Sicherheit in der Düngemittelherstellung

Gesundes Wachstum

Düngemittel leisten einen großen Beitrag für die Landwirtschaft, wenn es darum geht, die stetig wachsende Weltbevölkerung mit Nahrungsmitteln zu versorgen. Um im Düngemittelmarkt dauerhaft erfolgreich zu agieren, benötigen Sie höchste Prozesssicherheit und Energieeffizienz. Über die lange Lebensdauer profitieren Sie von weniger Aufwand im Anlagen- und Projektmanagement sowie geringeren Total Cost of Ownership. Als Ihr Partner in der Düngemittelherstellung machen wir diese Ziele zu unseren.

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Die Düngemittelproduktion zählt zu den energieintensivsten Verfahren überhaupt. Gleichzeitig laufen viele Düngemittelanlagen seit Jahrzehnten. Damit sie den gestiegenen Anforderungen an Energieeffizienz und geringe CO2-Emissionen gerecht werden, müssen sie immer wieder modernisiert werden. Ob bei Automatisierungs-, Elektrifizierungs- oder Digitalisierungs-Projekten – als international erfahrener Partner bringen wir Ihre Düngemittelanlage auf den aktuellen Stand. Zusammen mit unserem weltweiten Serviceteam ist das die Basis für mehr Effizienz und Profitabilität Ihrer Anlage – heute und in Zukunft.
Prozessoptimierung und Energiemanagement in der Düngemittelindustrie

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Anlagenbetrieb

Prozessinformationen sichern Qualität und Effizienz

Das Verfahren zur Ammoniakproduktion durchläuft mehrere Stufen – von der Entschwefelung und dem Primärreformer bis zum Synthesereaktor. Der Stofffluss muss dementsprechend stets exakt auf seine Zusammensetzung untersucht werden. Schwankungen würden alle nachfolgenden Stufen beeinflussen; die Folgen für die Prozessqualität und -effizienz wären gravierend. Auch die Abgase etwa aus dem Primärreformer oder Spülgase aus der Synthesestufe sowie die Qualität des Erdgases müssen genau überwacht werden.

Ammoniak-Synthese

Ammoniak ist eine wichtige Grundchemikalie für die Herstellung von Düngemitteln. Für die Synthese aus atmosphärischem Stickstoff und Wasserstoff sind hohe Drücke von ca. 250 bis 350 bar und Temperaturen von etwa 400 bis 500°C notwendig. Das für die Synthese benötigte Erdgas macht einen Großteil der Produktionskosten aus. Die einzelnen Reaktionsprozesse erfordern daher kontinuierliche Prozessüberwachung und zuverlässige Prozessgasanalysen. Für den sicheren und effizienten Betrieb einer Düngemittelanlage bieten wir Lösungen zur Verdichtung, Prozesssteuerung, Instandhaltung und Anlagendokumentation. 

Condition Monitoring

Mess- und Analysetechnik gehören zur Standardausrüstung jeder Düngemittelfabrik. Um Energie effizient einzusetzen und bestenfalls einsparen zu können, ist ein präzises Monitoring durch kontinuierliche und zuverlässige Prozessgasanalysen erforderlich,. Durch Mess- und Analysegeräte mit umfangreichen Diagnosefunktionen werden zudem wesentliche Voraussetzungen für das Condition Monitoring geschaffen.

Asset Performance Management

Durch die systematische Überwachung von Anlagenkomponenten lässt sich deren Lebensdauer gezielt verlängern, die Prozesssicherheit erhöhen und damit die Anlagenverfügbarkeit deutlich steigern. Damit leistet Asset Performance Management einen wichtigen Beitrag zum reibungslosen Betrieb Ihrer Anlagen. Unsere Lösungen unterstützen Sie über den gesamten Anlagenlebenszyklus – bei der effizienten Planung und dem Engineering, der Optimierung im Betrieb und besonders bei der integrierten Instandhaltung. Zur Überwachung und Analyse mechanischer Assets wie Pumpen, Ventile oder Wärmetauscher können Sie Package Units als integralen Bestandteil im Prozessleitsystem nutzen.

