Operational Excellence bedeutet für den Betrieb von Produktionsanlagen in der Chemie- und Pharmaindustrie, Rohstoffe und Energie möglichst effizient einzusetzen, Produktionsprozesse hochverfügbar zu gestalten und dabei gleichzeitig die geforderte Produktqualität zu erzielen. Bayer Technology Services als globaler Dienstleister für die Prozessindustrie bietet dafür umfassende Lösungen an, angefangen beim Consulting bzw. Prozessmanagment und Prozessführung, um den Verbesserungspotentialen auf die Spur zu kommen, bis hin zur technischen Lösung und der Umsetzung beim Kunden. CHEManager befragte Dr. Helmut Mothes, Senior Vice President und Leiter Prozesstechnologie bei Bayer Technology Services, wo diese Potentiale liegen und an welchen Stellschrauben man drehen kann, um die Betriebskosten zu senken bzw. die Produktionskapazitäten zu erhöhen. Die Fragen stellte Dr. Dieter Wirth.

CHEManager: Wenn ein Unternehmen eine neue Produktionsanlage baut, seine Produktionskapazitäten erweitert oder einen neuen Prozess etablieren will, dann ist der Vorgang, im Prinzip jedenfalls, vom Markt getrieben und wird seitens der Unternehmensführung in geregelten Workflows abgewickelt. Läuft jedoch eine bestehende Produktionsanlage „zufrieden stellend“, gibt es häufig „kein Problem“, das man in Richtung Management kommunizieren müsste. Sind sich daher die Managementebenen von Chemie- und Pharmaunternehmen eigentlich bewusst, wie viel Geld sie bei den Betriebskosten ihrer Anlagen oder durch nicht ausgenutzte Produktionskapazitäten verschenken?

Dr. Helmut Mothes: Aus unserer eigenen Erfahrung kann ich sagen, dass es sich im Abstand von einigen Jahren immer wieder lohnt, die eigenen Produktionsprozesse zu durchleuchten und kritisch zu hinterfragen, denn Innovation und technische Entwicklung vollziehen sich heute in solch einer Geschwindigkeit, dass wir quasi von einem „lebendigen“ Prozess sprechen können. Aus diesem Grund ist ja auch das Streben nach kontinuierlicher Verbesserung ein fester Bestandteil unseres „Operational- Excellence-Programms“. Das heißt, es genügt schon lange nicht mehr, lediglich während der Planung von Investitionsprojekten die „optimale Produktionsanlage“ vor Augen zu haben, sondern man muss den ganzen Lebenszyklus einer Anlage mit sich verändernden Kapazitätsbedarfen und unterschiedlichsten An- und Abfahrphasen in die Betrachtung mit einbeziehen. Im Gegensatz zu früher ist dies heute dank neuer Werkzeuge aufgrund der enormen Leistungsfähigkeit von Rechnern und Speichermedien möglich. Darüber und über die verborgenen Potentiale sind sich die Führungskräfte in Unternehmen sicher bewusst, wenngleich es nicht immer ganz einfach ist, die Verbesserungspotentiale gerade bei sich verändernden Energie- und Rohstoffpreisen zu quantifizieren und schließlich mit konkreten Maßnahmen auszuschöpfen.Und genau diese Beratungsleistung ist ja der zentrale Bestandteil unserer Arbeit, die wir für die Unternehmen leisten können.

CHEManager: Welches sind die wichtigsten Ansatzpunkte für „Operational Excellence“?

Dr. Helmut Mothes: In unserem Operational-Excellence-Ansatz adressieren wir die Kundenbedürfnisse mit den folgenden fünf Zielen: die maximale Anlagenverfügbarkeit, das optimale Umlaufvermögen, der minimale Energie- und Rohstoffeinsatz sowie die beste Personalstruktur. Für jeden dieser Bereiche haben wir Strategien und Konzepte, um für unsere Kunden die besten Lösungen zu erarbeiten. Geht es etwa um Umlaufvermögen, Arbeitsabläufe und Personal, dann bringen wir unsere umfangreichen Erfahrungen aus dem Prozessmanagement ein, die von der Instrumentierung in der Feldebene über die Prozessleitebene bis hin zu Supply- Chain-Prozessen und Betriebsführungssystemen reicht. Liegen die Kundenbedürfnisse mehr in der Optimierung der Anlagenverfügbarkeit, bringen wir unsere prozesstechnische Kompetenz sowie unsere Betreibererfahrungen ein und liefern dem Kunden durch eine risikobasierte Bewertung der Assets eine Quantifizierung des Ist-Zustands seiner Anlagen und zeigen ihm Verbesserungspotentiale auf. Mit diesen Ergebnissen erarbeiten wir Lösungsansätze, die wir dem Kunden vorstellen und, falls er es wünscht, gemeinsam nachhaltig umsetzen. Hier unterscheiden wir uns auch von Wettbewerbern, weil wir für das Umsetzen von technischen Lösungen nicht nur betriebserfahrenes Fachpersonal haben, sondern auch über eigene Software- und Hardware-Werkzeuge verfügen wie beispielsweise Prince oder Baycorroxxion, die sich bei uns über Jahre bewährt haben. Diese nützen wir in allen Phasen der Projektbearbeitung und das kommt den Unternehmen gerade bei der Bewertung von Prozess-, Energie- und Qualitätsdaten zugute.

