Radiometrische und Radar-Messgeräte für die Herstellung von Terephthalsäure

Selbst Menschen, denen der Name Terephthalsäure (englisch: purified terephthalic acid, PTA) nichts sagt, haben fast täglich mit diesem Produkt zu tun. So gehen etwa 90 % der weltweiten Jahresproduktion von Terephthalsäure in die Produktion des Kunststoffs Polyethylenterephthalat (PET), der wiederum für Lebensmittelverpackungen – insbesondere Getränkeflaschen – genutzt wird. Darüber hinaus dient PTA zur Produktion von technischen Polyestern, wie Polybutylenterephthalat (PBT), für thermisch anspruchsvolle Automobilanwendungen im Motorraum sowie – in relativ geringen Mengen – von aromatischen Polyamiden vom Typ Aramid für hochreißfeste Fasern.
Spezialist für Terephthalsäure ist das chinesische Unternehmen Yisheng Petrochemical, das seit der Firmengründung im Jahr 2003 kontinuierlich expandiert und am Standort Ningbo in der Provinz Zhejiang, Terephthalsäure in technischer Reinheit herstellt. Vier weitere Projekte rund um PTA wurden bis heute auf den Weg gebracht. So erreichte das Unternehmen mit einer Produktion von 13 Mio. t einen Marktanteil von 30 %.

Seit 2004 setzt das Unternehmen bei dieser Expansion auf die Zusammenarbeit mit dem Sensorikhersteller Vega. Für die Füllstandmessung mit Radar werden beispielsweise ausschließlich Sensoren dieses Herstellers eingesetzt. Die Produkte halfen Yisheng Petrochemical dabei, schwierige Situationen, die bereits im Rahmen der Markterschließung aufgetreten waren, zu meistern, berichtet der Technische Leiter Du Daquan. Damals stand man auch in Kontakt zu einem anderen Unternehmen, das sich ebenfalls im Aufbau befand. Dieses hatte sich für günstigere Sensoren entschieden und wurde immer wieder mit Problemen konfrontiert, so dass sie über einen langen Zeitraum hinweg nicht in der Lage waren, das Projekt tatsächlich umzusetzen.

Wurde in den Anfängen im Rahmen der ersten Montage das Unternehmen noch von Ingenieuren aus Deutschland unterstützt, hat sich dies mittlerweile geändert: Inzwischen werden sämtliche Installationen von Yisheng Petrochemical selbst vorgenommen. Dabei hilft die Zugänglichkeit der Geräte: „Die Messgeräte sind sehr kompakt und leicht zu installieren. Die Benutzeroberfläche ist gut verständlich und alle Einstellungen können leicht vorgenommen werden“, so Du Daquan. Gerade wegen der Robustheit der Sensoren wurde der Arbeitsaufwand für Bediener und Messgerätetechniker hinsichtlich Wartung und Instandhaltung deutlich reduziert. So leisten Ultraschallsensoren zur kontinuierlichen Füllstandmessung seit der ersten Installation im Jahr 2004 bis heute ohne Probleme ihren Dienst.

Mittlerweile sind insgesamt über 500 Geräte aus dem Schwarzwald am Standort Ningbo im Einsatz, darunter die Radarsensoren Vegapuls 64, 68 und 69 sowie Vega­flex 81, der Vibrationsgrenzschalter Vegaswing 63 und die radiometrischen Messgeräte Solitrac 31 für die Füllstandmessung sowie der Minitrac 31 zur Dichtebestimmung. „Mittlerweile haben wir bereits die vierte Generation an Radarmessgeräten im Einsatz“, erklärt Du Daquan.

Generell besteht die PTA-Anlage aus zwei wesentlichen Teilen, der Einheit für die Oxidation und der Einheit für die Raffination. In der Oxidationseinheit kommt das Verfahren der katalytischen Oxidation zum Tragen, wobei durch die Oxidation von p-Xylol rohe Terephthalsäure (CTA) gewonnen wird. Anschließend erfolgen eine zweite Oxidation, die Kristallisation, ein erstes Mischen (Filtration), die Trocknung und die abschließende pneumatische Förderung zur Raffinationseinheit. Danach folgt die Raffinationseinheit. Hier gibt es noch einmal verschiedene Verfahrensschritte, wie das Anmaischen, die Zugabe von Druck, das Erhitzen, die Reaktion und Kristallisation. Es folgt ein zweites Mischen, wieder eine Trocknung und eine Belüftung usw. Erst wenn all diese Prozessschritte durchlaufen sind, erhält man das Endprodukt.
Sensoren kommen in beiden Verfahren, also im Oxidationsreaktor und während der weiteren Verarbeitungsschritte zum Einsatz. Im Oxidationsreaktor überwachen radiometrische Sensoren zum Beispiel die Menge der Katalysatoren, die dem Prozess beigefügt werden. Sie messen dort berührungslos von außen und arbeiten unabhängig von den Prozessbedingungen. Fast 90 % der Prozesse werden automatisch gesteuert. Jeder einzelne muss sehr präzise kontrolliert werden, da dies ansonsten Auswirkungen auf die Produktqualität haben könnte. Dabei sind die Geräte vielfältigen Herausforderungen, wie hohen Temperaturen, die zwischen 100 und 310 °C liegen, und Drücken bis 600 bar sowie Anhaftungen, ausgesetzt. Auch die chemische Beständigkeit muss berücksichtigt werden.

Ein weiterer Einsatzort ist das Endproduktlager, in dem seit vielen Jahren ein elektromechanisches Lotsystem arbeitete. Allerdings war dies in die Jahre gekommen und es kam aufgrund der Mechanik, im Hinblick auf das prozentuale Verhältnis und der Füllhöhe, zu Fehlfunktionen. Die Folge: Die Anlage musste häufig gewartet werden. Zudem gestaltete sich die Montage und Demontage schwierig. Heute überwachen Radarsensoren die Füllhöhe des Produktes in den Tanks und die Befüllung bis an dessen Oberkante. Dadurch kann die Kapazität des Lagers besser ausgenutzt werden und gleichzeitig wird die Sicherheit erhöht. Hilfreich war dabei, dass die Betreiber vor dem Austausch der Messgeräte den Sensor zunächst 14 Tage testen konnten, erinnert sich Du Daquan. Nachdem die Ergebnisse sehr gut waren, habe man alles gleich an Ort und Stelle gelassen.

Es ist aber nicht nur die Technologie, die zählt. Man schätzt bei Yisheng Petrochemical auch das gegenseitige Vertrauen mit dem Sensorikhersteller, den engen Kontakt zu den Ingenieuren und den unkomplizierten Einkaufsprozess sowie den zuverlässigen Kundendienst. „Sobald neue Produkte auf den Markt kommen, können wir diese testen“, nennt Du Daquan nur ein Beispiel. „Das war zum Beispiel der Fall, als die radiometrischen Messgeräte der Serie Protrac überarbeitet wurden.“ Und im Anschluss wurden die Geräte gleich in einem neuen Projekt zur Produktion von 3 Mio. t/a verwendet. Und dies wird aller Voraussicht nach nicht das letzte Projekt bleiben. Gerade deshalb, weil die Automatisierung von Prozessanlagen weiter zunehmen wird und zuverlässige und intelligente Sensoren benötigt werden.