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Process Data set: Chem-Org\Methanol-DE-2050/en (en) de

Key Data Set Information
Location DE
Reference year 2050
Name
Chem-Org\Methanol-DE-2050/en
Classification
Class name : Hierarchy level
  • NACE 1.1: Herstellung von chemischen Erzeugnissen / Herstellung von chemischen Grundstoffen
General comment on data set Kurzinfo: Datensatz aus GEMIS. Negative Werte durch Gutschriftenrechnung. GEMIS steht für “Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme“; es ist ein Softwaretool des Öko-Instituts. GEMIS wurde 1987 erstmals angewendet und wird seitdem weiterentwickelt. Die GEMIS-Datensätze beruhen - je nach Anwendung - auf unterschiedlichen Methoden; auch der zeitliche und der örtliche Bezug der Datensätze sind verschieden. Methode bei Prozessen mit mehreren Outputs: Zur Modellierung der Datensätze zu Multi-Output Prozessen wird in GEMIS die Methode der Systemerweiterung verwendet. Hierbei werden Datensätze, in denen jeweils alle Inputs, alle Outputs und alle Umweltaspekte eines Multi-Output Prozesses ausgewiesen sind, als “Brutto“ bezeichnet. Durch Subtraktion von ‚Bonus’-Prozessen, die jeweils einen der Outputs auf herkömmliche Weise bereitstellen, entsteht ein Nettoprozess, in denen das substituierte Nebenprodukt als Gutschrift erscheint. Die Gutschrift ist dabei kein realer Output des Prozesses, sondern ein rechnerischer ‚Merker’. Beispiel: Multi-Output Prozess Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/brutto: Output ist 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ Wärme, der “Netto“-Datensatz soll sich aber nur auf die Elektrizität beziehen. Durch Subtraktion des Bonusprozesses Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020 mit dem Output Wärme(0,6 TJ) entsteht der “Netto“-Datensatz Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/Gas, für den als Output 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ ‚Gutschrift Wärme-Bonus-für-KWK (Bio)-2020 bei Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020’ angegeben werden; die Gutschrift stellt keinen Stoff- oder Energiefluss des Prozesses dar, sie ist allein rechnerisch begründet. Transport: Angaben zu den angesetzten Transportdistanzen werden nicht gegeben. Abschneidekriterien: Wasser wird in der Regel nur auf der Inputseite angegeben (etwa als Kühlwasser), auch wenn es den Prozess wieder verlässt als Abwasser. Weitere Angaben zu angewendeten Abschneidekriterien werden nicht gegeben. Besondere Nomenklatur: Zahlreiche Abkürzungen für Brennstoffe aus Biomasse und entsprechende Technologien. Besonderheiten auf Datensatzebene: Die Datensätze sind mit Vorketten-Datensätzen verknüpft, in denen die jeweils benötigten Vorprodukte, Energien und Transportleistungen erzeugt werden. Die Daten zu den Umweltaspekten werden erstens “direkt“ (d.h., nur aus dem jeweiligen Prozess, falls dieser direkt zu Umweltaspekten beiträgt) als auch “mit Vorkette“ (d.h., einschließlich aller vorausgehenden Prozesse) ausgewiesen. Negative Werte für Stoffflüsse kommen in GEMIS regelmäßig vor; sie entstehen durch die Anwendung von Systemerweiterung um Multi-Output Prozesse in Single Output Prozesse umzurechnen. Teilweise werden Aufwendungen für Produktionsmittel (Anlagen, Fahrzeuge etc.) aufgeführt (als Stoffflüsse im Input); diese sind jedoch nicht auf die funktionelle Einheit bezogen, sondern werden als absolute Werte angegeben; sie werden nur als Input und nicht als Output (Entsorgung der Betriebsmittel) angegeben. Die durch die Herstellung dieser Produktionsmittel verursachten Umweltaspekte sind dagegen über Leistung, jährliche Auslastung und Lebensdauer auf die funktionelle Einheit bezogen Weiterführende Hinweise und Literatur: #1: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.2, Handbuch, Darmstadt, August 2004. #2: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.1, Handbuch, Darmstadt, Darmstadt, Januar 2003. #3: Fritsche, U., et al.: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse, Verbundprojekt gefördert vom BMU im Rahmen des ZIP, Projektträger: FZ Jülich, Mai 2004, Anhangband zum Endbericht. #4: Fritsche, U., et al.: Umweltanalyse von Energie-, Transport- und Stoffsystemen: Gesamt-Emissions-Modell integrierter Systeme (GEMIS) Version 2.1 - erweiterter und aktualisierter Endbericht, U. Fritsche u.a., i.A. des Hessischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Bundesangelegenheiten (HMUEB), veröffentlicht durch HMUEB, Wiesbaden 1995
