Technologieprofil: Bio

1. April 2017 | Von Intratec Solutions

Diese Kolumne basiert auf dem von Intratec veröffentlichten Bericht „Biobasierte Adipinsäureproduktion aus Glucose – Kostenanalyse“. Es ist zu finden unter: www.intratec.us/analysis/adipic-acid-produktion-cost.

Adipinsäure ist eine der kommerziell bedeutendsten aliphatischen Dicarbonsäuren. Es wird in großem Maßstab hauptsächlich zur Versorgung der Nylon-6,6-Produktionskette hergestellt. Weitere Anwendungen sind die Herstellung von Beschichtungen, synthetischen Schmierstoffen, Fasern, Kunststoffen, Weichmachern und Polyurethanharzen.

In dem in den folgenden Abschnitten beschriebenen Verfahren wird Adipinsäure über einen zweistufigen katalytischen Prozess aus Glucose hergestellt (Abbildung 1).

Abbildung 1. Hier wird die Herstellung von biobasierter Adipinsäure aus Glucose über einen zweistufigen katalytischen Prozess gezeigt

Glucarsäuresynthese. Eine Glucoselösung wird mit Prozesswasser vermischt und erhitzt, bevor sie dem Oxidationsreaktor zugeführt wird. Der Sauerstoff wird der Reaktion zugeführt, indem am Boden des Reaktors Druckluft zugeführt wird. Das Kopfprodukt des Reaktors wird einer Knock-out-Trommel zugeführt, ein Flüssigkeitsstrom wird dem Reaktor wieder zugeführt und der größte Teil des zurückgewonnenen gasförmigen Materials wird dem Luftkompressor wieder zugeführt. Das Bodenprodukt des Reaktors wird abgekühlt und filtriert und Glucarsäure wird als Feststoff gewonnen. Anschließend wird es Rotationstrocknern zugeführt, um Wasser zu entfernen. Trockene Glucarsäure wird dem Hydrodesoxygenierungs-Zufuhrmischer zugeführt.

Adipinsäuresynthese. Glucarsäure wird in Essigsäure gelöst und erhitzt, bevor sie dem Hydrodesoxygenierungsreaktor zugeführt wird. Glucarsäure reagiert unter hohem Druck mit Wasserstoff zu Adipinsäure und Wasser. Der Kopfstrom des Reaktors, ein wasserstoffreicher Strom, wird teilweise kondensiert, um leichte Nebenprodukte zu entfernen, die als Brennstoff verbrannt werden. Der Gasstrom wird zum Wasserstoffkompressor zurückgeführt. Der Produktstrom des Reaktors wird in einem Turbogenerator entspannt und erzeugt so Strom. Sein Niederdruckausgang wird zu einer Knock-Out-Trommel geleitet, in der eine wasserstoffreiche Gasphase zurückgewonnen und zum Wasserstoffkompressor zurückgeführt wird, und eine flüssige Phase, die hauptsächlich aus Essigsäure, Wasser und Adipinsäure besteht, wird zu einem Kristallisator geleitet . Der Ausstoß dieses Rohkristallisators wird dann filtriert und einem Rotationstrockner zugeführt, um rohe Adipinsäure zu gewinnen. Die Mutterlauge aus dem Filter und die aus dem Trockner verdampfte Essigsäure werden gemischt und einem extraktiven Destillationssystem zugeführt, um den Wassergehalt aus der Essigsäure zu entfernen, damit sie zum Hydrodesoxygenierungs-Zufuhrmischer zurückgeführt werden kann. Rohe Adipinsäure muss noch in Wasser gelöst und dann einer weiteren Kristallisation, Filterung und Trocknung unterzogen werden, um eine Reinheit in Faserqualität zu erreichen.

Die Herstellung von Adipinsäure basierte überwiegend auf Cyclohexan und in geringerem Maße auf Phenol. Veränderungen auf dem Kohlenwasserstoffmarkt und wachsende Umweltbedenken haben zur Entwicklung alternativer Produktionswege für Adipinsäure aus erneuerbaren Ressourcen wie Zucker und Fettsäuren geführt (Abbildung 2).

Abbildung 2. Für Adipinsäure gibt es mehrere Produktionswege

Anhand von Daten aus dem dritten Quartal 2013 werden die variablen Kosten (Rohstoffe und Betriebsmittel) für die Herstellung von Adipinsäure in Faserqualität aus Glukose in den USA auf etwa 1.100 US-Dollar pro Tonne Produkt geschätzt, was einen erheblichen Teil der Produktionskosten ausmacht.

Herausgegeben von Scott Jenkins

Anmerkung der Redaktion: Der Inhalt dieser Kolumne wird von Intratec Solutions LLC (Houston; www.intratec.us) bereitgestellt und von Chemical Engineering bearbeitet. Die dargestellten Analysen und Modelle werden auf Basis öffentlich zugänglicher und nicht vertraulicher Informationen erstellt. Der Inhalt gibt ausschließlich die Meinung von Intratec wieder. Weitere Informationen zur Methodik zur Analysevorbereitung sowie die Nutzungsbedingungen finden Sie unter www.intratec.us/che.