Success Story: Weltweit größte mechanische Brüdenverdichtung für das Sappi Saiccor Zellstoffwerk in Südafrika

GIG Karasek realisierte für das Vulindlela-Projekt des Sappi Saiccor Zellstoffwerks die weltweit größte Eindampfanlage mit mechanischer Brüdenverdichtung. In diesem Beitrag zeigen wir das Projekt als praktischen Anwendungsfall in der Sulfitindustrie und geben einen Überblick zu den Grundlagen des dahinter stehenden Prozesses sowie möglicher Anwendungen in Zellstoffprozessen.

Das Projekt Vulindlela

Sappi Saiccor ist der weltweit größte Produzent von Zellstoff für die Viskosefaserindustrie auf Basis des Sulfitverfahrens. Die Saiccor-Fabrik befindet sich 50 km südlich des Hafens von Durban in der südafrikanischen Provinz KwaZulu-Natal und ist eine der Produktionsanlagen für Sappi Pulp.

Das Projekt Vulindlela hatte zum Ziel, die Anlagenkapazität der Saiccor-Fabrik von 783.000 Tonnen auf 890.000 Tonnen pro Jahr zu erhöhen. Gleichzeitig sollten die Produktionskosten und der ökologische Fußabdruck der Fabrik durch Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen gesenkt werden.

In seiner Gesamtheit umfasste das Projekt die Installation einer neuen Eindampfanlage, eines Rückgewinnungskessels und einer Sieb- und Waschanlage sowie Modernisierungen der Bleichereianlage, verbesserte Rückgewinnungskreisläufe und zusätzliche Kocher.

GIG Karasek lieferte die Eindampfanlage mit mechanischer Brüdenverdichtung zur Aufkonzentrierung der Sulfitlauge. Die innovative Prozesslösung wirkt sich aufgrund hoher Energieeffizienz und geringer Emissionen positiv auf den Kreislauf aus und spart wertvolle Ressourcen.

GIG Karasek Baustelle auf dem Gelände der Saiccor-Fabrik © GIG Karasek

Eindampfanlage im Kreislauf der Zellstoffherstellung

Bei der Herstellung von Zellstoff müssen die Fasern aus dem Holz gelöst werden. Die Holzchips werden daher zunächst in einem aufwendigen Kochprozess mit geeigneten Chemikalien aufgeschlossen, wobei die Verbindung von Zellstofffasern und Lignin aufgebrochen wird.

Der Faserbrei wird anschließend von unaufgeschlossenen Holzteilchen getrennt und gewaschen. Dabei werden die Fasern von Lignin und Harzen getrennt und gesondert weiterverarbeitet:

1. Faserlinie: Die Fasern aus Cellulose und Hemicellulose werden in weiteren Prozessen gereinigt, gebleicht, entwässert und getrocknet.

2. Laugenlinie: Die beim Auswaschen entstehende Lauge (mit Lignin und Harzen) ist für eine direkte Verbrennung zu dünnflüssig und muss eingedampft werden. Die Sulfitlauge kommt daher als Feed in die Eindampfanlage, wo sie aufkonzentriert und erst dann dem Laugenkessel (Recovery Boiler) als Brennstoff zugeführt wird.

Der Recovery Boiler erzeugt wiederum Hochdruckdampf, während gleichzeitig die Hauptchemikalien in der verbrauchten Kochlauge zur Wiederverwendung im Aufschlussprozess in Kochsäure umgewandelt werden. Damit schließt sich der nachhaltige Kreislauf.

© GIG Karasek

Mechanische Brüdenverdichtung in der Zellstoffindustrie

In den verschiedenen Zellstoffprozessen werden derzeit meist mehrstufige Eindampfanlagen mit Frischdampf als Heizmedium eingesetzt. In der Sulfitindustrie finden darüber hinaus mechanische Brüdenverdichter (Mechanical Vapor Recompressors, MVR) zur Voreindampfung von Lauge Verwendung.
Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Siedepunkterhöhung in Sulfitablaugen ist es möglich, den gesamten Verdampfungsprozess bis zur Endkonzentration mit dieser Technologie zu realisieren. Dadurch ist es möglich, Verdampfungsprozesse zu konzipieren, die fast gänzlich ohne Frischdampfzufuhr und Kühlwasser arbeiten. Es wird lediglich elektrische Energie benötigt.

