Copyright © Siemens AG 2014 All rights reserved.
Von „Mini“ zu „Mega“ – Verfahrens-entwicklung am Beispiel von CO2-Abtrennung aus Kraftwerksabgasen
Siemens AG
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Autoren
Stefan Hauke Siemens IndustryI IA AS PA ECIndustriepark Hö[email protected]
Albert Reichl Siemens EnergyP MO CCS PPMIndustriepark Hö[email protected]
Page 2
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Inhalt
Motivation für Entwicklung eines Carbon Capture Verfahrens
Verfahrensentwicklung im Labor
Verfahrensvalidierung in Pilotanlage
Verfahrensoptimierung: Lösungsmittelaufbereitung / Reclaiming
Engineering für Großprojekte
Lieferung von Komponenten
Zusammenfassung
Page 3
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 4
Motivation für Carbon Capture, Utilization & Storage (CCUS)
Höhere Ölausbeute durch “Enhanced Oil Recovery” mit CO2 - bewährte
Technik, z.B. in USA. Der CO2-Bedarf steigt.
Entwicklung des globalen Strommarktes: Der Strombedarf steigt weiter, fossileEnergieträger werden stärker genutzt. CO2 Emissionen steigen ohne CCS
Strommix weltweit, in TWh
Source: Siemens
Prognose: bis zu 260 Gt CO2
Siemens Energy: Lieferant von Gas-/Dampfturbinen und Kraftwerken
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 5
Rauchgas: CO2 Anteil 3-15 vol-% bei atmosphärischem Druck
Syngas: CO2 Anteil 40 vol-% imBrenngas bei hohem Druck
Rauchgas: CO2 Anteil 70 vol-% bei atmosphärischem Druck
CO2 Capture Technologien und Abtrennmethoden
CO2 Capture Technologie
Post-Combustion Pre-Combustion Oxy-Combustion
Absorption Adsorption KryogeneDestillation
MembranenKondensation Chemical looping
Retrofit möglich
(Chemisorption)
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 6
Siemens PostCapTM Prozess in Grundzügen
40-45°C 90-105 °C
Dampf bei ca. 120°CRauchgas(vom Kraftwerk)
CO2-Absorption CO2-Desorption
CO2
Kompression
Aminosäuresalz-Lösung als Solvent Vorteile bei Ökonomie, Handhabbarkeit, Umweltverträglichkeit.
Solvent-aufarbeitung
CO2-armes Rauchgas CO2-Austritt
(Konzentration > 99%)
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 7
Größter Hebel für Kostenreduktion bei CO2-Abscheideanlage=> Optimierung des Verfahrens und der apparativen Umsetzung
Gesamtkosten von CCS, Kostentreiber sind Brennstoff- & Investmentkosten
Verdichtung SpeicherungTransport**** 180 km
70% - 85%
CO2-Abtrennung ausGas- und
KohlekraftwerkenVerdichtung, Transport und Speicherung
15% - 30%
+
Kosten imGesamtprozess
€/tCO2
Minimierung: €/tCO2
Best-case Szenario
Source: Siemens + ZEP
Picture: IEA 10-30 €/tCO225-60 €/tCO2
CO2-Abtrennung
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 8
IP HöchstFläche: 4,6 km²Beschäftigte: 22 000Firmen: > 90
Beschäftigte bei Siemens am Standort Höchst: ca. 165
Flughafen Frankfurt
PM's Process DesignMechanical Design Piping & LayoutEIA Civil & Bulding Tech.Special Consulting & Labs Others
Siemens im Industriepark Höchst Frankfurt
FEED /Basic Eng.
Detail Eng.
