Bau eines Prototyp-Membranreaktors zur Herstellung von Diethylcarbonat

Abstract

Die herkömmlichen Herstellungsverfahren von Diethylcarbonat (DEC) sind umweltschädlich und in keinem Maße nachhaltig. Die dabei verwendeten Phosgene sind für Mensch und Tier sehr gesundheitsschädlich. Immer mehr Menschen erkennen die Bedeutung von Nachhaltigkeit und setzen sich für die Verwendung nachhaltiger Produkte ein. Das Umdenken der Menschheit hin zu nachhaltigen Rohstoffen ist ein wichtiger Schritt, zum Umweltschutz und den Klimawandel zu bekämpfen. Nachhaltige Rohstoffe sind solche, die unter Berücksichtigung ökologischer, sozialer und ökonomischer Aspekte produziert werden. Das können zum Beispiel recycelte Materialien sein, aber auch biologisch abbaubare Produkte. Um die umweltbelastenden Stoffe aus der DEC-Produktionslinie zu entfernen, wurde im Zuge dieser Arbeit in Zusammenarbeit mit der Firma „kleinkraft OG“ ein Verfahren entwickelt. In diesem Verfahren sollen Rohstoffe verwendet werden, die uns im täglichen Leben zur Verfügung stehen und oft nicht genutzt werden. Es handelt sich dabei unter anderem um Kohlendioxid (CO2), das bei Gärungsprozessen oder in Industriebetrieben oft einfach in die Umwelt geblasen wird. Dieses Verfahren soll eine Alternative zum herkömmlichen Herstellungsprozess organischer Carbonate darstellen. CO2 soll zusammen mit Ethanol in Gegenwart von Ceroxid-Katalysatoren zu DEC und Wasser umgesetzt werden. Zur Herstellung von DEC wurde ein Prototyp eines Membranreaktors aufgebaut. Alle notwendigen Rohrleitungen, Gestelle, Pläne, Sensoren etc. wurden selbstständig gebaut bzw. erstellt. Ein weiteres Ziel war es, die Herstellung der erforderlichen Katalysatoren genauer zu untersuchen. Es wurden unterschiedliche Größen an zeolithischen Trägern sowie deren Einlegezeiten in Cer(III)-Nitrat Lösungen untersucht. Ziel bei dieser Untersuchung war es, dass das Trägermaterial so viel Cer wie möglich aus den Lösungen adsorbiert und dadurch die zukünftige Ausbeute an DEC steigern kann. Es konnte festgestellt werden, basierend auf welchen Mengen an Trägermaterial und deren Verweilzeit in den Lösungen, wie viel Cer auf das Trägermaterial übergegangen ist.

The conventional manufacturing processes of diethyl carbonate (DEC) are environmentally harmful and not considered sustainable. The phosgenes used in the process harm human and animal health. More and more people are recognizing the importance of sustainability and campaigning for sustainable raw materials. Changing humanity's thinking towards sustainable raw materials is essential to protecting the environment and combating climate change. Sustainable raw materials are produced by considering ecological, social and economic aspects. These can be recycled materials, for example, but also biodegradable products. To remove these environmentally harmful substances from the DEC production line, a process was developed during this work in cooperation with the company “kleinkraft OG”. In this process, raw materials are to be used that are available to us in everyday life and are often not used. These include carbon dioxide (CO2), which is often emitted into the environment during fermentation processes or from industrial plants. This process is intended to be an alternative to the conventional production process of organic carbonates. CO2 is to be converted with ethanol in the presence of cerium oxide catalysts to DEC and water. A prototype membrane reactor was set up to produce DEC. All the necessary piping, racks, plans, sensors, etc. were built or created independently. Another goal was to investigate the preparation of the required catalysts in more detail. Different sizes of zeolitic carriers and their immersion times in cerium(III) nitrate solutions were investigated. This investigation aimed to ensure that the carrier material adsorbs as much cerium as possible from the solutions, thereby increasing the future yield of DEC. Based on what amounts of carrier material and their residence time in the solutions, it was possible to determine how much cerium transferred to the carrier material.