Wärmetauscher in der Raffinerie-Industrie Raffinieren & reduzieren: Schwedische Raffinerie sagt Energiefressern den Kampf an

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Welchen Unterschied könnte der Austausch eines einzigen Wärmetauschers für die CO₂-Emissionen einer Ölraffinerie machen? Einen großen: Tatsächlich hatte es dieselbe Wirkung wie der Verzicht auf etwa 30.000 Autos und ermöglicht eine Kostenersparnis von über zwei Millionen Dollar pro Jahr. Wir haben die schwedische Westküste besucht, um mehr zu erfahren.

Es ist ein frostiger Morgen auf Schwedens westlichen Schären, einer Landschaft wie von einer Ansichtskarte, wo weiße und rostrote Häuser auf felsigem Untergrund kauern, der vom Wind und den heranbrandenden Wellen glattpoliert ist. Eingebettet in diese idyllische Landschaft ist eine der modernsten und energieeffizientesten Raffinerien Europas: Das Preem-Werk bei Lysekil.

Preem ist Schwedens größtes Mineralölunternehmen und hat Nachhaltigkeit in den Mittelpunkt seiner Geschäftstätigkeit gestellt. Preem produziert den ersten Diesel weltweit, der die Kriterien einer Zertifizierung für Nachhaltigkeit für die Umwelt erfüllt. Er besteht zu 50 Prozent aus Tallöl, einem Nebenprodukt der Zellstoffindustrie, die Holz aus den schwedischen Wäldern verarbeitet.

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Das Unternehmen liefert von seinen zwei schwedischen Raffinerien – die zweite befindet sich in Göteborg – zusätzliche Energie in Form von Wärme, die für das Heizen von 36.000 Haushalten benötigt wird. Das langfristige Ziel ist es, vollständig klimaneutral zu werden. „Letztlich möchten wir Teil der Lösung sein, nicht Teil des Problems“, sagt Gunnar Olsson, technischer Geschäftsführer des Unternehmens.

Vollverschweißte Plattenwärmetauscher unter der Lupe

Technologe im Fokus

Die Alfa Laval Compabloc Reihe umfasst sieben Modelle in unterschiedlichen Größen. Der innere Aufbau der Plattenwärmetauscher besteht aus geprägten, wechselseitig laserverschweißten Platten aus rostfreiem Stahl oder korrosionsfreien Sonderwerkstoffen. Nur bei den zwei kleinsten Modellen sind die Platten schutzgasgeschweißt. Das Laserschweißverfahren ermöglicht dünnere und genauer platzierte Schweißnähte, die die Lebensdauer und die Toleranz gegenüber thermischer Belastung erhöhen.

Der vollschweißte Aufbau ohne Dichtungen zwischen den Platten eignet sich insbesondere für hohe Drücke und Temperaturen sowie korrosive Medien. Der Einsatzbereich umfasst je nach Modell Drücke vom Vollvakuum bis zu 42 barg (600 psig) sowie Temperaturen von -100 °C bis zu 400 °C. Die derzeit größten Modelle verfügen über eine Wärmetauschfläche von 840 m².

Entlang der einzelnen Platten strömen die Medien im Kreuzstrom, durch den gesamten Compabloc standardmäßig im Kreuz-Gegenstrom. Ein Gleichstrombetrieb kann ebenfalls konfiguriert werden. Der aus ökonomischen Gründen üblicherweise eingesetzte geringste Temperaturunterschied von lediglich 3 °K sorgt für ein Maximum an Wärmeübertragung. Durch die geprägten Platten entsteht eine hochturbulente Strömung, die Ablagerungen minimiert, die Lebensdauer erhöht und eine drei bis fünf Mal höhere Energieeffizienz (Verhältnis Oberfläche/Wärmeübertragung) als bei einem Rohrbündelwärmetauscher bewirkt. Die Deckel des Compabloc sind schnell abnehmbar und ermöglichen eine einfache Inspektion, Wartung oder Reinigung. Eine chemische Reinigung kann sogar direkt vor Ort ohne Entfernung aus der Anlage erfolgen. Die vier auf den Deckeln angebrachten Ein- und Austrittstutzen und ggf. zusätzliche Anschlüsse für die Entlüftung und Entleerung sind größenvariabel und können je nach Anwendung individuell ausgewählt werden.

Alfa Laval passt seinen Compabloc maßgeschneidert an die Bedürfnisse der Kunden an. Der Wärmetauscher kann als Reboiler, als Kondensator sowie für Flüssig-Flüssig-Anwendungen verwendet werden und vertikal, horizontal oder unter der Decke montiert werden. Zu den vielfältigen Einsatzbereichen gehören Raffinerien, die Petrochemie und die Öl- und Gasproduktion, aber auch die pharmazeutische Industrie und viele weitere.

Bei sachgemäßer Anwendung und Wartung sind die Compabloc Wärmetauscher von Alfa Laval bis zu 25 Jahre einsetzbar. Nach Ablauf dieser Zeitspanne sollte aufgrund der anspruchsvollen industriellen Einsatzumgebung ein Apparatetausch in Betracht gezogen werden.

