Prozessdetails: Chem-OrgPP-DE-2005

1.1 Beschreibung

Polypropylen-Polymerisation: In diesem Prozeß wird die Polymerisation von Propylen (=Propen) zu Polypropylen (PP) betrachtet. Dabei kommen drei verschiedene Polymerisationsverfahren in Frage: das Verfahren in Lösung, das Suspensionsverfahren und das Verfahren in der Gasphase. Das Verfahren in Lösung wird selten durchgeführt. Bei den Verfahren hat die kontinuierliche Prozeßführung die diskontinuierliche in großem Umfang ersetzt.
Die Polymerisation von Propylen wird in Reaktoren mit Hilfe von Zusatzstoffen [Katalysator (Ziegler-Natta auf Ti/Al/Mg-Basis), evtl. Lösungsmittel, Wasserstoff für den Polymerisationsabbruch] durchgeführt. Nach der Reaktion wird das Produkt Polypropylen, nicht umgesetztes Propylen und der Katalysator abgetrennt. PP kann in Form von zwei verschiedenen Isomeren, ataktisch und isotaktisch, entstehen. Das eigentliche Produkt stellt das hochkristalline, isotaktische PP dar, das zum Granulat weiterverarbeitet wird. Unterschiede in der Reaktionsführung treten beim Suspensionsverfahren (das Reaktionsgemisch stellt im wesentlichen einen Schlamm aus flüssigem Propylen oder einem inerten Kohlenwasserstoff und dem Polymer dar) durch die Wahl des Katalysators auf. Während beim Vefahren in der Gasphase (gasförmiges Propylen wird mit dem festen Katalysator kontaktiert, der in pulvrigem Polymer dispergiert ist) kein Abwasser produziert wird.
Prozeßsituierung
Die weltweite Produktionskapazität für PP betrug 1989 13,3 Mio. Tonnen (Nordamerika und Westeuropa jeweils 3,9 Mio. t) (Ullmann 1992). Nach (APME 1994) wurden 1994 in Westeuropa 5,470 Mio. t PP produziert. Die Bilanzierung der PP-Polymerisation beruht auf den Literaturquellen (Ullmann 1992), (PWMI 1993), (BUWAL 1991), (Brown 1985), (OEKO 1992c) und (Tellus 1992). Für die Synthese von PP wird bei Tellus davon ausgegangen, daß 75 % des Polymers über das Suspension- und 25 % über das Gasphaseverfahren hergestellt werden. Die Daten von (Tellus 1992) beziehen sich auf die Herstellung von PP in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Da in der Tellus-Studie keine Angaben zu den Betriebsstoffen und dem Abfall vorliegen, wurden für die Massenbilanz und den Abfall Daten der BUWAL-Studie (BUWAL 1991) übernommen. Die BUWAL-Studie betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre.
Allokation: keine
Genese der Kennziffern
Massenbilanz: Nach (BUWAL 1991) werden für die Herstellung einer Tonne Polypropylen 1015 kg Propylen eingesetzt. Unter „Hilfsstoffe, Zusätze“ werden weitere 1,3 kg aufgeführt, die nicht weiter spezifiziert sind. Es wird angenommen, daß Wasserstoff (zum Abbruch der Polymerisation), Lösungsmittel und Katalysatoren dieser Sparte zugerechnet werden. Weiterhin wird eine Menge von 1,5 kg an nicht weiter spezifizierten Nebenprodukten sowie 7,15 kg an festen Abfällen angegeben.
Energiebedarf: Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne PP (12,1 GJ) setzt sich aus der elektrischen Energie (6,3 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (5,8 GJ) zusammen (Tellus 1992). Im Vergleich dazu ergibt sich aus (DOE 1985) ein Energiebedarf von insgesamt 17,9 GJ/t PP (elektrische Energie 2,7 GJ, Energieinhalt des Prozeßdampfes 11,1 GJ und Energieträger 4,1 GJ). Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Propylen zu PP nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten aus der PP-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Propylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in Größenordnung von 9 GJ abgeschätzt werden. Da die Werte bei (Tellus 1992) am plausibelsten erscheinen, werden diese zur Bildung der Kennziffern bei GEMIS verwendet.
Prozeßbedingte Luftemissionen: Während der einzelnen Verfahrensschritte der Polymerisation (Reaktor, Trocknung, Granulatherstellung etc.) werden flüchtige organische Verbindungen (VOC) emittiert. In (OEKO 1992c) werden die prozeßbedingten VOC-Emissionen bei der Polypropylenherstellung abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 8 kg VOC/t PP.
Abwasser: Für die Abwasserkennziffern BSB5, CSB und TOC stehen nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. An Parametern nach Abwasserbehandlungsmaßnahmen werden bei Tellus eine Reihe von organischen und anorganischen Stoffen aufgeführt. Stellvertretend werden hier Benzol 0,0015 kg/tP und 1,1,1-Trichlorethan 0,0058 kg/t PP als nutzerdefinierte Emissionen genannt.