Konstruktion& Montage
Inbetrieb-nahme
Anlagen-unter-stützung
Lizen-zierung
Prozess-& Modell-entwicklung
Pilotierung &Optimierung
Prozessentwicklung + Lizenzierung Projekt Implementierung
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Inhalt
Motivation für Entwicklung eines Carbon Capture Verfahrens
Verfahrensentwicklung im Labor
Verfahrensvalidierung in Pilotanlage
Verfahrensoptimierung: Lösungsmittelaufbereitung / Reclaiming
Engineering für Großprojekte
Lieferung von Komponenten
Zusammenfassung
Page 9
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 10
Anforderungen an ein Absorptionsmittel (Solvent)
40-45°C
90-105°C
Dampf, bei ca. 120°C
Absorption• Hohe Kapazität
• Physi-/Chemisorption• Umpump• Solventkosten
• Günstige Kinetik• Kolonnenhöhe
• Hohe Selektivität• Akkumulationen• Solventblockade• Verunreinigung im CO2
Desorption• Energiebedarf
• Temperaturniveau• Dampfmenge• Wärmetauscherdesign
• Stabilität• Toxizität• Umweltverträglichkeit
• Werkstoffverträglichkeit• Explosionsschutz• Operabilität (Ausfällungen, Schäumen,…)
• Emissionen (Dampfdruck)
Rauchgas(3-15 vol.% CO2)
CO2 Produkt(>99 vol.% CO2)
Abgereichertes Rauchgas(<1,5 vol.% CO2)
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Solvent Screening
• Auswahl durch Vergleich von Löslichkeiten (Physisorption) und Dampfdrücken (gemessen und kommerzielle Datenbanken)
• Vergleich von gemessenen Reaktionskinetiken (Chemisorption) & Kalorik• Nutzung der Ergebnisse zur Modellbildung, Verfügbarkeit in Stoffdatenpaket
Page 11
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 12
Aminosäuresalz
CH
NCH
R
R’O
O
K+ -
Aminosäure
CH
NCH
R
R’OH
O
NH
HH
Vorteile von Aminosäuresalzen
Salzcharakter• Sehr niedriger Dampfdruck, nicht flüchtig• Keine thermodynamisch bedingten Emissionen• Nicht entflammbar• Keine Inhalationsgefahr• Geruchlos
Umweltverträglichkeit• Biologisch abbaubar• Nicht-toxisch
Stabilität• Stabil gegen O2• Nicht explosiv
CH
2
NHOCH2
H
H
Aminosäuresalz als Basisstoff des Solvents
Aminosäuresalze sind ökonomisch, umweltverträglich und einfach zu handhaben.
Ammoniak MEA
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Prozessentwicklung
• Die Erfahrung von zahlreichen Gasreinigungsprojekten im Hause Siemens sowie eine umfangreiche Patent- und Literaturrecherche lieferte ca. 50 verschiedene Prozessideen, von denen die 20 vielversprechendsten mit AspenPlus simuliert wurden.
• Das optimale Anlagendesign (CAPEX) und die günstigsten Betriebsbedingungen (OPEX) wurden über Shortcut-Methoden ermittelt (Zielgröße: Kosten pro Tonne abgeschiedenes CO2).
Page 13
Messungthermophysikalischer
Stoffdaten
Solvent-optimierung
Modell-adaption
BetriebLabor-/
Pilotanlage
Prozess-entwicklung
OptimalerAbscheidegrad:
90 %
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Prozess-Simulation (AspenPlus)
• AspenPlus ist ein kommerzieller Prozess-Simulator für die Modellierung, Optimierung und Simulation chemischer Verfahren und Anlagen.
• AspenPlus verfügt über eine umfangreiche Datenbank mit Komponenten, Stoffdaten und thermodynamischen Modellen verschiedener Unit Operations (Kolonnen, Wärmetauscher etc.).
Page 14
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Thermodynamisches Modell auf Basis bei Siemens gemessener Stoffdaten
• Das thermodynamisches Modell beinhaltet u.a. die ablaufenden chemischen Reaktionen und die Stoffdaten der beteiligten Komponenten.
• Die benötigten Gleichgewichtskonstanten wurden aus der Literatur entnommen und/oder im Labor selbst vermessen und anschließend in AspenPlus implementiert.
• Die physikalischen Eigenschaften (Stoffdaten) wie Dichten, Viskositäten, Dampfdrücke, Löslichkeiten, Oberflächenspannungen, Absorptionsenthalpienetc. wurden experimentell ermittelt und ebenfalls in AspenPlus implementiert.