Energiemanagement

Erdgas ist wichtiger Rohstoff der Ammoniak-Synthese und die Transparenz zum Energieverbrauch inklusive Dampf oder elektrischer Energie ist entscheidend für die Effizienz. Auch der Einsatz von Kompressoren mit großer Stabilität, flexiblem Design und hohem Wirkungsgrad hat große Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit der gesamten Düngemittelanlage.

Nur wenn Verbrauchswerte und Leistungsdaten über einen längeren Zeitraum präzise zur Verfügung stehen, lassen sich aussagekräftige Vergleiche anstellen und gezielte Maßnahmen zur Effizienzsteigerung ergreifen. Sämtliche Anlagekomponenten erfordern daher eine kontinuierliche Überwachung, Analyse und Instandhaltung.

Mess- und Analysetechnik für das Condition Monitoring

Unsere Lösungen umfassen kontinuierliche (extraktiv und in-situ) Gasanalysatoren, Prozess-Gaschromatographen sowie Systeme zur Probenentnahme und -aufbereitung. Ein Beispiel für ein leistungsfähiges Analysesystem ist der SIPROCESS GA700 für die kontinuierliche Prozessgasanalytik. Sein modulares Konzept mit drei Gehäusetypen und einem einheitlichen Bedienkonzept macht die Messungen einfacher als jemals zuvor.

Portfolio für das Asset Performance Management

Prozesse lassen sich Dank Digitalisierung über den gesamten Lebenszyklus optimieren. Hier kommt die Softwarelösung COMOS/COMOS MRO für das Plant Lifecycle Management zum Einsatz. Sie setzt die vollständige Integration aller Prozessabläufe konsequent um – sowohl in der Engineering- als auch in der Betriebs- und Wartungsphase. 

Auch die Simulationssoftware SIMIT leistet wertvolle Unterstützung bei der schnellen Inbetriebnahme einer Anlage sowie beim frühzeitigen Training der Anlagenfahrer und des Wartungspersonals (OTS).

Das Prozessleitsystem SIMATIS PCS 7 unterstützt den Operator bei der reibungslosen Fahrweise der gesamten Düngemittelanlage. Integriert sind u.a. Regelungsfunktionen zur Prozessoptimierung wie Advanced Process Control (APC).

Die Operations Intelligence Plattform XHQ liefert eine Vielzahl von Prozessinformationen (KPI) aus unterschiedlichen Systemen wie Energieverbrauch oder Wartungspläne wichtiger Assets in einer zusammenhängenden Darstellung. Dies ist die Grundlage für eine kontinuierliche Optimierung.

Portfolio für das Energiemanagement

Schöpfen Sie aus einem breiten Portfolio für das Energiemanagement Ihrer Düngemittelanlage: Die Radialverdichter STC-SV sind bestens geeignet für die Synthesegaskompression der Ammoniaksynthese bei einem Druck von über 200 bar. Ihre bewährte aerodynamische Bauweise ermöglicht eine perfekte Abstimmung von Verdichterleistung und Laufraddynamik auf Synthesegasanlagen. Sie entsprechen der Norm API 617 des American Petroleum Institute.

SIMATIC Energy Manager PRO unterstützt Sie sowohl bei der Effizienzanalyse Ihrer Maschinen und Anlagen als auch bei einem unternehmensweiten Energieeffizienz-Controlling, bei der Kostenstellenabrechnung und bei der Optimierung des Energiebezugs. 

Bei der Produktion von Düngemitteln ist der Einsatz von Kompressoren mit hohem Wirkungsgrad zwingend notwendig. Die Stabilität der in der Ammoniakproduktion eingesetzten Verdichter hat größte Bedeutung für eine hohe Produktivität. Alle unsere Antriebssysteme sind über PROFIBUS und PROFINET in die Automatisierungstechnik integrierbar. Dies ermöglicht sowohl ein intelligentes Motormanagement als auch ein zukunftsfähiges Energiemanagement. Neben maximaler Energieeffizienz ist die zuverlässige Versorgung der Prozesse mit elektrischer Energie eine der Kernanforderungen in der Düngemittelproduktion. Wir bieten schlüsselfertige Schaltanlagen für die Mittel- und Niederspannung und unterstützen Sie mit einem umfassenden Serviceangebot.