1.2 Referenzen

  1. Tellus Institute 1992: CSG/Tellus Packaging Study Vol II, Boston
  2. Bundesamt für Umwelt, Waldwirtschaft, Agrarwesen und Landwirtschaft (BUWAL) 1991: Ökobilanz von Packstoffen, Stand 1990, K. Habersatter, Schriftenreihe Umwelt Nr. 132, Bern
  3. Öko-Institut (Institut für angewandte Ökologie e.V.) 1992c: Analyse von Datenbasen zu klimarelevanten Emissionen in der Bundesrepublik Deutschland, U. Fritsche/ F. Matthes, i.A. von KFA-TFF (IKARUS-Teilprojekt 9), Bericht jül-2614, Jülich
  4. Originaldokumentation von 'Chem-OrgPP-DE-2005'

1.3 ProBas-Anmerkungen

Kurzinfo: Datensatz aus GEMIS. Negative Werte durch Gutschriftenrechnung. Werte des Prozesses in Spalte ‚Prozess direkt’, Werte des Prozesses einschließlich Vorkette in Spalte ‚Prozess inkl. Vorkette’. Weiter…

GEMIS steht für „Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme&“; es ist ein Softwaretool des Öko-Instituts. GEMIS wurde 1987 erstmals angewendet und wird seitdem weiterentwickelt.

Die GEMIS-Datensätze beruhen - je nach Anwendung - auf unterschiedlichen Methoden; auch der zeitliche und der örtliche Bezug der Datensätze sind verschieden.

Methode bei Prozessen mit mehreren Outputs:

Zur Modellierung der Datensätze zu Multi-Output Prozessen wird in GEMIS die Methode der Systemerweiterung verwendet. Hierbei werden Datensätze, in denen jeweils alle Inputs, alle Outputs und alle Umweltaspekte eines Multi-Output Prozesses ausgewiesen sind, als „Brutto&“ bezeichnet. Durch Subtraktion von ‚Bonus’-Prozessen, die jeweils einen der Outputs auf herkömmliche Weise bereitstellen, entsteht ein Nettoprozess, in denen das substituierte Nebenprodukt als Gutschrift erscheint. Die Gutschrift ist dabei kein realer Output des Prozesses, sondern ein rechnerischer ‚Merker’.

Beispiel (s.a. Bild 1):

Multi-Output Prozess Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/brutto: Output ist 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ Wärme, der „Netto&“-Datensatz soll sich aber nur auf die Elektrizität beziehen. Durch Subtraktion des Bonusprozesses Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020 mit dem Output Wärme(0,6 TJ) entsteht der „Netto&“-Datensatz Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/Gas, für den als Output 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ ‚Gutschrift Wärme-Bonus-für-KWK (Bio)-2020 bei Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020’ angegeben werden; die Gutschrift stellt keinen Stoff- oder Energiefluss des Prozesses dar, sie ist allein rechnerisch begründet.