Page 15
Preferred reaction mode
OHH
Amino acid salt
+
Low
temperature
Carbamate salt
+
Heat
pH
+O=C=OO=C=OO=C=OO=C=O
OHH
OHH
OHH
OHH
OHH
OHH
Carbonate salt
Desorber
Absorber
COOKR NH
CH
R‘
COOK
Amino acid salt
Bicarbonate salt2 +
C C
O
O R'
H
N +H
R
HK +
C
O
OOH C C
O
O R'
H
N +H
R
HK +
C
O
OOH
C C
O
O R'
H
N+
H
R
HK
+
C
O
OO 2
C CO
O R'
H
NC
R
O
OK+
C CO
O R'
H
N +
H
R
HK +
C CO
O R'
H
NC
R
O
OK+
C CO
O R'
H
N +
H
R
HK +
C CO
O R'
H
NH
R
K+
C CO
O R'
H
NH
R
K+
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Hydrodynamisches Modell
Page 16
• Die hydrodynamischen Korrelationen zur Berechnung des Stoffübergangs in AspenPlusbasieren auf der experimentellen Untersuchung von Referenzsystemen.
• Das Prozessmodell in AspenPlus wurde daher fortlaufend mit realen Messdaten aus einer Labor- und Pilotanlage unterfüttert.
Laboranlage Pilotanlage
Rauchgasmenge Nm³/hkg/h
34
230300
Absorber Durchmesser mm 50 213
Packungshöhe m 3
Typ Packung strukturiert strukturiert
Desorber Durchmesser mm 50 169
Packungshöhe m 3
Typ Packung strukturiert strukturiert
Solvent Holdup m³ 0.01 0.4
Scale-Up Faktor 1 18
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Laboranlage
Page 17
Absorptionskolonnebis 10 bar(ü)
Ø 50 mmGlasverdampfer,
Optimal zumBeobachten, z.B.
Siedeverzüge, Ablagerungen
Desorptions-kolonne
Ø 50 mm
Die von Siemens geplante, gebaute und betriebene Laboranlage
arbeitet im 24h-Betrieb
Vollautomatisiert mitPCS7
Online CO2 Analytik (IR)
SynthetischesRauchgasgemisch
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Ergebnisse Laboranlage
Sehr gute Eignung• Proof of Principle• Schnelle Variation von
Prozessparametern• Trennleistungsbestimmung• Modellbildung/-validierung• Thermische & O2-Stabilität• Aktivatoren, Additive• Aufklärung von Rkt.-Mechanismen
• SOx und NOx
Weiterführende Untersuchungen• Energiebilanz• Kein echtes Rauchgas (Effekte von
Nebenkomponenten)• Werkstofftests• Emissionen• Demistertests• Betriebserfahrung
Page 18
Bedarf Pilot-Anlage
Bedarf Solventaufarbeitung (Reclaiming)
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Inhalt
Motivation für Entwicklung eines Carbon Capture Verfahrens
Verfahrensentwicklung im Labor
Verfahrensvalidierung in Pilotanlage
Verfahrensoptimierung: Lösungsmittelaufbereitung / Reclaiming
Engineering für Großprojekte
Lieferung von Komponenten
Zusammenfassung
Page 19
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Pilotanlage an E.ON-Kohlekraftwerk „Staudinger“
Page 20
Apparatedimensionierung, 3D-Rohrplanung, Mess- und Regeltechnik, Automatisierung, Kraftwerkkopplung, HazOp, Genehmigungsprozess, Baustellenüberwachung
Rauchgas (140-230 Nm3/h)
gereinigtesRauchgas
abgetrenntes CO2bis 40 kg/h (1000 kg/d)
Heizdampf
DesorberDN 150
Absorber DN 200
Scale-Up Faktor 18
Möglichkeit zu isokinetischenEmssionsmessungen
Slots für Werkstoffprobentests
>150 Messstellen
Online-Analytik für CO2, NOx, SO2, O2
Vollautomatisiert und fernsteuerbar mit PCS7
Eignung für Rauchgase aus Kohle- und Gaskraftwerken
Flue Gas Cooler
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Pilotanlage
Page 21
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Pilotanlage
2013Page 22
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Erkenntnisse aus Pilotversuchen
• Verfahrens- & Solventvalidierung mit Kraftwerks-Rauchgas
