Potenziale der Prozessoptimierung

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1 Potenziale der Prozessoptimierung Prof. Dr. Beat Wellig Fachbereich Maschinentechnik CC Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik energie-cluster, Forum Wärmetauscher ILMAC, Messe Basel, 23. September 2010 Gliederung 1. CC Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik 2. Potenziale der Prozessoptimierung - drei Beispiele von BFE- und KTI-Projekten 3. Schlussfolgerungen und Ausblick 2 1

2 CC Therm. Energiesysteme & Verfahrenstechnik Schwerpunkte - Thermische Trennverfahren und Umweltverfahren - Prozessintegration und Pinch-Analysen - Wärmepumpen- und Kältesysteme - Bioenergie und Nachhaltigkeit (Prof. Dr. Thomas Nussbaumer) Rund 15 laufende af&e-projekte (BFE, KTI, BAFU, EU, usw. und priv. Unternehmen) 3 CC Therm. Energiesysteme & Verfahrenstechnik af&e-projekte (Beispiele): - Effizienzsteigerung von Luft/Wasser- Wärmepumpen (BFE) - CO 2 -Erdwärmesonde (BFE) - Wärmeübertragung in Verdampfern von Ammoniak-Kälteanlagen (EU) - Direkte adiabate Raumluftbefeuchtung (KTI) - Brennstoffzellen für Notstrom-Versorgung (BFE) - Partikelemissionen von Holzfeuerungen (BFE, BAFU) 4 2

3 CC Therm. Energiesysteme & Verfahrenstechnik Dienstleistungsprojekte (Beispiele): - Sprühtrocknung inhalierbarer Partikel - Optimierung Sprühtrocknung und Partikelabscheidung (Gaszyklon) - Batch-Rektifikationsanlage für Lösungsmittel-Rückgewinnung - Prozessoptimierung Gasaufbereitung durch Absorption/Desorption - Wäschetrockner (Tumbler) mit Wärmepumpe - Diverse Pinch-Analysen 5 Prozessoptimierung - drei Projektbeispiele 1 Optimierung WRG Polymerisation (BFE) 2 Effiziente Polymer-Produktion (KTI) 3 Prozessintegration mit PinCH (BFE) 6 3

4 1 Optimierung WRG Polymerisation (BFE) Ausgangslage: - Batch-Polymerisation ist sehr energieintensiv - WRG: Dampfproduktion durch Brüden-Kondensation - Massive Leistungsminderung durch Fouling - Emissionen von organischen Schadstoffen Nexis Fibers AG, Emmenbrücke Hochschule Luzern Evatherm AG, Othmarsingen Gefördert durch das Bundesamt für Energie 7 1 Optimierung WRG Polymerisation (BFE) Problem: Fouling durch Oligomere bei Brüden-Kondensation Ziele: Entwicklung einer effizienten WRG, welche Fouling beherrscht und Schadstoffemissionen massiv reduziert 8 4

5 1 Optimierung WRG Polymerisation (BFE) Lösung: - Teilredundanz - Reinigungssystem mit Essigsäure - Optimierte Betriebsweise (Überwachung Kond.druck) - Mischkondensator für Abdampf und Schwadendampf Frischdampf Eindampfer Essigsäure Feed Autoklav Brüdendampf Endprodukt Misch - kondensator Reinwasser Abwasser 9 1 Optimierung WRG Polymerisation (BFE) Einsparung Frischdampf Reduktion CO 2 -Ausstoss Einsparung Energiekosten Idealfall t/a 840 t/a 470 kchf/a konservative Berechnung t/a 600 t/a 340 kchf/a Hohe Energie-Regeneration (energetische Prozessintegration) Wesentlich tiefere Produktionskosten pro Erzeugungseinheit 10 5

6 2 Effiziente Polymer-Produktion (KTI) Ausgangslage: - Polymer-Produktion ist sehr energieintensiv - Lange Prozesszeiten im Batch-Reaktor - Steigende Nachfrage erfordert höhere Produktionskapazität Thermalöl Rohstoffe Brüdendampf Ziele: Polymer Kondensat Grundlagen-Erarbeitung für die Realisierung einer kontinuierlichen, energieeffizienten Polymer-Produktion 11 2 Effiziente Polymer-Produktion (KTI) Brüdendampf Kondensieren Kondensat Rohstoffe Dosieren Reaktions - mischung Eindampfen Reaktion Verdünnen flüssiges Produkt Kühlen Mahlen Pulver Lösung: Kontinuierliche Eindampfung, Reaktion und Kondensation: theoretische und experimentelle Untersuchungen 12 6

7 2 Effiziente Polymer-Produktion (KTI) Experimente & Simulationen ermöglichen gezielte Prozessoptimierung: 13 2 Effiziente Polymer-Produktion (KTI) Einsparung Energiemenge Reduktion CO 2 -Ausstoss Einsparung Produktionskosten Spezifische Werte 295 kwh/t (-58%) 79 kg/t (-55%) 76 CHF/t (-29%) Produktionsmenge t/a (2 t/h) MWh/a t/a kchf/a Hohe Energie-Regeneration (energetische Prozessintegration) Wesentlich tiefere Produktionskosten pro Erzeugungseinheit 14 7

8 3 Prozessintegration mit PinCH (BFE) Die energetische Prozessintegration sichert energieeffizienten und kostenoptimalen Betrieb! Pinch-Methode 15 3 PinCH (BFE) Was ist PinCH? PinCH ist eine benutzerfreundliche Software für zielgerichtete und kostengünstige Pinch-Analysen. PinCH ist ein Tool für die Praxis! Hochschule Luzern Helbling Beratung + Bauplanung AG BG Bonnard & Gardel, Ingénieurs Conseils SA Thomas Bürki GmbH Gefördert durch das Bundesamt für Energie 16 8

9 3 PinCH (BFE) Nutzen von Pinch-Analysen: - Ganzheitliche Analyse und Optimierung von Energieeffizienz, Investitionsund Betriebskosten - Strategische Planung von Massnahmen (WRG, Energieversorgung) - Senkung des Energieverbrauchs um 10 bis 40% (BFE-Fallstudien) 17 3 PinCH (BFE) PinCH führt Sie Schritt für Schritt durch die Analyse Besuchen Sie unseren Stand: E

10 3 PinCH (BFE) Prozessintegration/PinCH-Stützpunkt an der Hochschule Luzern: - Vertrieb von PinCH und Software Support - Kurse zu Prozessintegration/PinCH - Massgeschneiderte Firmenkurse - PinCH-Analysen in der Industrie 19 Schlussfolgerungen und Ausblick - Prozessoptimierung Grosses Potenzial in in vielen industriellen Prozessen - Prozessintegration und Pinch-Analysen Schlüssel zu höherer Effizienz und Wirtschaftlichkeit - Forschungsbedarf Schmutzresistente Wärmeübertrager für Anwendungen in der Abwärmenutzung - BFE- und KTI-Projekte Gute Chance für Unternehmen: Packen Sie diese! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 20 10