Bild 1: Beispiel zur GEMIS-Methode der Gutschriftsrechnung / Systemerweiterung

Transport:

Angaben zu den angesetzten Transportdistanzen werden nicht gegeben.

Abschneidekriterien:

Wasser wird in der Regel nur auf der Inputseite angegeben (etwa als Kühlwasser), auch wenn es den Prozess wieder verlässt als Abwasser.
Weitere Angaben zu angewendeten Abschneidekriterien werden nicht gegeben.

Besondere Nomenklatur:

Zahlreiche Abkürzungen für Brennstoffe aus Biomasse und entsprechende Technologien, siehe Glossar #link#.

Besonderheiten auf Datensatzebene:

Die Datensätze sind mit Vorketten-Datensätzen verknüpft, in denen die jeweils benötigten Vorprodukte, Energien und Transportleistungen erzeugt werden. Die Daten zu den Umweltaspekten werden erstens „direkt&“ (d.h., nur aus dem jeweiligen Prozess, falls dieser direkt zu Umweltaspekten beiträgt) als auch „mit Vorkette&“ (d.h., einschließlich aller vorausgehenden Prozesse) ausgewiesen.
Negative Werte für Stoffflüsse kommen in GEMIS regelmäßig vor; sie entstehen durch die Anwendung von Systemerweiterung (#link auf Systemerweiterung oben) um Multi-Output Prozesse in Single Output Prozesse umzurechnen.
Teilweise werden Aufwendungen für Produktionsmittel (Anlagen, Fahrzeuge etc.) aufgeführt (als Stoffflüsse im Input); diese sind jedoch nicht auf die funktionelle Einheit bezogen, sondern werden als absolute Werte angegeben; sie werden nur als Input und nicht als Output (Entsorgung der Betriebsmittel) angegeben.
Die durch die Herstellung dieser Produktionsmittel verursachten Umweltaspekte sind dagegen über Leistung, jährliche Auslastung und Lebensdauer auf die funktionelle Einheit bezogen

Weiterführende Hinweise und Literatur:

#1: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.2, Handbuch, Darmstadt, August 2004.
#2: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.1, Handbuch, Darmstadt, Darmstadt, Januar 2003.
#3: Fritsche, U., et al.: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse, Verbundprojekt gefördert vom BMU im Rahmen des ZIP, Projektträger: FZ Jülich, Mai 2004, Anhangband zum Endbericht.
#4: Fritsche, U., et al.: Umweltanalyse von Energie-, Transport- und Stoffsystemen: Gesamt-Emissions-Modell integrierter Systeme (GEMIS) Version 2.1 - erweiterter und aktualisierter Endbericht, U. Fritsche u.a., i.A. des Hessischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Bundesangelegenheiten (HMUEB), veröffentlicht durch HMUEB, Wiesbaden 1995

Website: http://www.gemis.de

1.4 Weitere Metadaten

Quelle Öko-Institut
Projekte GEMIS-Stammdaten
Bearbeitet durch Öko-Institut
Datensatzprüfung nein
Ortsbezug Deutschland
Zeitbezug 2005

1.5 Technische Kennwerte

Funktionelle Einheit 1 kg PP-Granulat
Auslastung 5000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Grundstoffe-Chemie
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2005
Lebensdauer 20 a
Leistung 1 t/h
Nutzungsgrad 98,5 %
Produkt Kunststoffe

Funktionelle Einheit ist »1 kg PP-Granulat«.

Inputs - Aufwendungen für den Prozess

Input Aus Vorprozess Menge Einheit
Elektrizität El-KW-Park-DE-2005 6,3*10-6 TJ
Propylen Chem-OrgPropylen-DE-2005 1,02 kg
Prozesswärme Wärme-Prozess-mix-DE-Industrie-2005 5,8*10-6 TJ

Outputs

Output Menge Einheit
PP-Granulat 1 kg
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Funktionelle Einheit ist »1 kg PP-Granulat«.