• Validierung halbtechnischer Maßstab• Skalierbarkeit der Laborversuche gezeigt• Modellvalidierung einschließlich Energiebilanz• Sammeln von Betriebserfahrung > 9000 h• An-, Abfahrprozeduren (Kraftwerksbetrieb), Regelkonzepte• Troubleshooting• Belastbare Informationen zu:
• Akkumulationen von Nebenkomponenten im Solvent• Schäumverhalten bzw. wirksame Gegenmaßnahmen• Stabilität: Degradation Solventverbrauch• Emissionen, Ausbreitungsrechnungen• Einsetzbare Werkstoffe
• Informationen für den Bau einer Großanlage; Bsp. Kaminboden
Page 23
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Inhalt
Motivation für Entwicklung eines Carbon Capture Verfahrens
Verfahrensentwicklung im Labor
Verfahrensvalidierung in Pilotanlage
Verfahrensoptimierung: Lösungsmittelaufbereitung / Reclaiming
Engineering für Großprojekte
Lieferung von Komponenten
Zusammenfassung
Page 24
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 25
Schwefel-Rückge-winnung
DeaktiviertesSolvent
ASS Rückge-winnung
Rückstand
ReaktiviertesSolvent
Siemens PostCapTM Reclaimer
Siemens POSTCAPTM ReclaimerPatentierte Eigenentwicklung
SchwefelProdukt
Leistungsminderungaufgrund
Degradation & Deaktivierungthermisch, O2, NOx, SOx, etc.Gefahr von Ausfällungen bei
Akkumulation von NK’s
Prozess-rückführung
Solvent Teilstrom
Leistungsminderung• Degradation & Deaktivierung
• thermisch, O2, NOx, SOx
Gefahr von Ausfällungenbei Akkumulation von NK’s
Anforderungen
• Geringer ASS-Verlust
• Verzicht auf FGD Nachrüstung
• Wenig Rückstand
• Schwefelprodukt in Verkaufsqualität
Solvent-aufar-
beitung
ASS = Aminosäuresalz, NK = Nebenkomponenten, FGD = Flue Gas Desulphurization
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 26
Siemens POSTCAPTM ReclaimerPatentierte Eigenentwicklung
NOx ReclaimerNebenkomponentenaufklärung
VerfahrensstudieProof-of Principle
• Abtrennung von Degradationsprodukten • Entwicklung einer Analytik für
Degradationsprodukte• Kristallisation von Lösungsmittel• Elektrodialyse / Umkehrosmose
SOx ReclaimerVerfahrensstudieProof-of Principle
• Kristallisation Sulfit / Oxidation zu Sulfat• Thermische Abtrennung (Sprühtrocknung)• Elektrodialyse / Umkehrosmose• Adsorption• Extraktion
Kombinierte PilotanlageIntensiver Betrieb mit „gebrauchtem“ Solvent
aus CC-Pilotanlageunabhängiger Betrieb beider Anlagenteile möglich
Austausch
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Reclaimer Pilotanlage
Page 27
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Reclaimer Pilotanlage
2013Page 28
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Reclaimer Pilotanlage
2013Page 29
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Reclaimer Pilotanlage
Page 30
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 31
Siemens POSTCAPTM ReclaimerPatentierte Eigenentwicklung
2-stufiger Reclaiming-Prozess • Kompletter Umsatz des durch SOx deaktivierten Solvents
• Selektive Abtrennung von NOx-bedingten Nebenkomponenten
• Unabhängiger Betrieb jeder Reclaimerstufe
• Skid-mounted
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Basic Engineering(FEED-Studien)
Zeitstrahl Verfahrensentwicklung
Page 32
2009 2010 2011 2012 2013 20142008
SolventauswahlDatengrundlageModellbildung
Reclaimerkontinuierlicher Betrieb
Auslegung
ReclaimingVerfahrensstudieProof-of-Principle
ModellgestützeProzessoptimierung
PilotanlageRauchgas aus
Kohle-KW
OptimierungRauchgas aus
Kohle-KW
Dynamische Simulation (Anfahr-, Abfahrvorgänge,
div. Lastfälle)
PilotanlageErdgasbetrieb
Laboranlage
24 / 7 - Betrieb
