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Strom sparen mit Turbokompressoren

Umstellung der Druckluftversorgung in Chemiekonzern
Strom sparen mit Turbokompressoren

OQ Chemicals stellt weltweit mehr als 70 Oxo-Chemikalien her. Diese Intermediate und Derivate finden sich als wichtige Bestandteile in vielen Produkten des täglichen Lebens wieder. Um seine Anlagen mit Druckluft zu versorgen, setzt der Standort in Oberhausen seit Kurzem drei Turbokompressoren und drei Adsorptions-Drehtrommeltrockner von Atlas Copco ein. Damit spart er jährlich rund 2 Mio. kWh Strom ein – etwa 20 % im Vergleich zum Energiebedarf der alten Druckluftversorgung.

OQ Chemicals ist Teil von OQ, einem Energiekonzern mit Ursprung im Oman. Das Unternehmen entstand 2019 nach der Integration von neun Unternehmen und ist in 13 Ländern tätig. Der Konzern deckt die gesamte Wertschöpfungskette im Kohlenwasserstoffsektor ab, von der Exploration und Produktion bis zur Vermarktung und dem Vertrieb seiner Produkte. Die Kraftstoffe und Chemikalien des Unternehmens werden in über 60 Ländern verkauft.

Am Standort Oberhausen erzeugten bisher zwei Turbokompressoren von MAN GHH aus den Jahren 1970 und 1982 die für die chemischen Prozesse benötigte Druckluft. Sie waren redundant ausgelegt, sodass sie jeweils wechselweise betrieben werden konnten. „Das alles lief zwar noch, war aber sicher nicht mehr Stand der Technik“, erklärt Prozessingenieur Denys Volovyk. „Deshalb haben wir die Modernisierung der Drucklufterzeugung zum Projekt ausgerufen.“

„Einerseits wurde das Ausfallrisiko immer größer, andererseits wollten wir mehr Effizienz und Nachhaltigkeit in die Drucklufterzeugung bringen“, erklärt Denis Stegemann, der als Betriebsassistent in der Abteilung Energie- und Reststoffbetrieb von Anfang an in das Projekt eingebunden war. „Mit der Erneuerung der Station wollten wir die Druckluftverfügbarkeit dauerhaft sicherstellen und weitere Reserven für einen etwaigen zukünftigen Mehrbedarf aufbauen, der durch neue Anlagen entstehen könnte.“ Außerdem sollten im Zuge der Sanierung die Kosten für Strom und Dampf gesenkt und der CO2-Ausstoß reduziert werden. Auch die Wartungskosten sollten sinken. „All diese Ziele haben wir mit der neuen Drucklufterzeugung erreicht“, betonen Volovyk und Stegemann.

Die neue Druckluftstation besteht nun aus drei Turbokompressoren von Atlas Copco vom Typ ZH 630+ sowie ebenfalls drei hocheffizienten Adsorptionstrocknern ND 2000+. Jeweils zwei Kompressoren genügen für die Versorgung des gesamten Chemie-Werks, so dass immer einer in Redundanz zur Verfügung steht. „Eine Nicht-Verfügbarkeit der Drucklufterzeugung können wir uns nicht erlauben“, begründet Volovyk. „Sie führt unweigerlich zum Ausfall aller Produktionsanlagen. Daher ist die Versorgung redundant aufgebaut, was uns eine 100-Prozent-Verfügbarkeit sichert.“

Aldehyde als Ausgangsstoffe für Spezialchemikalien

Diese ist unerlässlich, weil die chemischen Prozesse bei OQ Chemicals rund um die Uhr laufen. Die Oxo-Intermediate und -Derivate entstehen auf dem Wege der Oxosynthese oder Hydroformylierung: Petrochemische Ausgangsstoffe, vor allem Ethen und Propen, werden mit einem Gasgemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff versetzt, um daraus Aldehyde herzustellen. Diese wiederum können durch weitere technische Prozesse in höher veredelte Zwischenprodukte und Spezialchemikalien überführt werden. „Unsere Produkte finden sich in vielen alltäglich genutzten Erzeugnissen wieder“, berichtet Volovyk. OQ-Erzeugnisse werden zum Beispiel im Tierfuttermittelbereich und Automobilbau sowie in Farben, Lacken, Wasch- und Reinigungsmitteln eingesetzt. „Dabei erwarten unsere Kunden immer hohe Qualität und Reinheit“, so Volovyk.

Vergleichbare Ansprüche stellt OQ Chemicals an die Druckluft, die für die chemischen Prozesse benötigt wird. Die drei ZH+-Turbokompressoren erfüllen diese Ansprüche im Zusammenspiel mit den drei ND+-Trocknern. Atlas Copco lieferte die ölfrei verdichtenden Kompressoren als anschlussfertige, kompakte Komplettlösungen, jeweils mit Verdichtereinheit und integriertem Lufteintrittssystem, Kühler, Abblasventil und Schalldämpfer, Antriebsmotor, vollständigem Schmieröl- und Steuersystem.

