Cosun Beet Company bespaart energie met thermische damprecompressie

Cosun Beet Company, onderdeel van Royal Cosun, heeft als ambitie de meest groene, innovatieve en succesvolle bietenverwerker van de wereld te zijn. Onderdeel van deze ambitie is het optimaal benutten van de beschikbare restwarmte. De fabriek in Dinteloord ontwikkelde daarom het innovatieve Flex-TDR concept, dat mede mogelijk werd gemaakt door subsidie uit het Demonstratie Energie Innovatie (DEI) programma. In de campagne 2019/2020 bespaarde Cosun Beet Company hiermee 3,4 miljoen m³ aardgas. In dit artikel een toelichting van het concept, de techniek, de resultaten en de geleerde lessen.

Het productieproces van suikerbieten

Om van suikerbieten tot suiker te komen, moet in het productieproces (figuur 1) veel water verdampen. Na het doorlopen van een reeks processtappen voor het winnen en zuiveren van de suiker uit de suikerbiet wordt een suikerbietensap verkregen, dat dunsap wordt genoemd. Voor verdere verwerking moet het dunsap verder ingedikt worden tot diksap, wat wordt gerealiseerd met meertraps indampers.

De fabriek in Dinteloord gebruikt hiervoor twee indampstraten met elk 7-trappen. Meertraps indamping is een energie-efficiënte technologie, waarbij de procesdamp die ontstaat door indamping van suikersap, gebruikt wordt als warmtebron voor de volgende indampingstap. Op deze wijze wordt de energie (warmte) in het systeem zo optimaal mogelijk benut.

Hoe werkt Flexibele Thermische Damprecompressie?

Met als doel de energie-efficiëntie te verbeteren, heeft Cosun R&D het Flexibele damprecompressie-concept ontwikkeld (Flex-TDR). Een stoomejecteur kan damp met lagere druk meeslepen naar een hogere druk (figuur 2). Dit proces wordt aangedreven door hogedrukstoom in een Venturi buis. Hierdoor zijn er geen bewegende onderdelen nodig. Voor aandrijving van het proces is ‘verse’ hogedruk stoom vereist.

Met het Flex-TDR systeem wordt restwarmte (reststoom) van ruim 1 barg opgewaardeerd naar MD-stoom van circa 2,5 barg, waarmee vervolgens het indampproces kan worden ‘aangedreven’. Door de variaties in de stoomvraag voor de  processen in de fabriek en het restdamp aanbod, varieert de gewenste recompressiecapaciteit van de TDR tussen 5 tot 74 ton MD-stoom van 2,5 barg per uur.

Het op- en afschakelen van capaciteit moet daarom ook snel kunnen plaatsvinden. Een van de beperkende eigenschappen van TDR is echter dat het debiet beperkt regelbaar is. Door een slimme parallelschakeling van een viertal stoomejecteurs met oplopende capaciteit is dit creatief opgelost. Hiermee wordt een goed regelbereik gerealiseerd met overlappende werkpunten. In figuur 3 is het principeschema van de Flex-TDR installatie weergegeven.

MDR of TDR?

Voor het recomprimeren van dampstromen zijn er twee marktrijpe technieken beschikbaar; Mechanische Damp Recompressie (MDR) en Thermische Damp Recompressie (TDR). Beide technieken verdichten de ingaande (lagere druk) stoom tot een hogere druk. Door de gelimiteerde bedrijfstijd van de bietencampagne heeft Cosun Beet Company een kleinere periode per jaar om een investering terug te verdienen. Het resultaat hiervan is dat een TDR concept wel rendabel is, maar een MDR-installatie niet.

Monitoring en optimalisatie van de stoomproductie

De gehele installatie is gedurende drie campagnes (2017-2020) intensief gemonitord en geoptimaliseerd. De verwachting is dat de besparing de komende jaren verder zal stijgen, onder andere door een betere inzet van restwarmte en de oplopende prijs (CO₂-heffing) voor CO₂-emissie.Ook is het Flex-TDR concept een aanjager gebleken voor verdere energiebesparingen in het proces; door deze besparingen komt er meer lagedrukdamp vrij die met TDR benut kan worden.

