Datum: 30 oktober 2013 Request-for-Proposal Project titel: Onderzoek naar de technologische en economische haalbaarheid van een flow chemie platform op (semi-)industriële schaal Acronym: ATOM industrial platform for flow CheMistry Project ID Type ICON Duur 2 jaar (verlengbaar met 2 jaar) Gewenste startdatum 1 juni 2014 Totale projectkost ( ) 1 M (minimaal 50% inbreng door bedrijfspartners) Totaal aantal MM TBD Subsidiepercentage Onderzoeksinstellingen aan 100%; Bedrijven volgens de geldende IWT O&Omodaliteiten Bedrag subsidie ( ) Coördinator Uitvoerende Partners Co-financierende Partners Max. 0.5 M /2 jaar voor onderzoeksinstellingen; Subsidie voor bedrijven volgens de geldende IWT O&O-modaliteiten TBD TBD Agfa, 3M, AvoRe Beschrijving van het project/description of the project DOELSTELLING/AIM Het doel van het project is om een proof-of-concept aan te tonen en indien succesvol ook door te voeren rond de investering in een industriële flow reactor (op een industriële productiesite) in Vlaanderen. Het onderzoek moet de procesperformantie in een flow reactor van een aantal voor de partners relevante generische reacties opleveren, zodanig dat commerciële haalbaarheid van de technologie kan geraamd worden. De generische reacties zijn: - Vorming van producten met een beperkte thermische stabiliteit: o Complexe acrylaten en methacrylaten; - Snelle exotherme reacties: 1
o Vilsmeier reactie; o Derivatisatie met ethyleenoxide, propyleenoxide of epichloorhydrine; o Oxidaties met waterstofperoxide; o Bereiding van epoxides; o Reacties met azides; - Reacties bij zeer hoge temperatuur (> 200 C): o Vorming van carbonamides; o Demethyleringsreacties. Het onderzoek moet de valorisatie van de te bouwen infrastructuur over de verschillende reactietypes onderbouwen. Het uiteindelijke doel is om expertise te verwerven over de industriële productie met flow reactoren om deze commercieel ter beschikking te stellen aan mogelijke opdrachtgevers. The aim of the project is to demonstrate a proof-of-concept (and if successful also to implement it) with regard to the investment in an industrial-scale type of flow reactor (to be installed at a chemical production site) in Flanders. The research part will be focused on investigating process performance in a flow-type reactor of a number of relevant generic reactions (chosen by the industrial partners), allowing to assess the commercial viability of the technology. The generic reactions are: - Formation of products with limited thermal stability: o Complex acrylics and methacrylics; - Fast exothermic reactions: o Vilsmeier reaction; o Derivatisation with ethylene oxide, propylene oxide or epichlorohydrine; o Oxidations with hydrogen peroxide; o Preparation of epoxides; o Reactions with azides; - Reactions at very high temperatures (> 200 C): o Formation of carbonamides; o Demethylation reactions. The research results obtained on the different types of reactions will be used to investigate the valorisation perspectives of the aimed infrastructure. The ultimate goal is to gain insight and expertise on industrial-scale production using flow reactors. KADER/FRAME In haar streven naar meer duurzaamheid zet de Vlaamse chemische industrie in op een doorgedreven intensifiëring van haar processen. Eén van de manieren om dat te doen is om meer gebruik te maken van microprocestechnologie. In de chemische industrie is er een hoge nood aan controleerbare, informatieve, hoge-doorstroom en milieuvriendelijke productiemethodes die een hoge graad van kwaliteit en selectiviteit bereiken. 2
Micro(proces)technologie kan aan deze noden voorzien. Microreactoren maken de overschakeling van batch naar continue flow productie mogelijk en dit brengt verschillende voordelen met zich mee: verhoogde procesveiligheid, beperking van solvent gebruik, verhoogde productopbrengsten, betere temperatuurs- en mengingscontrole, energie-optimale opschaling, flexibiliteit, etc. Het is duidelijk dat continue flow (micro)reactoren vele groene-chemie opportuniteiten creëren. Momenteel is er in Vlaanderen een groot aanbod aan capaciteit voor het doorvoeren van batch chemie, zowel voor intern gebruik als binnen het kader van contract manufacturing. Zulk een aanbod bestaat tot op heden echter niet voor het doorvoeren van flow chemie processen voor de fijnchemie op pilootschaal. Binnen dit project zal nagegaan worden wat de haalbaarheid is van zulk een flow chemie platform, welke reactietypes in aanmerking komen voor deze manier van produceren en wat de technische vereisten zijn van een modulair te bouwen installatie. De opgedane know-how moet de toegang van de verschillende Vlaamse chemie bedrijven (fijnchemie, materiaalchemie en farma/biochemie) tot een flow chemie platform verzekeren, zowel op het vlak van procesontwikkeling als op het vlak van (piloot)productie. In its pursuit of more sustainability, the Flemish chemical industry focuses on thorough intensification of its processes. One way to do so, is to increase the use of microprocess technology. In the chemical industry, there is an urgent