Nach einem Kilometer ist Schluss. Zumindest bei der pneumatischen Förderung von Kunststoffgranulat liegt das Limit bei ungefähr 1.000 m. Grund dafür sind einfache physikalische Zusammenhänge: Um Partikel pneumatisch zu fördern, wird in der Regel Luft mit Kompressoren verdichtet und das zu fördernde Schüttgut in diesen Luftstrom eingetragen. Über die Förderstrecke eines Rohres entspannt sich das Fördergas, doch mit sinkendem Druck nimmt die Strömungsgeschwindigkeit zu – ein Zusammenhang, den der Schweizer Physiker Daniel Bernoulli bereits vor rund 300 Jahren beschrieben hat.

Zusätzlich zu den Produkteigenschaften sind die Kräfte zu berücksichtigen, die mit den Förderorganen und -leitungen beherrscht werden müssen, sowie die auftretenden Geschwindigkeiten auf die Granulatpartikel und damit der Einfluss auf die Produktqualität.

Dazu kommt, dass selbst bei 1.000 m die Energiebilanz vernichtend sein kann: Turboverdichter mit Antriebsleistungen im Megawatt-Bereich sind bei Großanlagen inzwischen keine Seltenheit mehr. „Da Kunststoffanlagen immer größer werden und in den Petrochemie-Komplexen immer größere Distanzen zu überwinden sind, muss man über Alternativen nachdenken“, erklärt Wolfgang Horn, Geschäftsführer beim Anlagenbauer Zeppelin Systems. Der Schüttgut-Spezialist hat sich zur Kunststoffmesse K deshalb vorgenommen, neben dem Dauerbrenner-Thema Energieeffizienz auch einen visionären Ansatz für den Schüttguttransport zu zeigen.

Maßnahmenpaket für höhere Energieeffizienz

Der energetische Wirkgungsgrad pneumatischer Förderanlagen ist in der Regel miserabel. Deshalb arbeiten die Anbieter solcher Anlagen fieberhaft an Maßnahmen zur Verbesserung. In der Vergangenheit wurde der Materialanteil in der Förderluft systematisch gesteigert – von der klassischen Flugförderung über die Dichtstromförderung bis hin zur hochbeladenen Flugförderung oder Fördersystemen mit Bypass reicht die Palette der technischen Kniffe im Bereich der Förderverfahren. Um eine der Hauptursachen für Energieverluste beim Fördern über lange Strecken – die Kompressibilität der Förderluft – zu eliminieren, wurde vor zirka zehn Jahren die hydraulische Förderung entwickelt. Bei diesem Verfahren wird anstelle eines Gases Wasser als Fördermedium verwendet.
Die hydraulische Förderung zeichnet sich durch einen vergleichsweise geringen Energiebedarf, hohe Förderleistungen und niedrige Schallemissionen aus. Allerdings bleibt das Problem der Wasseraufbereitung, um die steigenden Anforderungen an die Produktreinheit sicher zu stellen.

Dazu kommt, dass die geförderten Granulate getrocknet werden müssen. Kein Wunder also, dass heute nach wie vor die pneumatische Förderung den Transport von Kunststoffen dominiert. Um die Energiebilanz zu verbessern, versuchen Anlagenbauer und Hersteller von Fördergeräten Luftleckagen zu verringern. So sind in den vergangenen Jahren, auch aufgrund immer höherer Förderdrücke, die Anforderungen an Zellenradschleusen stetig gestiegen.

Durch ausgeklügelte Entlüftungssysteme wird versucht, den Füllgrad der Kammer zu erhöhen. „Unsere neue Schleusengeneration fördert bei gleichem Druckluftbedarf 20 Prozent mehr Material“, nennt Rochus Hofmann, ebenfalls Geschäftsführer bei Zeppelin Systems, einen aktuellen Erfolg. Die Zellenradschleuse CFH, die es für bis zu einem Zellenraddurchmesser von 850 mm gibt, wird beispielsweise für den kontinuierlichen Ein- und Austrag von Produkten genutzt, auch wenn der Prozessbehälter unter Druck steht. Um den Leckluftanteil zu minimieren, werden Zellenrad und Gehäuse exakt aufeinander abgestimmt.

Konstruktiv bedeutet dies immer engere Spalttoleranzen. Da die Anlagen allerdings nicht nur mit Druck beaufschlagt werden, sondern auch Wind und Wetter ausgesetzt sind, ist die Materialausdehnung inzwischen ein wichtiger Faktor: Aufgrund der kleinen Spaltmaße und -toleranzen müssen die Schleusen heute sogar temperiert werden. „Auch hier sind inzwischen Grenzen erreicht, so dass weitere Kapazitätssteigerungen nur noch mit einem enormen Aufwand möglich sind“, weiß Hofmann.
Er und sein Kollege Horn beobachten dennoch einen anhaltenden Trend zu immer größeren Kunststoffanlagen. „Reaktorleistungen von 500 bis 500 Kilotonnen pro Jahr sind heute Standard. Aber die Katalysatorentwicklung ermöglicht es, dass die Leistung der Reaktoren bei gleicher geometrischer Größe noch weiter steigen wird“, berichtet Horn: „Für uns in der Fördertechnik heißt das, dass wir immer größere Geräte benötigen.“

Die Anlagen deshalb mehrsträngig zu bauen, ist allerdings nicht im Sinne der Betreiber. Einerseits bedeutet dies nämlich hohe Investitionskosten, auf der anderen Seite steigt der Wartungsaufwand, wenn doppelt so viele Anlagenkomponenten regelmäßig inspiziert und gewartet werden müssen. Dabei wünschen sich die Betreiber Anlagen, die so zuverlässig sind, dass sie möglichst zwei Jahre und mehr ohne Unterbrechung laufen. Um den Konflikt aus dem Trend zu immer größeren Anlagen, dem Wunsch nach Energieeffizienz und schließlich dem Bedarf an immer größeren Distanzen zwischen Produktions- und Logistikeinrichtungen aufzulösen, sind ganz neue Technologien notwendig.