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Inhalt
Motivation für Entwicklung eines Carbon Capture Verfahrens
Verfahrensentwicklung im Labor
Verfahrensvalidierung in Pilotanlage
Verfahrensoptimierung: Lösungsmittelaufbereitung / Reclaiming
Engineering für Großprojekte
Lieferung von Komponenten
Zusammenfassung
Page 33
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
CCS-Engineering-Projekte (Auswahl)
Page 34
ProjektSiemens PostCapTM
Pilotanlage
Studie für Gas-Dampf-Kraftwerk
Machbarkeits-studie I
Machbarkeits-studie II
Machbarkeits-studie III
Machbarkeits-studie IV
Machbarkeits-studie V
FEED-Studie Carbon Capture Masdar
Konzept-Studie Carbon Capture Mongstad
Standort Großkrotzen-burg
Norwegen Europa Europa USA China GB VAE Norwegen
ProzessKraftwerk Staudinger(Kohle)
Gas-Dampf-Kraftwerk (CCPP)
Kohle-kraftwerk
Kohle-kraftwerk
Kohle-kraftwerk
Kohle-kraftwerk
Biomasse-kraftwerk
Gas-Dampf-Kraftwerk (CCPP)
Heizkraft-werk (CHP)
AnlagengrößeCO2-Produktion
1 t/d 1,2 Mio. t/a 700.000 t/a 1,4 Mio. t/a 1,0 Mio. t/a 1,0 Mio. t/a 4.000 t/a 1,8 Mio. t/a 1,2 Mio. t/a
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 35
Carbon Capture Mongstad (CCM)
Projekt “Full-Scale Carbon Capture Mongstad (CCM)”
Standort Mongstad-Raffinerie, Norwegen
Kunde Statoil Petroleum AS
Prozess Heizkraftwerk (CHP)
Anlagengröße 1,2 Mio. Tonnen CO2 pro Jahr
Technologie-Qualifizierungs-Programm (TQP) in drei Phasen:
1. Machbarkeitsstudie
2. Praxistest des Prozesses im Labor- und Pilotmaßstab; Fokus: Emissionen
3. Konzeptstudie inkl. Kostenermittlung, Design einergroßtechnischen CO2-Capture-Anlage ”(Extended) Basic Engineering”
Status TQP abgeschlossen – Projekt wird nicht fortgeführt(Entscheidung der norwegischen Regierung)
CO2 Capture Site
CHP 1 and 2
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
• 2 Absorber• 1 Desorber• 2 Reboiler• 2 Flue Gas Cooler• 10 Platten-Wärmetauscher der größten Bauart (Wärmeintegration im Solvent-Loop)• Rauchgasleitung• CO2 -Kompressor
• Gesamtinvestition: mehrere Hundert Mio. €
Planungsumfang:• Capture Plant, Utilities (z.B. Wasser-Dampf, Kühlwasser), Abwasserbehandlung• Prozess, Anlagentechnik, Piping, EI&A, Civil, HSE (HAZOP)
Ausmaße der Großanlage stellen nicht nur verfahrenstechnische, sondern auch konstruktive und logistische Herausforderungen an das Planungsteam!
Eckdaten CCM
Page 36
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Energetische Optimierung des Verfahrens
• Spezifische Projektrandbedingungen (Dampfpreis, Strompreis, Schnittstellen): energetische Optimierung
• Beispiel CCM: Evaluierung von Energieeinsparpotentialen: Erzeugung von LP- und LLP-Dampf aus heißem Rauchgas Aufwertung des LLP-Dampfes zu LP-Dampf über Dampfstrahler Stromerzeugung durch Dampfturbine Kondensatvorwärmung mit heißem Rauchgas Reduzierung der log ∆Tm im Solvent-Solvent-Wärmeübertrager Neubewertung „Driver Concepts“: elektr. Antriebe > 5 MW
• Energiesparpotentiale auch bei (sehr) kleinen Anlagen vorhandenPINCH-Technologie zum Erkennen dieser Potentiale – Einsparung erheblicher Mengen an externer Energie!Dies gilt sowohl für Neu- als auch für Bestandsanlagen.
Page 37
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Apparate-Design bei Siemens
Page 38
• umfangreiche Stoffdatenbank mit mehreren Tausend Komponenten
• jahrzehntelange Erfahrung im Bereich der Apparateauslegung in allen benötigten Maßstäben (von „Mini“ zu „Mega“).