Stoomproductie campagne 2019-2020

Figuur 4 toont het verloop van de stoomproductie in 2019-2020 door de Flex-TDR. Opvallend hierbij is:

• De lange campagnetijd.
• Grote variaties in de capaciteit van de thermocompressie: storingen of veranderingen in de fabriek worden gecorrigeerd door de thermocompressie.
• Er is lang (maar met onderbrekingen in november en december) op maximale capaciteit gedraaid. Dit door een relatief laag suikergehalte in de biet in 2019 waardoor extra behoefte was aan de werking van de thermocompressoren.
• De hoge output van de Flex-TDR: de maximale capaciteit van 72 ton per uur wordt regelmatig bereikt.

Energiebesparing van 3,4 miljoen m³ aardgas

In figuur 5 zijn de gemiddelde procescondities van de campagne 2019-2020 getoond. Dit leverde een effectieve besparing van 3,4 miljoen m3 aardgas per jaar op.

Meetresultaten campagnes

Monitoring tijdens de drie campagnes leverde een goed inzicht in de performance van de Flex-TDR. In figuur 6 is het overzicht gegeven van de overall prestatie per campagne. In figuur 7 is de productie van stoom voor iedere campagne getoond.

Geleerde lessen

Uit de monitorings- en optimalisatieperiode kwamen verschillende geleerde lessen naar voren:

• koeling van de door de TDR geproduceerde MD-stoom.
• thermal sleeve van de stoomkoeler.
• stoom flowmeters.
• vertrouwen in de TDR-capaciteitsregeling.
• suikerdoorslag van de indampers.
• hoge geluidsproductie van de ejecteurs.

Eén van de opmerkelijke spin-offs van het Flex-TDR concept is dat binnen de beschikbare capaciteit van de Flex TDR installatie mogelijkheden ontstaan voor verdere benutting van laagtemperatuurrestwarmte, wat vervolgens leidt tot reductie van de stoomvraag. In dit whitepaper zijn deze onderwerpen verder uitgediept.

Herhalingspotentieel

Thermische damprecompressie zoals gerealiseerd bij Cosun Beet Company in Dinteloord, is geschikt voor andere processen en branches mits die voldoen aan de volgende randvoorwaarden:

• een voldoende groot en wisselend volume aan vrijkomende dampen op lagedrukniveau uit bijvoorbeeld indampprocessen.
• een sterk variërende behoefte aan recompressie van deze dampen.
• bestaande assets, waarbinnen wel mogelijkheden zijn voor optimalisatie van warmte- en massabalans.
• beperkte CAPEX-ruimte ten gevolge van bijvoorbeeld beperkte productietijd ten gevolge van seizoensproducten of campagnetijd.

Doelstelling behaald

De drie primaire doelen van het Flex-TDR concept zijn allen gerealiseerd:

• Het condensorverlies is vrijwel tot nul gerealiseerd en het Flex-TDR systeem blijkt de enabler te zijn van benutting van extra restwarmte.
• Er is een flexibele en robuuste installatie gerealiseerd voor de upgrading van de restwarmte.
• Het Flex-TDR concept is een innovatief concept dat door meerdere bedrijven en processen toegepast kan worden.

Tot slot

Met het Flex-TDR concept is Cosun Beet Company komende jaren in staat toenemende mate CO₂-emissie reductie te realiseren. Cosun is inmiddels octrooihouder van de Flex-TDR technologie voor de Europese suikerindustrie. De ontwikkeling, meer achtergrond over de techniek, de optimalisatie en bredere toepassing staat beschreven in de Whitepaper Thermische Damprecompressie bij Cosun Beet Company.

Dit artikel is tot stand gekomen in samenwerking met BlueTerra