Platte statt Rohr Reduzierung der Betriebskosten durch kompakte Plattenwärmeübertrager

Autor / Redakteur: Achim Heiming* / Wolfgang Ernhofer

Wärmeübertrager spielen in der petrochemischen Produktion eine wichtige Rolle. Angesichts des hohen Wettbewerbsdrucks von globalisierten Märkten kommt ihnen jedoch eine Funktion zu, die weit über die klassischen Wärmeübertragungsaufgaben hinausgeht. Mehr und mehr Anlagenbetreiber sehen in ihnen einen der entscheidenden Schlüssel, um Energie zu sparen, die Produktivität zu steigern und die Verfügbarkeit der Anlagen zu erhöhen.

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Durch strategischen Einsatz von Wärmeübertragern in der chemischen Industrie lassen sich erhebliche Einsparpotenziale heben.
Durch strategischen Einsatz von Wärmeübertragern in der chemischen Industrie lassen sich erhebliche Einsparpotenziale heben.
(Bild: Alfa Laval / PROCESS)

Ganz gleich, ob hierzulande bei der BASF in Ludwigshafen Acetylen produziert oder am anderen Ende der Welt bei der Rayong Olefins Company in Thailand Ethylen hergestellt wird, ohne Wärmeübertrager lassen sich keine petrochemischen Produktionsanlagen betreiben. Dabei spielt es keine Rolle, ob diese direkt im Prozess bei der Herstellung und Behandlung der Zwischen- und Endprodukte oder bei der Nutzung von Abwärme zum Einsatz kommen. Angesichts der immanent wichtigen Funktion der Wärmeübertrager verwundert es wenig, dass diese Allrounder bei der Optimierung der Betriebskosten zunehmend in den Fokus der Anlagenbetreiber geraten.

Dabei geht es nicht nur um die Senkung der Energiekosten, sondern um die Optimierung der gesamten Prozesse. Gefragt sind intelligente und innovative Lösungen, mit denen die Gesamtbetriebskosten der kompletten petrochemischen Anlagen gesenkt werden können – und das möglichst bei einem schnellen Return on Investment.

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Angesichts der vielen verschiedenen Anwendungsgebiete verwundert es kaum, dass die Anlagenbetreiber auf der gesamten Welt unterschiedliche Lösungsansätze verfolgen, die trotz der verschiedenen Branchen und Anwendungsgebiete eins gemein haben: Durch den Einsatz von neuen Wärmeübertragern werden unterm Strich die Betriebskosten gesenkt.

Energie bei Rayong Olefins Company eingespart

Die Rayong Olefins Company ist der zweitgrößte Petrochemie-Konzern in Thailand. In der 1998 fertiggestellten Chemieanlage in Map Ta Put produziert das Unternehmen neben diversen petrochemischen Stoffen wie Propylen, Benzol und Toluol auch Ethylen in großen Mengen; die Kapazität beläuft sich auf rund 800 000 Tonnen Ethylen im Jahr. Da der Herstellungsprozess äußerst energieintensiv ist, schlagen die Energiekosten in erheblichem Maße auf die Gesamtkosten durch – selbst geringe Energieeinsparungen können die Profitabilität der Anlage also deutlich steigern.

Im Jahr 2009 startete das Unternehmen daher ein Projekt, mit dem die Energiebilanz bei der Ethylen-Produktion signifikant verbessert werden sollte. Als potenzielle Schwachstelle wurde das Kühlwasser ausgemacht, aus dem Wärme bisher mittels Rohrbündelwärmeübertragern zurückgewonnen wurde. Durch den Einsatz von modernen vollverschweißten Wärmeübertragern versprach sich Rayong Olefins eine deutlich höhere Effizienz bei der Wärmerückgewinnung – eine Einschätzung, die sich bestätigen sollte.

Zusätzlich zu den bereits verwendeten Rohrbündelwärmeübertragern wurde ein Compabloc 120 von Alfa Laval installiert, mit dem weitere 5,5 MW Wärme zurückgewonnen und dem Prozess zugeführt werden konnten. Hierdurch wurden jährliche Einsparungen in Höhe von umgerechnet 1,4 Millionen Euro realisiert – und das, wie der zuständige Projektingenieur Supachai Kengsamut betont, ohne jeden Wartungsaufwand beim neuen Wärmeübertrager.

Kapazität bei Dow Wolff Cellulosics erweitert

Bei Dow Wolff Cellulosics im belgischen Zwijndrecht hingegen wurde aus der Not eine Tugend gemacht. In dem Werk, in dem die Dow-Tochter HEC (Hydroxyethylcellulose) unter dem Markennamen Cellosize produziert, wurden bisher zwei individuell angefertigte Rohrbündelwärmeübertrager bei der Lösemittelrückgewinnung parallel eingesetzt. Obwohl einer der beiden Apparate störungsfrei lief, war die andere Einheit so wartungs- und reparaturbedürftig, dass ein Ersatz her musste – und das schon zum nächsten geplanten Produktionsstopp.

