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Verfahrenstechnik 6/2018

Verfahrenstechnik 6/2018

KOMPONENTEN UND SYSTEME

KOMPONENTEN UND SYSTEME I ACHEMA Eine echte Herausforderung Schwefelsäureherstellung: Anspruchsvoller Prozess für Pumpenhersteller In der Schwefelsäureherstellung spielen die Faktoren Korrosion und hohe Temperatur eine große Rolle bei der Pumpenauswahl. An die eingesetzten Werkstoffe werden extrem hohe Anforderungen gestellt. Autorin: Michaela Wassenberg, freie Journalistin, Nürnberg Der Schwefelsäuremarkt wächst weltweit stetig an, da Schwefelsäure ein wichtiger Rohstoff zur Herstellung von Düngemitteln ist. Die Produktion der aggressiven Säure ist äußerst anspruchsvoll. Bei reiner, hochkonzentrierter Schwefelsäure mit einem Konzentrationsgehalt von 96–99 % wirkt das Medium nicht nur extrem korrosiv, sondern erreicht während des Verarbeitungsprozesses auch sehr hohe Temperaturen von bis zu 240 °C. Durch diese Eigenschaften, denen viele Werkstoffe nicht gewachsen sind, ergeben sich auch hohe Anforderungen an die eingesetzten Pumpen. Eines der wenigen Unternehmen weltweit, das Pumpen für den gesamten Produktionsprozess von Schwefelsäure anbieten kann, ist die Rheinhütte Pumpen GmbH aus Wiesbaden. Je nach Anwendungsbereich, Säurekonzentration, Feststoffgehalt und Strömungsgeschwindigkeit setzt der Pumpenhersteller auf Werkstoffe aus Kunststoff oder Metall zur Herstellung von Pumpen, die durch die Werkstoffvielfalt optimal auf das jeweilige Einsatzfeld zugeschnitten werden können. Ansteigende Produktion Durch die weltweit stetig wachsenden Bevölkerungszahlen wird auch der Bedarf an Düngemitteln kontinuierlich größer. Das wiederum hat zur Folge, dass die Produktion von Schwefelsäure immer weiter ansteigt: Während 2005 weltweit ca. 194 Mio. t Schwefelsäure produziert wurden, waren es nur zehn Jahre später bereits 214 Mio. t und im Jahr 2017 bereits 272 Mio. t. Rund 50 % der gewonnenen Schwefelsäure wird zur Düngemittelherstellung verwendet. Die Säure kommt aber auch bei der Papierher­ 01 Die vertikale Kreiselpumpe GVRN wird für die Verpumpung aller Schwefelsäuren mit höherer Konzentration eingesetzt 36 VERFAHRENSTECHNIK 6/2018

