Nachhaltigkeit und Energieeffizienz bei der Entwicklung ......Latein: ‘a’ – ‘fin’ ... Air...

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Nachhaltigkeit und Energieeffizienz bei derEntwicklung und Umsetzung von Raffinerie Projekten

Nachhaltigkeit und Energieeffizienz bei derEntwicklung und Umsetzung von Raffinerie Projekten

ÖGEW Herbsttagung

11.November, 2010

C.-P. Hälsig, F. Baars

J. Gonzales, Fluor

2HO20090370© 2010Fluor Corporation

Übersicht

�50 Jahre ÖGEW! 150 Jahre “Stein”öl-Raffinerien

�Welche Fragen beschäftigen heute einen Raffineur?

�Nachhaltigkeit

�Nachhaltigkeitsüberlegungen beim Auslegen von Prozessanlagen

�Beispiele

�Zusammenfassung


Erdölverarbeitung - Raffinerie

� Latein: ‘a’ – ‘fin’– Zu Ende kommen

� Französisch - raffiner

� Zitiert seit 1582 –Aufarbeitung von Metallen

Pioneer Oil Refinery c. 1880, Newhall, California


Mit der Nachfrage für Kerosin fing es an

�1853 - IgnacyŁukasiewicz destillierteklares Kerosin ausSchwitz-Öl in Polen

�Kerosin eingesetzt fürLampen als Ersatz fürWal Öl

�1854 – In Gorlice ersteKerosin betriebeneStrassen Lampen

�1856 – Erst ÖlRaffinerien in Polen und Rumänien

Oil wells in Grabownica, Poland; 1930s


Entwicklung von Raffinerietechnologie


Fragen, die einen Raffineur heute beschäftigen...

CO2 Zertifikate?

FQD? RED?LCP?

IPPC?REACH?

ErneuerbareGrundstoffe?

Biofuels?

Nachhaltigkeit?Energie

Effizienz?


NachhaltigkeitBrundtland Bericht, 1987

Entwicklungen zukunftsfähig zu machen heisst, dass die gegenwärtige Generation ihre Bedürfnisse

befriedigt ohne die Fähigkeit der zukünftigenGenerationen zu gefährden, ihre eigenen

Bedürfnisse befriedigen zu können.


Nachhaltigkeit@FluorErweiterte Definition

� Drei Säulen Model:– Ökologisch– Ökonomisch– Sozial

� Unabhängig vom Industriesektor

� Umfasst u.a. folgende Bereiche:– Auslegung (Design)– Einkauf– Montage– Betrieb– Erhaltung

� Fluors Ingenieure entwickelntäglich neue Technologien und technische Lösungen, um derIntention der Nachhaltigkeitmöglichst nahe zu kommen.

Source: International Petroleum Industry Environmental Conservation Association and the American Petroleum Institute 2003, Compendium of Sustainability Reporting Practices and the Trends for the Oil and Gas Industry, p. 7.


Nachhaltigkeit@FluorFluors Sustainability Manual

�Strukturierter Ansatz, um Nachhaltigkeit in der ProjektDurchführung zu verankern:– Decide on Focus– Align Internally & with Owners– Select Initiatives– Create a Plan– Implement the Plan– Measure Progress– Report Results– Recognize Achievements

�Es ist ein kontinuierlicher Prozessund Fluors Bekenntnis zusozialer, ökonomischer und ökologischer Verantwortung beider Projektentwicklung


Nachhaltigkeit@FluorBei der Auslegung von Prozess Anlagen

�Nachhaltigkeit ist eine Einstellung, eine Haltung, eineHandlungsweise

�Nachhaltigkeit und HSE sind bei der Entwicklung, Auslegung von Prozess Anlagen ein integrierter Bestandteil des Arbeitsprozesses

�Nachhaltigkeit ist ein Motivator zur Wertschöpfung, zur Erhöhung derEffizienz einer Prozess Anlage

�Durch ihre Vielschichtigkeit verlangt ein auf Nachhaltigkeitausgerichtete Auslegung von Prozess Anlage integrierte und intensive Kooperation aller Partner.

� In dieser Präsentation werde ich einige Beispiele aufzeigen


Energie Effizienz / Energie Einsparungsm öglichkeitenEnergie Effizienz / Energie Einsparungsm öglichkeiten

Beispiele:

� Verbrauchsmaterialien

� Wärme / Kraft Kopplung

� Operative Veränderungen

� Drehzahlregelung

� Intensivierung Wärmeaaustausch

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Energie Einsparungsm öglichkeiten (1)Verbrauchsmaterialien

PLANNING FRONT-END DETAILED ENGINEERING

EQUIPMENT FABRICATION

CONSTRUCTION

% OF

TOTAL

COST

50%

100%

80%

CAPITAL COSTS

COMMITTED

MONEY SPENT

OPERATING COSTS

COMMITTED

� Verbrauchsmaterialien werden zu oft zu früh festgelegt und ihrenAuswirkungen auf die Anlagenkosten (OPEX und CAPEX) unterschätzt.


