Nowa energooszczędna technologia otrzymywania bisfenolu A o czystości poliwęglanowej

Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników w Toruniu we współpracy ze spółką Chemwik opracowali nową energooszczędną technologię otrzymywania bisfenolu A o czystości poliwęglanowej. Daleka perspektywa będąca następstwem tego projektu, to możliwość podjęcia w Polsce produkcji tworzyw poliwęglanowych.

Nowa technologia opracowana przez obydwa podmioty została właśnie wdrożona w firmie PCC Synteza. Jej zakres to 15 tys. ton rocznie. W przyszłości planowane jest jej rozszerzenie do 20 tys. ton w skali roku. Nowa technologia otrzymywania Bisfenolu A odznacza się 15 - letnim czasem życia katalizatora. Warto wiedzieć, że od przyszłego roku oferowany będzie projekt procesowy i licencja na instalację do produkcji Bisfenolu A w skali 100 tys. ton rocznie.

Bisfenol A (BPA) to jeden z najważniejszych surowców wykorzystywanych w technologii wytwarzania tworzyw sztucznych oraz żywic i farb epoksydowych. Otrzymywany jest w warunkach przemysłowych na drodze kondensacji fenolu i acetonu w obecności kwaśnych żywic jonowymiennych. Oprócz Bisfenolu A, w procesie powstają również liczne produkty uboczne, wpływając niekorzystnie na selektywność reakcji.

Aby lepiej zrozumieć genezę, powody i czynniki, które doprowadziły do opracowania omawianej technologii warto wrócić do przeszłości.

Przez ostatnie 34 lata w Instytucie Ciężkiej Syntezy Organicznej w Kędzierzynie - Koźlu opracowana została oryginalna technologia, charakteryzująca się selektywnością 95 proc., porównywalną wówczas z innymi procesami BPA. Technologia ta umożliwiała otrzymywanie Bisfenolu A o czystości spełniającej wymagania niezbędne dla produkcji żywic epoksydowych i poliwęglanów.

W oparciu o tę technologię wybudowano cztery instalacje. Powstały one w PCC Synteza (12 tys. t/r), na Tajwanie (20 tys. t/r), w Chinach (12 tys. t/r) i w Indiach (7 tys. t/r). Osiągnęły zadowalające wyniki w zakresie selektywności procesu oraz czystości produktu powyżej 99,9 proc. Cztery lata temu uruchomiona została piąta instalacja w Iranie (30 tys. t/r), ale od tego czasu nie zawarto żadnego nowego kontraktu.

Powód?

Po prostu technologia, której początki datowane były na 1974 r. przestała już być konkurencyjna w stosunku do nowych rozwiązań firm dominujących na globalnym rynku. Te firmy to Bayer, Sabic Innovative Plastics, Mitsubishi i Dow Chemical.

Najpoważniejszą wadą starego procesu była niska produktywność katalizatora, której konsekwencją była wysoka energochłonność procesu. Jednostkowy wskaźnik zużycia pary według oferty kędzierzyńskiego Instytutu wynosił tylko dla Iranu ok.12 GJ/t, podczas gdy w oferowanej technologii Dow-Kellog, wskaźnik ten nie przekracza obecnie 6 GJ na tonę produktu.

W tej sytuacji Instytut zdecydował zmniejszyć energochłonność i poprawić selektywność procesu. I w ten oto sposób doszło właśnie do rozpoczęcia projektu prowadzonego w toruńskim Instytucie Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników. Przedsięwzięcie było finansowane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i odbywało się w laboratoriach spółki Chemwik na terenie Wrocławskiego Parku Technologicznego we współpracy z PCC Synteza.

W wyniku prac opracowana została nowa energooszczędna technologia otrzymywania BPA, o najlepszych światowych parametrach i ekstremalnie długim 15-letnim czasem życia katalizatora. Otrzymała nazwę "Proces Chemwik BIS".

Na czym polega jej innowacyjność?

W oparciu o rezultaty badań oraz obliczeń z wykorzystaniem skonstruowanego modelu matematycznego węzła reakcyjnego, stworzono nowy sposób prowadzenia syntezy BPA. Umożliwia on podwojenie dotychczasowej wydajności pracy reaktorów. Opracowano także bilansowy model dla całego procesu. Uwzględnia on wszystkie węzły i operacje technologiczne związane z syntezą, wydzielaniem i oczyszczaniem BPA.

Nowa technologia jest chroniona dwoma patentami europejskimi. Zgodnie z najnowszym zgłoszeniem patentowym w jednym reaktorze prowadzi się oddzielnie reakcję kondensacji fenolu z acetonem i przegrupowanie produktów ubocznych do BPA. Dzięki takiemu rozwiązaniu wzrasta produktywność, a selektywność procesu ulega zwiększeniu z obecnych 95 proc. do 98,5 proc.

Jeśli chodzi o wdrożenie nowej technologii to spółce PCC Synteza zaoferowano kompleksowy program modernizacji instalacji Bisfenolu A, który w sierpniu 2008 r. został zaakceptowany do wdrożenia.

Opracowane udoskonalenia spowodują, że instalacja referencyjna w PCC Synteza będzie się charakteryzować znacznie lepszymi niż dotychczas wskaźnikami zużycia surowców i mediów energetycznych, a równocześnie zostaną stworzone podstawy dla wzrostu produkcji BPA z 13 tys. t/r do 20 tys. t/rok. Program modernizacyjny zaakceptowany przez PCC Synteza, nie wymaga poniesienia istotnych nakładów inwestycyjnych.

Zgodnie z technologią Chemwik BIS, w instalacji referencyjnej, realizowany jest proces hybrydowy oparty o wykorzystanie odpornego na zatrucia katalizatora bez promotora do prowadzenia reakcji kondensacji, izomeryzacji i przegrupowania, z udziałem "brudnych" strumieni fenolowych. Zawierają one produkty uboczne i zanieczyszczenia oraz katalizator promotorowany, który kontaktowany jest tylko z "czystymi" frakcjami fenolowymi - w reakcji kondensacji fenolu z acetonem.

Dodatkową zaletą nowego hybrydowego procesu Chemwik BIS jest wyjątkowo długi czas życia katalizatora stosowanego w reakcjach kondensacji, izomeryzacji i przegrupowania.

Po sprawdzeniu najnowszych rozwiązań technologicznych w przemysłowej instalacji referencyjnej, zostanie opracowany w 2009 r., projekt procesowy nowej instalacji do produkcji Bisfenolu A, w skali 50 - 100 tys. t/r., zabezpieczającej potrzeby wytwórni żywic epoksydowych w firmie ZCh Sarzyna, zaś w dalszej perspektywie, umożliwiającej podjęcie w Polsce produkcji tworzyw poliwęglanowych.