11-stufiges Verdichtersystem Steamcracker mit Nebenjob: Prozesswärme aus dem Verdichter

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PILLER Blowers & Compressors GmbH

GKT GmbH

GEMÜ Gebrüder Müller Apparatebau GmbH & Co. KG

Schubert & Salzer Control Systems GmbH

Kann ein Steamcracker außer Kohlenwasserstoffen nebenher auch noch Prozesswärme für die Ameisensäuregewinnung liefern? Bei der BASF ist man davon überzeugt – Doch ein Projekt dieser Größenordnung braucht passende Partner.

Die BASF investiert in eines der leistungsstärksten Wärmepumpensysteme an seinem Stammwerk Ludwigshafen: Ziel ist es, Abwärme aus einer der größten Produktionsanlagen an dem Chemiestandort – dem Steamcracker II – als thermische Energiequelle zu nutzen, um CO₂-freien Dampf zu erzeugen. Der Einsatz des emissionsfreien Dampfs in der Ameisensäureproduktion hätte das Potenzial, die dort entstehenden Treibhausgasemissionen künftig um 98 Prozent zu reduzieren, sagen die am Projekt beteiligten Entwickler.

Herzstück eines der weltweit leistungsstärksten Wärmepumpensysteme sind die Komponenten des Kompressorspezialisten Piller Blowers & Compressors. Die Maschinen aus der VapoLine-Serie verdichten dampfförmige Abwärme aus industriellen Prozessen effizient und bringen diese auf ein nutzbares Temperaturniveau – die Grundlage der Wärmepumpenfunktion. Piller liefert bis Mitte des Jahres insgesamt sechs VapoFlex-Maschinen (Zug 1) und fünf weitere VapoFlex (Zug 2) – zur Dampferzeugung. Insgesamt handelt es sich um eine Anlage mit elf Verdichterstufen inklusive der elektrischen Antriebssysteme und der entsprechenden Zubehörkomponenten.

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Direkte und indirekte Abwärmenutzung

Das System erfordert höchste Verdichterleistung, um in Zukunft circa 500.000 Tonnen Dampf pro Jahr zu verdichten. Neben den technologisch anspruchsvollen Maschinen mit Laufraddurchmessern von bis zu 2,25 m ist das System mit einer modernen Betriebspunktüberwachung ausgestattet. Dabei wird der Betreiber informiert, wenn Grenzbereiche erreicht oder überschritten werden, um höchste Maschinenverfügbarkeit sicherzustellen.

Das Projekt bei der BASF wird gemeinsam mit dem Anlagenbauer GKT realisiert: Das Comprivap-System der österreichischen Anlagenbauer vereint die bewährten Komponenten Plattenfallfilmverdampfer, Flash-Tank und die Verdichterkaskade zu einem wegweisenden technologischen Gesamtkonzept. Dank seines hybriden Designs erzeugt es vollständig sauerstofffreien Dampf und nutzt reines Wasser als sicheres, umweltverträgliches Arbeitsmedium. Die flexible Fahrweise mit stufenloser Teillastfähigkeit und strompreis- optimierten Start-Stopp-Zyklen ermöglicht einen wirtschaftlichen Betrieb, während intelligentes Condition-Monitoring die Verfügbarkeit erhöht und den Wartungsaufwand reduziert, heißt es.

Piller im Prozess

Das innovative Dampfverdichtungssystem soll Maßstäbe in der Effizienz und Qualität der Dampferzeugung setzen: In einem ersten Schritt wird Abwärme in einem Flashkreislauf von GKT genutzt, um Entspannungsdampf unter Vakuumbedingungen zu erzeugen. Dieser Dampf wird anschließend von sechs VapoFlex in Reihe auf einen Druck oberhalb des Atmosphärendrucks verdichtet. Eine wesentliche Anforderung für den nachfolgenden Prozess ist es, den Eintrag von minimalen Mengen an Luftsauerstoff zu vermeiden. Diese hohe Anforderung zu erfüllen, ist für das System, bestehend aus Verdichtern und verbindenden Rohrleitungen im Vakuumbereich, aus Konstruktionsgründen aufwendig.

Deshalb hat man sich für das Konzept mit einem Zwischenwärmetauscher in Form eines maßgeschneiderten Plattenfallfilm-Verdampfers von GKT entschieden. Somit ist ein Eintrag von atmosphärischer Luft in den nachfolgenden Prozess ausgeschlossen. Der im Zwischenwärmetauscher neu gewonnene Frischdampf oberhalb atmosphärischer Bedingungen wird anschließend von fünf weiteren VapoFlex in Reihe (Zug 2) auf das erforderliche Druck- und Temperaturniveau verdichtet. Das Resultat: bis zu 60 Tonnen Dampf pro Stunde.

