Energieeffizienz in verfahrenstechnischen Produktionsanlagen

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1 Energieeffizienz in verfahrenstechnischen Produktionsanlagen Kolloquium des Freundeskreises Maschinenbau und Produktion Berliner Tor e.v. in Kooperation mit dem VDMA Nord Im Hause der Imtech Deutschland GmbH &Co. KG am

2 Agenda Vorstellung Motivation und Zielsetzung Verfahrenstechnische Produktionsanlagen Energetische Charakterisierungsmerkmale Verfügbare Methoden zur Optimierung Zusammenfassung und Ausblick 2

3 Vorstellung 2006: Abitur an der Stormarnschule, Ahrensburg : Studium zum B.Eng. in Produktionstechnik und -management an der HAW-Hamburg 2010-heute: Studium zum M.Eng. in Produktionstechnik und -management an der HAW- Hamburg 3

4 Masterprojekt Energetische Optimierung von Produktionsanlagen in der verfahrenstechnischen Industrie Recherche zum Stand des Wissens und der Technik: Vorgehensweisen und Softwaretools zur Energieeinsparung in der Verfahrenstechnik Methoden zur Einschätzung des Potentials hinsichtlich energetischer Optimierung Projektpartner aus der Industrie Dow Wolff Cellulosics GmbH (Nitrocelluloseproduktion) Betreuung durch Prof. Dr. Heike Frischgesell 4

5 DOW Wolff Werk IP Walsrode 5

6 DOW Wolff Standort NC Bomlitz Seit 1815 Erstes Werk im Industriepark Walsrode 165 Mitarbeiter Produziert mehrere t Nitrocellulose im Jahr ca. 100 Produkttypen Anwendungsgebiete Lacke Beschichtungen 6

7 Motivation Energieverbrauch in der verfahrenstechnischen Industrie ist erheblich Energie und Rohstoffe verursachen 70% der Herstellungskosten in der Chemieindustrie 7

8 Motivation Energieverbrauch und Schadstoffausstoß haben höchste Priorität Rohstoffverbrauch erst auf Platz 6 und 7 85% der Unternehmen beschäftigen sich bereits aktiv mit Maßnahmen zur Energieeinsparung 8

9 Motivation Deutsche Chemieindustrie ist Exportweltmeister 144 Mrd in 2010 Produktion steigt stärker als die Energieeffizienz Forschungsbedarf vorhanden 9

10 Verfahrenstechnische Operationen Verfahren Vorgang zur Gewinnung, Transport oder Lagerung von Stoffen oder Energie Verfahrensabschnitt In sich geschlossen Mehrere Grundoperationen Grundoperation Einfachster Vorgang Verfahren Verfahrensabschnitt Grundoperation Nach DIN EN ISO

11 Verfahrenstechnische Anlagen Anlagenkomplex Verbundene Anlagen Anlage Komponenten zur Durchführung eines Verfahrens Teilanlage Bedingt selbstständiger Teil einer Anlage Anlagenteil Apparate und Maschinen Werk Anlagenkomplex Verfahrenstechnische Anlage Teilanlage Anlagenteil Nach DIN EN ISO

12 Verfahrenstechnische Anlagen Schematische Darstellung eines Werkes Anlage 1 Produkt 1 Kläranlage Restwärme Abfallprodukte (Dampf-) kraftwerk Anlage 2 Produkt 2 Abfallgase Anlage 4 Produkt 4 Anlage 3 Produkt 3 12

13 Beispiele Energetische Energieverbrauch Charakterisierung Absoluter Verbrauch zur Durchführung des Verfahrens Wirkungsgrad Verhältnis vom realen zum theoretischen Energieverbrauch Abfallenergie Nutzbare Energie, welche nicht weiterverwendet wird Betriebsweise Kontinuierlich oder Diskontinuierlich Automatisierungsgrad / Prozessregelung 13

