Diphyl-Wärmeträgeranlage für PET-Produktion in Südafrika
(pressebox) Bielefeld, 01.07.2016 - Die KAP Diversified Industrial (Pty) Ltd. (HOSAF Division) hat mit dem Bielefelder Wärmeträgerspezialisten heat 11 GmbH & Co. KG eine Vereinbarung zur Planung, Lieferung und Inbetriebnahme einer Diphyl-Flash-Wärmeträgeranlage in Durban, Südafrika getroffen.
Ziel von HOSAF ist es, die Kapazität der am Standort Jacobs (südlich von Durban) befindlichen PET-Anlage deutlich zu erhöhen. HOSAF (ehemals Hoechst Südafrika) ist der bedeutendste PET-Hersteller in Südafrika.
Für die Erweiterung ihrer Produktionsanlagen auf ca. 600 Tagestonnen PET wird HOSAF eine neue Fertigungsstraße installieren. Zentrales Element der Anlage ist die Diphyl-Flash-Wärmeträgeranlage zur Beheizung der Verbraucher mit 2 x 12 MW Netto-Leistung. Die Anlage soll noch in 2016 geliefert werden, die Inbetriebnahme der Wärmeträgeranlage ist im Sommer 2017 geplant.
Seit 2001 stellt KAP-HOSAF in Durban PET-Kunststoffe her. Darüber hinaus betreibt HOSAF eine Faserproduktionsanlage in Kapstadt und eine PET-Recyclinganlage in Johannesburg.
PET (Polyethylenterephthalat) ist ein durch Polykondensation hergestellter thermoplastischer Kunststoff aus der Familie der Polyester. PET wird unter anderem zur Herstellung von Kunststoffflaschen (PET-Flaschen), Folien und Textilfasern verwendet.
Konzeption der Diphyl-Flash-Anlage
Die Beheizung der Verbraucher erfolgt mit Hilfe des Wärmeträgers VP-1 (eine Mischung aus Diphenyl und Diphenyloxid) auf einem Temperaturniveau von bis zu 380 °C. Die Notwendigkeit der Verwendung in Dampfform macht Diphyl zum idealen Medium für diese Aufgabe. Die Wärmeträgeranlage wurde daher als Flash-Anlage konzeptioniert. Der Dampf wird den Verbrauchern direkt zugeführt. In der Praxis wird die Prozesswärmebereitstellung von der Diphyldampferzeugung getrennt. Die Anlage teilt sich also auf in einen Primärkreis, der in der Flüssigphase und damit auf einem höheren Druckniveau betrieben wird, und in einen Sekundärkreis mit dem Diphyldampferzeuger, dem sogenannten Flash-Tank. Von hier aus strömt der Diphyldampf zum Verbraucher, kondensiert an den kälteren Wärmeübertragungsflächen der einzelnen Verbraucher und fließt in den Kondensatsammelbehälter zurück. Von dort wird das Kondensat mit Hilfe einer Kondensatpumpe wieder in den Flash-Tank bzw. direkt in den Primärkreislauf eingespeist.
Die notwendige Druckreduzierung zur Dampferzeugung erfolgt dabei mit einer Drosselblende unmittelbar am Eintritt in den Flash-Tank. Da es sich hierbei um eine isenthalpe Drosselung handelt, wird ein Teil des flüssigen Diphyls verdampft und im Flash-Tank von der flüssigen Phase getrennt. Die Dimensionierung des Flash-Tanks erfolgt über die spezifische Ausdampffläche und den zulässigen Dampfvolumenstrom durch den Behälter.
Auslegung von Diphyldampfanlagen
Die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die bei Wärmeträgerdampfanlagen zu beachten sind, unterscheiden sich zunächst einmal nicht grundsätzlich von Wasserdampfanlagen. So ist der Wärmeübergang bei der Kondensation im Vergleich zum Wärmeübergang bei Zwangskonvektion deutlich verbessert. Allerdings erfordert die Beheizung mit kondensierendem Dampf eine aufwändige Konstruktion des Verbrauchers, um ein freies Ablaufen des Kondensats zu ermöglichen. Daneben sind Vorkehrungen zu treffen, um Gaspolster durch Inertgase an den wärmeübertragenden Flächen zu vermeiden, die eine gleichmäßige Beheizung verhindern könnten. Dies erfolgt in der Regel durch eine Permanententlüftung an einigen hochliegenden Stellen an den einzelnen Wärmeverbrauchern.