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Da das Zeitfenster zu eng war, um einen Rohrbündelwärmeübertrager mit den erforderlichen Spezialanpassungen zu bauen, entschied sich Dow Wolff Cellulosics für einen Compabloc von Alfa Laval, dessen flexible Auslegung eine kurzfristige Anpassung an spezifische Erfordernisse ermöglicht. Obwohl das Werk damit einen Plattenwärmeübertrager parallel zu einem Rohrbündelwärmeübertrager einsetzt, läuft der Betrieb nicht nur störungsfrei, sondern auch mit höherer Leistung, weil das Leistungsspektrum des kompakten Plattenwärmeübertragers höhere Kapazitäten bei der Lösemittelrückgewinnung ermöglicht. Aus kurzfristiger Not entstand also eine langfristige Kapazitätserhöhung.

Kühlengpässe bei Dneproazot beseitigt

Wie leistungsstark die kompakten Plattenwärmeübertrager sind, hat sich auch in Dneprodzerzhinsk in der Ukraine gezeigt, wo Dneproazot in der lokalen Düngemittelfabrik u.a. rund 660 000 Tonnen Harnstoff produziert. Unter Anwendung des Stamicarbon-Verfahrens wird hierbei den beiden Harnstoff-Anlagen des Unternehmens Ammoniak und heißes CO2 zugeführt, das zuvor in einer Ammoniak-Anlage mit dem Kellogg-Verfahren gewonnen wurde. Um die Feuchtigkeit aus dem CO2 zu entfernen, hat das Unternehmen bis zur Jahrtausendwende mit zwei Rohrbündelwärmeübertragern gearbeitet, die nun durch einen einzigen Alfa Laval Compabloc ersetzt wurden.

Laut zuständigem Produktmanager von Dneproazot, Vladislav Levchenko, konnte damit ein entscheidender Engpass beseitigt werden: „Beim alten Rohrbündelsystem war es im Sommer nur möglich, das Gas auf 65 °C abzukühlen. Mit dem Compabloc können wir nun Temperaturen von 35 °C erreichen – und das mit dem gleichen Kühlwasser, das dem Fluss Dnjepr entnommen wird. Dies bedeutet, dass dem Gas mehr Feuchtigkeit entzogen wird, was zu einer erhöhten Harnstofferzeugung führt. Damit hat Compabloc nicht nur unseren Kühlbedarf gelöst, sondern auch dabei geholfen, unseren Gewinn zu erhöhen.“

Investitionskosten bei BASF reduziert

Einer der langjährigen Anwender von Alfa Laval-Technik ist BASF. Der deutsche Chemieriese setzt in der Ludwigshafener Acetylen-Anlage bereits seit 1993 Compabloc-Plattenwärmeübertrager ein. Systematisch wurden mittlerweile mehr als 25 dieser Apparate installiert. Grund hierfür war neben der erhöhten Effizienz der kompakten Plattenwärmeübertrager die Reparatur- und Schadensanfälligkeit der zuvor verwendeten Wärmeübertrager. So auch 2007/2008, als zwölf Rohrbündelwärmeübertrager aus Kohlenstoffstahl – eingesetzt in Absorptions-/Stripper-Prozessen – durch vier Compabloc-Apparate ersetzt werden mussten, weil die Lebensdauer der verwendeten Rohrbündel aufgrund einer hohen Sandkonzentration im Kühlwasser unterhalb der Erwartung geblieben war.

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Eine gute Entscheidung, die nicht nur den Reparatur- und Wartungsaufwand reduziert hat, sondern auch mit geringeren Investitionskosten einherging, wie Frank Steiglich, Project Operation Manager Acetylene, bei BASF sagt: „Die Kosten für die Compabloc lagen rund 25 % unter denen einer Neuberohrung der Rohrbündelwärmeübertrager. Zusätzlich wurde noch Platz geschaffen, der die Anlage sicherer für die Betreiber gemacht hat.“

Verfügbarkeit der Anlage bei Mexichem erhöht

Als Mexichem die Produktion seiner PVC-Anlage in Altamira, Mexiko, ausweiten wollte, erwiesen sich die Wärmeübertrager, die für den Wärmeaustausch der PVC-Schlämme notwendig sind, in immer stärkerem Maße als Engpass. Bereits bei der ursprünglichen Kapazität waren wegen der hohen Wartungsintensität zwei wechselweise arbeitende Rohrbündelwärmeübertrager notwendig, um die Ausfallzeiten trotz der häufigen Reinigungsintervalle auf einem gerade noch akzeptablen Niveau zu halten.

Aufgrund der guten internationalen Auftragslage hatte eine Kapazitätserweiterung bei der PVC-Anlage für Mexichem jedoch höchste Priorität – und die Erweiterung war nur möglich, wenn der Engpass beseitigt werden würde. Alfa Laval legte Mexichem schließlich Spiralwärmeübertrager ans Herz, da diese kompakten Apparate bei gleichem Platzbedarf eine deutlich höhere Leistung abrufen können. Zudem sank der Servicebedarf nach der Inbetriebnahme der Spiralwärmeübertrager deutlich.

„Die Leistung ist so gut, dass wir kaum über die Reinigung nachdenken müssen. Die Spiralwärmeübertrager werden jetzt nur noch einmal im Jahr außer Betrieb genommen, wenn die gesamte Anlage überholt wird“, so Miguel Angel Rivera Hernández, Engineering Manager bei Mexichem. Eine signifikante Erhöhung der Verfügbarkeit, die sich wie bei vielen innovativen Wärmeübertragern letztlich in der Profitabilität der gesamten petrochemischen Anlage niederschlägt.

* * Der Autor ist Energy & Process Manager bei Alfa Laval Mid Europe, Glinde. Kontakt: Tel. +49-40-7274-03

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