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Systemverfahrenstechnik in derPraxis:Wirtschaftliche Potentialeerkennen und realisierenREFA-Branchenorganisation ChemieKostendruck meistern – Erfolgreiche Lösungen Laus der Industrie22. November 2006Andreas Bode, Eric Uerdingen,Thomas WisniewskiSystems Process EngineeringBASF AG, Ludwigshafen

Gliederung• HintergrundChemische IndustrieBASF-VerbundProzess und Systemverfahrenstechnik• VerfahrensüberarbeitungProjektstrukturHerstellkostenanalyse• Massen-, Energie- und KostenstromanalyseProzess-, Betriebs- und Geschäfteinheitsebene• Fazit13.02.2006 2

Chemische IndustrieZum Vergleich:BIP Deutschland ca. 2 000 Mrd. €Öffentlicher Haushalt ca. 1 000 Mrd. €Bundeshaushalt ca. 280 Mrd. €Quelle: CEFIC13.02.2006 3

Aspekte des BASF-VerbundWirtschaftIntegrierteProduktionKnow-how-VerbundRessourcenschonungBASF-VerbundKooperationmit KundenUmgang mit gesellschaftlichemUmfeldMitarbeiternetzwerkGesellschaftPartner13.02.2006 5

Standort Ludwigshafen – weltgrößößteszusammenhängendes ngendes Chemieareal• Mit 10 Quadratkilometern Werksgeländegrößter Verbund-standort der BASF-Gruppe• Sitz der Unternehmensleitung• Herstellunghochveredelter Produktein einem dichten Netzwerkvon Betrieben• Technologieplattformund Kompetenzzentrumder BASF-Gruppe13.02.2006 6

Verfahrenstechnischer ProzessGrundsätzlicher AufbauEinsatzstoffeHauptproduktNebenprodukteRückständeAufbereitung Reaktion AufarbeitungEnergie undHilfsstoffe13.02.2006 7

Verfahrenstechnischer ProzessGrundsätzlicher AufbauEinsatzstoffez.B. integrierteProzesseHauptproduktNebenprodukteRückständeAufbereitung Reaktion Aufarbeitungz.B. Zerkleinern,Lösen,Schmelzen,MischenEnergie undHilfsstoffez.B.Verdampfung,Absorption,Adsorption,Filtrationz.B. Destillation,Extraktion,Trocknen,Filtration13.02.2006 8

Team Systems Process EngineeringArbeitsgebiete• Beratung von Betrieben bei verfahrenstechnischen undsicherheitstechnischen Problemen• Überarbeitung von Gesamtverfahren im Hinblick aufKapazität, Herstellkosten oder Qualität• Benchmarking von Verfahren• Unterstützung und Koordination von F&E-Projekten• Analyse von Stoffstromnetzen (z.B. Einzelverfahren,Wertschöpfungsketten, Teilverbünde, Marktstrukturen)13.02.2006 9

Struktur eines typischen ProjektsVerfahrensüberarbeitungKoordination der ImplementierungWirtschaftliche Bewertung der Ideen„Kreative Phase“ – Entwicklung von IdeenDatenerhebung / Analyse des IstzustandsDefinition von Zielen, Pflichtenheft undRandbedingungenAufstellen Projektteam13.02.2006 10

BenchmarkFertigungskosten eines Produktes Fertigungskosten Benchmark‣ BASF-interner Vergleich vonFertigungskosten (Ludwigshafen)‣ Variable Vergleichsgruppen Ergebnis:Identifikation von Fertigungskostenarten mitsignifikanter Abweichung vom Vergleichsdurchschnitt13.02.2006 12

HerstellkostenanalysePrinzipRohmaterial,HilfsstoffeEnergienProduktionsprozessStöchiometrie GesamtprozessAbschreibungPersonalWerkstattWeitere KostenblöckeProdukt(e)Nebenprodukt(e)Rückstände,Verluste13.02.2006 13

HerstellkostenanalysePotential€ / 100kg Product30252015105Manufacture costsSide-product costsResidues and material lossesRaw materials and auxiliaries0Current state ofoperationsProcess optimizationpotentialAlternative chemistrypotential13.02.2006 14

HerstellkostenanalysePrinzipRohmaterial,HilfsstoffeEnergienProduktionsprozessStöchiometrie GesamtprozessAbschreibungPersonalWerkstattWeitere KostenblöckeProdukt(e)Nebenprodukt(e)Rückstände,Verluste13.02.2006 15

Massen- und EnergiestromanalyseProzess-EbeneRohmaterial,HilfsstoffeEnergienProzessschritteCo-Reactor 1 Co-Reactor 2 Co-Reactor 3Main ReactorAbsorption 1 Absorption 2 Absorption 3Produkt(e)Nebenprodukt(e)Rückstände,Verluste13.02.2006 16

Massen- und EnergiestromanalyseModellstruktur und HierarchieSymbolikBetriebsebeneLager, Tank,RohrleitungTransitionMaterialflussStoff CStoff ABetrieb 1Betrieb 2Stoff BProdukt 1EnergieProdukt 2Betrieb 3Stoff D13.02.2006 17

Massen- und EnergiestromanalyseBetriebs-, , Anlagen-, , FertigungsebeneAnlagenebeneBetriebsebeneFertigungsebeneStoff A(Teil-)Anlage Stoff 1AFertigungsart 1Stoff CStoff ABetrieb 1Betrieb 2Stoff BEnergieEnergieProdukt Zwischenprodukt11Stoff(Teil-)AnlageA Fertigungsart 3 2Stoff BProdukt 1EnergieStoff BProdukt 2(Teil-)Anlage 2Betrieb 3Stoff BEnergieProdukt 2Zwischenprodukt1Stoff D13.02.2006 18