Energie Einsparungsm öglichkeiten (2)Nutzung von “Abw ärme”

Erhöhung der Energie Effizienz durch:- Ofen Effizienz durch Luft Vorwärmung

- Vorwärmung von Prozess Strömen

- Dampfproduktion

�Keine Standardlösungen, jede Lösung istunterschiedlich!


Energie Einsparungsm öglichkeiten (3)Hot run-down, Reduktion von Zwischenlagerung

Air cooler

160 °C 80 °C 80 °CMHC

Tank Heater

160 °CFCC

160 °CMHC

Tank

160 °CFCC

Base Case - “Aufwärmen” der Umwelt

Alternative Case – Direkt Einspeissung

Typical 10 MTA Refinery

- Investment savings : $7.5 MM

- Energy savings : $20 MM/yr

- CO2 avoidance : 16 kton/yr

(1% of total refinery CO2 emissions)

:


Energie Einsparungsm öglichkeiten (4)Austausch Kontroll-Ventil mit Drehzahlregelung

FC

FCVSD

Durchfluss-Kontrolle mit Ventil – Energieverlust durch Druckverlust

Durchfluss-Kontrolle durch Drehzahlregelung


Einsatz von Motoren mit Drehzahlregelung

�Energie Einsparungspotential: bis zu 30%

�Amortisation: 4-5 Jahre

�Anwendung:– Einzelpumpen:– Low voltage: > 50 kW– High voltage: > 500 kW


Energie Einsparungsm öglichkeiten (5)Verbesserter Wärmeaustausch vs. Quench

Heater

Base case: quench with surplus cold H2

Alternative case: energy exchange at high level

H2

Reactor 1 Reactor 2

Reactor feed + H2

Stripper bottoms

Fractionator

HeaterReactor 1 Reactor 2

Reactor feed + H2

Stripper bottoms

Fractionator

406 °C 395 °C

New

Smaller


- Investment cost : none

- Energy savings : $0.8 MM/yr

- Possible compression savings


(0.4% of total refinery CO2 emissions)


ExergieExergie


Exergie Analyse

�Exergie ist der Anteil der Gesamtenergie eines Systems oder Stoffstroms der Arbeit verrichten kann, wenn er in das thermodynamische, mechanische oder chemischeGleichgewicht mit seiner Umgebung gebracht wird.

�Exergie ist die Quantifizierung der Energie Qualität

�Exergie ist also der nutzbarer Anteil

�Exergie Analyse ist ein Ansatz zur Identifizierung derBereiche, in denen Arbeitspotentiale vernichtet werden.


Exergie, zwei Beispiele

�Wasserkraft �Gleicher Volumenfluss

�Dammhöhe unterschiedlich

� Unterschiedliche Arbeitsleistung

Dam height Dam height


ExergieBeispiel: Gleiche Gesamtenergie – unterschiedliches Pot ential

�3.5 bar Dampf, 140°C, 100 MW thermal nach Kondensati on– Exergie = 26 MW

�40 bar Dampf, 152°C, 100 MW thermal nach Kondensatio n– Exergie = 38 MW


Neuere AnwendungsüberlegungenNeuere Anwendungsüberlegungen


Energie Einsparungsm öglichkeitenHot run-down, Reduktion von Zwischenlagerung

Air cooler

160 °C 80 °C 80 °CMHC

Tank Heater

160 °CFCC

160 °CMHC

Tank

160 °CFCC

Base Case - “Aufwärmen” der Umwelt

Alternative Case – Direkt Einspeissung


- Investment savings : $7.5 MM

- Energy savings : $20 MM/yr


(1% of total refinery CO2 emissions)

:


Kompressions Kühlung


Absorption Kühlung


Kompression vs Absorption

Kompressor Kühlung

�Energie: Elektrizitát

�Grosser Kompressor

�Hoher Stromverbrauch

�Kühlmittel: R134a, Propan

�Hoher Wirkungsgrad (> 4)

Absorption Kühlung

�Energie: Dampf (Waste)

�Kleine Flüssigkeitspumpe

�Hoher Verbrauch an Kühlwasser (Ammoniakbasierende SystemeLuftkühlung)

�Kühlmittel: Wasser, Ammoniak

�Niedriger Wirkungsgrad (~ 0.6)

COP – Coefficient of Performance

COP = Cooling Load / Work or heat input


Refrigerants/Absorbent Pairs

Wasser – Lithium bromide

�Erreicht Kühltemperaturen bis > 4 °C

�Kühlwasser nötig im Absorber und Kondenser

�System arbeitet im UnterdruckBereich

Ammoniak – Wasser

�Erreicht Kühltemperaturen unter0 °C (+5 to -60 °C)