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Abwärme -17,7*10-12 TJ
Atomkraft 5,42*10-6 TJ
Biomasse-Anbau -481*10-12 TJ
Biomasse-Anbau 2,04*10-6 kg
Biomasse-Reststoffe 433*10-9 TJ
Biomasse-Reststoffe -347*10-9 kg
Braunkohle 4,11*10-6 TJ
Eisen-Schrott 0,00736 kg
Erdgas -743*10-9 TJ
Erdgas 0,000279 kg
Erdöl 17,3*10-6 TJ
Erdöl 1,61 kg
Erze 0,0178 kg
Fe-Schrott 125*10-9 kg
Geothermie 57,4*10-12 TJ
Luft 0,00133 kg
Mineralien 0,0492 kg
Müll 449*10-9 TJ
NE-Schrott 851*10-9 kg
Sekundärrohstoffe 3,17*10-6 kg
Sekundärrohstoffe 48,7*10-9 TJ
Sonne 12,8*10-9 TJ
Steinkohle 3,24*10-6 TJ
Wasser 11,2 kg
Wasserkraft 365*10-9 TJ
Wind 284*10-9 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 498*10-9 TJ
KEA-erneuerbar 1,09*10-6 TJ
KEA-nichterneuerbar 93,8*10-6 TJ
KEV-andere 498*10-9 TJ
KEV-erneuerbar 1,09*10-6 TJ
KEV-nichterneuerbar 29,3*10-6 TJ

Luftemissionen

Luftemission inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) 56,2*10-9 kg
Cd (Luft) 105*10-9 kg
CH4 0,0025 kg
CO 0,00238 kg
CO2 3,59 kg
Cr (Luft) 66,5*10-9 kg
H2S 23,5*10-9 kg
HCl 10*10-6 kg
HF 1,91*10-6 kg
HFC-125 0 kg
HFC-134 0 kg
HFC-134a 0 kg
HFC-143 0 kg
HFC-143a 0 kg
HFC-152a 0 kg
HFC-227 0 kg
HFC-23 0 kg
HFC-236 0 kg
HFC-245 0 kg
HFC-32 0 kg
HFC-43-10mee 0 kg
Hg (Luft) 20,5*10-9 kg
N2O 40,4*10-6 kg
NH3 4,44*10-6 kg
Ni (Luft) 2,03*10-6 kg
NMVOC 0,00173 kg
NOx 0,00897 kg
PAH (Luft) 162*10-12 kg
Pb (Luft) 257*10-9 kg
PCDD/F (Luft) 247*10-15 kg
Perfluoraethan 309*10-12 kg
Perfluorbutan 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 kg
Perfluorhexan 0 kg
Perfluormethan 2,46*10-9 kg
Perfluorpentan 0 kg
Perfluorpropan 0 kg
SF6 0 kg
SO2 0,0035 kg
Staub 0,000627 kg

Luftemissionen (Aggregierte Werte, TOPP-Äquivalent, SO2-Äquivalent, inkl. Vorkette)

Luftemission inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 3,66 kg
SO2-Äquivalent 0,00976 kg
TOPP-Äquivalent 0,013 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 0,000396 kg
AOX 21,8*10-9 kg
As (Abwasser) 99,1*10-15 kg
BSB5 17,6*10-6 kg
Cd (Abwasser) 242*10-15 kg
Cr (Abwasser) 239*10-15 kg
CSB 0,000524 kg
Hg (Abwasser) 121*10-15 kg
Müll-atomar (hochaktiv) 2,01*10-6 kg
N 17,4*10-6 kg
P 296*10-9 kg
Pb (Abwasser) 1,58*10-12 kg

Abfälle

Abfall direkt inkl. Vorkette Einheit
Abraum 0 5,63 kg
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