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7/8 | 2013

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BRANCHE Die Firma

BRANCHE Die Firma Western Wisconsin Energy, LLC (WWE) erzeugt in ihrer Ethanolfabrik nahe Boyceville in Wisconsin/ USA jährlich knapp 190000 Kubikmeter Ethanol und rund 127 000 Tonnen hochwertige Getreideschlempe. WWE hatte sich zum Ziel gesetzt, die Jahresproduktion von Ethanol auf rund 230 000 Kubikmeter anzuheben und lotete in diesem Zusammenhang mehrere Möglichkeiten aus. Eine Softwarelösung half schließlich beim Erreichen der Ziele. Bild: Rockwell Automation Effizientere Ethanolproduktion Dem Unternehmen war von Anfang anklar, dass der Verarbeitungsprozess durch einen Fermenter ergänzt werden musste. Außerdem erwogman die Beschaffung kostspieliger Ausrüstungen, darunter Molekularsiebe, Pumpen und Wärmetauscher. Um dieZielvorgabevon WWE zu erreichen, schlug Rockwell Automation hingegen eine werksweite Software-Optimierungslösung als kosteneffektiveAlternativezur Beschaffung von zusätzlichem Equipmentvor.Auch WWE identifiziertedie Implementierung eines modellprädiktiven Regelungssystems (Model Predictive Control – MPC) zusammen mit einem einzelnen Fermenter schnell als die kosteneffektivste Lösung. Die Entscheidung für die Rockwell Software war zudem den vorgewiesenenErfolgenbei der Maximierung der Fabrikauslastung durch die Systeme des Automatisierungsanbieters geschuldet. Die fabrikweite Optimierungslösung umfasst MPC-Applikationenund Module für den Wasserhaushalt, die Fermentierung, die Destillation und Siebung sowie Trockner und Verdampfer. Schrittweise Prozessverbesserungen Im ersten Abschnitt des Ethanolherstellungsprozesses steuert das System die Trockenaufbereitung und den Wasserhaushalt des Getreides,das den Fermentationsbehältern zugeführt wird. Der Wassergehalt der Feststoffe in der Maischeund der Anteil der Fermentierungsflüssigkeit, die in der Maische wiederverwendet wird, wirdkontrolliert.Bei der Bestandsniveaukontrolle wird der Gesamtbestand in allen Batch- Tanks überwacht, sodass die Zufuhrraten den Entnahmeraten für dieEndproduktreinigung entsprechen.Sokann WWE eineinheitlicheres Ausgangsmaterial erzeugen, durch das sich Reproduzierbarkeit und Stabilität des Fermentierungsprozesses verbessern. Ethanolfabrik von Western Wisconsin Energy inWisconsin/USA Fermentierung und Wasserhaushalt In den Fermentern reguliertdas Steuerungssystem die Bedingungen und Enzymgehalte einer jeden Füllung und reduziert Schwankungen im Fermentierungsprozess. So kann die Fabrik aus jeder Tonne Getreide mehr Ethanol erzeugen, während gleichzeitig weniger Enzyme, bezogen auf die erzeugte Menge Ethanol, benötigt werden. Der Wasserhaushalt stabilisiert das Ausgangsmaterial des Fermentierungsprozesses,indem die Konsistenz der Maische kontrolliert wird. Dies wiederum verbessert die Fermentierungsleistung. Die Steuerung regelt außerdem dieVerbindung zwischen der Vorfermenter und der Nachfermenter-Einheit, sodass dieAnlagemit höherer Kapazität arbeiten kann. Die modellprädiktive Regelung koordiniert die beiden Einheiten undsorgt dadurch fürmehr Stabilität. Destillation und Siebung Während des Destillationsprozesses reduziert das Steuerungssystem Schwankungen imEnergieverbrauch, indem es das Kostenverhältnis zwischen dem Molekularsieb-Betrieb und der Ethanol-Destillationskette einschätzt, um den angestrebten Ethanolgehalt zu erreichen. Die vom Steuerungssystem bereitgestellten Daten helfen dem Bedienpersonal bei der Ermittlung der Vorgaben für den Sieb- Betrieb, um die zeitliche Steuerung der Wasserabscheidung zur Steigerung der Systemeffizienz einzustellen. Daten, die vor und nach der Implementierung eingeholt wurden, zeigten den Betreibern, dass sie im Gegensatz zu früher mit 114 Prozent mehr Feuchte im wasserfreien Produkt arbeitenund dennoch dieSpezifikationen für das Produkt einhalten können. Schlempe/Trocknung In der Schlempe- beziehungsweise Trocknungsstufe kontrolliert die Rockwell Software-Lösung dieFeststoffe in der Maische und die Trocknung des Kuchens für eine optimale Energieeffizienz. Die Zuführung des Getreides zu den Trocknern wird durch Anpassung der Zentrifugenbeschickung, des Gasdurchflusses und des Dicksaftzustroms so reguliert, dass der gewünschte Feuchtegehalt in den Destillationsstufen erreicht wird. Ergebnis Die Investition in ein modellprädiktives Regelungs- undOptimierungssystem von Rockwell Automation ermöglichte Western Wisconsin Energy LLC eine Produktionssteigerung von nahezu 8Prozent,eine um fast 6Prozent gestiegene Ethanolausbeute und eine Kapitalrenditevon 362Prozent. „Das System von Rockwell Software hat einen gleichmäßigeren Betrieb unserer Fabrik ermöglicht“, erklärt Brian Kieffer, Plant Manager bei Western Wisconsin Energy. „Unser Personal kann jetzt die Rahmenbedingungen der Anlage präzise identifizieren und so beeinflussen, dass wir näher an die optimalen Verarbeitungsbedingungen der Anlage herankommen.“ www.de.rockwellautomation.com UmweltMagazin Juli -August2013 61