Übergeordnete Steuerung als Schnittstelle zum Prozessleitsystem

Als übergeordnete Steuerung hilft der neue Optimizer 4.0 dabei, die drei Turbokompressoren in jedem Lastpunkt effizient zu betreiben. Außerdem bietet er vor Ort eine gute Anlagenübersicht und sammelt die Warn- und Störmeldungen der sechs Aggregate. „Der Optimizer ist die Kommunikationsschnittstelle zur Steuerung und Visualisierung in unserem Prozessleitsystem“, erklärt Sebastian Planz, der für das Engineering der Elektro-, Mess- und Regeltechnik (EMR) zuständig ist. „Hier werden uns die Messwerte im Anlagenfließbild angezeigt, und wir können zum Beispiel die Maschinen umfahren und Einschaltprioritäten vorwählen.“ Die Anbindung erfolgte via Modbus-TCP.

Die Kompressoren erzeugen Druckluft in Höhe bis zu 12 500 m³/h mit einem Betriebsüberdruck von 5,7 bar, die von der zentralen Station auf drei Netze verteilt wird, und zwar als Instrumentenluft, Förderluft und Arbeitsluft.

Die Druckluft versorgt auf dem Gelände sowohl OQ-eigene Anlagen als auch solche von Standortpartnern. Die EMR-Komponenten benötigen Instrumentenluft, mit der Förderluft transportiert der Standortpartner Versalis pneumatisch seine Kunststoffe in großen Rohrleitungen, und die Arbeitsluft treibt alle weiteren Arbeitsanwendungen an.

Die Instrumentenluft muss frei von Staub, Öl und Wasser sein. „Wegen des weit verzweigten Werksnetzes haben wir einen niedrigen Drucktaupunkt angestrebt, um auch im Winterbetrieb zu verhindern, dass in den Rohrleitungen Feuchtigkeit kondensiert“, führt Stegemann aus. „Den niedrigen Taupunkt von -40 °C erreichen die ND-Trockner spielend.“

Die ND+-Trockner sind Adsorptions-Drehtrommeltrockner. Sie nutzen die im Verdichtungsprozesses entstehende Wärme (HOC, Heat of Compression), um das Trockenmittel zu regenerieren. Dadurch braucht der ND 2000+ für den Trocknungsprozess nur wenig Energie und arbeitet spezifisch sehr günstig. Die zum Drehen der Trommel benötigte Energie beträgt gerade einmal 120 W. Durch ihre robuste Bauweise arbeiten die Trockner sehr zuverlässig und liefern stets die erforderliche, hohe Druckluftqualität. Zudem verlieren die Trockner im Prozess keinerlei Druckluft, so dass 100 % des Volumenstroms am Auslass zur Verfügung stehen. Hinzu kommt, dass bei den ND-Trocknern bauartbedingt keine Spülluft erforderlich ist und sie ohne Filter auskommen, was wiederum einen sehr geringen Druckabfall bedeutet. „Selbst im Vergleich mit anderen warmregenerierenden Trocknern sparen wir mit dem Drehtrommeltrockner über den Lebenszyklus hinweg bis zu 50 % der Kosten“, weiß Stegemann.

Optimale Auslastung mit hohem Wirkungsgrad

Die Größe der Maschinen sowie ihr Regelbereich wurde so gewählt, dass sie im Normalbetrieb bei hohen Wirkungsgraden optimal ausgelastet sind. Gleichzeitig sorgt der Optimizer 4.0 durch seinen intelligenten Regelalgorithmus für eine vorausschauende Fahrweise und stellt damit sicher, dass ein Abblasen im Teillastbetrieb auf ein Minimum reduziert wird. „Im Turnaround-Betrieb mit niedrigem Luftbedarf können wir außerdem in eine Fahrweise mit nur einem Kompressor wechseln“, berichtet Stegemann. „Auch dadurch können wir die Drucklufterzeugung effizient an den realen Luftbedarf des Werkes anpassen.“ Die autarke Steuerung der Druckluftstation durch den Optimizer bedeute zudem eine große Entlastung für das Bedienpersonal.

„Die neuen Turbokompressoren ermöglichen uns aufgrund ihres Leistungsbereichs und der Flexibilität eine energieeffiziente Fahrweise bei gleichbleibend hoher Verfügbarkeit“, fasst Volovyk zusammen. „Wir sparen damit jährlich etwa 2 Mio. kWh Strom ein, das sind ungefähr 20 % gegenüber der alten Druckluftversorgung – oder die Menge, die 400 Haushalte verbrauchen. Außerdem haben wir unseren CO2-Fußabdruck durch die neue Druckluftstation nun um rund 1450 t pro Jahr reduziert.“

Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH, Essen


Autor Thomas Preuß

Journalist

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