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„Wir müssen von APC zu RTOpt übergehen, wenn wir die Möglichkeiten von MBC ganz ausschöpfen wollen.“
Verfahrensingenieure lieben es, in Abkürzungen zu sprechen. Das ist Ausdruck von Präzision und spart auch beim
Sprechen Zeit. Jim Conner ist Director Operations & Technology der Acetyl Business Line bei Celanese Chemicals,
aber eigentlich stets auf Achse in der Celanese Welt, um Herstellungsprozesse und deren Profitabilität zu optimieren.
Alles dreht sich bei ihm um Effizienzsteigerung. APC, RTOpt und MBC stehen für die derzeit subtilsten Instrumente,
um chemische Produktionsprozesse zu steuern und zu optimieren. „Model Based Control (MBC) zielt darauf
ab, noch mehr aus dem herauszuholen, in das investiert wurde - indem man gute Prozesstechnologien nimmt und
die Dinge dann noch besser macht“, sagt Conner.
Jim Conner ist für die Herstellung von Vinylacetatmonomer (VAM) und anderen Produkten der Acetylwertschöpfungskette
an den weltweiten Standorten von Celanese verantwortlich. Die Advanced Process Control (APC)-
Projekte sind wichtiger Bestandteil der Celanese Strategie, die Produktionskosten kontinuierlich zu senken. Diese
Projekte bringen signifikante Einsparungen von Energie und Rohstoffen bei gleichzeitiger Erhöhung der Ausbeute,
d.h. Kapazität. Der Weg dahin stellt aber eine einzigartige Herausforderung an technisches Wissen, seine Vermittlung
und Umsetzung dar.
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Abweichungen werden nicht geduldet
Celanese VAM-Anlagen werden durch Prozessleitsysteme gesteuert. In der Messwarte einer jeden Anlage werden
Prozessparameter abgefragt und der Produktionsprozess elektronisch überwacht und optimiert. Mit Advanced
Process Control ist dieser Steuerungsvorgang in eine neue Dimension gehoben worden. John Ruiz, VAM-Anlagenfahrer
in Clear Lake, beschreibt den Unterschied anschaulich: „In der Vergangenheit waren wir darauf angewiesen,
dass jeder Kollege von der Schicht sich an alles erinnerte, was bei dem Prozess eine Rolle spielt.
Bei der Erstellung von APC haben wir alle Erfahrungen aus unserer Einheit zusammengetragen und in das System eingegeben. Nun
muss sich nicht jeder jederzeit an alle Punkte erinnern, dies leistet jetzt APC.“
John Ruiz und seine Schichtkollegen sitzen wie Fluglotsen in einem halb verdunkelten Raum und blicken auf große
Flachbildschirme, auf denen der gesamte VAM-Produktionsprozess schematisch dargestellt wird. Berührt man
einzelne Prozesspunkte auf dem Bildschirm, so öffnen sich Darstellungen mit höherem Detaillierungsgrad. Bei APC
handelt es sich um eine multivariante, prädikative Regelung, d.h. es werden rund 400 Prozessparameter überwacht.
Durch Abgleich mit einem mathematischen Modell erkennt APC Abweichungen vom Optimum vorausschauend
und kann durch Gegensteuern Störungen vermeiden. Darin verbindet sich APC mit dem Ansatz von Six Sigma,
bei dem es darum geht, mit Hilfe von statistischen Methoden nur Prozesse mit einer Abweichung von 0,000003 oder
weniger zu tolerieren.
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Anlagenfahrer Kevin Simmons
(vorne) und John Ruiz (Mitte) berichten Jim
Conner (hinten) über ihre Erfahrungen
mit APC.
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Jim Conner hasst Schwankungen und liebt deswegen APC: „APC verringert Prozessschwankungen, indem es
die Steuerung noch weiter automatisiert.“ Schwankungen unterliegt z.B. der Sauerstoffgehalt bei der Reaktionsphase
von Ethylen und Essigsäure, den beiden wichtigsten Rohstoffen von VAM. In der Destillation wiederum gilt es, das
zwangsläufig bei der Reaktion entstehende Wasser unter geringstmöglichem Energieeinsatz abzutrennen. In jedem
Fall bedeutet Optimierung, Schwankungen möglichst zu unterbinden, um die relevanten Prozessgrößen so nah wie
möglich an das wirtschaftliche Maximum zu bringen.
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Bis dahin und nicht weiter
Bei der Herstellung von VAM dürfen die als sicherheitsrelevant eingestuften Messgrößen festgelegte Grenzwerte nicht
verletzen. Bei der herkömmlichen Steuerung des Prozesses muss aus Sicherheitsgründen ein größerer Abstand zu
diesem kritischen Punkt gehalten werden, weil man die Schwankungen des Reaktionsgemisches berücksichtigen
muss. Dadurch können Energie- und Rohstoff-Input nicht maximal ausgenutzt werden. Mit APC und der damit
einhergehenden Feinanalyse und -steuerung des Prozesses gelingt es den Celanese Ingenieuren und Anlagenfahrern
aber, die Reaktionen näher an den optimalen Reaktionspunkt heranzuführen, ohne die Anlagensicherheit zu
beeinträchtigen.
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Mit weniger mehr erreichen
Kosteneinsparungen durch effizienten Energie- und Rohstoffeinsatz sind nur die eine Seite des Vorteils von APC.
„Der große Gewinn rührt aber von einer zusätzlichen Produktionskapazität her“, betont Jim Conner. Geht man
von den bisherigen Erfahrungen in der Industrie aus, so übersteigt der Gewinn aus Kapazitätssteigerungen den aus
Einsparungen um das Drei- bis Fünffache. Dazu ist es aber erforderlich, von APC zu Real Time Optimizer (RTO)-
Modellen überzugehen. Dabei werden die Erfahrungen aus APC in ein thermodynamisches Modell eingebracht, das
mit Hilfe einer wesentlich höheren Rechnerleistung die Massen- und Energiebilanz, d.h. die variablen Kosten für
Rohstoffe, Energie und Abfallmengen, optimiert. Die führende Softwarefirma für Prozesstechnologie in der Chemie,
Aspen Technology aus Cambridge, Massachusetts, unterstützt Celanese bei der Einführung von APC und RTO. Mit
Hilfe von RTO werden weitere signifikante Kosteneinsparungen realisiert werden können. Celanese ist dabei, alle
Anlagen seiner Acetylkette durch MBC zu steuern und die Belegschaft entsprechend zu schulen.
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