Ammoniak

Ammoniak ist ein Zwischenprodukt für Stickstoffdünger analog zu Phosphat bei Phosphatdünger.

In Anlagen für die Ammoniaksynthese gelten Reformer und Wärmetauscher als beste verfügbare Technik. Herausforderungen sind das Einhalten von NOx-Emissionswerten sowie die routinemäßigen Energieaudits. 

Neben der Verfahrenstechnik sind eine Gasturbine zur Brenngaseinsparung, die CO2-Entfernung oder ein modernes Prozessleitsystem Schlüsselfaktoren zur Steigerung der Kapazität und der Energieeffizienz der Düngemittelanlage. Für optimierte Prozessbedingungen sind auch die richtige Messtechnik und Analysengeräte, u.a. zur kontinuierlichen Überwachung der Rauch-, Spül- und Entspannungsgase entscheidend.

Prozessüberwachung und -Optimierung

Zur Überwachung und Optimierung des Prozesses werden neben dem Prozessleitsystem auch Mess- und Analysegeräte  benötigt. Sie liefern die erforderlichen Daten aus verschiedenen Reaktionsprozessen, besonders zum Energieverbrauch und der Sicherung der Produktqualität. Das sind wichtige Ziele zur Steigerung der Effizienz.. 

Kompression

In der Ammoniakherstellung werden große Mengen an Sauerstoff und Stickstoff benötigt, die ausLuftzerlegungsanlagen gewonnen werden. Verdichter saugen die gefilterte Luft an und komprimieren sie auf den erforderlichen Druck. Danach wird die Luft heruntergekühlt und in die Hauptkomponenten zerlegt. Im Zerlegungsprozess spielen Energieverbrauch, Produktqualität, Zuverlässigkeit und Produktivität die Schlüsselrolle. 

Nur wenn Verbrauchswerte und Leistungsdaten über einen längeren Zeitraum präzise zur Verfügung stehen, lassen sich aussagekräftige Vergleiche anstellen und gezielte Maßnahmen zur Effizienzsteigerung ergreifen. Sämtliche Anlagekomponenten erfordern daher eine kontinuierliche Überwachung, Analyse und Instandhaltung.

, In Verbindung mit unseren Dampfturbinen und weiteren Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung aus dem Prozess ergibt sich ein effizienter  Energiekreislauf der gesamten Anlage.

Dampferzeugung

Ein weiterer wesentlicher Prozessschritt ist die Erzeugung von Dampf. Die Erhitzung des Wassers erfordert dabei energieeffiziente Lösungen und akkurate Messungen der Temperatur. Bei einem Dampferzeuger sind Druck, Temperatur und Menge des produzierten Dampfes so ausgelegt, dass sie auf den Dampfverbraucher, z. B. eine Turbine, abgestimmt sind. Kompressoren, Turbinen, Mess- und Analysetechnik spielen hier eine wichtige Rolle. Sie stellen zuverlässig höchst präzise Messdaten zur Verfügung und sorgen so für transparente Prozesse. Zudem schafft die zuverlässige Überwachung und Steuerung aller Prozessparameter die Voraussetzungen für maximale Verfügbarkeit und reduzierten Wartungsaufwand – entscheidende Hebel zur Steigerung von Produktivität und Effizienz.

Portfolio für die Prozessüberwachung

Die gehobenen Regelfunktionen der SIMATIC APC-Bibliothek gehören zum serienmäßigen Umfang des Prozessleitsystems SIMATIC PCS 7. Sie kommen u.a. bei der Qualitätsregelung oder zur Optimierung des Energieverbrauchs zum Einsatz. Unsere Lösungen für die Analysetechnik umfassen kontinuierliche (extraktiv und in-situ) Gasanalysatoren, Prozess-Gaschromatographen sowie Systeme zur Probenentnahme und -aufbereitung. Ein Beispiel für ein leistungsfähiges Analysesystem ist der SIPROCESS GA700 für die kontinuierliche Prozessgasanalytik. 