Ferner sind alle Abblaseleitungen der Sicherheitsventile in eine Vorlage aus kaltem Wärmeträger abzutauchen, um den beim Ansprechen der Sicherheitsventile unmittelbar verdampfenden Wärmeträger innerhalb der Anlage zu kondensieren. Dies geschieht zumeist im Sammelbehälter, auf dessen Entlüftungsstutzen gegebenenfalls noch zusätzlich ein wassergekühlter Kondensator aufgesetzt wird. Ein weiterer anlagentechnischer Aufwand ist - je nach klimatischen Standortbedingungen - mit der Notwendigkeit zu Begleitbeheizung aller diphylführenden Rohrleitungen zu sehen, um ein Einfrieren - der Stockpunkt liegt bei +12 °C - zu verhindern.
Weitaus entscheidender ist allerdings, dass aufgrund der relativ geringen Verdampfungsenthalpie von dem üblicherweise eingesetzten Wärmeträger Diphyl (nur ca. 1/5 des entsprechenden Wertes von Wasserdampf bei gleicher Temperatur) und der geringen Dichte sehr große Rohrleitungsquerschnitte erforderlich sind: Bezogen auf den Massenstrom lautet das Verhältnis 1 : 5, bezogen auf den Volumenstrom, der für die Dimensionierung der Rohrleitungsquerschnitte ausschlaggebend ist, beträgt das Verhältnis sogar 1 : 26.
Brennertechnik
Bei chemischen Prozessen fallen häufig Rückstände an, die leichtentzündlich sind oder andere gefährliche Eigenschaften besitzen. Um allen Umweltauflagen und Vorschriften gerecht zu werden sowie aus Kostengründen, wird der Großteil dieser Reststoffe verbrannt. Wesentliches Merkmal des installierten Brennersystems ist die Möglichkeit, gasförmige Rückstände aus bestehenden Produktionsprozessen als Brennstoff zu nutzen und hierüber in ressourcenschonender Form einen Teil der Gesamtleistung von 4 MW bereitzustellen. Das Anfahren des Systems wird mit Erdgas realisiert. Darüber hinaus kann bei vorübergehendem Ausfall der Gasversorgung innerhalb kurzer Zeit eine Kerosinbrennstoffstrecke die volle Heizleistung übernehmen und somit den kontinuierlichen Produktionsprozess sicherstellen. Die Brennertechnik für dieses Projekt wird mit der Firma ELCO realisiert. Ein Luftvorwärmer zur Erhöhung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades auf mehr als 90 % komplettiert diesen Teil des Equipments.
Hohe Variabilität
Besonderes Augenmerk wurde beim Engineering der Pumpengruppen wie auch der Gasarmaturenstrecken auf einen weitestgehenden Vorfertigungsgrad bei Auslieferung gelegt. Die Zusammenfassung von Apparaten, Rohrleitungen, Armaturen und MSR-Komponenten in Form von Skids, d. h. konstruktive Einheiten in Rahmenbauweise, reduziert in erheblichem Maße die Montagetätigkeiten auf der Baustelle. Dies ermöglicht darüber hinaus eine definierte Einleitung von externen Kräften und Momenten bis auf die Fundamente. Der Einsatz von Spaltrohrmotorpumpen ist ein Garant für eine langfristig hohe Anlagenverfügbarkeit. Die Kühlung erfolgt aus dem zentralen Betriebswassernetz.
Die gesamte Anlage wird gemäß dem Industriestandard von einer Leitwarte aus betrieben. Die sicherheitsrelevanten Daten und Signale der Wärmeträgeranlage, insbesondere im Bereich des Brenners und der Einrichtungen gemäß DIN 4754, werden in einer sicherheitsgerichteten Steuerung verarbeitet. Die Datenübergabe an das Prozessleitsystem erfolgt über eine Profibusanbindung.
Wärmeträger VP1 (Diphyl)
Der flüssige Wärmeträger VP1 des Herstellers Eastman ist ein eutektisches Gemisch aus Diphenyl und Diphenyloxid. Das Medium kann nicht nur in der flüssigen Form, sondern auch in der Dampfphase bei Temperaturen von +13 bis zu +400 °C verwendet werden. Dieses macht ein Betreiben komplexer Anlagen bei niedrigem Druck mit idealer Temperaturverteilung bei relativ simpler Systemauslegung möglich.
