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Anwenderbericht | Industrielle Analytik/Ethanol/FactoryTalk® Analytics™
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Ethanolhersteller optimiert Produktionskapazität

Ein Hersteller von landwirtschaftlichen Energieträgern steigert die Ethanolproduktion durch Prozessoptimierung mit geschlossenem Regelkreis im Trocknerprozess

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Luftaufnahme einer Ethanol-Biorefinery im Herbst

Herausforderung: Maximierung der Produktion bei gleichzeitiger Kostenkontrolle, um den Marktdynamiken gerecht zu werden

In den USA besteht weiterhin eine anhaltende Nachfrage nach Kraftstoffethanol, da immer mehr Städte und Bundesstaaten Richtlinien verabschieden, die die Verwendung von Ethanol in Benzin fördern oder vorschreiben. Die Ethanolproduktion im Trockenmahlverfahren erzeugt außerdem getrocknete Destillationsrückstände mit löslichen Stoffen (DDGS) und feuchte Destillationsrückstände mit löslichen Stoffen (WDGS), die als Viehfutter gefragt sind.

Daher ist es nicht überraschend, dass aus einem Komitee von Landwirten und Geschäftsleuten, die an der Errichtung einer Ethanolproduktionsanlage mit Mehrwert interessiert waren, schnell eine vollwertige Ethanolfabrik wurde. Die Anlage ist in der Lage, 13 Millionen Scheffel Mais zu mahlen, 35 Millionen Gallonen Ethanol zu produzieren und mehr als 170000 Tonnen feuchte und getrocknete Destillationsrückstände pro Jahr zu generieren.

Die schnell wachsenden Märkte für Ethanol, DDGS und WDGS bedeuten, dass die Hersteller unter großem Druck stehen, die Produktion zu maximieren und gleichzeitig die Kosten zu kontrollieren. Da selbst die kleinsten Variablen im komplexen Produktionsprozess den Ertrag, die Markteinführungszeit, die Betriebskosten und die Gewinnspanne beeinflussen können, müssen Ethanolproduzenten ständig die Marktdynamik mit der betrieblichen Effizienz in Einklang bringen.

Reihe mit Mais – Ethanolunternehmen
 

Lösung: Kapazitätsaufbau mit Rockwell Automation

Kurz nach Aufnahme des Betriebs begann das zukunftsorientierte Team des Herstellers nach Möglichkeiten zu suchen, die Produktionskapazität und die Effizienz seiner Trocknungsanlage zu maximieren. Insbesondere wollte das Team die Trocknerkapazität erhöhen, die Energiekosten senken, die DDGS-Feuchtigkeit (und den Ertrag) steigern und die Ethanolproduktion durch einen stabileren Betrieb der Bierkolonne erhöhen.

Das Team wandte sich an Rockwell Automation, einen anerkannten Marktführer für prädiktive Prozesssteuerungstechnologie und Umweltlösungen für die Ethanolindustrie, um  FactoryTalk® Analytics™ PavilionX™ für die Prozessoptimierung zu implementieren.

Die Rockwell Automation Lösung ermöglichte es Ethanolunternehmen, die betriebliche Leistung auf die gewünschten Geschäftsziele auszurichten und gleichzeitig  die Konformität mit Vorschriften aufrechtzuerhalten. Leistungsstarke Funktionen für Modellierung, Steuerung, Überwachung, Analyse, Visualisierung, Lagerhaltung und Integration  wurden kombiniert, um gezielte Lösungen zu bieten, die eine schnellere Time-to-Value und einen höheren kumulativen Wert als alternative Lösungen lieferten.


„Die Ergebnisse, die wir mit Rockwell Automation erzielt haben, haben unsere Erwartungen bei weitem übertroffen … Die Rockwell Automation Solution hat uns den edge verschafft, den wir brauchen, um unsere Produktionskapazität zu steigern, mit minimalen zusätzlichen Investitionen in die Anlagenausrüstung.“

- Werksleiter, Ethanolhersteller


Der Ethanolhersteller arbeitete zunächst mit Softwareingenieuren von Rockwell Automation zusammen, um Anforderungen klar zu definieren, Erwartungen zu klären und die erwarteten Vorteile zu ermitteln. Zu den Projektparametern gehörte die Optimierung des Verdampfers, des Trockners und des thermischen Oxidators der Anlage.

Rockwell Automation implementierte seine FactoryTalk® Analytics™ PavilionX™-Lösung zur Optimierung der Trocknerleistung durch Vorhersage und geschlossenen Regelkreis der Feuchtigkeit. Die Lösung verwendete eine multivariable, nichtlineare Steuerung, die zur Generierung und Ausführung einer dynamischen Optimierung und Steuerung eingesetzt wurde. Die kontinuierliche Prozesssteuerung konnte die Trocknerproduktion des Ethanolherstellers rund um die Uhr maximieren, um mit der aktuellen Gerätekonfiguration der Anlage die höchstmöglichen Erträge zu erzielen.

Die Steuerung wurde entwickelt, um die Trocknungslast vom Trockner zum Verdampfer zu verlagern. Sie ist auch so angepasst, dass sie die Wärmeverluste der Temperatur des Heißluftkastens des thermischen Oxidators reduziert, was zu einem verringerten Bedarf an Erdgas führt. Sie steuert den Dampfsammelleitungsdruck des thermischen Oxidators und den Sirupverdampfer (einschließlich Sirupfeststoffe und Dampfverbrauch) in der Biersäule, um die Trennung in der Biersäule mit dem Restdampf des Verdampfers zu verwalten und zu stabilisieren. Rockwell Automation passte die Lösung des Ethanolherstellers auch so an, dass eine höhere durchschnittliche DDGS-Feuchtigkeit möglich ist, was den DDGS-Ertrag erhöht.

Ergebnisse: Erhöhte Produktion bei reduziertem Energieverbrauch

Durch die Implementierung von FactoryTalk® Analytics™ PavilionX™ konnte der Ethanolhersteller die Produktion um 12 % steigern. Die Lösung ermöglichte es der Anlage auch, ihren Energieverbrauch deutlich zu senken, was zu einer Steigerung der Energieeffizienz um 9.9 % führte.

Key Benefits
• 12 % mehr Ethanolproduktion
• 12 % mehr Durchsatz
• 9.9 % mehr Energieeffizienz
• 3.3 % weniger Standardabweichung bei der Trocknerfeuchtigkeit
 

Der Ethanolhersteller konnte diese erheblichen Vorteile mit minimalen zusätzlichen Investitionen in die Anlagenausrüstung realisieren. Das Team schätzt, dass der Gesamtwert der installation auf der Grundlage der durchschnittlichen Grenzwerte der Branche und der Kosten für Erdgas mehr als USD 2.500.000,00 pro Jahr beträgt. Die beeindruckenden Projektergebnisse zeigen, wie viel Kapazität in den Produktionsprozessen verborgen ist, die mit der richtigen Prozesssteuerungslösung leicht verfügbar ist.

Prozessleistung Durchflussrate Ethanolproduktion

Veröffentlicht 10. Juli 2023

Themen: Industrielle Analyse Energie Nachhaltigkeit Öl und Gas Renewable Energy FactoryTalk Analytics
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