Kontinuierliche Produktionsprozesse sind im Allgemeinen hinsichtlich Material- und Energieeinsatz effizienter als Batchprozesse und erlauben eine nachhaltigere Produktionsweise. Chlorierungs- und Sulfonierungsreaktionen sind wegen der entstehenden Abfallmengen per se wenig nachhaltige Prozesse. CABB kombiniert kontinuierliche Prozesse mit seinem Verbund- und Recyclingsystem zu einem effizienten Ganzen, in dem auch Chlorierungs- und Sulfonierungsreaktionen nachhaltig werden.

Nachhaltigkeit

Nachhaltigkeit ist ein Thema von steigender Bedeutung, gerade auch in der chemischen Industrie. Vor kurzem wurde diesbezüglich von der deutschen Chemie die Initiative „Chemie^3“ ins Leben gerufen. Grundsätzlich geht es um die Verankerung von Nachhaltigkeit in der Unternehmenspolitik mit der Schaffung eines Gleichgewichts aus Ökologie, Ökonomie und sozialer Verantwortung. Vor 20 Jahren wurden aber schon die „12 Prinzipien für Grüne Chemie“ formuliert. Für die Chemieindustrie bedeutet dies vor allem eine ressourcenschonende und effiziente Produktion, Abfallvermeidung und Sicherheit für Mensch und Umwelt.

Kontinuierliche Prozesse

Kontinuierliche Produktionsprozesse sind seit langem in der chemischen Industrie eingeführt und werden hauptsächlich für großvolumige Basisprodukte in Monoanlagen verwendet. In der Feinchemie werden kontinuierliche Produktionsprozesse eingesetzt, um gewisse Reaktionen überhaupt erst möglich zu machen, das Aufskalieren vom Labor- in den Produktionsmaßstab zu erleichtern oder, um die Nachhaltigkeit zu verbessern. Durch kontinuierliche Produktionsprozesse kann der Bedarf an Energie, eingesetzten Rohstoffen und Lösungsmitteln gegenüber diskontinuierlichen Verfahren verringert werden; Abfallmengen lassen sich reduzieren. Zudem laufen kontinuierliche Prozesse oftmals stabiler und gleichmässiger, was zu besseren Ausbeuten und Selektivitäten der Produkte führt. Schließlich wird auch die Sicherheit verbessert, da das Reaktionsvolumen im Allgemeinen deutlich kleiner ist als bei diskontinuierlichen Verfahren.

In der feinchemischen Produktion werden allerdings keine kontinuierlichen Monoanlagen, sondern variable, vielseitig einsetzbare Mehrzweckanlagen benötigt, um unterschiedliche Produkte mit verschiedenartigen chemischen Reaktionen herstellen zu können. Dies lässt sich mit entsprechendem Equipment für kontinuierliche Standard-Einheitsoperationen realisieren, das flexibel kombinierbar ist.

CABB betreibt am Standort Pratteln in der Schweiz Mehrzweckanlagen mit einer entsprechenden Ausstattung für kontinuierliche Standard-Einheitsoperationen wie Reaktion, Destillation, Extraktion etc. Je nach Komplexität und Anforderung der Synthese kann der Herstellprozess im günstigsten Fall als eine Folge von Prozessschritten aus kontinuierlichen Standard-Einheitsoperationen konzipiert werden. Das Unternehmen ist auf Chlorierungen und Sulfonierungen spezialisiert, aber auch andere Reaktionen wie Aldolkondensation, Acylierung, Mesylierung oder die Wolff-Kishner-Reduktion werden in kontinuierlicher Weise durchgeführt. Neben Chlorierungs- und Sulfonierungsreaktionen existiert ein reichhaltiges Angebot an Reagenzien sowie chlorierten und sulfonierten Folgestufen, die überwiegend auf kontinuierlichen Prozessen beruhen. Darüber hinaus werden nachhaltige Lösungen im Kundensynthesebereich offeriert.