In der Düngemittelproduktion werden robuste und zuverlässige Durchflussmessgeräte benötigt. Eine Lösung sind Coriolis-Durchflussmessgeräte wie SITRANS F C MASS 2100, die sowohl den Massenstrom als auch die jeweiligen Fraktionen der Substanz erfassen.

An weiteren Messinstrumenten (SITRANS) kommen besonders Temperaturregler zur Kontrolle der Vorwärmer, Abhitzkessel, Kühler, etc. zum Einsatz sowie Geräte für die Füllstandüberwachung und sicheren Lagerung in den NH3 Tanks.

Portfolio für die Kompression

Schöpfen Sie aus einem breiten Portfolio für das Energiemanagement  Ihrer Düngemittelanlage: Aufgrund des flexiblen und robusten Designs eignen sich die Einwellen-Radialverdichter STC-SH für zahlreiche Prozesse und Gase wie zum Beispiel Stickstoff. Als Luftumformer sind sie ideal für mittlere Drücke und große Volumenströme. Den STC-SH bieten wir auch mit fliegend angeordnetem Laufrad an – als wirtschaftliche Alternative für Anwendungen mit größeren Volumenströmen und Dampfturbinenantrieb. Dieser Radialverdichter entspricht der Norm API 617 des American Petroleum Institute.

SIMATIC Energy Manager PRO unterstützt Sie sowohl bei der Effizienzanalyse Ihrer Maschinen und Anlagen als auch bei einem unternehmensweiten Energieeffizienz-Controlling, bei der Kostenstellenabrechnung und bei der Optimierung des Energiebezugs. Alle unsere Antriebssysteme sind über PROFIBUS und PROFINET in die Automatisierungstechnik integrierbar. Dies ermöglicht sowohl ein intelligentes Motormanagement als auch ein zukunftsfähiges Energiemanagement. Neben maximaler Energieeffizienz ist die zuverlässige Versorgung der Prozesse mit elektrischer Energie eine der Kernanforderungen in der Düngemittelproduktion. Wir bieten schlüsselfertige Schaltanlagen für die Mittel- und Niederspannung und unterstützen Sie mit einem umfassenden Serviceangebot.

Turbinen für die Dampferzeugung

Unsere Dampfturbinen werden entweder als Generatorantrieb oder als mechanischer Antrieb für Pumpen und Kompressoren eingesetzt. Das modulare Designkonzept aller Dampfturbinentypen sorgt für hohe Flexibilität, Verfügbarkeit und kurze Lieferzeiten.

Harnstoff-Synthese

Harnstoff gehört zu den meisthergestellten Chemikalien. Die Umsetzung von Ammoniak in Harnstoff benötigt allerdings viel Energie, die u.a. durch Verfahrenstechnik, den Einsatz von Wärmetauschern oder Verdichtern optimiert werden kann. Effizientes Energiemanagement ist daher besonders wichtig. Durch geeignete Maßnahmen können Umweltbelastungen durch unreines Prozesswasser bei der Granulierung des Harnstoffs verringert werden.Die exakte Überwachung und Analyse der Prozessparameter durch Messinstrumente, Software und Prozessleitsystem ist somit die Basis für Transparenz, Optimierung und Benchmarking.