Der Einsatz dieser Technologie ist insbesondere an Standorten mit günstigen Stromtarifen oder wenig Frischdampf/Kühlwasser- Ressourcen sinnvoll. Von hoher Relevanz ist das Verfahren auch für die DACH-Region, da ein erheblicher Anteil der Zellstoffhersteller nach wie vor das Sulfitverfahren einsetzt. Auch weltweit arbeiten einige Zellstoffstandorte mit dem Sulfitverfahren, wo diese Technologie ebenfalls in größerem Umfang eingesetzt werden könnte.

Mechanische Brüdenverdichtung © GIG Karasek

Projektabwicklung auf der Fläche einer „Briefmarke“

Das Vulindlela Projekt war für GIG Karasek das erste und größte Projekt auf dem afrikanischen Kontinent. Das Projekt startete im Mai 2018 und wurde im September 2021 trotz Corona und aller Schwierigkeiten termingerecht fertiggestellt. Die hervorragende partnerschaftliche Zusammenarbeit mit dem Kunden, viel Remote Arbeit und ein starkes Baustellenteam hat dies ungeachtet der vielfältigen Herausforderungen möglich gemacht.

Projektvolumen und Lieferumfang

Das Projektvolumen betrug > 23 Millionen Euro, die Lieferung der Eindampfanlage erfolgte auf EPC-Basis (Engineering, Beschaffung und Bau der Verdampferanlage, einschließlich Pumpen, Verrohrung, Ventile, Stahlkonstruktion, Isolierung, HSE und Inbetriebnahme). Der Kunde stellte die Verkabelung und Programmierung bei. Die Bauteile und Komponenten wurden weltweit beschafft und aus Europa, Asien und Südafrika angeliefert.

230.000 unfallfreie Arbeitsstunden

Die Eindampfanlage wurde im Herzen des Zellstoffwerks erbaut, wo zuvor eine alte Anlage abgerissen worden war. Entsprechend eng gestalteten sich die Raumverhältnisse auf der stark frequentierten Baustelle. Um es mit den Worten von Sappi zu formulieren: „Die Anlage wird auf einer Briefmarke erbaut“. Trotz dieser schwierigen Rahmenbedingungen leistete das Baustellenteam insgesamt 230.000 Arbeitsstunden ohne jegliche Zwischenfälle.

© GIG Karasek

Sappi Eindampfanlage: 300 t/h bei 16 MW Verdichterleistung

Die Sappi Saiccor Eindampfanlage ist die größte realisierte Anlage weltweit dieser Art in der Sulfitindustrie. Mit der enormen Verdichterleistung von 16.000.000 Watt werden 300 Tonnen Wasser pro Stunde aus dem Prozess verdampft, um die Sulfitlauge im anschließenden Verbrennungskessel verbrennen zu können. Die hier realisierte elektrische Leistung entspricht in etwa der Leistung des Grazer Murkraftwerkes oder 400.000 Glühbirnen (40W).

Hohe Standzeiten durch gute Reinigbarkeit

Wie bereits angemerkt, liegt das Besondere dieser Anlage darin, dass durch mechanische Brüdenverdichtung das Medium direkt von der Eingangskonzentration auf die gewünschte Endkonzentration aufkonzentriert werden kann. Auch zeichnet sich die Anlage durch eine sehr gute Reinigbarkeit aus, wodurch hohe Standzeiten gewährleistet sind.

120 Tonnen Plattenfallfilmverdampfer

Die Anlage besteht aus der Tank Area (Dicklaugen-, Dünnlaugen-, Kondensattanks), vier riesigen Plattenfallfilmverdampfern sowie der Fan Area mit vier mechanischen Brüdenverdichtern. Die Verdampfer haben jeweils eine Höhe von 14 Metern, einen Durchmesser von über 6 Metern und ein Gewicht von 120 Tonnen.