CHEManager: Energieeffizienz ist wohl spätestens seit der diesjährigen Hannover Messe in fast aller Munde. Was sind die „Energiefresser“ in den Anlagen, denen man zu Leibe rücken kann?

Dr. Helmut Mothes: Da sind zunächst einmal die großen Energieverbraucher. Häufig sind hier mit überschaubaren Maßnahmen große Einsparungen zu erreichen. In chemischen Anlagen sind das beispielsweise große Destillationskolonnen, die in manchen Fällen nicht optimal betrieben werden. In der pharmazeutischen Industrie schauen wir besonders kritisch auf die Belüftung und Klimatisierung von Reinräumen. Durch Optimierung sind hier häufig Einsparungen möglich. Große Stromverbraucher sind meist Verdichter und Pumpen. Eine geschickte Regelung kann hier einen Beitrag zur Energieeinsparung leisten. Auch die so genannten „Utility-Systeme“ wie z. B. das Dampf- und Kondensatsystem oder die Erzeugung und Verteilung von Druckluft bieten oft Potentiale, die wir heben können.

CHEManager: Und wie sieht der Ansatz von Bayer Technology Services aus, den Energieverbrauch in Produktionsprozessen zu minimieren?

Dr. Helmut Mothes: Enorm wichtig und entscheidend ist der ganzheitliche Ansatz, den wir bei Bayer Technology Services verfolgen können. Wir untersuchen nicht nur einzelne Apparate, sondern wir haben bei der Optimierung den Gesamtprozess im Blick, und wir verstehen auch, den gesamten Prozess aus den verschiedenen Blickwinkeln zu beleuchten. Das reicht von der Energieintegration, also der Nutzung von Abwärme zur Beheizung von Prozessströmen, bis zur Untersuchung der Energiebeschaffung. Letzteres bedeutet, dass die Lieferung durch eigene Kraftwerke oder durch den Bezug von außen erfolgt. Das geht von einer einfachen Optimierung der Verfahrensführung bis hin zu ausgefeilter Regelungstechnik und Regelungsstrategien. Aber die technische Optimierung allein ist nicht alles, denn die Maßnahmen müssen in den Betrieben verstanden und akzeptiert werden. Dazu bieten wir Schulungen für das Personal an, mit deren Hilfe die zuvor entwickelten Ideen nachhaltig im Betriebsalltag umgesetzt werden. Gerade beim Thema Energieverbrauch ist es wichtig, das Bedienpersonal bei den Umsetzungsmaßnahmen mitzunehmen, damit langfristig ein permanent niedriges Niveau erreicht werden kann. Wie viel Potential zur Energieeinsparung ist in chemischen bzw. pharmazeutischen Produktionsanlagen drin?

Dr. Helmut Mothes: In den bisherigen Projekten haben wir Maßnahmen mit einer Einsparung von mindestens 5 – 10 % des gesamten Energieverbrauchs erarbeitet. Produktionsanlagen haben häufig Energiekosten von mehr als 10 Mio. € pro Jahr, sodass Einsparungen von mehr als einer Mio. € pro Jahr erreicht werden.

CHEManager: Stichwort Anlagenverfügbarkeit. Kann man Produktionsausfälle bzw. mangelnde Kapazität auch als eine zwangsläufige Folge der immer komplexer werdenden Prozesstechnik erklären? Wie kann man sich dagegen wappnen und kann man dafür typische Einsparpotentiale angeben?