Prozesssicherheit

Oberstes Gebot bei der Düngemittelherstellung ist die Einhaltung der IEC 61511, die einen Sicherheitsnachweis für die komplette Sicherheitskette vom Sensor über die Controller bis zum Aktor (Safety Loop) vorschreibt. Dabei werden nicht nur die einzelnen Produkte betrachtet, sondern das gesamte System. Wir unterstützen Sie über den Lebenszyklus Ihres sicherheitstechnischen Systems und bieten ein umfassendes Angebot an Produkten, Systemen und Dienstleistungen. Darüber hinaus bieten wir im Rahmen von Engineering und Consulting ein Dienstleistungsangebot für alle Phasen des Lebenszyklus einer sicherheitstechnischen Anlage, zum Beispiel Risikoanalysen, HAZOP Studie, Schulung, Dokumentation und 24/7 Rund-um-die-Uhr-Service.

Energiemanagement

Transparenz zum Energieverbrauch ist entscheidend für die Effizienz bei der Harnstoff-Synthese. Nur wenn Verbrauchswerte und Leistungsdaten über einen längeren Zeitraum präzise zur Verfügung stehen, lassen sich aussagekräftige Vergleiche anstellen und gezielte Maßnahmen zur Effizienzsteigerung ergreifen. Sämtliche Anlagekomponenten erfordern daher eine kontinuierliche Überwachung, Analyse und Instandhaltung. Auch der Einsatz von Kompressoren mit großer Stabilität, flexiblem Design und hohem Wirkungsgrad hat große Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit der gesamten Düngemittelanlage.

Wir unterstützen Sie dabei, Ihren Energieeinsatz und -verbrauch bei  Granulierung, Trocknung oder Kühlung zu optimieren und begleiten Sie auf dem Weg zu einem höchst effizienten Betrieb.

Prozessoptimierung

Eine Möglichkeit, die Wirtschaftlichkeit Ihrer Anlage zu erhöhen, ist die Optimierung des Prozesses mit Advanced Process Control. Mit dem im Leitsystem integrierten Mehrgrößen-Prädiktivregler lassen sich effektive Regelungskonzepte realisieren, die unter anderem die Ausbeute der Anlagen steigern.

Zur Überwachung und Optimierung des Prozesses werden neben dem Leitsystem auch Mess- und Analysegeräte  benötigt. Sie liefern die erforderlichen Daten aus verschiedenen Reaktionsprozessen, besonders zum Energieverbrauch und der Sicherung der Produktqualität. Das sind wichtige Ziele zur Steigerung der Effizienz.

Portfolio für die Prozesssicherheit

Die Wahrscheinlichkeit eines Sicherheitsfalls und dessen Auswirkungen können durch geeignete Schutzmaßnahmen wie den Einsatz eines Safety Instrumented Systems (SIS) beträchtlich reduziert werden. Safety Integrated ist ein integriertes Sicherheitskonzept, bei dem Standardkomponenten der Automatisierungs- und Antriebskonzepte um Sicherheitsfunktionen erweitert werden.  Dazu gehören ein komplettes, durchgängiges sicherheitstechnisches System aus Controller, Engineering mit dem Safety-Lifecycle-Tool „Safety Matrix“ und sicheren Prozessinstrumenten. Einzigartig ist die Integrationsmöglichkeit des SIS in unser Prozessleitsystem SIMATIC PCS 7. Über den Feldbus PROFIBUS PA oder den Foundation Fieldbus lassen sich sicherheitsgerichtete Sensoren anbinden.

Die regelmäßigen Funktionsprüfungen der Notabschaltventile lassen sich durch den Partial Stroke Test mit dem Stellungsregler SIPART PS2 durchführen. So kann die Beweglichkeit des Ventils durch partielles Öffnen und Schließen bei laufendem Betrieb geprüft werden.

Alle Maßnahmen sind dabei nicht nur sicherheitsrelevant, sondern tragen deutlich zur Anlagen-Performance bei.

Portfolio für das Energiemanagement

Schöpfen Sie aus einem breiten Portfolio für das Energiemanagement Ihrer Düngemittelanlage:  

Einwellen-Radialverdichter STC-SH sind ideal für zahlreiche Prozesse und Gase, für mittlere Drücke und große Volumenströme. Den STC-SH bieten wir auch mit fliegend angeordnetem Laufrad an – als wirtschaftliche Alternative für Anwendungen mit größeren Volumenströmen und Dampfturbinenantrieb. Er entspricht der Norm API 617 des American Petroleum Institute.

