Bulkchemikalien sind Bestandteil vieler wichtiger Alltagsprodukte. Dementsprechend stark umkämpft ist der Markt. Preisschwankungen und die wachsende Zahl staatlicher Auflagen stellen Hersteller vor immer neue Herausforderungen. Um der aktuellen Preisentwicklung und Nachfrage zu entsprechen, müssen Unternehmen ihre nachgelagerte Wertschöpfungskette sowohl am regionalen als auch globalen Wettbewerb ausrichten. Voraussetzung dafür ist der richtige Mix aus betrieblicher Effizienz, optimierter Prozesse und Expertise – sowie eine modellbasierte Planung der Produktion.
Die Herstellung von Bulkchemikalien gilt als besonders energieintensiv. Die Grundchemikalien werden weltweit jährlich in Mengen von mehr als 10 000 t/a und mit geringer Marge produziert. Dazu zählen Ammoniak, Schwefelsäure, Natriumhydroxid, Chlor und Ethan. Schätzungsweise 60 % des Energieverbrauchs in der Bulkchemieindustrie entfallen auf die Verarbeitung von Rohstoffen für die Chemieproduktion. Der Großteil der Bulkchemikalien sind Vorstufen für die Herstellung von bekannten Produkten wie Kunststoffbehälter, Dünger, Plexiglas oder Autoreifen. Generell unterscheidet man vier Kategorien von Bulkchemikalien: anorganische und organische Chemikalien, Harze, Synthesekautschuk und Acrylfasern sowie Agrarchemikalien.
Das Amt für Energiestatistik (EIA) in den USA schätzt, dass der Handel mit Bulkchemikalien bis 2025 auf 395 Mrd. Euro anwachsen wird. Angesichts dieser Entwicklung hat auch die Branche innerhalb der letzten zehn Jahre weltweit an Fahrt aufgenommen – vor allem in Schwellenländern wie China. Experten gehen davon aus, dass in zehn Jahren mindestens die Hälfte der Top-Ten-Chemieunternehmen aus China und dem Nahen Osten stammen. Die USA mit ihrer wirtschaftsstarken Chemieindustrie verspricht, weiterhin vom Fracking-Boom und sinkenden Rohstoffpreisen zu profitieren. Europa hingegen verspürt ein nach wie vor schwaches Wachstum und muss mit der Stilllegung von Chemiefabriken infolge des stark wachsenden Wettbewerbs rechnen.
Effizienz durch Technik
Produktionskosten zu reduzieren zählt damit zu den wichtigsten Aufgaben der Hersteller von Bulkchemikalien. Um die Effizienz ihrer Anlagen zu steigern, setzen Unternehmen verstärkt auf betriebliche Maßnahmen, wie die Senkung des Energieverbrauchs und die Maximierung der Durchsatzleistung der Produktionsanlage. Weitere Vorteile bringt eine modellbasierte Planung der Fertigungsprozesse: Durch ihren Einsatz gewinnen Anlagenbetreiber ein hohes Maß an Flexibilität, um auf betriebliche Fragen schnell zu reagieren und unmittelbaren Nutzen aus Veränderungen zu ziehen. Leistungsstarke Instrumente ermöglichen es, kostspielige Stillstandzeiten zu verhindern, die Produktqualität zu verbessern und Verarbeitungsmenge sowie Produktausbeute zu steigern.
Für viele Branchenführer übernehmen neue Technologien daher eine Schlüsselrolle bei der Optimierung der betrieblichen Leistungsfähigkeit. Das bestätigte auch die von PwC kürzlich veröffentlichte „Breakthrough Innovation and Growth Survey“. Bei der Umfrage unter fast 1800 C-Level-Geschäftsführern nahmen auch 50 Akteure der Chemieindustrie aus 12 Ländern teil. 95 % von ihnen planten die Einführung neuer digitaler Technologien innerhalb der nächsten drei Jahre. Die Hälfte (50 %) versprach sich dadurch durchschlagende oder radikale Fortschritte für ihr Unternehmen.
Optimierung der Wertschöpfungskette
Die Investition in Optimierungssoftware lohnt sich für Unternehmen in mehrfacher Hinsicht. So lässt sich nicht nur die Zuverlässigkeit erhöhen und Kosten einsparen. Die Lösungen schaffen auch mehr Effizienz in der Produktion und im Supply Chain Management. Dank der integrierten Softwaretools können Mitarbeiter Prozesse optimieren und Marktchancen wahrnehmen. Mit der Aspenone-Software-Suite beispielsweise lassen sich ineffiziente Prozesse identifizieren und beheben – angefangen bei der Konstruktion über die Planung bis hin zum laufenden Betrieb.