1. Tankfarm (Tank Area)

Die einzelnen Tanks wurden in Zusammenarbeit mit lokalen Lieferanten auf dem Gelände vorgefertigt und anschließend mit dem Kran auf das zuvor installierte Fundament montiert.

© GIG Karasek

2. Verdampferanlage (Evaporator Area)

Die vier Plattenfallfilmverdampfer wurden unter Supervision von GIG Karasek in Asien gefertigt, mit dem Schiff in Südafrika angeliefert und anschließend mithilfe eines Sondertransports zur Baustelle gebracht.

© GIG Karasek

3. Ventilatoren (Fan Area)

Der Prozessdampf (Brüden) wird mit der elektrisch betriebenen mechanischen Brüdenverdichtung (Radialventilatoren) auf ein höheres Temperatur- und damit höheres Energieniveau gehoben und anschließend dem Prozess als frischer Heizdampf wieder zugeführt.

© GIG Karasek

Fazit: Mechanische Brüdenverdichtung in der Zellstoffindustrie

Mechanische Brüdenverdichtung in Kombination mit Plattenfallfilmverdampfern stellt eine effektive Prozesslösung zur Aufkonzentrierung von Sulfitlaugen dar. Mit der mechanischen Brüdenverdichtung geht die im Dampf enthaltene Energie nicht verloren, sondern wird dem Energiekreislauf wieder zugeführt. Ein hoher Dampfverbrauch kann damit vermieden werden. Plattenfallfilmverdampfer sind wiederum sehr gut zu reinigen und ermöglichen hohe Standzeiten. Die realisierte Anlage arbeitet somit sehr energieeffizient und umweltfreundlich.

Über Sappi

Sappi Ltd. ist der weltweit führende Anbieter von Lösungen für Papier, Papierzellstoff, Faserzellstoff und Bioraffinerien mit Hauptsitz in Johannesburg, Südafrika. Der Chemiezellstoff von Sappi Saiccor wird aus nachhaltig angebautem Eukalyptus unter Verwendung einer speziellen Zellulosechemie-Technologie hergestellt. Nachhaltige Produktionsprozesse im Sinne einer Kreislaufwirtschaft sind durch Produktionsanlagen gewährleistet, die vielfach mit Bioenergie aus Dampf und Abfallströmen betrieben werden.

Sappi beschäftigt über 12.400 Mitarbeiter in mehr als 35 Ländern und betreibt Produktionsanlagen auf drei Kontinenten (zehn Produktionsstätten in Westeuropa, vier in Nordamerika und fünf in Südafrika). Die Angebotspalette reicht von Rohstoffprodukten wie Chemiezellstoff für Textilien, Pharma- und Lebensmittelanwendungen über Zellstoff und Bioraffinerieprodukte bis hin zu Endprodukten wie Grafik-, Verpackungs- und Spezialpapieren.

"GIG Karasek was selected to supply the Evaporator plant due to their good technical ability, as well as good performance at other Sappi Mills in Europe. GiG Karasek has a good understanding of the unique challenges faced in Sulphite Evaporators and were willing to listen to problems faced at Saiccor and amend their designs to overcome these problems by implementing cost effective solutions. The project execution and co-operation on site was also very good. GIG Karasek’s response to problems and issues was immediate and effective. I would like to thank GIG Karasek for a successful project, good equipment performance and excellent service and co-operation."

(Wayne Weston – Director : Projects // Sappi Saiccor)

"GIG Karasek handled the Vulindlela evaporation project in the very best and professional way in all aspects: engineering, implementation , quality of equipment, erection, safety, commissioning etc.
with a very knowledgeable and dedicated personnel that always was acting very professional and very cooperative.

GIG Karasek’s very good work has resulted in an evaporation plant that with marginal reached all contractual values regarding performance and product quality"

(Håkan Eriksson, AFRY , Area Manager Evaporation Plant Vulindlela Project)