Kann ein Wärmetauscher 15.000 Tonnen CO2 sparen?

Der Standort der Lysekil-Raffinerie am Meer ist eine Inspirationsquelle für diese Arbeit, so Olsson. „Hier, so nah an der Küste, wird alles etwas deutlicher. Wir leben und arbeiten Seite an Seite mit der Natur.“ Die Raffination von Öl ist ein äußerst energieintensiver Vorgang. Daher hat sich die Raffinerie unter anderem im Bereich des Energieverbrauchs auf die Reduzierung ihrer Umweltbelastung konzentriert.

2012 führte Preem ein umfassendes Energieaudit durch, bei dem der gesamte Betrieb der Raffinerie auf mögliche Energieeinsparungen hin analysiert wurde. Die Unternehmensleitung beschloss, vier der traditionellen Rohrbündelwärmetauscher im Prozessschritt der atmosphärischen Destillation in der Raffinerie in Lysekil gegen einen verschweißten Plattenwärmetauscher von Alfa Laval vom Typ Compabloc auszutauschen. Dies ist einer der entscheidendsten und energieintensivsten Prozesse der Raffinerie, bei dem Rohöl in verschiedene Fraktionen gespalten wird.

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Und das Ergebnis? Der einzelne Compabloc Wärmetauscher sorgt für 22,6 MW Energierückgewinnung – sieben MW mehr als die vorher installierten Wärmetauscher. „Die Investition hat unseren Energieverbrauch wesentlich reduziert und außerdem die CO₂-, Schwefel- und Stickoxidemissionen gesenkt“, so Olsson. Insgesamt schätzt man bei Preem, dass die CO₂-Emissionen um jährlich 14.600 Tonnen gesenkt wurden.

Energiefresser in der Raffinerie: Die Rechnung der Öl-Industrie

Die Energieintensität der Raffination von Öl macht Energie zum größten Kostenfaktor des Werks. Der Compabloc Wärmetauscher sorgt für eine deutlich höhere Energieeffizienz, da der Temperaturunterschied zwischen zwei Flüssigkeiten (Temperaturannäherung genannt) im Wärmetauscher nur 3–5 ° C betragen muss, damit der Compabloc Wärmetauscher funktioniert.

Dadurch kann der Wärmetauscher mehr Wärme zurückgewinnen als die Röhrenbündelwärmetauscher, die üblicherweise in Raffinerien verwendet werden, und das bei deutlich geringerem Platzbedarf. Rein wirtschaftlich gesehen lassen sich die daraus resultierenden Verbesserungen der Energieeffizienz durch den neuen Wärmetauscher allein in der Raffinerie in Lysekil mit jährlich etwa 2,2 Millionen US-Dollar beziffern.

Als nächster Schritt zur Verbesserung im Werk baut Preem eine völlig neue Anlage für die Vakuumdestillation ein – den Teil des Raffinationsverfahrens, in dem die Schwerölrückstände, die bei der atmosphärischen Destillation zurückbleiben, weiter raffiniert werden. Preem hat außerdem die Investition in die Alfa-Laval-Technologie ausgeweitet und verbaut diese geschweißten Plattenwärmetauscher in weiten Teilen des Prozesses. „Es war eine ziemlich einfache Entscheidung“, sagt Olsson. „Sie sind sehr viel energieeffizienter und kompakter, und die Technologie funktioniert sogar bei einer Temperaturannäherung von nur wenigen Grad.“

Platten- vs. Rohrbündelwärmetauscher: Welche Technologie hat die Nase vorn?

Im Raffinationsprozess treten häufig größere Probleme mit Rückständen auf, die sich auf der Oberfläche der Wärmetauscher ablagern, was die Effizienz der Wärmeübertragung beeinträchtigt und den hydraulischen Widerstand vergrößert – ein Faktor, der zu verringerten Kapazitäten führen kann. Doch die neuen Wärmetauscher haben in diesen Anwendungen weniger Probleme mit Ablagerungen, was zu einer höheren Gesamteffizienz und mehr Nachhaltigkeit führt.

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Mit Ablagerungen hat Ibrahim Tahric, Maschinenbauingenieur bei Preem, persönliche Erfahrungen. „Auf den Compablocs entstehen definitiv weniger Ablagerungen im Vergleich zu den Rohrbündelwärmetauschern, die wir sonst verwenden. Dadurch erfordern sie weniger Wartung“, sagt er. Aufgrund der Risiken, die der Umgang mit Kraftstoffen und anderen Raffinerieprodukten bei hohen Temperaturen mit sich bringt, ist die Raffinerieindustrie bekannt dafür, bei der Einführung neuer Technologien äußerst konservativ zu sein.

Dennoch sieht Eva Andersson, Refinery Industry Manager bei Alfa Laval, bei den Raffinerien einen Trend, dass sie alternative Wärmetauscher wie verschweißte Plattenwärmeübertrager im Destillationsverfahren testen und dann größere Investitionen vornehmen, wenn sie die Ergebnisse sehen.

* Die Autorin arbeitet für Alfa Laval

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