SERVICE Standards VDI-GEU PIUS in der Milchverarbeitung Bild: Milchindustrie-Verband e.V. VDI-GBG Gute Luft am Arbeitsplatz Neben unerwünschten Änderungen in der Gaszusammensetzung kann die Luft anArbeitsplätzen gesundheitsgefährdende Fremdstoffe in unterschiedlicher Form enthalten (zum Beispiel Aerosole,Dämpfe, Fasern,Rauchund Stäube). DieneueRichtlinie VDI 2262 Blatt 1gibt eine Übersicht über die rechtlichen Grundlagenund Definitionensowie Begriffe zur Luftbeschaffenheit am Arbeitsplatz. Planer, Hersteller und Betreiber von technischen Anlagen erhalten Informationen zur Minderung der Exposition durch luftfremde Stoffe mittels lufttechnischer und organisatorischer Maßnahmen. VDI 2262 Blatt 1: 2013–06 Wie sich Umweltauswirkungen in Molkereien möglichst niedrig halten lassen Die weltweite Nachfrage nach Nahrungsmitteln tierischer Herkunftwächst. Umsomehr giltes, dieUmweltauswirkungender Lebensmittelproduktion zu minimieren. Die Richtlinie VDI 4075 Blatt 6beschreibt eine Verfahrensweise für den Produktionsintegrierten Umweltschutz (PIUS) in Molkereien. Mit ihr lassen sich sowohl Teilschritte als auch der Gesamtprozess bewerten. Die Richtlinie ist so angelegt, dass ein Bezug zu betrieblichen Managementsystemen, zum Beispiel inden Bereichen Qualität, Umweltschutz und Arbeitsschutz, leicht hergestellt werden kann. VDI 4075 Blatt 6(Entwurf): 2013–06 Einsprüche bis 30.11.2013 Beschäftigte sind Belastungen über die Atemluft ausgesetzt DWA Belebungsanlagen belüften und durchmischen Bild: SXC DWA Abfälle aus kommunalen Abwasseranlagen Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall hat den Entwurf für ein neues Merkblatt herausgegeben. DWA-M 369 beschreibt die Herkunft und Zusammensetzung sowie dieMengenund Entsorgungsverfahren für Abfälle aus öffentlichen Abwasseranlagen. Ein Schwerpunkt sind Möglichkeiten zur Aufbereitung durch thermische, mechanische oder mechanisch-biologischeVerfahren.Das erstmals im Jahr 2003 veröffentlichte Merkblatt wurde wegen veränderter rechtlicher Rahmenbedingungen –die direkteAblagerung der im Merkblatt behandelten Abfälle auf Deponienist nicht mehr möglich –umfangreich überarbeitet. Esrichtet sich vor allem an Betreiber und Planer von Abwasseranlagen, denen es konkrete Empfehlungen zur umweltgerechten Verwertung oder Beseitigung von Rechen- und Sandfanggut sowie Kanal- und Sinkkastengut gibt. DWA-M 369 (Entwurf), 2013–06, Einsprüche bis 15.09.2013 Zwischen 50 und 80 Prozent des Gesamtenergiebedarfs der Abwasserreinigung entfallen auf die Belüftung und Durchmischung von Belebungsanlagen. Eine energieeffiziente Planung ist daher nichtnur beim Bau einerBelebungsanlage, sondernauch bei anstehenden Reinvestitionsmaßnahmen von großer Bedeutung. Ein neues Merkblatt der DWA befasst sich vorrangig mit den Grundlagen, der Dimensionierung, der konkreten Planung und Anordnung von Belüftungs- und Durchmischungseinrichtungen sowie deren Ausschreibung. Es ergänzt die Merkblätter DWA-M 209 und DWA-M 268, die sich mit der Messung der Sauerstoffzufuhr von Belüftungseinrichtungen sowie mitder Steuerung und Regelung der Stickstoffelimination befassen. DWA-M 229–1: 2013–05 Kontakt 7 DWA: Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, Hennef, www.dwa.de 7 VDI-GBG: VDI-Gesellschaft Bauen und Gebäudetechnik, Düsseldorf, www.vdi.de/gbg 7 VDI-GEU: VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt, Düsseldorf, www.vdi.de/geu 62 UmweltMagazin Juli -August2013

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