Copyright Yes
Owner of data set
Data set LCA report, background info
Quantitative reference
Reference flow(s)
Functional Unit 1 TJ Methanol (fossil)
Technological representativeness
Technology description including background system Methanolherstellung durch Steamreforming von Erdgas. Die industrielle Methanolproduktion kann in die drei Hauptschritte: · Produktion von Synthesegas · Synthese von Methanol · Aufarbeitung des Rohmethanols untergliedert werden. Beim ersten Prozessschritt erfolgt eine katalytische Dampfspaltung (steam reforming) des Erdgases (Methan). Methan wird dabei mit Wasserdampf in einem Reaktor unter Ausschluß von Sauerstoff zu Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) umgesetzt. Um das für eine Methanolsynthese erforderliche Synthesegas-Verhältnis zwischen H2 und CO von 2,2 bis 2,3 einzustellen, wird dem Erdgas CO2 zugesetzt. Das so hergestellte Synthesegas wird komprimiert und bei Drücken von 50 bis 100 bar (Niederdruckverfahren) und Katalysatoren in einem weiteren Reaktor zu Methanol umgewandelt. Das entstandene Rohmethanol wird destillativ in einer Leichtsiederkolonne von leichtflüchtigen Nebenprodukten abgetrennt. Durch eine weitere Destillation in der Schwersiederkolonne erfolgt die endgültige Reinigung des Produkts. Weniger als 2 Mio. Tonnen der derzeitigen weltweiten Herstellungskapazität von ca 21. Mio. t (Westeuropa ca. 2 Mio. t) basieren auf einem anderen Einsatzstoff als Erdgas (Ullmann 1990a). Nach (Vriens 1994) wird der Bedarf an Methanol in Westeuropa für 1993 mit ca. 5,1 Mio. Tonnen angegeben. Wobei nur in Nordwesteuropa Methanol produziert wird (ca 2,5 Mio. t). Für Deutschland werden die Produktionskapazitäten und Einsatzstoffe gemäß den Werten in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Produktionskapazitäten und Einsatzstoffe für die Methanolproduktion in Deutschland nach (Vriens 1994). Werk Einsatzstoff Kapazität [Mio. t/Jahr] BASF Offgas 0,30 DEA Rückstände 0,45 Leunawerke Rückstände 0,66 Veba Rückstände 0,26 Das Offgas als Einsatzstoff ist mit Erdgas vergleichbar. Bei der Methanolherstellung auf der Basis von Rückständen können Rückstandsöle aus den Raffinerien als Einsatzstoffe verwendet werden. Sämtliche Methanol-Importe und auch die restliche Methanolproduktion in Westeuropa (außer Deutschland) beruhen auf der Herstellung von Methanol aus Erdgas. Aus den obigen Angaben und der Annahme, daß die deutschen Werke zu 90 % ausgelastet sind, ergibt sich, daß der westeuropäische Methanolbedarf zu ca. 70 % aus Methanol mit Erdgas als Einsatzstoff gedeckt wird. In GEMIS wird nur die Methanolherstellung auf der Basis von Erdgas bilanziert. Verfahren die mit Rückständen als Einsatzstoffen arbeiten werden nicht berücksichtigt. Die gebildeten Kennziffern stehen für die Methanolherstellung in Westeuropa und beruhen auf Angaben zu einer Produktionsanlage Mitte der 90er Jahre. Die Bilanzierung der Methanolherstellung ist vom verwendeten Rohstoff abhängig, somit ist eine Übertragung der Kennziffern auf andere Einsatzstoffe nicht möglich. Allokation: Prozesswärme-Überschuss durch energieäquivalente Allokation Genese der Daten: - Massenbilanz: Zur Herstellung von einer Tonne Synthesegas werden als Rohstoffe Erdgas (483 kg/t) und Wasser (374 kg/t, nur für die chemische Reaktion) benötigt. Um das für die Methanolsynthese erforderliche Synthesegasverhältnis zwischen H2 und CO von 2,2 bis 2,3 einzustellen, wird dem Erdgas CO2 (283 kg/t Synthesegas, u. a. aus dem Rauchgas) zugesetzt (DSD 1995). Für die anschließende Umwandlung in Methanol ist eine Menge von 1792 kg Synthesegas/t Methanol erforderliche (Methanol 1996). Somit ergibt sich insgesamt ein Rohstoffbedarf von 760 kg Erdgas, 445 kg CO2 und 588 kg Wasser (pro Tonne Methanol). Bei der chemischen Umwandlung des Synthesegases zu Methanol entstehen außerdem pro Tonne Methanol 672 kg Purgegas (Hauptbestandteile: 52,0 Vol.