Für Anlagenbetreiber ist es entscheidend, schnell und einfach den Ursachen von betrieblichen Problemen auf den Grund zu gehen. Das Aspen Simulation Workbook (ASW) bietet Anwendern zum Beispiel eine umfassende Prozesssimulation über die vertraute Benutzeroberfläche von Excel. So können sie variable Empfindlichkeiten ermitteln und Was-wäre-wenn-Szenarien für unterschiedliche Prozessabläufe durchführen, ohne den laufenden Betrieb zu stören. Prozessinstabilitäten lassen sich so schnell bewältigen. Zudem ermöglicht das ASW das Erstellen von optimalen Wartungsplänen. Dazu wird die Performance verschiedener Einheiten – z. B. Wärmetauscher, Reaktor oder Kolonnen – kontinuierlich überwacht.
Erstellen von Modellen
Bei der Entwicklung eines modellbasierten Konzepts stehen die Visualisierung von Anlagendaten sowie eine genaue Prognose von Prozessvariablen an erster Stelle. Die gleichzeitige Betrachtung von Kontext- und Prozessdaten eröffnet tiefere Einblicke in die Fertigung und wirft neues Licht auf Problemquellen. Prozessmodelle steigern die Profitabilität des Anlagenbetriebs. Dabei gilt: Je detaillierter das Modell ist, desto zuverlässiger lassen sich Abläufe vorhersehen. Die Prognosen basieren dabei auf einem Katalog von angenommenen Bedingungen, die wiederum mit Prozessdaten verknüpft sind. Die Daten sind bereits hinsichtlich möglicher Messfehler innerhalb der Ausführungsumgebung bereinigt – egal, ob das Modell auf Abruf, planmäßig oder ereignisgesteuert ausgeführt wird.
Mithilfe integrierter Tools können Verfahrensingenieure ein Modell der Anlage erstellen und dieses mit anderen verfügbaren Daten (z. B. Data-Historian-Systemen) validieren. Über ein ASW-Interface lässt sich das Anlagenmodell mit Daten-Tags in Excel verbinden, um so alternative Betriebszustände zu erkennen. Als nächstes wird das neue Modell mit dem bereits laufenden Modell abgeglichen. Die neu gewonnenen Daten fließen wieder direkt in das Data-Historian-System zurück. Veränderungen und Unterschiede der Modelle lassen sich so sofort erkennen. Für einen 24/7-Abgleich kommt die Echtzeitoptimierung (Real-Time Optimisation RTO) zum Einsatz: Dadurch findet täglich eine Kalibrierung des Modells statt. Zudem werden dem Prozessleitsystem optimierte Sollwerte zur Verfügung gestellt. Betreiber profitieren so nicht nur von einer höheren Leistungsfähigkeit der Anlage, sondern können auch viel Zeit einsparen. Der Aspen Custom Modeler erleichtert es Nutzern, schnell spezielle Verfahren und Anlagensimulationen zu entwickeln, die kundenspezifisch angepasst werden können. Die benutzerdefinierten Formulare und Pläne ermöglichen es Anwendern, Daten auf übersichtliche und sinnvolle Art und Weise aufzubereiten und darzustellen.
Erfolgsrezept
Um Engpässe zu vermeiden und die betriebliche Komplexität zu vereinfachen, ist eine ganzheitliche Herangehensweise bei der Anlagenoptimierung notwendig. Auf diese Weise können Unternehmen den Ertrag sowie die Qualität ihrer Produkte verbessern und gleichzeitig Kosten einsparen. Dank effizienter Strategien lassen sich beispielsweise Energie-, laufende Betriebs- und Wartungskosten deutlich reduzieren. Auf Basis einer modellbasierten Planung für die Produktion gelingt es Bulkchemieunternehmen so, ihre Produktionsleistung über alle Phasen hinweg zu optimieren, um in einem unsicheren Marktumfeld wettbewerbsfähig zu bleiben.
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Technologielösungen für die Chemieindustrie
Kurz und Bündig
Digitale Technologien wie die Aspenone-Software-Suite bieten viele Effizienzvorteilen für unterschiedlichste Bereiche – angefangen bei der Produktqualität, dem Energieverbrauch, den Betriebskosten, der Flexibilität oder der Ertragsleistung.
- Advanced Process Control (Aspenone APC mit Aspen DMC3)
- MES-Systeme zur Erfassung und Analyse von Daten aus dem laufenden Betrieb (Aspenone MES mit RTO, Aspen Infoplus.21, Aspenone Process Explorer)
- Prozessmodellsimulationen (Aspenone Engineering mit Aspen Hysys, Aspen Plus)
- Supply Chain Optimierung innerhalb und außerhalb des Anlagenbetriebs (Aspenone SCM)
- Prozessoptimierung (Aspenone Engineering)
Norbert Meierhöfer
Business Consulting Director,
Aspentech
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