Hochdruckpumpen für Kohleverflüssigungsanlage gehen in Betrieb

Langsamläufer macht Druck

10.06.2007 450 Tonnen Stahl und Eisen brachte der schwäbische Pumpenhersteller Uraca auf die Reise in die Mongolei und hat im April damit begonnen, die Anlagen zu montieren. Die sechs Hochdruck-Plungerpumpenaggregate werden in China zur Verflüssigung von Kohle eingesetzt.

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33 LKW-Ladungen umfasste die Lieferung, die Ende Oktober 2006 vom schwäbischen Hochdruckpumpen-Hersteller Uraca im Hafen Xigang im Nordosten von China eintraf. Von dort wurde das Equipment, das mit einem Auftragswert von rund 14 Mio. Euro die größte Einzelorder in der Geschichte des Pumpenlieferanten darstellt, auf die Baustelle in Majata, Mongolei, transportiert. Dort plant der chinesische Energiekonzern Shenhua den Bau einer Kohleverflüssigungsanlage, die jährlich aus rund 9,7 Mio.t Kohle rund 5 Mio.t Benzin, Kerosin, Diesel und andere Produkte herstellen soll. Dass sich das Projekt für den Betreiber rechnen wird, verdeutlicht eine einfache Kalkulation: Die Anlage wäre bereits bei einem Rohölpreis von rund 20 US-$/Barrel wirtschaftlich, rund einem Viertel dessen, was das Schwarze Gold derzeit kostet.

Im Dezember 2006 haben die Servicetechniker des Lieferanten aus Bad Urach damit begonnen, die sechs Plungerpumpen-Aggregate zu montieren, so dass die Anlage noch in diesem Jahr in Betrieb gehen kann. Die Hochdruckpumpen versorgen die nach dem Bergius-Verfahren arbeitenden Reaktoren mit Kohlemaische und arbeiten im Dauerbetrieb. Bei dem Verfahren wird ein Kohlebrei, bestehend aus 50% gemahlener Kohle und 50% eines heißen Trägeröls, bei einem Druck von 210 bar und Temperaturen bis 290°C gefördert. Der bereits 1913 von Friedrich Bergius entwickelte Prozess basiert auf der direkten Kohle-Hochdruckhydrierung. Dabei wird fein gemahlene Kohle in Schweröl suspendiert. Unter der Einwirkung von Wasserstoff entstehen bei Drücken von 200 bis 300 bar und einer Temperatur von 500°C flüssige Kohlenwasserstoffe, wobei das gewünschte Endprodukt über die Parameter Verweildauer, Temperatur und Katalysator eingestellt wird.

Thermische Belastungen beherrschen

„Die Anforderungen an den gesamten Ablauf des Prozesses der Kohlehydrierung wie auch an die Hochdruckpumpen lauten absolut höchste Verfügbarkeit, Langlebigkeit, niedrige Betriebskosten und günstige Lebensdauerkosten“, beschreibt Projektleiter Ulrich Theurer die Herausforderung für die in dem Prozess eingesetzten Komponenten. Dabei bereitet vor allem der, abrasive Kohlebrei Probleme. Theurer: „Die Pumpe muss im Bereich des Arbeitsraumes trotz einer erheblichen thermischen Belastung – insbesondere während des Anfahrprozesses – absolut dicht sein.“ Und da sich eine solche Aufgabe nicht mit Pumpenkonstruktionen von der Stange bewältigen lässt, weicht die dafür eigens entwickelte Baureihe P 5-96 stark vom technischen Standard ab: Die Pumpen bauen auf Grund dieser spezifischen Vorgaben relativ groß, da sie bedingt durch das kritische Fördermedium nur mit geringeren Drehzahlen laufen können.

Ein kritisches Element stellt dabei der Ventilblock dar, für den der Hersteller eine spezielle Entmischeinrichtung konstruiert hat. In Verbindung mit einer speziellen Einspritzpumpe stellt diese sicher, dass während des Prozesses keine Kohlepartikel in die Plungerabdichtung gelangen. Die separate Einspritzpumpe, welche jeweils im Saughub Öl in die Packung der Maischepumpe spritzt, sorgt dabei für einen kontinuierlichen Fluss des Trägeröls in Richtung des Ventilraums. Zusätzlich wird mit Hilfe einer Sperrung und einer Spülung des Packungsteils verhindert, dass Leckage in die Umgebung austreten kann.
Und auch die Ausdehnung der eingesetzten Bauteile muss bei Temperaturen bis 290°C beherrscht werden, da jeder Werkstoff einen mehr oder weniger unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt. In den Plungerpumpen kommen deshalb hochfeste temperaturbeständige Pumpenwerkstoffe zum Einsatz, die Bauteile sind mit speziellen Kühl- und Aufheizungseinrichtungen ausgestattet, so dass thermisch bedingte Größenänderungen möglichst übergreifend gleichmäßig verlaufen. „Um dies zu erreichen, wurde zum Beispiel das Design, die Positionierung und die Dimensionierung der Befestigungsschrauben der Ventile mit Hilfe von FEM-Simulationen entwickelt“, verdeutlicht Entwicklungsingenieur Hubert Wirth. Auch die eingesetzten Kugelventile mussten optimiert werden, damit diese im Betrieb nicht vom Kohlebrei zugesetzt werden.
Dazu kommt, dass bei der Montage auf Grund der enorm großen Einzelteile besondere Sorgfalt gefordert ist, soll doch im Betrieb höchste Fluchtungsgenauigkeit erreicht werden. Jedes der sechs Hochdruckpumpen-Aggregate verfügt über fünf Plunger die mit Drehzahlen von 30 bis 80 min-1 angetrieben werden. Der Förderstrom beträgt 95m3/h. Da jedes Aggregat rund 75 t wiegt, wurden die fertiggestellten Pumpen im Werk des Herstellers demontiert und auf 33 LKW-Ladungen verteilt.
Für den Pumpenanbieter hat der Großauftrag Modellcharakter: „Wir rechnen mit weiteren Anfragen und Aufträgen im Bereich der Kohleverflüssigung“, gibt sich Gunter Stöhr, Geschäftsführer der Uraca Pumpenfabrik, optimistisch. Die derzeitige Situation auf dem Weltmarkt stützt diese Sicht: Wie chinesische Medien melden, will China bis zum Jahr 2020 über 100 Mrd. Euro in die Entwicklung der Kohlechemie des Landes investieren (siehe Bericht „Renaissance der Kohle“ in dieser Ausgabe).

„Wir rechnen mit weiteren Anfragen und Aufträgen im Bereich der Kohleverflüssigung“
Gunter Stöhr ist Geschäftsführer der Uraca Pumpenfabrik
„Die Pumpe muss im Bereich des Arbeitsraumes trotz einer erheblichen thermischen Belastung absolut dicht sein“
Ulrich Theurer ist als Projektleiter für das Projekt mit Shenhua verantwortlich

Heftausgabe: Juni 2007

Über den Autor

Armin Scheuermann , Redaktion
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