Ziel von HOSAF ist es, die Kapazität der am Standort Jacobs (südlich von Durban) befindlichen PET-Anlage deutlich zu erhöhen. HOSAF (ehemals Hoechst Südafrika) ist der bedeutendste PET-Hersteller in Südafrika.
Für die Erweiterung ihrer Produktionsanlagen auf ca. 600 Tagestonnen PET wird HOSAF eine neue Fertigungsstraße installieren. Zentrales Element der Anlage ist die Diphyl-Flash-Wärmeträgeranlage zur Beheizung der Verbraucher mit 2 x 12 MW Netto-Leistung. Die Anlage soll noch in 2016 geliefert werden, die Inbetriebnahme der Wärmeträgeranlage ist im Sommer 2017 geplant.
Seit 2001 stellt KAP-HOSAF in Durban PET-Kunststoffe her. Darüber hinaus betreibt HOSAF eine Faserproduktionsanlage in Kapstadt und eine PET-Recyclinganlage in Johannesburg.
PET (Polyethylenterephthalat) ist ein durch Polykondensation hergestellter thermoplastischer Kunststoff aus der Familie der Polyester. PET wird unter anderem zur Herstellung von Kunststoffflaschen (PET-Flaschen), Folien und Textilfasern verwendet.
Konzeption der Diphyl-Flash-Anlage
Die Beheizung der Verbraucher erfolgt mit Hilfe des Wärmeträgers VP-1 (eine Mischung aus Diphenyl und Diphenyloxid) auf einem Temperaturniveau von bis zu 380 °C. Die Notwendigkeit der Verwendung in Dampfform macht Diphyl zum idealen Medium für diese Aufgabe. Die Wärmeträgeranlage wurde daher als Flash-Anlage konzeptioniert. Der Dampf wird den Verbrauchern direkt zugeführt. In der Praxis wird die Prozesswärmebereitstellung von der Diphyldampferzeugung getrennt. Die Anlage teilt sich also auf in einen Primärkreis, der in der Flüssigphase und damit auf einem höheren Druckniveau betrieben wird, und in einen Sekundärkreis mit dem Diphyldampferzeuger, dem sogenannten Flash-Tank. Von hier aus strömt der Diphyldampf zum Verbraucher, kondensiert an den kälteren Wärmeübertragungsflächen der einzelnen Verbraucher und fließt in den Kondensatsammelbehälter zurück. Von dort wird das Kondensat mit Hilfe einer Kondensatpumpe wieder in den Flash-Tank bzw. direkt in den Primärkreislauf eingespeist.
Die notwendige Druckreduzierung zur Dampferzeugung erfolgt dabei mit einer Drosselblende unmittelbar am Eintritt in den Flash-Tank. Da es sich hierbei um eine isenthalpe Drosselung handelt, wird ein Teil des flüssigen Diphyls verdampft und im Flash-Tank von der flüssigen Phase getrennt. Die Dimensionierung des Flash-Tanks erfolgt über die spezifische Ausdampffläche und den zulässigen Dampfvolumenstrom durch den Behälter.
Auslegung von Diphyldampfanlagen
Die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die bei Wärmeträgerdampfanlagen zu beachten sind, unterscheiden sich zunächst einmal nicht grundsätzlich von Wasserdampfanlagen. So ist der Wärmeübergang bei der Kondensation im Vergleich zum Wärmeübergang bei Zwangskonvektion deutlich verbessert. Allerdings erfordert die Beheizung mit kondensierendem Dampf eine aufwändige Konstruktion des Verbrauchers, um ein freies Ablaufen des Kondensats zu ermöglichen. Daneben sind Vorkehrungen zu treffen, um Gaspolster durch Inertgase an den wärmeübertragenden Flächen zu vermeiden, die eine gleichmäßige Beheizung verhindern könnten. Dies erfolgt in der Regel durch eine Permanententlüftung an einigen hochliegenden Stellen an den einzelnen Wärmeverbrauchern.
