Utilizing online chemical analysis to optimize propylene oxide production

Význam tématu

Propylénoxid (PO) je klíčová surovina pro výrobu polyetherpolyolů a dalších průmyslových produktů s roční produkcí přes 7 milionů tun.
Jeho výroba je energeticky a environmentálně náročná, a proto je optimalizace procesů a zkrácení reakčních cyklů při zachování kvality produktu zásadní.
Online a inline chemická analýza nabízí okamžitý přístup k datům a nahrazuje časově náročné laboratorní měření, což zlepšuje bezpečnost, efektivitu a udržitelnost výroby.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem white paper je představit možnosti optimalizace různých výrobních technologií PO (chlorohydrinový postup, styrenový postup, TBA/MTBE, kumen i hydrogen peroxid) prostřednictvím automatizované online analýzy.
Analýza zahrnuje zkrácení doby odezvy, zvýšení přesnosti a spolehlivosti dat, snížení pracovní zátěže a lepší kontrolu kvality.

Použitá metodika a instrumentace

• Inline/online analyzátory pro titrační stanovení (causticita, pH, H₂O₂, H₂SO₄)
• Fotometrická titrace pro analýzu inhibitorů (TBC) a stopových peroxidů
• Bezreagentová spektroskopie (NIR) pro stanovení vlhkosti a organických nečistot
• Ionová chromatografie pro sledování aniontů v odpadní vodě
• Vodivostní senzory pro měření hydroxylových hodnot v polyolových proudech
• ATEX certifikované moduly pro provoz ve výbušném prostředí

Hlavní výsledky a diskuse

• Hydrogen peroxid (HP-PO) má nejmenší environmentální stopu, vysokou selektivitu (>98 %) a bez vedlejších produktů.
• Kumenový postup (CU-PO) nabízí stabilnější meziprodukt a žádné závislosti na trhu s vedlejšími produkty.
• Styrenový a TBA/MTBE postup dosahují produkce 2–3 tun vedlejších produktů na tunu PO, jsou široce rozšířené, ale náročnější na čištění odpadních vod.
• Chlorohydrinový proces generuje značné množství odpadních vod a solí, postup je na ústupu.
• Online měření H₂O₂, NaOH, TBC i H₂SO₄ umožňuje okamžitou korekci procesních parametrů a prevenci mimořádných událostí.

Přínosy a praktické využití metody

• Celodenní sledování klíčových parametrů s rychlou odezvou v řádu minut
• Eliminace rizika degradace vzorků a chyb způsobených ruční manipulací
• Snížení nákladů na pracovní sílu, chemikálie a provoz
• Vyšší výtěžnost a kvalita finálního produktu
• Zvýšení bezpečnosti díky odstranění manuálního odběru vzorků z nebezpečných zón

Budoucí trendy a možnosti využití

• Širší nasazení environmentálně šetrných HP-PO a CU-PO technologií
• Integrace pokročilých metod datové analýzy (chemometrics, strojové učení) pro prediktivní řízení
• Vývoj univerzálních inline senzorů pro širší spektrum analytických parametrů
• Digitalizace a propojení systémů (Průmysl 4.0) pro optimalizaci v reálném čase

Závěr

Implementace online a inline chemické analýzy v provozech výroby propylénoxidu výrazně zlepšuje provozní stabilitu, snižuje environmentální dopady a zvyšuje ekonomickou efektivitu. Přesná a rychlá data umožňují optimalizaci procesů a zvyšují bezpečnost pracovníků.

Reference

• Trent, D.L. Propylene Oxide. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2001.
• Nijhuis, T.A. a kol. Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45, 3447–3459.
• Bernhard, M. a kol. Chem. Unserer Zeit 2017, 51, 198–209.
• Best Available Techniques (BAT) Reference Document, 2017.
• Tsuji, J. a kol. Sumitomo Chemical Co., Ltd., 2006.
• ThyssenKrupp Uhde. HPPO technology, 2015.
• Nemeth, L.; Bare, S.R. Advances in Catalysis 2014, 57, 1–97.
• To, J. a kol. J. Mater. Chem. 2006, 16, 1919–1926.
• ASTM D4590-18, 2018.