need for verifiable, informative, high-throughput and environmentally-friendly production methods, which achieve a high degree of quality and selectivity. Micro (process) technology can meet these demands. Micro reactors allow the switch from batch to continuous flow production and this offers several advantages: increased process safety, reduction of solvent usage, increased product yields, better temperature and mixing control, energy-optimal scaling, flexibility, etc. It is clear that continuous flow (micro) reactors create many green chemistry opportunities. OPDRACHTEN/TASKS Voor onderstaande taken binnen het project zijn we op zoek naar ervaren onderzoekspartners en/of bedrijfspartners in het domein van flow reactortechnologie en -opschaling met ervaring in organische synthese: WP1: Identificeren van de geschikte reactieomstandigheden voor het uitvoeren van de industrieel relevante chemische reacties. o In dit WP wordt gezocht naar de meest geschikte reagentia en reactieomstandigheden om de synthese van de gewenste producten optimaal uit te voeren in een flow reactor. De condities van de batch processen kunnen hierbij als uitgangspunt fungeren. WP2: Bepalen van de optimale operationele parameters voor het uitvoeren van reacties in een flow reactor. o In dit WP komen vooral de keuze van het type van flow reactor, verblijftijd, procestemperatuur, de wijze van mengen enz. aan bod. WP3: Kennis opbouwen voor het bouwen van een industriële piloot flow reactor. o In dit WP zal bepaald worden hoe de flow reactor best geïntegreerd wordt in een bestaande batch-bedreven productie infrastructuur. 3
o Flow reactoren zijn vaak beperkter in hun inzetbaarheid voor diverse processen in vergelijking met klassieke batch reactoren. Het onderzoek wil deze technologische barrières voor een brede inzetbaarheid (o.a. heterogene mengsels) in kaart brengen en oplossingen uitwerken. o Identificeren en ontwikkelen van technologie en apparatuur voor het beheerst mengen van de verschillende productstromen in de flow reactor op grotere schaal. o Identificeren van de beste technologie voor het uitvoeren van de flow reacties met een minimaal energieverbruik. o Uitwerken van het ontwerp van de flow reactor en de randapparatuur zodanig dat werken onder Strictly Controlled Conditions (SCC) tot de mogelijkheden behoort. WP4: Duurzaamheid van de processen bestuderen. o Flow chemie biedt het perspectief op het werken onder extremere omstandigheden met minder impact voor het milieu. Er zullen een aantal processen bestudeerd worden die in een batch proces gepaard gaan met de nodige veiligheidsrisico s, en er zal nagegaan worden of een continue procesvoering een verbetering inhoudt op het vlak van procesveiligheid. o (Het onderzoek wil ook deze effecten in kaart brengen en zo ook de veilige procescondities voor deze wijze van produceren met de flow reactoren leren kennen.) For the below-given tasks, we are looking for skilled research partners and/or business partners in the field of flow reactor technology and flow reactor up-scaling, in combination with organic synthesis experience: WP1: Identification of the most appropriate reaction conditions for the selected chemical reactions. o In this Work Package, the most suited reacting agents and reaction conditions will be determined in order to synthesize the aimed products in a flow reactor. For this purpose, the conditions used for the current batch processing can be used as a starting point. WP2: Determination of the most optimal operational parameters to execute the selected reactions in a flow reactor. o In this Work Package, focus will be on choosing the most appropriate type of flow reactor, residence time, process temperature, way of mixing reagents, etc. WP3: Generating knowledge to construct an industrial-scale type of flow reactor. o In this Work Package, focus will be on investigating how the flow reactor aimed for can be most optimally integrated within the existing batch infrastructure. o Flow reactors are often more limited in their deployability for different processes (e.g., residence time, ) as compared to more conventional batch reactors. The research is aiming to identify technological barriers for wide deployability (e.g., heterogeneous mixtures) and to present solutions for these barriers. o Identification and development of suitable technology and equipment for the controlled mixing of different product streams in a semi-industrial scale type of flow reactor. 4
