Übersicht
Ein Ethanolproduzent aus dem Mittleren Westen hat sich mit RCM Thermal Kinetics (RCM-TK) zusammengetan, um eine wirkungsvolle, datengestützte Überarbeitung seines Destillations-, Dehydrierungs- und Verdampfungssystems (DD&E) durchzuführen.
Ursprünglich für 40 Millionen Gallonen pro Jahr (MMGPY) ausgelegt, wurde die Anlage durch schrittweise Modifikationen und betriebliche Optimierungen nach und nach auf 85 MMGPY ausgebaut. Um jedoch wettbewerbsfähig zu bleiben, benötigte der Kunde eine grundlegende Veränderung – eine, die ohne größere Kapitalinvestitionen erhebliche Gewinne einbrachte.
Mithilfe derNEXT™ Engineering Platform führte RCM-TK eine strategische Umgestaltung durch, die das DD&E-System auf 105 MMGPY erhöhte und damit eine Transformation von mehr als 250 % gegenüber dem ursprünglichen Design vollzog, während gleichzeitig die Effizienz, die Trennleistung und die Produktqualität verbessert wurden.
Dieses Projekt zeigt, was möglich ist, wenn fortschrittliches Prozessdesign auf reale Einschränkungen trifft. Es eröffnet bestehenden Anlagen die Möglichkeit, ihre Produktion drastisch zu steigern, die Kosten pro Gallone zu senken und ihre Wettbewerbsposition auf dem Markt für erneuerbare Kraftstoffe zu stärken.
Roy Viteri, Chemieingenieur
Die Herausforderung
Trotz früherer Upgrades hatte das DD&E-System seine operative Leistungsgrenze erreicht.
Bei 85 MMGPY zeigte das System folgende Eigenschaften:
- Übermäßige Druckverluste im Turm
- Unterdimensionierte Pumpen, Ventile und Wärmeübertragungsanlagen
- Übertragung aus der Bierkolonne in den Gleichrichter
- Hydraulische Einschränkungen in Flüssigkeits- und Dampfkreisläufen
Die übergeordneten Ziele waren:
- Überarbeitung eines ursprünglichen 40-MMGPY-Systems zur zuverlässigen Produktion von 105 MMGPY
- Übertragungen reduzieren und Ethanolqualität verbessern
- Minimierung der Investitionsausgaben durch strategische Optimierung bestehender Anlagen
NEXT™-Engineering-Plattform-Ansatz
1. Festlegung einer echten Basislinie
RCM-TK startete das Projekt mit einer umfassenden Felddatenkampagne unter Verwendung der NEXT™-Plattform, um echte Betriebsbeschränkungen aufzudecken, darunter:
- Detaillierte Begehungen zur Überprüfung von Rohrleitungen, Anlagen, Ventilen, Pumpen und Motoren
- Eine umfassende Druck- und Temperaturmessung für Türme, Verdampfer und Vakuumsysteme
- Erfassung von Steuerungssystemdaten zur Überprüfung von Durchfluss, Füllstand und Leistungstrends
Dieses genaue „Ist“-Betriebsmodell ermöglichte:
- Identifizierung versteckter Engpässe
- Validierung von Prozesssimulationen
- Sichere, datengestützte Auswahl von Modernisierungsstrategien
2. Simulation und Leistungsmodellierung
Anhand validierter Felddaten erstellten die Ingenieure ein genaues digitales Prozessmodell, um mehrere Modernisierungsszenarien zu bewerten. Zu den wichtigsten Erkenntnissen gehörten:
- Erheblicher Druckabfall in Destillationskolonnen und Dampfkreisläufen
- Unterdimensionierte Verdampfer- und Zufuhrvorwärmkapazität
- Einschränkungen der Hydraulikleistung durch Pumpen, Motoren und Ventile
3. Technik und Optimierung
Mit NEXT™ entwickelte RCM-TK gezielte Upgrades, die darauf ausgelegt sind, den Durchsatz bei minimalen Kapitalinvestitionen zu maximieren:
- Maßgeschneiderte Destillationsböden und Fallrohre mit hoher Kapazität
- Fortschrittliche Verpackung zur Steigerung der Effizienz der Gleichrichterabscheidung und Ethanolbeständigkeit
- Erweiterte Wärmeübertragungsfläche für verbesserte Energienutzung
- Ein neuer Verdampfer zur Steigerung der Entwässerungskapazität
- Größere Laufräder und/oder Motoren zur Entlastung hydraulischer Einschränkungen
- Eine Vorrichtung zur Zuführung von Dampf-Flüssigkeitsgemischen mit hohem Momentum zur Verringerung des Mitreißens bei erhöhten Durchflussraten
Ausführung
Das 3D-Laserscanning der Anlage – direkt in NEXT™-Konstruktionsmodelle integriert – sorgte für eine präzise Anpassung, vermied Nacharbeiten und reduzierte das Inbetriebnahmerisiko.
Vor der Abschaltung (5 Monate)
- Detaillierte Konstruktion über NEXT™
- Beschaffung von Kolonneninnenausstattung, Verdampfer, Kondensatausrüstung, Pumpen, Motoren, Ventilen und Instrumenten
- Ersatz der Dampfleitung über der Biersäule
- Koordination mehrerer Anbieter und Projektmanagement
Herunterfahren (5 Tage)
- Verbesserungen an Tablett, Verpackung und Turminnenleben in Bierkolonne und Rektifikator (kein Schweißen in Türmen erforderlich)
- Verbesserungen der Wärmetauscher- und Pumpenkapazität
- Änderungen an Rohrleitungen und Regelventilen
Ergebnisse
Die NEXT™-gesteuerte Umgestaltung ermöglichte eine hochwertige Transformation mit geringen Investitionskosten:
- Die Kapazität stieg von 40 MMGPY auf 105 MMGPY (über 250 %).
- Verbesserte Ethanolbeständigkeit durch erhöhte Trennleistung des Rektifikators
- Deutliche Verringerung des Übertrags
- Maximale Auslastung der DD&E-Anlage
- Kein größerer Austausch von Geräten erforderlich
Gewonnene Erkenntnisse
- Genaue Felddaten sind die Grundlage jeder erfolgreichen Modernisierung.
- Die Ausrichtung vor dem Abschalten verhindert kostspielige Überraschungen.
- Eine straffe Ausführungsplanung minimiert Ausfallzeiten und beschleunigt den ROI.
Schlussfolgerung
Dieses Projekt zeigt, wie die NEXT™ Engineering Platform ein veraltetes DD&E-System mit einer Kapazität von 40 MMGPY in einen modernen, optimierten und leistungsstarken Betrieb mit einer Kapazität von 105 MMGPY verwandelt.
Durch die Kombination von Felddaten mit Methoden aus der Erdölraffinerie, validierten Simulationen und gezielten technischen Maßnahmen half RCM Thermal Kinetics dem Kunden, außergewöhnliche Durchsatzsteigerungen zu erzielen, die Produktqualität zu verbessern und das Betriebsrisiko zu senken – und das alles mit minimalen Investitionen.