Queen of Vacuum Towers

Walter Nehrbaß und Ralf Gast

Die Mineralölraffinerie Oberrhein (MiRO) in Karlsruhe ist Deutschlands größte Kraftstoffraffinerie und einer der effizientesten Mineralölverarbeitungs-Standorte in Europa. Den Rohstoff bezieht das Unternehmen aus Marseille und Triest, wo Tankschiffe das Rohöl aus den Förderländern anliefern. Von dort tritt das „schwarze Gold“ über die beiden großen mitteleuropäischen Rohöl-Pipelines seine weitere Reise nach Karlsruhe an: aus Marseille kommend, 782 km über die Société du Pipeline Sud-Européen (SPSE) und aus Triest kommend, 737 km durch die Transalpine Ölleitung (TAL). Mit rund 1000 Mitarbeitern verarbeitet dann die MiRO – eine Gemeinschaftsraffinerie der Mineralölgesellschaften ConocoPhilips, Esso, Ruhr Oel, Shell & DEA Oil – das Rohöl seiner Gesellschafter zu hochwertigen Mineralölprodukten wie Benzin, Diesel, Heizöl und Propylen – rund 15 Millionen Tonnen im Jahr.

Mitte 2002 startete bei MiRO ein Projekt, um die Wirtschaftlichkeit der Rückstandsverarbeitung im Bereich Vakuum 4-FCC-Coker zu verbessern (FCC: Fluid Catalytic Cracker). Verschiedenste Varianten wurden systematisch untersucht. Gemeinsam mit KBC-London, einem Spezialunternehmen für Prozess-Simulationen, entwickelte die Abteilung Verfahrenstechnik der MiRO das Basic-Engineering. Die Machbarkeitsstudie für diverse Varianten-Untersuchungen übernahm die Karlsruher Niederlassung des Engineering-Dienstleisters Triplan.

Die Kernfrage war stets: Ist es möglich, innerhalb eines ROI (return on investment) von zwei Jahren mit einer modifizierten Alt-Kolonne eine nachhaltige Erlösverbesserung zu erreichen – oder ist eine komplett neue Kolonne kostengünstiger? Unerwartet gewann das Projekt eine hohe Dynamik, als festgestellt wurde, dass der untere Teil der alten Vakuumkolonne bereits stark korrodiert ist; die Statik limitierte die Betriebszeit der Kolonne daraufhin bis Ende 2003.

Damit war der Zeitrahmen vorgegeben: Für Planung, Engineering, Bau und Inbetriebnahme standen nur ca. 14 Monaten zur Verfügung. Deshalb mussten auch unmittelbar Nägel mit Köpfen gemacht werden, sprich: Die Verfahrensplaner der MiRO legten die Kolonne so aus, dass jeder anfallende atmosphärische Rückstand, ob hochschwefelig oder niedrigschwefelig und auch der Seitenstrom vom Coker bei maximaler Ausbeute an VSO (Vakuum-Schwer-Öl) verarbeitet werden kann.

Nun musste auch schnellstens ein Engineering-Partner ins Boot geholt werden, der auf Basis des Basic-Engineerings das Detail-Engineering übernehmen konnte – nur damit ist es schließlich möglich, konkrete Komponenten-Bestellungen auszulösen. Die Ausschreibung um diesen Auftrag gewann die Karlsruher Niederlassung der Triplan AG. Parallel ging auch der Auftrag zur Demontageplanung an dieses Unternehmen – für die neue Kolonne muss nämlich eine alte Thermo-Cracker-Anlage freigeräumt werden.

Dieses hoch komplexe Revamping-Projekt (Revamping: Umbau bestehender Anlagen) wurde von Triplan komplett in 3D geplant. Da für die alte Kolonne noch keine entsprechenden Daten in 3D vorlagen, mussten alle Bestandsdaten überprüft und praktisch alle Daten neu in 3D aufgenommen werden.