o Identification of the most suited technology to execute flow type of reactions with minimal energy usage. o Development of the most optimal design of the flow reactor and the peripheral equipment, allowing to work under Strictly Controlled Conditions (SCC). WP4: Sustainability of the process. o Flow chemistry offers the perspective of working at more extreme conditions with less impact on the workers and on the environment. Different reactions, posing a risk if processed at batch conditions, will be operated in a flow reactor and it will be investigated whether or not continuous processing will increase process safety. ORGANISATIE ICON (Interdisciplinaire Coöperatief ONderzoek)-projecten zijn gerichte projecten, die een belangrijke onderzoeksinbreng vergen. Deze projecten zijn interdisciplinair van aard door het integreren van verschillende onderzoeks-competenties. Ze bestaan in hoofdzaak uit activiteiten waarbij: Op een kritische en systematische manier nieuwe (wetenschappelijke, technische, zakelijke en andere) kennis, inzichten en vaardigheden worden opgebouwd door de onderzoekspartners. Het doel van deze kennisopbouw is deze in een latere fase te laten gebruiken door de bedrijven bij de ontwikkeling van nieuwe producten, processen of diensten; Bestaande (wetenschappelijke, technische, zakelijke en andere) kennis en vaardigheden worden gebruikt met als doel te komen tot plannen, ontwerpen en prototypes ( demonstratoren ) van nieuwe producten, processen en diensten (= Proof-of-Concept - projecten). De onderzoekspartners zijn eigenaar van hun resultaten en worden geacht IPR op te bouwen (service-activiteiten maken geen deel uit van het onderzoeksluik). Bij overdracht van IPR naar bedrijven ontvangen de onderzoeksinstellingen hiervoor een marktconforme vergoeding. ICONprojecten dienen spill-overs te genereren naar de Competentiepool FISCH toe die het rechtstreeks betrokken consortium overstijgen. De kandiderende onderzoekspartijen, die op basis van hun relevante expertise weerhouden worden voor mogelijke deelname aan dit ICON-project, zullen uitgenodigd worden door FISCH om deel te nemen aan een werkvergadering (al dan niet telefonisch belegd). In deze werkvergadering zal besproken worden wie welke expertise kan inbrengen, en onder welke vorm kan geparticipeerd worden. De co-financierende bedrijfspartners zullen op deze werkvergadering beslissen welke onderzoekspartners relevante expertise kunnen inbrengen en bijgevolg kunnen deelnemen aan het project (of afgeleide projecten) en het finale consortium. De weerhouden onderzoekspartners zullen vervolgens uitgenodigd worden om tezamen met de betrokken FISCH-bedrijven een volledig projectvoorstel uit te werken overeenkomstig de modaliteiten van het FISCH-projecttype ICONproject, en dit in te dienen bij IWT. Dit voorstel zal door IWT en haar externe experts beoordeeld worden op haalbaarheid en wetenschappelijke kwaliteit. Indien het projectvoorstel door de RvB van IWT bekrachtigd wordt, dan zal dit project in de contractfase gaan, en zullen de samenwerkingsmodaliteiten vastgelegd worden in een samenwerkingsovereenkomst. 5
REGELING VOOR CO-FINANCIERING Onderzoeksinstellingen worden aan 100% gesubsidieerd voor het verrichten van onderzoek op vraag van bedrijven volgens de geldende modaliteiten. Consultants/technologie-aanbieders kunnen meegenomen worden in onderaanneming volgens de geldende modaliteiten. Om de vraaggedrevenheid van het onderzoek te garanderen, moeten deelnemende bedrijven een evenwaardig pakket aan middelen voorzien binnen het project. De inbreng van de deelnemende bedrijfspartners bestaat uit kosten aanvaardbaar binnen het IWT-kostenmodel. De bedrijfspartners kunnen eveneens een FISCH-subsidie genieten, overeenkomstig de modaliteiten van IWT O&Obedrijfsprojecten. OPM: Onderaannemingskosten (> 8.500) kunnen aanvaard worden als directe kosten in het project, maar de onderzoekstaken mogen nooit geheel of gedeeltelijk in onderaanneming worden gegeven zonder de toestemming van FISCH. Beschrijving van de indieningsprocedure Uiterste indieningsdatum van uw voorstel tot deelname: maandag 18 november 2013 Uw voorstel heeft een maximumlengte van 2 blz. (zonder bijlagen). In te dienen via e-mail naar lvanginneken@fi-sch.be met lcroes@fi-sch.be en storcq@fi-sch.be in kopie. Uw voorstel dient de volgende onderdelen te bevatten: 1. Organisatie, bedrijf of onderzoeksgroep; 2. Naam en contactgegevens indienende persoon; 3. Naam en contactgegevens uitvoerende persoon (indien verschillend van indienende persoon); 4. Een beschrijving van uw expertise in het beschreven domein, (op de 3 organisatieniveaus zoals hierboven vermeld, dus zowel voor de organisatie of onderzoeksgroep, als voor de indienende persoon, als voor de uitvoerende persoon)(geef bij voorkeur de C.V. s van indienende en uitvoerende persoon mee in bijlage); 5. Een beschrijving van uw ervaring in het uitvoeren van soortgelijke opdrachten als deze beschreven in de RfP (op de 3 organisatieniveaus zoals hierboven vermeld, dus zowel voor de organisatie of onderzoeksgroep, als voor de indienende persoon, als voor de uitvoerende persoon); 6. Een voorstel tot concrete aanpak van de vernoemde opdracht; 7. Een beschrijving van uw motivatie en ambitie om, samen met de andere geselecteerde partners, een volledig uitgewerkt projectvoorstel klaar te hebben tegen de deadline van 1 maart. De tijdig toe gekregen voorstellen zullen geëvalueerd worden door de FISCH programma managers, betrokken bedrijven en de FISCH directeur. Alle indieners van een voorstel krijgen antwoord betreffende de keuze van de partners ten laatste op vrijdag 29 november ek. 6