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ケーススタディ | 産業分析/エタノール/FactoryTalk Analytics
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エタノールメーカが生産能力を最適化

農業用エネルギーメーカがクローズドループ乾燥プロセスの最適化によりエタノール生産量を増加

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 Ethanol Biorefinery Fall Aerial View

課題: 市場の動きに合わせてコストをコントロールしながら生産量を最大化する

米国では、ガソリンにエタノールを使用することを奨励または義務付ける政策を採用する都市や州が増えており、燃料用エタノールの需要は続いています。ドライグラインドのエタノールの生産では、家畜の飼料として需要のあるDDGS (distillers dried grains with solubles: 可溶性物質添加乾燥蒸留穀物残渣)やWDGS (wet distillers grains with solubles: 可溶性物質添加湿潤蒸留穀物残渣)も生産します。

このように、付加価値の高いエタノール生産施設の建設に興味を持った農家やビジネスマンが集まって始まった委員会が、すぐに本格的なエタノールプラントになったのは、驚くべきことではありません。このプラントは、1300万ブッシェルのトウモロコシを粉砕し、3500万ガロンのエタノールを生産し、年間17万トン以上の湿潤乾燥穀物とジスチラーズ・ドライ・グレイン(乾燥蒸留穀物残渣)を生成することができます。

エタノール、DDGS、WDGSの市場が急速に拡大しているため、製造メーカはコストを抑えながら生産量を最大化しなければならないという大きなプレッシャーに直面しています。複雑な生産プロセスの中では、わずかな変動要因でも、生産量、市場投入までの時間、操業コスト、利益率に影響を与えるため、エタノール生産者は、市場の動きと操業効率のバランスを常にとる必要があります。

 Row of Corn – Ethanol Company
 

ソリューション: ロックウェル・オートメーションによる能力開発

この製造メーカの先進的なチームは、操業開始後すぐに、ドライミルの生産能力と効率を最大限に高める方法を探し始めました。具体的には、乾燥機の容量を増やし、エネルギーコストを削減し、DDGSの水分量(および収量)を増やし、より安定したビール塔の運転によってエタノール生産量を増加させたいと考えていました。

このチームは、予測プロセス制御技術とエタノール業界向けの環境ソリューションのリーダとして知られるロックウェル・オートメーションに依頼して、プロセス最適化のためにFactoryTalk® Analytics™ Pavilion8®を実装しました。

ロックウェル・オートメーションのソリューションは、エタノール企業が法規制を遵守しながら、望ましいビジネス目標に向けてオペレーションパフォーマンスを推進することを可能にしました。モデリング、制御、モニタ、分析、視覚化、ウェアハウス、統合のための強力な機能を組み合わせて、ターゲットを絞ったソリューションを提供し、他のソリューションに比べて、価値を生み出すまでの時間を短縮し、より大きな累積価値を実現しました。


「ロックウェル・オートメーションで達成した結果は、私たちの期待をはるかに超えるものでした。ロックウェル・オートメーションのソリューションは、工場設備への追加投資を最小限に抑えながら、生産能力を高めるために必要な優位性をもたらしてくれました。」

- エタノールメーカ、プラントマネージャ


このエタノールメーカはまずロックウェル・オートメーションのソフトウェアエンジニアと協力して、要件を明確に定義し、期待される効果を明らかにしました。プロジェクトのパラメータには、プラントの蒸発器、乾燥機、熱酸化器の最適化が含まれていました。

ロックウェル・オートメーションは、水分の予測とクローズドループ制御によって乾燥機の性能を最適化するPavilion8®ソリューションを導入しました。このソリューションでは、動的な最適化と制御を生成して実行するために、多変数の非線形コントローラを使用しました。その連続プロセス制御により、エタノールメーカの乾燥機の生産量を年中無休の24時間体制へと最大化し、工場の現在の設備構成で可能な限り高い収益を得ることができました。

このコントローラは、乾燥負荷を乾燥機からエバポレータに移すように設計されています。また、サーマルオキシダイザ(熱酸化器)のホットボックス温度の熱損失を減らし、結果として天然ガスの必要性が減少するようにカスタマイズされています。また、サーマルオキシダイザのプロセス蒸気ヘッダー圧力とビール塔のシロップ蒸発器(シロップ固形分と蒸気消費量を含む)を制御し、残留蒸発器蒸気によるビール塔の分離を管理して安定させます。ロックウェル・オートメーションは、エタノールメーカのソリューションをカスタマイズして、DDGSの平均水分量を高くし、DDGSの生産量も増加させました。
 

結果: エネルギーを削減しながら生産量を増加

Pavilion8®を導入した結果、このエタノールメーカは生産量を12%増加させました。また、このソリューションにより、エネルギー使用量を大幅に削減することができ、エネルギー効率が9.9%向上しました。

主なメリット
• エタノール生産量が12%増加
• 処理能力が12%向上
• エネルギー効率が9.9%向上
• 乾燥機の水分の標準偏差を3.3%低減
 

このエタノールメーカは、プラント機器への最小限の追加投資でこれらの大きな利益を手に入れました。このチームは、業界平均の限界値と天然ガスのコストに基づいて、導入の総価値を年間250万ドル以上と見積もっています。このプロジェクトの素晴らしい成果は、適切なプロセス制御ソリューションを導入すれば、直ちに利用可能な大きな能力が生産プロセスにはまだ残っていることを実証しています。

Process performance flow rate ethanol production

公開 2023年7月10日

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