�Luftkühlung kann zur Kühlungvon Absorber und Kondenserverwendet werden

�Betriebsdruck überNormaldruck (up to -30 °C)


FCC - Gas Anlage


Einfügung einer Kompressor basierenden Kühlung


Einfügung einer auf Absorption basierenden Kühlung


Case Study – FCC unit - 152 t/h feed rate

11Payback (years)

-5584LP Steam Consumption (kg/h)

308.610Electrical Consumption (kW)

276612Cooling water requirement (t/h)

@ 28 to 38 °C

20002000Refrigeration unit capacity (kW)

655365534553Cooling load required (kW)

99.299.295% C3=- recovery

Compression Refrigeration

Refrigeration from Lithium Bromide unit

Base Case

CW 11 €/1000 m3

LP Steam 6.6 €/tonElectricity 82 €/MWhC3

=/LPG 1150/424 Euro/ton.


Organic Rankine Kreislauf

�Employs an organic fluid, characterized by:– High molecular mass – Low boiling point

This allows heat recovery from low temperature sources and leads to slower rotation of the turbine and lower pressure and erosion of the metallic parts and blades

�Fluids used:– Silicon based fluids, Iso-pentane, Toluene, Ammonia,

Heat Work Electricity


Rankine Cycle

�1 to 2 Fluid is pumped to high pressure

�2 to 3 Fluid is boiled

�3 to 4 The vapor expands through the turbine producing mechanical energy

�4 to 1 The vapor is condensed back to a liquid and fed back in the pump. 1

2

3

4


Dampf Erzeugung durch Nutzung von Ablaufströmen


Strom Erzeugung durch Nutzung von Ablaufströmen


Mild Hydrocracker unit – 3000 MTA

+ 3 Base CaseDifferential TIC (MM€)

4,180Electricity (kW)

1.750.7Payback (years)

+ 1Differential Utility Profit (MM€/year)

10LP Steam (t/h)

23.5MP Steam (t/h)

9,600Duty (kW)

ORC UnitSteam Generation

MP Steam 5.8 €/tonLP Steam 6.6 €/tonElectricity 82 €/MWh


Zusammenfassung (1)

� Kohlenwasserstoffmoleküle und was wir mit ihnen machen wirdimmer mehr reguliert und limitiert

� Technologische (Weiter-)Entwicklungen sind notwendig, um die sich kontinuierlich bewegenden Ziele zu erreichen

� Wir Ingenieursfirmen nehmen diese Herausforderungen an und setzen unsere Erfahrungen ein und liefern in engsterZusammenarbeit mit unseren Kunden ausbalanzierte Lösungen

� Mit der Einführung des Sustainability Models trägt Fluor den Anforderungsänderungen Rechnung und stellt sicher, dassNachhaltigkeit bei allen Projektabwicklungsschritten, wie auchdie Sicherheit, im Mittelpunkt steht


Zusammenfassung (2)

�Jeder Arbeitsplatz für einen Ingenieur bedeutet Entwicklung, Wachstum, neue Arbeitsplätze und Sicherheit für die Zukunft

� Für die Zukunft wird ein “weiterentwickelter” Typ an Ingenieur benötigt, vielseitig und vielschichtig interessiert, fähig zur intensiveninterdisziplinärem Gedankenaustausch.

� Zusammenarbeit der Industrie mit Universitäten, Hochschulen und anderen technischen Ausbildungsstätten ist wichtiger denn je um die Ausbildung dieser dringend benötigten Ingenieure zu fördern

� Der ÖGEW kommt dabei weiterhin eine sehr wichtige Aufgabe zu!


Zusammenfassung (3)

�Jeder Arbeitsplatz für einen Ingenieur bedeutet Entwicklung, Wachstum, neue Arbeitsplätze und Sicherheit für die Zukunft

� Für die Zukunft wird ein “weiterentwickelter” Typ an Ingenieur benötigt, vielseitig und vielschichtig interessiert, fähig zur intensiveninterdisziplinärem Gedankenaustausch.

� Zusammenarbeit der Industrie mit Universitäten, Hochschulen und anderen technischen Ausbildungsstätten ist wichtiger denn je um die Ausbildung dieser dringend benötigten Ingenieure zu fördern

� Der ÖGEW kommt dabei weiterhin eine sehr wichtige Aufgabe zu!

� Alles Gute für die nächsten 50 Jahre!!


Es gibt nur eineErde...wir haben die Verantwortung für sie.


Thank you! Questions?

Dr Claus-Peter Hälsig

Fluor B.V.

P.O. Box 4353

2003 EJ Haarlem

The Netherlands

Tel.: + 31-23-5432202

Fax.: +31-23-5360436

Mobile: +31-653642688

e-mail: [email protected]

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