• Vielzahl von Rechenprogrammen:
Aspen Suite (z. B. Prozess-Simulation, Wärmetauscherdesign)
Inhouse-Tools (Design von Wärmetauschern, Kolonnen, Abscheidern, …)
Herstellerprogramme (z. B. Kolonnendesign)
• jahrzehntelange Zusammenarbeit mit renommierten Lieferanten (z. B. für Kolonneneinbauten: Koch-Glitsch, Montz, Raschig, Sulzer) – aber Unabhängigkeit von Herstellern
• Siemens ist Mitglied bei FRI
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Auslegungsprogramme
Page 39
Kommerzielle Datenbanken
(DDB, Detherm, etc.)
Literatur, Patente,
...
SiemensDatenbank
Stoffdaten, ApparatedatenWerknormen
Programme zur ApparateauslegungAspen Engineering Suite
EigenentwicklungenHerstellerprogramme
Datenblatt
Eigene Stoffdatenbank
Messungen
Teil 1
Teil 2
Engineering-Tool
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Beispiel für Apparatedesign: Reboiler
Page 40
Rohre zu lang(Dichteunterschied zu groß)Desorber muss höher gesetzt werden
• Horizontaler Naturumlaufverdampfer• Vertikales Design nicht möglich wegen großer Verdampferfläche
Des. Des.
Querschnittsfläche zu groß(gegenseitige Beeinflussung)
120°Anordnung
Des.
Schlankes Design, lange Rohre: Kurze Rohre:
Horizontales Design:
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Herausforderungen beim Kolonnendesign > Ø15 m
• Gasverteilung: Nachweis mit CFD • Flüssigkeitsverteilung:
• Größenlimitierung der Teststände => Segmentierung• Horizontale Ausrichtung => Einbau von T-Trägern
(Steifigkeit, Durchbiegung)
• Windlasten, Erdbebensicherheit, Explosionsdruckwellen => Hohe Wandstärken
• Kolonne: Logistik für Transport und Errichtung • Einbauten: Logistik für Lieferung und Einbringen
(Fahrstuhl)
• Messtechnik
Page 41
Verfahrenstechnisch ist ein Scale-up unproblematisch, aber:
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Herausforderungen beim Kolonnendesign > Ø15 m
Page 42
Verfahrenstechnisch ist ein Scale-up unproblematisch, aber:
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 43
Herausforderungen beim Kolonnendesign > Ø15 m
Beispielfotos für Anheben / Absetzen mit Raupenkran und Tower Lift System (Quelle: )
Erstellung von Transport- und Logistikkonzepten durch Siemens
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Transport und Aufbau (Absorber)
Page 44
Transport mit SPMT (self propelled modular trailer)Aufstellung mit TLS (Tower Lift System) und Raupenkran
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Transport und Aufbau (Desorber)
Page 45
Transport mit SPMT, Aufstellung mit zwei Raupenkränenbeachte: Installationssequenzen, Verminderung der Kranzeiten
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 46
RAM-Studie (Reliability, Availability, Maintainability = Betriebssicherheit, Verfügbarkeit, Instandhaltbarkeit)
Bedingung: 96 % Verfügbarkeit der Capture Plant
Ansatz: - Aufteilen der Anlage in sog. Subsysteme (Basis: P&ID’s)- Aufteilen der Subsysteme in Komponenten (z. B. Pumpen,
Ventile, Messgeräte)- Ausfallwahrscheinlichkeiten aus Datenbanken,
Reparaturzeiten etc.
