Utilizing online chemical analysis to optimize propylene oxide production

Význam tématu

Propylénoxid (PO) je bezbarvá a vysoce hořlavá kapalina s roční výrobou přes 7 milionů tun; klíčová surovina pro polyoly, polyuretanové plasty, glykoly a další chemické produkty. Optimalizace výrobních procesů PO má strategický význam pro snížení nákladů, zvýšení bezpečnosti, ochranu životního prostředí a zlepšení kvality finálních produktů.

Cíle a přehled studie / článku

Tento white paper popisuje hlavní technologie výroby propylénoxidu (chlorhydrinová, hydroperoxidové, bez vedlejších produktů – kumenová a peroxidová výroba) a demonstruje přínosy nasazení online a inline chemické analýzy pro:

• optimalizaci procesních parametrů
• snížení nákladů na vzorkování a laboratorní měření
• zrychlení reakčního řízení
• zvýšení bezpečnosti provozu

Použitá metodika

Pro monitoring kritických parametrů v reálném čase jsou využívány:

• automatizovaná titrace pro stanovení koncentrace NaOH, H₂O₂, H₂SO₄ a hydroxylových skupin
• fotometrie (colorimetrie) pro měření stabilizátorů (TBC) a stopových oxidantů
• reagent-free NIR spektroskopie pro vlhkostní analýzu hustých a agresivních médií
• iontová chromatografie pro kontrolu aniontů v odpadních vodách

Použitá instrumentace

• ATEX certifikované procesní analyzátory Metrohm pro titrace a fotometrii
• průmyslové NIR spektrometry se stainless steel průtokovými kyvetami pro inline měření vlhkosti
• moduly pro ISE a iontovou chromatografii v agresivním procesním prostředí
• integrační přístroje pro napojení na DCS/SCADA

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza jednotlivých výrobních technologií odhalila:

• chlorhydrinová produkce: nízká selektivita vedoucí k velkému objemu odpadní vody a solí
• SM-PO a MTBE-PO: vyšší účinnost a současná produkce tržištních vedleproduktů
• bezvedleproduktové procesy (CU-PO, HP-PO): selektivita až 98 %, nižší energetická náročnost, environmentální přínos

Klíčové ukázky online metrologií pro procesní kontrolu:

• řízení H₂O₂ v HP-PO reaktoru: minimalizace nežádoucích reakcí
• monitorování stabilizátoru TBC v SM-PO: prevence předčasné polymerace
• kontrola H₂SO₄ v CU-PO: ochrana před korozi a nežádoucími barevnými produkty
• online měření vlhkosti v PO: zajištění kvality finálního produktu

Přínosy a praktické využití metody

Nasazení online analýzy umožňuje:

• průběžné 24/7 sledování klíčových parametrů
• rychlé zasílání alarmů při odchylkách
• uzavřenou zpětnou vazbu (closed-loop control)
• úsporu času, chemikálií a provozních nákladů
• zvýšení výroby a kvality produktu
• bezpečnější provoz díky eliminaci ručního odběru vzorků

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj:

• rozšíření inline spektroskopických metod doplněných chemometrií
• integrace s digitálními dvojčaty a pokročilou automatizací
• prediktivní údržba senzorů a kalibrace s využitím strojového učení
• miniaturizace a bezdrátové senzory pro zvýšení flexibility

Závěr

White paper ukazuje, že online a inline analytické techniky přinášejí při výrobě propylénoxidu významné úspory nákladů, vyšší výtěžnosti, lepší kvalitu finálního produktu a vyšší bezpečnost provozu díky real-time řízení klíčových parametrů.

Reference

• Trent D.L. Propylene Oxide. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; John Wiley & Sons, 2001.
• Nijhuis T.A. et al. Ind. Eng. Chem. Res., 2006, 45, 3447–3459.
• Bernhard M. et al. Chem. Unserer Zeit, 2017, 51, 198–209.
• EU EIPPCB. BAT Reference Document for Large Volume Organic Chemicals, 2017.
• Tsuji J. et al. Sumitomo Kagaku, 2006.
• ThyssenKrupp Uhde. Evonik-Uhde HPPO Technology, 2015.
• Nemeth L., Bare S.R. Adv. Catal., 2014, 57, 1–97.
• To J. et al. J. Mater. Chem., 2006, 16, 1919–1926.
• ASTM D4590-18. Spectrophotometric determination of p-tert-butylcatechol in styrene, 2018.