Das Verbund- und Recyclingsystem

Im Verbund- und Recyclingsystem (Abb. 1) werden Chlor und Schwefeltrioxid als primäre Ausgangsstoffe erzeugt und daraus Thionylchlorid, Sulfurylchlorid, Chlorsulfonsäure und andere Reagenzien hergestellt. Diese werden mehrheitlich intern zur Herstellung von Folgeprodukten verwendet sowie zu exklusiven Synthesebausteinen und Wirkstoffen weiterverarbeitet. Daraus ergibt sich ein vertikales, integriertes Produktionssystem. In den meisten der nachgeschalteten Chlorierungs- oder Sulfonierungsprozesse werden die Abgase HCl und SO₂ gebildet.

In dem Verbund- und Recyclingsystem werden diese Abgase getrennt, aufgereinigt und vollständig wiederverwertet: Schwefeldioxid wird in den Schwefeloxidationsprozess zurückgeführt und wieder zu SO₃ aufoxidiert. Chlorwasserstoff wird in Wasser absorbiert, aufkonzentriert und als Salzsäure in den Verkauf gebracht. Auf diese Weise entsteht kein Abfall aus den Chlorierungs- oder Sulfonierungsreaktionen.

Kontinuierliche Chlorierung

Chlorierungen und Sulfonierungen stellen wichtige und häufig eingesetzte Synthesereaktionen dar. Üblicherweise werden viele Chlorierungsreaktionen mit Thionyl- oder Sulfurylchlorid oder im Falle von Sulfonylchloriden auch mit Chlorsulfonsäure durchgeführt. Im Pharma- und Agrobereich werden diese chlorierten Zwischenstufen dann vor allem in die entsprechenden Amide oder Sulfonamide überführt.

Die Chlorierungsreaktion mit den erwähnten Reagenzien führt zur Bildung von Chlorwasserstoffgas und Schwefeldioxid als Abgas. Ohne das Verbund- und Recyclingsystem müssen diese Gase in basischen Wäschern absorbiert werden und verbrauchen somit zusätzlich größere Mengen an Lauge und erzeugen große Mengen an salzhaltigem Abwasser.

Die Kombination aus dem Verbund- und Recyclingsystem mit kontinuierlichen Herstellprozessen führt zu einer nachhaltigen Produktion, bei der die Vorteile des Verbundsystems hinsichtlich Abfalloptimierung wie auch der kontinuierlichen Herstellung hinsichtlich Material- und Energieeffizienz miteinander verknüpft werden. Die freiwerdenden Abgase werden im Verbundsystem rezykliert und fallen nicht als Abfall an, was einen wesentlichen Faktor für die Nachhaltigkeit darstellt. Dies lässt sich mit Kennzahlen wie dem E-Faktor eindrucksvoll zeigen.

CABB verfügt über Mehrzweckanlagen, auf denen kontinuierliche Chlorierungen durchgeführt und für unterschiedlichste Produkte eingesetzt werden können. Wie Messungen und Berechnungen ergeben haben, lassen sich die Verbrauchszahlen für Energien (Elektrizität, Dampf) sowie für Kühlwasser mit einem kontinuierlichen Prozess teilweise signifikant gegenüber einem Batchprozess reduzieren. Dies liegt im Wesentlichen am stationären Betrieb eines kontinuierlichen Prozesses, der im Gegensatz zum alternierenden An- und Abfahren einer Reaktion bei einem Batchprozess unter konstanten Bedingungen betrieben wird.

Einfluss auf die Qualität

Kontinuierliche Prozesse können auch einen positiven Einfluss auf die Qualität des Endproduktes haben: bei der Chlorierung einer ungesättigten Carbonsäure beispielsweise können in einem kontinuierlichen Prozess die entstehenden Abgase einfach aus dem System entfernt werden. In einem Batchprozess ist die Zugabe eines Abfangmittels notwendig, um Nebenreaktionen des HCl-Gases mit dem Substrat zu verhindern. Dies erfordert zusätzliche Materialien und erzeugt zusätzliche Mengen Abfall und ist somit - ganz unabhängig von der Qualität - weniger nachhaltig.