Dr. Helmut Mothes: Sicher zeichnet sich die Prozessindustrie wegen des hohen Verschaltungsgrads von Stoffströmen durch eine besondere Komplexität aus, weshalb auch das Anfahren und Abfahren, aber auch das generelle Betreiben solcher Anlagen nicht einfach ist. Eine hohe Verfügbarkeit sämtlicher Anlagenteile mit einer passenden Informationsverarbeitung, die z. B. eine verständliche Visualisierung sowie ein effizientes Alarmmanagement beinhaltet, ist für den Betreiber daher essentiell, denn die Produktionseffizienz muss zu jedem Zeitpunkt gewährleistet sein. Das heißt, die Verfügbarkeit und Auslastung von Anlagen und Apparaten, der Einsatz von Energie und die Ausbeute von Rohstoffen, die Produktqualität und die Prozesssicherheit müssen kontinuierlich beobachtet und gegebenenfalls nachjustiert werden, um das Gesamtsystem „Produktion“ optimal zu betreiben. Um sich vor Ausfällen zu schützen und um dieses komplexe Optimierungsproblem zu lösen, bedarf es daher neben einem konsequenten Beobachten der wichtigsten Performanceparameter eines breiten Kompetenz- und Methodenspektrums. Der Betreiber braucht sozusagen gleichzeitig die Schlüsselinformationen aus der Tiefe wie aus der Breite seiner Produktion. Wir unterstützen Unternehmen bei dieser vertikalen und horizontalen Integration von Informationen aus unterschiedlichen Systemen. So haben wir beispielsweise bei einer Reihe von Kunden durch ein konsequentes Informationsmanagement die Anzahl der Alarme und der Operator-Eingriffe um rund 70 % reduzieren können. Oder wir konnten durch den Einsatz von Online-Analytik die zuvor schwankende Produktqualität konstant hoch halten und dadurch die Freigabezyklen drastisch verkürzen.

CHEManager: Welche verfahrenstechnischen Stellschrauben kann Bayer Technology Services bei seinen Kunden untersuchen, um das Optimum aus den Anlagen herauszuholen?

Dr. Helmut Mothes: Für die verfahrenstechnischen Verbesserungen, die ein Teil unseres ganzheitlichen Lösungsansatzes darstellen, möchte ich exemplarisch drei Stellschrauben nennen: Die eine zeigt sich in Form von Prozessänderungen, etwa der Austausch des Lösungsmittels in Trennund Reinigungsprozessen. Damit kann man zu günstigeren Trennbedingungen bei der Produktreinigung kommen, was sich positiv auf den Energieverbrauch auswirkt. Des Weiteren wenden wir klassische Methoden wie die „Pinch-Point-Analyse“ an. Dabei wird der Prozess mit dem Ziel analysiert, eine optimale Verschaltung von Energiequellen und -senken im Prozess zu realisieren. So lässt sich die Zu- und Abfuhr von Energie über die Prozessgrenze minimieren. Das spart Energie in Form von Dampf, aber auch in Form von Kühloder Kaltwasser. Als drittes Beispiel will ich den Austausch von Kolonneneinbauten nennen. Der Einbau von druckverlustarmen Einbauten wie geordneten Packungen eröffnet die Möglichkeit, Temperaturniveaus in Verdampfer oder Kondensator derart zu verschieben, dass eine Nutzung von Abwärme im Prozess möglich wird.

CHEManager: Können Sie einige Fallbeispiele exemplarisch mit den möglichen Einsparungspotentialen skizzieren?

Dr. Helmut Mothes: Ja. So wurde in einer Anlage zur Herstellung von Pflanzenschutzprodukten ein Sprühtrockner betrieben. Durch die Umstellung des Verdüsungsverfahrens ist es uns gelungen, mit weitaus weniger Druckluft auszukommen. Allein diese Maßnahme führte zu Energieeinsparungen in Höhe von 12 % des Gesamtverbrauches. In einem anderen Betrieb, aus der pharmazeutischen Industrie, haben wir die Belüftung von Reinräumen optimiert. Durch die von uns erarbeiteten Maßnahmen wurde der Energiebedarf für die vorhandenen Ventilatoren verringert und die Energiekosten des Betriebes um 5 % gesenkt. Und noch ein drittes Beispiel. Die Pinch-Analyse eines Polymerprozesses führte zu neuen Ideen zur Nutzung von Abwärme. Durch die Umsetzung unserer Lösung können allein an dieser Stelle des Prozesses über eine Tonne Dampf pro Stunde eingespart werden. Die Beispiele könnte ich nun fast beliebig erweitern. Insgesamt besteht das Ergebnis unserer Energieanalyse meist aus einer Vielzahl von Maßnahmen, die sich nach unserer Erfahrung zu einer Einsparung von mindestens 5 – 10 % des Energieverbrauches addieren.

CHEManager: Wie könnte „Operational Excellence“ in der Chemiefabrik von morgen aussehen?

Dr. Helmut Mothes: Dieses Thema werden wir unter anderem auf unserem Workshop „Operational Excellence“ behandeln – und ich möchte hier nicht vorgreifen. Kommen Sie einfach zu unserem Workshop, der übrigens kostenlos ist, und dann werden Sie es genau erfahren, wie auch die anderen Dinge, die wir hier nur angeschnitten haben.

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