Ein solches 3D-Modell ist zum einen aus planerischen Gesichtspunkten vorteilhaft (Kollisionsprüfungen sind schon im Computer möglich, flexible Was-wäre-wenn-Studien, einfaches Änderungs-Management). Wichtig ist aber auch, dass man das Betriebspersonal schon früh in die Planung einbeziehen kann: Schließlich wissen die Operateure am besten, wo sie später ein Handling-Problem haben werden. Solche Problemstellen kann man anhand der 3D-CAD-Modelle schon im Planungsstadium entschärfen. Mit Hilfe der Zusatz-Software Navisworks beherrscht die CAE/CAD-Software Tricad von Triplan die Walk-through-Technik, anhand der auch der technische Laie sich sofort ein Bild von der späteren Anlage machen kann.

Doch nicht nur die praktische Visualisierungs-Möglichkeit zeichnet Tricad als Planungs-Werkzeug aus. Professionelle 3D-Funktionalitäten, die Integration umfangreicher technischer Berechnungsprogramme sowie ein ausgereifter Änderungskomfort vereinfachen und verkürzen die Koordination aller Gewerke. Zwei Integrationsrichtungen sind die Basis des zugrunde liegenden Software-Designs:

Ein leistungsfähiger IQ-Manager verarbeitet nicht nur Tricad-Daten, sondern auch Daten aus Fremdsystemen. So können z. B. R&I-Fließbilder anderer Systemanbieter (wie Intergraph/PDS) mit diesem System intelligent gemacht werden. Die Alt-Dateien bleiben dabei in ihrem Format vollständig erhalten und werden um beschreibende Attribute ergänzt.

Das mit diesem Planungswerkzeug durchgeführte Detail-Engineering der neuen Vakuumkolonne kann sich sehen lassen: Die Dimension der 1. Stufe hat mit dem neuen Projekt eine ganz andere Größenordnung als bei der heutigen Vakuum-Anlage: Die zwei parallel installierten Dampf-Ejektoren haben eine Länge von ca. 11 m und sind Teil der Kopfleitung (2 x 40 Zoll), die vertikal vom Turmoberteil nach unten zu den beiden großen Kondensatoren führt. Das gesamte Vakuumsystem ist in einer separaten Stahlkonstruktion untergebracht. Die Triplan-Ingenieure schlugen darüber hinaus eine Stahlbau-Modulbauweise vor, um weiter Zeit zu sparen: Die ringförmigen Stahlbau-Module werden in nur einem Arbeitstag von einem riesigen Kran über die aufgestellte Kolonne gehoben, nach unten gesenkt und Modul für Modul verschweißt.

Ein wichtiges Detail ist die Transferleitung. Um in Zukunft auch naphthenische Rohöle mit hohem Säuregehalt einsetzen zu können, haben die Planer im Bereich der Transferleitung und der Auskleidung der Kolonne entsprechend widerstandsfähige Werkstoffe vorgesehen. Die Transferleitung ist zudem teleskopartig ausgelegt (Durchmesser Ofenaustritt: 8 Zoll; Durchmesser Turmeintritt: 48 Zoll), die Geschwindigkeitsvektoren verlaufen deshalb recht gleichmäßig bis in den Turm. So liegen die Geschwindigkeiten im Bereich von max. 80 m/s (ca. 80% der Schallgeschwindigkeit).

Im Dezember 2003 folgt dann der Höhepunkt für alle Beteiligten: Eine Woche lang wird die alte Kolonne langsam heruntergefahren, abgekühlt und gereinigt. Eine weitere Woche Zeit haben die Monteure, um die queen of vacuum towers – wie ein schottischer Sulzer-Ingenieur die Kolonne beim Anblick der 3D-CAD-Planungen bezeichnete – in die Anlagentechnik der Raffinerie einzubinden. Schließlich bleibt noch eine Woche, um sie langsam hochzufahren und an den Prozess anzupassen. Dabei will man tatsächlich möglichst keine einzige Stunde überziehen – bei Produktionsausfallkosten von knapp 500 000 Euro pro Tag durchaus verständlich.

cav 435