ACHEMA I KOMPONENTEN UND SYSTEME stellung, zum Beizen von Stählen oder in der Titandioxid-Produktion zum Einsatz. Je nach Anwendung sind in Industrieprozessen Schwefelsäuren in unterschiedlichen Konzentrationen und Gemischen vorzufinden. Verdünnte Schwefelsäure oder Dünnsäure weist nur einen geringen Schwefelsäureanteil von maximal 25 % auf und fällt in vielen Prozessen als Abfallsäure an, die im Anschluss wieder aufbereitet wird. Weitere häufig anzutreffende Schwefelsäuren sind Trockner-Säure (75–98 %) sowie Oleum, ein Gemisch aus 100 % Schwefelsäure mit SO 3 -Gas, das häufig als über 100%ige Schwefelsäure bezeichnet wird. Wohl am anspruchsvollsten in der Handhabung ist die reine, hochkonzentrierte Schwefelsäure (96–99 %), die während des Verarbeitungsprozesses Temperaturen von bis zu 240 °C erreicht – eine Herausforderung für die eingesetzten Pumpen. Geeignete Werkstoffe Die Firma Rheinhütte liefert Pumpen für den gesamten Prozess der Schwefelsäureherstellung, von der Beförderung des – häufig feststoffbeladenen – Rohschwefels bis hin zur Wiederaufbereitung von Dünnsäure. Das Unternehmen greift dabei auf jahrelange Erfahrung mit korrosions- und verschleißbeständigen Werkstoffen aus den Werkstoffgruppen Kunststoff, Metall und Keramik zurück. Für Schwefelsäureanwendungen eignet sich vornehmlich der Einsatz von Metall oder Kunststoff, wie folgende Beispiele belegen. Für Anwendungen, bei denen hochkonzentrierte Schwefelsäure gefördert wird, fertigt Rheinhütte häufig Pumpen aus der metallischen Legierung 1.4136S, einem ferritischen Werkstoff mit 30 % Chrom, 2,5 % Molybdän und ohne Nickel in der Legierung. Neben 1.436S gehört auch der RH-RS, ein hochlegierter, ferritischer Stahlguss, zu den Sonderwerkstoffen von Rheinhütte, die sich für das Verpumpen reiner Schwefelsäure eignen. Die beiden Werk stoffe sind bspw. bei hochkonzentrierter Schwefelsäure bis 180 °C und Oleum im Einsatz und äußerst korrosions- und erosionsbeständig. Wenn aufgrund einer mittleren Säurekonzentration und hohen Temperaturen die meisten gängigen Werkstoffe versagen, greift man bei Rheinhütte auf den Werkstoff Siguss zurück. Siguss ist die einzige metallische Legierung, die für H 2 SO 4 in allen Konzentrationen bis zur Siedetemperatur chemisch beständig bleibt. Die Legierung enthält etwa 15 % Silizium und bis zu 5 % Chrom. Siguss-Pumpen sind zwar extrem anspruchsvoll in der Verarbeitung und Wartung, da der Werkstoff äußerst spröde ist. Ansonsten ist Siguss aber höchst leistungsfähig. Eine dem Siguss vergleichbare Korrosionsbeständigkeit hat der Kunststoff Polytetrafluorethylen (PTFE). Allerdings ist die Festigkeit, je nach Baugröße, nur bis max. 180 °C gegeben. An seine Grenzen stößt PTFE, wenn die zu verpumpende Säure feststoffbeladen ist. 02 Temperatur in °C 300 200 100 50 20 Das Korrosionsdiagramm zeigt auf, dass die metallische Legierung Siguss für Schwefelsäure in allen Konzentrationen bei Temperaturen bis 240 °C beständig bleibt 1.4408 0 50 Konzentration H 2 SO 4 in % Der Kunststoff ist im Vergleich zu Edelstahl bedeutend weicher, entsprechend würden PTFE-Pumpen durch das Verpumpen von verunreinigten Medien schneller verschleißen. Pumpen für alle Medien Für die Herstellung von Schwefelsäure wird zunächst flüssiger Schwefel bei Temperaturen zwischen 135 und 155 °C verpumpt. Die Pumpentypen GVSO und RCEV sind dafür besonders geeignet, da sie beheizt werden und damit den flüssigen Aggregatszustand des Rohschwefels garantieren können. Der flüssige Schwefel kann verunreinigt und feststoffbeladen sein – eine weitere Herausforderung, die für die GVSO aber kein Problem darstellt. Bei stark feststoffbeladenen Medien wird die RCEV eingesetzt. Während Kunststoff-Pumpen für hoch konzentrierte Schwefelsäure und bei hohen Temperaturen ungeeignet sind, sind sie im niedriger konzentrierten Bereich häufig im Einsatz, bspw. zur Verpumpung von Waschsäure, einem Gemisch aus 15- bis 75%iger Schwefelsäure und Schwefeldioxid. Für alle Schwefelsäuren höherer Konzentration, von Gas- Trockner-Säure bis hin zur reinen hochkonzentrierten Schwefelsäure, ist die GVRN-Pumpe im Einsatz. Die vertikale Kreiselpumpe ist in der Ausführung GVRN 450/500 in der Lage, bis zu 3 000 m 3 /h Schwefelsäure zu verpumpen. Auch die RMKN von Rheinhütte, eine Magnetkupplungspumpe aus Metall, eignet sich zur Förderung von heißer und aggressiver Schwefelsäure, wobei Horizontalpumpen während des Schwefelsäureherstellungsprozesses eher die Ausnahme darstellen. Fotos: Outotec, Rheinhütte Pumpen Halle 8.0, Stand A24 www.rheinhuette.de 1.4517 Siedelinie R3020* Siguss* 1.4517 RHRS* RHSX* 1.4136S* 1.4408 100 VERFAHRENSTECHNIK 6/2018 37

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