Erfolgreiche Partnerschaft

BASF und Piller verbindet dabei eine langjährige Partnerschaft, in deren Verlauf bereits mehrere Brüdenverdichtungsanlagen mit den Maschinen von Piller ausgestattet wurden. Daneben hat Piller ähnliche Mehrstufen- beziehungsweise Heatpumpkonzepte in den vergangenen Jahren bereits erfolgreich für andere Kunden in der Chemieindustrie außerhalb Europas geliefert und ist stolz und froh, das aufgebaute Know-how nun auch für die deutsche Chemieindustrie anwenden zu können. Das fortschrittliche Verdichtungssystem gewährleistet nicht nur eine hohe Effizienz und Qualität, sondern im Comprivap-Gesamtsystem auch eine zuverlässige Versorgung mit Dampf sowie hohe Verfügbarkeit, die den spezifischen Anforderungen von BASF entsprechen.

CO2-freie Dampfproduktion

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Christoph Böhnisch, Geschäftsführer bei Piller, ergänzt: „Unsere VapoLine-Verdichter sind bereits in vielen Wärmerückgewinnungsprojekten weltweit im Einsatz. Das BASF-Projekt ist für uns jedoch nochmal etwas ganz Besonderes: Unsere Kompetenz im Pilotprojekt in Deutschland zu sehen und gemeinsam die Transformation zu gestalten, erfüllt das ganze Unternehmen mit Stolz.“

Meilenstein für die grüne Transformation

Während die grüne Transformation branchenübergreifend an Bedeutung gewinnt, ist sie für BASF ein klar definierter strategischer Schwerpunkt. Ein wesentlicher Schlüssel dazu ist die Nutzung industrieller Abwärme. Die Verdichtertechnologie der VapoLine bringt Abwärmedampf effizient auf ein höheres Temperaturniveau. So lässt sich die Energie beispielsweise direkt in der Produktion nutzen, was die Effizienz steigert und CO₂-Emissionen reduziert – ein Gewinn für Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit.

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Dieses Projekt ist ein Meilenstein, wie auch Andreas Schnitzhofer, Geschäftsführer bei GKT, betont: „Für uns ist das ein Gamechanger. Abwärme bleibt heute häufig ungenutzt oder wird teuer heruntergekühlt. Dabei ist sie eine wertvolle Ressource – und eine echte Alternative zu fossilen Brennstoffen. Unsere Lösung nutzt diese Energiequelle effizient. In der Regel amortisieren sich die Investitionen nach zwei bis drei Jahren.“

Derartige Projekte sind prinzipiell für alle Firmen in der Chemieindustrie und andere Branchen, in denen Energieeffizienz und CO₂-Reduzierung eine wichtige Rolle spielen, interessant. Der Bedarf ist immens: Allein der deutsche Industriesektor verbraucht jährlich rund 544 TWh Prozesswärme (Quelle: Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit GIZ, „Industrial high temperature heat pumps in Germany and Europe – potentials, application cases and support policy“), wobei ein erheblicher Anteil weiterhin durch fossile Energieträger gedeckt wird.

Innovative Prozesswärme

Die BASF will durch dieses Projekt ihre CO₂-Emissionen um bis zu 100.000 Tonnen pro Jahr reduzieren, so die Entwickler. Ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu Netto-Null-CO₂-Emissionen bis 2050. Dank der Skalierbarkeit und Anpassungsfähigkeit des Gesamtsystems sind zahlreiche Anwendungen mit verschiedenen Abwärmequellen möglich. Das BASF-Projekt zeigt das große Potenzial der industriellen Abwärmenutzung und kann andere Industrien inspirieren, ähnliche Lösungen zur CO₂-Reduktion zu implementieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass im Zuge der industriellen Transformation BASF gezielt auf innovative Technologien setzt, um neue Wege in der nachhaltigen Prozesswärmebereitstellung zu erschließen. Dabei steht unter anderem der Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen im Fokus, die durch die Nutzung von Abwärme und hohe Wirkungsgrade ein erhebliches Potenzial zur Reduktion von Primärenergieverbrauch und CO₂-Emissionen bieten – selbst unter den aktuellen Rahmenbedingungen des Strommixes. Vor diesem Hintergrund ist der technologische Fortschritt, wie ihn BASF in Pilotprojekten vorantreibt, ein wichtiger Baustein auf dem Weg zur Dekarbonisierung industrieller Prozesse.

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