Ferner sind alle Abblaseleitungen der Sicherheitsventile in eine Vorlage aus kaltem Wärmeträger abzutauchen, um den beim Ansprechen der Sicherheitsventile unmittelbar verdampfenden Wärmeträger innerhalb der Anlage zu kondensieren. Dies geschieht zumeist im Sammelbehälter, auf dessen Entlüftungsstutzen gegebenenfalls noch zusätzlich ein wassergekühlter Kondensator aufgesetzt wird. Ein weiterer anlagentechnischer Aufwand ist - je nach klimatischen Standortbedingungen - mit der Notwendigkeit zu Begleitbeheizung aller diphylführenden Rohrleitungen zu sehen, um ein Einfrieren - der Stockpunkt liegt bei +12 °C - zu verhindern.
Weitaus entscheidender ist allerdings, dass aufgrund der relativ geringen Verdampfungsenthalpie von dem üblicherweise eingesetzten Wärmeträger Diphyl (nur ca. 1/5 des entsprechenden Wertes von Wasserdampf bei gleicher Temperatur) und der geringen Dichte sehr große Rohrleitungsquerschnitte erforderlich sind: Bezogen auf den Massenstrom lautet das Verhältnis 1 : 5, bezogen auf den Volumenstrom, der für die Dimensionierung der Rohrleitungsquerschnitte ausschlaggebend ist, beträgt das Verhältnis sogar 1 : 26.
Brennertechnik
Bei chemischen Prozessen fallen häufig Rückstände an, die leichtentzündlich sind oder andere gefährliche Eigenschaften besitzen. Um allen Umweltauflagen und Vorschriften gerecht zu werden sowie aus Kostengründen, wird der Großteil dieser Reststoffe verbrannt. Wesentliches Merkmal des installierten Brennersystems ist die Möglichkeit, gasförmige Rückstände aus bestehenden Produktionsprozessen als Brennstoff zu nutzen und hierüber in ressourcenschonender Form einen Teil der Gesamtleistung von 4 MW bereitzustellen. Das Anfahren des Systems wird mit Erdgas realisiert. Darüber hinaus kann bei vorübergehendem Ausfall der Gasversorgung innerhalb kurzer Zeit eine Kerosinbrennstoffstrecke die volle Heizleistung übernehmen und somit den kontinuierlichen Produktionsprozess sicherstellen. Die Brennertechnik für dieses Projekt wird mit der Firma ELCO realisiert. Ein Luftvorwärmer zur Erhöhung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades auf mehr als 90 % komplettiert diesen Teil des Equipments.
Hohe Variabilität
Besonderes Augenmerk wurde beim Engineering der Pumpengruppen wie auch der Gasarmaturenstrecken auf einen weitestgehenden Vorfertigungsgrad bei Auslieferung gelegt. Die Zusammenfassung von Apparaten, Rohrleitungen, Armaturen und MSR-Komponenten in Form von Skids, d. h. konstruktive Einheiten in Rahmenbauweise, reduziert in erheblichem Maße die Montagetätigkeiten auf der Baustelle. Dies ermöglicht darüber hinaus eine definierte Einleitung von externen Kräften und Momenten bis auf die Fundamente. Der Einsatz von Spaltrohrmotorpumpen ist ein Garant für eine langfristig hohe Anlagenverfügbarkeit. Die Kühlung erfolgt aus dem zentralen Betriebswassernetz.
Die gesamte Anlage wird gemäß dem Industriestandard von einer Leitwarte aus betrieben. Die sicherheitsrelevanten Daten und Signale der Wärmeträgeranlage, insbesondere im Bereich des Brenners und der Einrichtungen gemäß DIN 4754, werden in einer sicherheitsgerichteten Steuerung verarbeitet. Die Datenübergabe an das Prozessleitsystem erfolgt über eine Profibusanbindung.
Wärmeträger VP1 (Diphyl)
Der flüssige Wärmeträger VP1 des Herstellers Eastman ist ein eutektisches Gemisch aus Diphenyl und Diphenyloxid. Das Medium kann nicht nur in der flüssigen Form, sondern auch in der Dampfphase bei Temperaturen von +13 bis zu +400 °C verwendet werden. Dieses macht ein Betreiben komplexer Anlagen bei niedrigem Druck mit idealer Temperaturverteilung bei relativ simpler Systemauslegung möglich.