-% Wasserstoff, 20,9 Vol.-% Methan und 16,0 Vol.-% Kohlenmonoxid) und als Reststoff fallen ca. 120 kg/t Fuselöle an (30 Masse-% Wasser, 54 Masse-% Methanol, 8 Masse-% Ethanol und 8 Masse-% Butanol) (Methanol 1996). Die Fuselöle werden bei GEMIS als Produktionsabfall bilanziert. Das Purgegas wird energetische alloziert (Bereitstellung von Prozeßwärme durch Verbrennung im Kessel mit einem Wirkungsgrad von 85 %). Energiebedarf: Der größte Anteil der Energie zur Synthese von Methanol entfällt auf die Synthesegasherstellung. Für die Herstellung einer Tonne Synthesegas werden 1,397 GJ elektrische Energie und weitere 7,312 GJ an Prozeßenergie benötigt (davon 1,412 GJ für Reformer-Dampf, 0,786 GJ zur Erwärmung des Erdgases und 0,104 GJ zur Erwärmung des CO2). Die Prozeßenergie wird durch die Verbrennung von Erdgas bereitgestellt wird (DSD 1995). Bei der anschließenden Umwandlung des Synthesegases zu Methanol werden 3,415 GJ an Strom eingesetzt. Weiterhin werden 1652 kg Dampf (5 bar, 155 §C; 4,645 GJ) benötigt. Durch Wärmeausnutzung entstehen dabei 912 kg Dampf (39 bar, 360 §C; 2,847 GJ), die gutgeschrieben werden (Methanol 1996). Nach Abzug der Dampfgutschrift ergibt sich insgesamt für die Herstellung einer Tonne Methanol ein Energiebedarf von ca. 18,3 GJ (14,9 GJ durch Erdgasverbrennung und 3,4 GJ elektrische Energie; die Gutschrift für das Purgegas ist dabei noch nicht berücksichtigt). Aus der Verbrennung des Purgegases (Bereitstellung von Prozeßwärme) wird eine Gutschrift von ca. 17,2 GJ/t Methanol berechnet. Wasser: Für das Reaktionsgemisch zur Herstellung des Synthesegases werden 588 kg Wasser (Reformer-Dampf) pro Tonne Methanol eingesetzt. Weitere 2474 kg Prozesswasser (u. a. für CO2-Druckwäsche) werden benötigt. Diese fallen auch als Abwasser an (DSD 1995). Der Wasserbedarf für die anschließende Methanolsynthese aus dem Synthesegas wird mit 256 kg beziffert (Methanol 1996) (da Kesselspeisewasser bzw. Dampf beim Output als Dampf bzw. Kondensat anfällt und weiterverwendet wird, wurde der Wasserbedarf hier gleich dem anfallenden Abwasser gesetzt). Als gesamte Wasserinanspruchnahme ergibt sich ein Wert von 3318 kg Wasser sowie eine Abwassermenge von 2730 kg. Umweltauswirkungen: Nebenprodukte bei der Methanolherstellung werden falls möglich weiterverwendet. Der einzige regelmäßig anfallende Abfall ist der Rückstand (Wasser, Methanol, Ethanol, höhere Alkohole, andere sauerstoffhaltige organische Verbindungen und verschiedene Mengen an Paraffinen) der Reindestillation von Methanol (Ullmann 1990a). Diese Reststoffe (in der Massenbilanz als Fuselöle bezeichnet, 120 kg/t Methanol (Methanol 1996)) werden bei GEMIS als Produktionsabfall bilanziert. Katatysatoren (Cu, Co, Ni, Mo) werden zurückgewonnen oder anderweitig verwendet (Ullmann 1990a). Quantitative Angaben zu Luftemissionen oder Abwasserwerten liegen nicht vor. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Brennstoffe-fossil-Gase gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2050 Lebensdauer: 20a Leistung: 1MW Nutzungsgrad: 59% Produkt: Brennstoffe-Sonstige Verwendete Allokation: Allokation nach Energieäquivalenten
LCIA Method Data set Mean amount Unit Kommentar
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MJ
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MJ
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MJ
0.0
kg CO2-Äq.
0.0
kg SO2-Äq.

Inputs

Type of flow Classification Flow Location Mean amount Resulting amount
Product flow Systems / Other systems 5380.0 kg5380.0 kg
Linked process dataset:
Product flow Systems / Other systems 668000.0 MJ668000.0 MJ
Linked process dataset:
Product flow Systems / Other systems 1690000.0 MJ1690000.0 MJ
Linked process dataset:
Product flow Systems / Other systems 153000.0 MJ153000.0 MJ
Linked process dataset:

Outputs

Type of flow Classification Flow Location Mean amount Resulting amount
Product flow Systems / Other systems 1000000.0 MJ1000000.0 MJ
Waste flow
End-of-life treatment / Other end-of-life services 5380.0 kg5380.0 kg
General comment Nicht eindeutig mappbarer Fluß – kontextabhängige Verwendung ist zwingend zu überprüfen: