällen entsteht bei der Polymerisation eine Menge von 0,1 kg. Da in der Tellus-Studie keinerlei quantitative Angaben zu Hilfsstoffen oder Zusätzen gemacht werden, werden für die Genese der Massenbilanz die Werte von BUWAL verwendet. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Herstellung einer Tonne HDPE nach dem slurry-Verfahren 1685,1 btu/lb (359,7 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) und nach dem Lösungsverfahren 1858,0 btu/lb (479,6 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) Energie benötigt (für das Gasphaseverfahren liegen dort keine Daten vor). Legt man einen Anteilsmix von 4,625 zu 1 [gemäß 74 % slurry-Verfahren und 10 % Lösungsverfahren nach (Tellus 1992)] zugrunde, errechnet sich daraus für die HDPE-Polymerisation ein Energiebedarf von ca. 4,0 GJ/t (0,9 GJ/t elektrische Energie, 3,1 GJ/t Energiegehalt des benötigten Dampfes). Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne HDPE (15,4 GJ) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (8,7 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (6,6 GJ) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu HDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der HDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 8 GJ grob abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der HDPE-Herstellung können unter anderem beim Trocknen des Polymers, der Extrusion und beim Recycling des Monomers (Ethylen) flüchtige organische Verbindungen (VOC) entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der HDPE-Herstellung (Bezug: Westeuropa) abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 6 kg VOC/t HDPE. Abwasser: (BUWAL 1991) kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von HDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort Titan, 0,0409 lbs/ton HDPE (umgerechnet 0,020 kg/t), Aluminium 0,0281 lbs/ton (umgerechnet 0,014 kg/t) und Phenol, 0,000004 lbs/ton (umgerechnet 0,000002 kg/t) aufgeführt. Die Angaben bei Tellus beziehen sich auf einen Verfahrensmix von 90 % Lösungs- und 10 % Gasphaseverfahren, wobei letzterem Verfahren keine Abwasseremissionen zugerechnet wurden.