Skilift für Kunststoffgranulat

Um diese zu entwickeln, arbeitet Zeppelin mit dem österreichischen Skilift- und Materialtransport-Spezialisten Doppelmayr zusammen. Die Idee: eine Seilbahn verbindet Produktion und Logistikanlagen. In der Produktion wird das Kunststoffgranulat an einer Befüllstation in eigens dafür konzipierte Behälter (Gondeln) eingewogen. Diese Gondeln werden mit speziellen Kuppelklemmen an das Transportseil eingehängt, über weite Distanzen zur Logistikanlage befördert und dort im Empfangsbereich abgekoppelt, entleert und anschließend über eine vergleichsweise kurze Distanz in ein Empfangssilo gefördert. „Die Idee dazu entstand beim Skifahren“, berichtet Wolfgang Horn: „Das System eignet sich für große Standorte, bei denen die Produktionsanlage mehrere Kilometer vom Logistikbereich entfernt ist.“ Eine entsprechende Einrichtung könnte beispielsweise Standorte wie den im saudiarabischen Jubail vor dem Verkehrsinfarkt bewahren.

Dort werden jährlich rund 10 Mio. Tonnen Kunststoff per LKW von den Produktionsanlagen zum bis zu 10 km entfernten Hafen transportiert – Tendenz steigend. Aktuelle Anlagen, in denen 120 Tonnen Kunststoff pro Stunde produziert werden, bedeuten bis zu 100.000 LKW-Bewegungen pro Monat. „Derzeit thematisieren wir das System auch für ein Projekt in Russland, bei dem die Logistikanlage im Hafen drei Kilometer vom Produktionswerk entfernt ist“, berichtet Horn: „Dort sollen in einigen Jahren ein bis anderthalb Millionen Tonnen Kunststoffgranulat pro Jahr produziert werden.“

Obwohl das Konzept derzeit nur auf dem Papier besteht, ist sich Horn sicher, dass die Granulat-Seilbahn in einem der anstehenden Großprojekte in den kommenden vier bis fünf Jahren Realität werden wird. Das schlagende Argument besteht in dem enorm energieffizienten Verhältnis aus zu transportierender Menge und Förderdistanz. Bis zu 500 Tonnen lassen sich Stunde für Stunde an so einem Seil transportieren. In der Kooperation mit Doppelmayr steuert der Anlagenbauer aus Friedrichshafen das Fördertechnik- und Produkt-Know-how bei, um die Anforderungen an die Produktqualität sicherzustellen und die Fördertechnik auf der Sender- und Empfangsseite zu realisieren.

Für den Skilift- und Gondelspezialisten Doppelmayr ist der Material-transport schon lange kein Neuland mehr. Die Firmentochter Doppelmayr Transport Technology ist im Bergbausegment eine feste Größe. Zu den spektakulärsten Anwendungen zählt beispielsweise das 2008 in Papua Neuguinea installierte Ropecon-System.

 

„Auch bei der Konstruktion von Zellenradschleusen sind inzwischen Grenzen erreicht, so dass weitere Kapazitätssteige-rungen nur noch mit einem enormen Aufwand möglich sind.“

Rochus Hofmann, Geschäftsführer beim Anlagenbauer Zeppelin Systems

„Da Kunststoffanlagen aber immer größer werden und in den Petrochemiekomplexen immer größere Distanzen zu überwinden sind, muss man über Alternativen nachdenken.“

Wolfgang Horn, Geschäftsführer beim Anlagenbauer Zeppelin Systems

 

Technik im Detail

Kühlmischer

Produktions- und Mischanlagen für Kunststoffe sind die reinsten Energievernichtungsmaschinen: So werden beim PVC-Dryblendprozess beispielsweise PVC, Füllstoffe und Aditive in erst beheizt gemischt und anschließend wieder gekühlt. Üblich ist es, den Reaktionsmischprozess in einem eigenen Heizmischer durchzuführen, und anschließend den Dryblend in zwei Kühlmischer zu überführen. Um den Prozess effizienter zu gestalten, wurde der Hochleistungsmischer HCE entwickelt. Der „Horizontal Cooler EFF“ zeichnet sich durch kurze Misch- und Kühlzeiten aus und wurde mit einem neu konstruierten Behältersystem und einem gekühlten Mischwerkzeug mit großer Oberfläche ausgestattet. Die effiziente Kühlung macht es möglich, dass der Kühlmischer um den Faktor 2,5 kleiner wird als im klassischen Prozess. Bei Anordnungen mit zwei Kühlmischern für einen Heizmischer kann der Betreiber so auf eine Kühllinie verzichten.

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Über den Autor

Armin Scheuermann ist Chefredakteur Chemietechnik. armin.scheuermann@huethig.de