14 Methoden zur Optimierung Prozessuntersuchung Logistische Untersuchung Untersuchung von Zusammenhängen 14

15 Methoden zur Prozessuntersuchung Sankey-Diagramm Darstellung von Eingangs- und Ausgangsgrößen des Systems Balanced Score Card Bewusstes Definieren und Verfolgen von Kenngrößen um das Erreichen festgelegter Ziele zu messen ^ 15

16 Methoden zur Untersuchung von Zusammenhängen Grassroot-Design-Methoden Systematische Analyse und Optimierung chemischer Anlagen Chemische Reaktionssystem Nachgeschaltete Systeme Wärmetauschernetzwerk Hilfsstoffbereitstellung Uerdingen, E.: Retrofit Design of Continuous Chemical Processes for the Improvement of Production Cost-Efficiency,

17 Methoden zur Untersuchung von Zusammenhängen Pinch-Analyse Wärmetechnische Optimierung von Produktionsanlagen Theoretisch minimal benötigter Energiebedarf wird über die Wärmeströme berechnet Einsparpotential durch Gegenüberstellung Total-Site-Analyse Wärmetechnische Optimierung von Anlagenverbunden und ganzer Standorte Analog zur Pinch-Analyse 17

18 Methoden zur Untersuchung von Zusammenhängen SPI Sustainable Process Index Umweltverträglichkeit von Produktionsstandorten Tipps und Richtlinien Veröffentlichte Handbücher Unternehmensberatungen Insbesondere Optimierung von Dampfsystemen 18

19 Software zur Optimierung Prozessintegration Fließbildsimulation Frei programmierbare Tools Logistische Simulationen 19

20 Software - Prozessintegration Auslegung von Gesamtnetzwerken in Bezug auf die Energie- und Betriebsmittelbereitstellung Diverse Spezialisierungen Wärme- und Kältebereitstellung Wasserbereitstellung 20

21 Software - Fließbildsimulation Abbildung der Prozesskette mittels Grundverfahren Produktdurchfluss in Form von Masse- und Energieströmen 21

22 Frei programmierbare Software Individuelle mathematische Abbildung des Systems Anwender muss das Verhalten des Systems mathematisch beschreiben können Optimierung anhand aufgestellter Bedingungen - Produktbroschüre 22

23 Software - Logistik Basierend auf den Eckdaten der Prozessschritte Branchenübergreifend, Optimierung der Durchlaufzeit 23

24 Zusammenfassung Methoden und Vorgehensweisen Entweder sehr allgemein gehalten oder Auf Teilgebiete hochspezialisiert Softwarelösungen Für spezielle Anwendungsgebiete (z.b. Rohrsysteme) Logistik: Ablaufoptimierung ohne Prozessdetails Auswahl und Anwendung erfordert Expertenwissen 24

25 Ausblick Energieeffizienz in der chemischen Industrie wird mittel- und langfristig von zentraler Bedeutung sein Handlungsbedarf in der Industrie vorhanden Unterstützung durch Forschung notwendig Entwicklung von leicht handhabbaren Tools zur energetischen Prozessbewertung und -optimierung 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 26

27 Backup 27

28 Herstellung von Nitrocellulose 28

29 Motivation Senkung des Energieverbrauches ist ein aktuelles Thema Verbrauch minimieren mit vorhandenen Technik Sparsamere Technik anschaffen Energie günstiger beziehen Bewusstsein ist vorhanden 29

30 Motivation 85 % der Unternehmen beschäftigen sich bereits aktiv mit Maßnahmen zur Energieeinsparung 30

31 Methoden zur Optimierung Prozessuntersuchung Detailierte Betrachtung einzelner Prozesse Logistische Untersuchung Eckdaten des gesamten Systems werden zur Optimierung verwendet Optimierung nach Durchlaufzeit und Ressourcenauslastung Untersuchung von Zusammenhängen Untersuchung von verfahrenstechnischen Anlagen Checklisten und Leitfäden zur Optimierung 31

32 Methoden zur Logistische Untersuchung Value Stream Mapping Wertstromanalyse Lean-Tools Eliminierung von nicht-wertschöpfenden Prozessen Qualitätsregelkreis Iso