Auf Anlagenebene überzeugt SIMATIC powerrate für das Prozessleitsystem SIMATIC PCS 7. Die Software erfasst alle energierelevanten Verbrauchsdaten der Anlage, ordnet sie dem Verbraucher zu, visualisiert sie übersichtlich und speichert die Daten im Archiv. So lassen sich verborgene Einsparpotenziale zuverlässig aufspüren – für eine zielgerichtete Energieverbrauchsoptimierung.   

SIMATIC Energy Manager PRO unterstützt Sie sowohl bei der Effizienzanalyse Ihrer Maschinen und Anlagen als auch bei einem unternehmensweiten Energieeffizienz-Controlling, bei der Kostenstellenabrechnung und bei der Optimierung des Energiebezugs. Die Stabilität der in der Ammoniakproduktion eingesetzten Verdichter hat größte Bedeutung für eine hohe Produktivität. Alle unsere Antriebssysteme sind über PROFIBUS und PROFINET in die Automatisierungstechnik integrierbar. Dies ermöglicht sowohl ein intelligentes Motormanagement als auch ein zukunftsfähiges Energiemanagement. Neben maximaler Energieeffizienz ist die zuverlässige Versorgung der Prozesse mit elektrischer Energie eine der Kernanforderungen in der Düngemittelproduktion. Wir bieten schlüsselfertige Schaltanlagen für die Mittel- und Niederspannung und unterstützen Sie mit einem umfassenden Serviceangebot.

Portfolio für die Prozessoptimierung

Die gehobenen Regelfunktionen der SIMATIC APC-Bibliothek gehören zum serienmäßigen Umfang des Prozessleitsystems SIMATIC PCS 7. Sie kommt u.a. bei der Qualitätsregelung oder zur Optimierung des Energieverbrauchs zum Einsatz. Weitere Vorteile der MPC-Regelung liegen in einer gleichmäßigen Prozessführung mit weniger manuellen Eingriffen.

Mess- und Analysetechnik gehören zur Standardausrüstung jeder Düngerfabrik. Unsere Lösungen umfassen kontinuierliche (extraktiv und in-situ) Gasanalysatoren, Prozess-Gaschromatographen sowie Systeme zur Probenentnahme und -aufbereitung.

In der Harnstoff-Synthese werden robuste und zuverlässige Durchflussmessgeräte benötigt. Eine Lösung sind Coriolis-Durchflussmessgeräte wie SITRANS F C MASS 2100, die sowohl den Massenstrom als auch die jeweiligen Fraktionen der Substanz erfassen.

An weiteren Messinstrumenten (SITRANS) kommen besonders Temperaturregler zur Kontrolle bei Granulator, Trockner, Kühler, etc. zum Einsatz sowie Geräte für die Füllstandüberwachung und sicheren Lagerung in den Harnstoff Silos.

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Beispiele für erfolgreiche Projekte

Ob wir eine Anlage zur Düngemittelherstellung mit Nieder- oder Mittelspannung ausrüsten oder Speichertechnologien für umweltverträgliche Produktionen entwickeln – wir begleiten Projekte weltweit erfolgreich in die Zukunft.
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Increasing the energy efficiency in a fertilizer plant with a gas turbine (EN)

Vortrag auf der Nitrogen + Syngas 2018: Mats Hagman und Wilfried Kleiser präsentieren, wie die Energieeffizienz in einer Düngemittelfabrik mit Gasturbine gesteigert werden kann. Erfahren Sie, mit welchen Produkten und Services Siemens die Ammoniak- und die Harnstoffproduktion unterstützt.

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Der Betrieb von Düngemittelanlagen muss höchsten Anforderungen genügen. Mit unserem fundiertem Know-how sorgen wir dafür, dass die Prozesse in Ihren Anlagen qualitativ hochwertig, sicher und flexibel sind – und nicht zuletzt ressourcen- und kosteneffizient.

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