- Fehlerbaumanalyse Betriebssicherheitsmodell
z. B. Subsystem “Flue gas cooler”
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 47
RAM-Studie (Reliability, Availability, Maintainability = Betriebssicherheit, Verfügbarkeit, Instandhaltbarkeit)
Sensitivitätsanalyse (Aufdecken von Verbesserungspotentialen zur Erhöhung der Betriebssicherheit / Verfügbarkeit) Identifizierung des Einflusses einzelner Komponenten auf die Verfügbarkeit
Flue gas blower
Sensitivität: hoch
(aber auch sehr hoheVerfügbarkeit
CO2-Kompressor
Sensitivität: hoch
(aber auch sehr hoheVerfügbarkeit)
CO2-Trocknung
Sensitivität: niedrig
Reboiler
Sensitivität: niedrig
LSF-Kompressor
Sensitivität: niedrig
Transformator
Sensitivität: niedrig
Ergebnis: > 96 % Verfügbarkeit für Capture Plant Gesamtanlage
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Inhalt
Motivation für Entwicklung eines Carbon Capture Verfahrens
Verfahrensentwicklung im Labor
Verfahrensvalidierung in Pilotanlage
Verfahrensoptimierung: Lösungsmittelaufbereitung / Reclaiming
Engineering für Großprojekte
Lieferung von Komponenten
Zusammenfassung
Page 48
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 49
Siemens als Komponentenlieferant: Beispiele
Gasturbinen Dampfturbinen Brennstoffvergaser Generatoren Windkraft
Elektromotoren Verdichter HGÜ* Schaltanlagen
Mess-, Regelungs- und Automatisierungstechnik Analytik Datenmanagement***HGÜ = Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung**PLM = Product Lifecycle Management
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 50
Referenzprojekt Ningxia: CO2 - gear-type compressor STC-GV (50-6)
CO2-Kompressor-DetailsVolumenstrom: 83 200 m³/hAnsaugdruck: 1,2 barAustrittsdruck: 58,1 barAnsaugtemperatur: 40,0°CKompressor-Typ: STC-GV (50-6)
Radial (6-stufig)Antrieb: ST (17 MW)Bestelljahr: 2007
CO2-Kompressor-DetailsVolumenstrom: 83 200 m³/hAnsaugdruck: 1,2 barAustrittsdruck: 58,1 barAnsaugtemperatur: 40,0°CKompressor-Typ: STC-GV (50-6)
Radial (6-stufig)Antrieb: ST (17 MW)Bestelljahr: 2007
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_BurgkirchenPage 51
Package lift into the barge
Barge installation in Cadiz
LNG terminal status Oct. 2006 close to Hammerfest / North Norway
http://www.statoil.com/STATOILCOM/snohvit/svg02699.nsf
Referenzprojekt Snohvit/Hammerfest LNG: 24XT - gear-type compressor STC-GV (40-6)
CO2-Kompressor-DetailsVolumenstrom: 52 500 m³/hAnsaugdruck: 1,05 barAustrittsdruck: 61,55 barAnsaugtemperatur: 20,8°CKompressor-Typ: STC-GV (40-6)
Radial (6-stufig)Antrieb: elektrisch (12 MW)Bestelljahr: 2002
CO2-Kompressor-DetailsVolumenstrom: 52 500 m³/hAnsaugdruck: 1,05 barAustrittsdruck: 61,55 barAnsaugtemperatur: 20,8°CKompressor-Typ: STC-GV (40-6)
Radial (6-stufig)Antrieb: elektrisch (12 MW)Bestelljahr: 2002
Partial compressor view/shop testing
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Inhalt
Motivation für Entwicklung eines Carbon Capture Verfahrens
Verfahrensentwicklung im Labor
Verfahrensvalidierung in Pilotanlage
Verfahrensoptimierung: Lösungsmittelaufbereitung / Reclaiming
Engineering für Großprojekte
Lieferung von Komponenten
Zusammenfassung
Page 52
Unrestricted© Siemens AG 2014 All rights reserved.Siemens AG
2014_07_17_Lunch & Learn_Burgkirchen
Fazit
• Siemens verfügt über umfangreiches Know-How in allen Projektphasen von der Prozessentwicklung bis zur Großanlage.
• Siemens ist Ihr kompetenter Partner in den Bereichen• Verfahrensentwicklung• Laboruntersuchungen• Prozess-Simulation• Prozess-Optimierung• Troubleshooting• PINCH-Analyse• Sicherheitstechnik • Engineering-Leistungen aller Art• Komponentenlieferung• RAM-Studie• Planung, Bau, Betrieb von (Pilot-)Anlagen• Planung von Großanlagen• Kostenschätzung• ...
Page 53
Wobei können wir Ihnen helfen?? Sprechen Sie uns an!