Massen- und Energiestrom-AnalyseProzessmodell auf ProzessschrittebeneSolventReactant 1MixingReactant 1UtilitiesFinal ProductReactant 2MainReactorCo-Reactor 1 Co-Reactor 2SolventStorage, tank, pipeTransitionFlow of componentsAbsorber 1 Absorber 2 Absorber 3UtilitiesCondensation,CompressionChemical reaction:Reactant 1 + Reactant 2 Product + Solvent13.02.2006 19

Massen- und Energiestrom-AnalyseSankey-DiagrammDiagramm: : Massenströme8 tSolvent349 t30 tUtilitiesReactant 1293 tMixing651 t1589 tReactant 1865 t 731 t690 tFinal ProductReactant 2984 tCo-Reactor 1 Co-Reactor 2 Co-Reactor 3MainReactor164 t12 tSolvent40 t639 t 306 t606 t215 t52 tUtilities639 tCondensation,CompressionAbsorber 1 Absorber 2 Absorber 3Product Product 1 1Reactant 1Reactant 1Reactant 2SolventReactant 2Solvent13.02.2006 20

Massen- und Energiestrom-AnalyseSankey-DiagrammDiagramm: : Energieströme1078 tSolventReactant 1MixingReactant 1Utilities109 t57 tFinal ProductReactant 2MainReactorCo-Reactor 1 Co-Reactor 2 Co-Reactor 3SolventAbsorber 1 Absorber 2 Absorber 3Utilities121 MWhCondensation,CompressionElectricityLowLowpressurepressuresteamsteamHigh pressure steamHigh pressure steam13.02.2006 21

KostenallokationZiel:Zuordnung der Kosten zu Komponentenströmen imProzess (Produktkostenbilanzierung)Verschiedene Methoden einsetzbar:KostenReaktant 1Reaktant 2Prozess(schritt)WertprodukteProdukt 1Produkt 2Die Allokationsmethode ist entscheidend für dieIdentifikation und Evaluierung von Potentialen13.02.2006 22

AllokationsmethodenBeispieleMassen-Allokation:Reaktant 2: 1 t, 500 €ProzessProdukt 1:Reaktant 1: 5 t, 1000 €(schritt) Produkt 2:Wert-Allokation:3 t3 t⇒ 750 €⇒ 750 €Reaktant 2: 1 t, 500 €ProzessProdukt 1:Reaktant 1: 5 t, 1000 € (schritt) Produkt 2:3 t, Wert 1000 €3 t , Wert 200 €⇒ 1250 €⇒ 250 €Physikalische Allokation:Reaktant 2: 1 t, 500 €ProzessProdukt 1:Reaktant 1: 5 t, 1000 €(schritt) Produkt 2:3 t3 t, c p = 2 kJ/kg/K, c p = 4 kJ/kg/K⇒ 500 €⇒ 1000 €13.02.2006 23

Produktkosten......induziert durch Lösungsmittel Lim EndproduktSolventReactant 1Reactant 2Costs offreshsolvent5.1 T€Mixing5.1 T€0.5 T€4.6 T€MainReactor27.1 T€0.5 T€UtilitiesReactant 1 1.0 T€27.6 T€ 30.3 T€ 25.8 T€Co-Reactor 1 Co-Reactor 2 Co-Reactor 35.8 T€8.4 T€16.8 T€5.4 T€Solvent6.9 T€11.3 T€21.9 T€4.4 T€Absorber 1 Absorber 2 Absorber 3Costs forSolvent inFinal ProductFinal ProductCosts forSolventhandlingUtilitiesCondensation,CompressionSolvent Low pressure steamLowSolventpressure steamHigh pressure steamHigh pressure steam13.02.2006 24

Analyseebenen• Standorte• Geschäftsbereiche• Geschäftseinheiten• Geschäftsfelder• Betriebe• Anlagen• ProzessschritteDetaillierungsgrad13.02.2006 25

Modell einer GeschäftseinheitBetrieb 4Betrieb 5Betrieb 1Betrieb 6Betrieb 2Betrieb 3Betrieb 7Betrieb 8Lager13.02.2006 26

MengenstromnetzTagesmengenBetrieb 4Betrieb 5Betrieb 1Betrieb 6Betrieb 2Betrieb 3Betrieb 7Produkt, nur Abgabe BASF internÜbernahme aus anderen Geschäftseinh.Internes GeschäftseinheitsproduktProdukte, Abgabe intern & Verkauf externZukauf von externBetrieb 813.02.2006 27

KostenstromnetzTageskostenBetrieb 4Betrieb 5Betrieb 1Betrieb 6Betrieb 2Betrieb 3Betrieb 7Produkt, nur Abgabe BASF internÜbernahme aus anderen Geschäftseinh.Internes GeschäftseinheitsproduktProdukte, Abgabe intern & Verkauf extern4Zukauf von externBetrieb 813.02.2006 28

ProduktkostenbilanzKostenträgerrechnungBetrieb 4Betrieb 5Betrieb 1Betrieb 6Betrieb 2Betrieb 3Betrieb 7Betrieb 8Referenzstrom(Verkaufsprodukt)13.02.2006 29

Fazit• Systemverfahrenstechnik in der BASF befasst sich auch mit demmethodisch-strukturierten Vorgehen bei der Gesamtprozessbetrachtungund -optimierung• Stoff- und Energiestromanalyse ist ein geeignetes Werkzeug für dieIst-Analyse• Potentialschätzungen sind durch die Analyse von Fertigungskosten,Herstellkosten und Kostenströmen auf verschiedenen Analyseebenenmöglich• Maßnahmen, Kosten und Risiken müssen nach derPotentialschätzung als Basis für Wirtschaftlichkeitsrechnungen undPrioritätensetzung identifiziert werden13.02.2006 30