Eines der größten Probleme für Raffinerien durch Prävention statt Intervention minimieren
Die weltweite Ölnachfrage wird voraussichtlich erreichen bis Ende 2022 bei 100,6 Millionen Barrel pro Tag liegen(öffnet in neuem Fenster), wobei die Raffineriekapazität in den kommenden fünf Jahren jährlich steigen wird(öffnet in neuem Fenster). Daher ist für Raffinerien nun der perfekte Zeitpunkt gekommen, um das Problem der Verschmutzung von Wärmetauschertechnologie, das für enormen Energieverbrauch, Emissionen und Milliarden Dollar an entgangenen Einnahmen sorgt, anzugehen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts FlowEnhancer(öffnet in neuem Fenster) wurde der „Flow Optimiser“ entwickelt, ein Rohrbündelwärmetauscher, der die Einströmung regelt und nachgerüstet oder in den Einlass neuer Wärmetauscher eingebaut werden kann. Er verteilt die Strömung gleichmäßiger über die Wärmetauscherrohre, wodurch die Verschmutzung der „Hotspots“ im Wärmetauscher reduziert und die Effizienz des Wärmetauschers erheblich gesteigert wird.
Der Vorwärmzug rollt in die Zukunft
In einem dreistufigen Prozess, der mit der Fraktionierung von Rohöl in kleinere Moleküle beginnt, „veredeln“ Ölraffinerien Rohöl zu höherwertigen Rohstoffen. Der Rohölstrom muss bei sehr hoher Temperatur in die Destillationskolonne eingespeist werden, um eine ausreichende Fraktionierung zu erreichen. In der Regel geht der Fraktionierung ein sogenannter Rohöl-Vorwärmzug voraus, bei dem Wärmetauscher und Abwärme aus anderen Prozessströmen genutzt werden, um den Energieverbrauch zu senken. Die Gesamtkosten, die in den großen Industrienationen durch Verschmutzung von Wärmetauschern und Kesseln entstehen, werden auf über 4,4 Mrd. USD jährlich(öffnet in neuem Fenster) geschätzt. Per Modellierung mit numerischer Strömungsdynamik im Rahmen des früheren, im Siebten Forschungsrahmenprogramm finanzierten Projekts CLEANEX wurde unerwartet der Einlass als Ursache des Problems ermittelt. FlowEnhancer verringerte die Rechenlast der Analysen und konzentrierte sich mit brillanten Ergebnissen auf die relevanten Regionen. Nach Angaben von Derek Sumsion, dem Verantwortlichen für Forschung und Entwicklung bei Tube Tech International, „führten umfangreiche, hochauflösende Modellierungen mit numerischer Strömungsdynamik, die weit über das hinausgingen, was für den FlowEnhancer geplant war, zur Konstruktion eines Einsatzes für den Einlass, der die Eingangsströmung verschiedener Rohölzusammensetzungen in verschiedenen Wärmetauschern mit unterschiedlichen Rohrvolumina gleichmäßig verteilt und die Verschmutzung minimiert.“
Weltneuheit
Die Gestaltung von Wärmetauschern hat sich in den vergangenen vier Jahrzehnten nicht wesentlich verändert. Lösungen gegen Verschmutzung befinden sich, sofern sie eingesetzt werden, direkt in den Wärmetauschern. Wie FlowEnhancer gezeigt hat, liegt das Problem jedoch im vorgelagerten Bereich. Der Flow Optimiser verringert die Turbulenzen und ermöglicht eine Erhöhung der Einströmungsgeschwindigkeit in Rohren um 10 % sowie eine entsprechende Erhöhung der Austrittstemperatur um 7 °C. Damit werden die Effizienz des Wärmetauschers erhöht, der Energieverbrauch, die globalen CO2-Emissionen und die Kosten drastisch gesenkt und gleichzeitig die Nutzungsdauer der Anlage verlängert. Die potenziellen Einsparungen für Raffinerien könnten bis zu 1,8 Mio. EUR pro Jahr betragen und eine Investitionsrendite von 9:1 je Wärmetauscher bewirken. Sumsion geht auf geplante und unvorhergesehene Ergebnisse ein: „Neben der Entdeckung der uneinheitlichen Verteilung der Einlassströmung unterstützten Tests bei Shell India, die unter Berücksichtigung pandemischer Herausforderungen konzipiert wurden, die umfangreichen Analysen mit numerischer Strömungsdynamik, die dem Flow-Optimiser-Konzept zugrunde liegen, eine neuartige Pulsationstechnologie zur Verringerung der Verschmutzung bei niedrigeren Geschwindigkeiten und möglicherweise eine lang herbeigesehnte Neugestaltung der Wärmetauscher. Für die Zukunft liegen zahlreiche neue Projekte vor uns.“ Der neue Flow Optimiser wird im Oktober 2021 an einem Shell-Standort installiert, um vor Ort Informationen über Verschmutzungen zu liefern. In der Zwischenzeit beschafft das Führungsteam Kapital und steht in Kontakt mit der Kundschaft, um das Wachstum und die Akzeptanz von Flow Optimiser zu beschleunigen. Der Flow Optimiser für den Vorwärmzug hat den Bahnhof verlassen.
