Zweidrucksvolle Lösung

Pumpen für Salpetersäure-Prozesse

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

16.05.2017 Jede Wertschöpfungskette hat ihren Anfang: Salpetersäure ist ein Grundstoff für viele auf Stickstoff basierende Erzeugnisse der chemischen Industrie. Dazu gehören Düngemittel (circa 80 % vom Gesamtverbrauch), Kunststoffe und Sprengstoff (circa 15 % des Gesamtverbrauchs).

Anzeige

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Ob Eindruck- oder Zweidruckverarbeitung: Die Arbeit mit Salpetersäure ist ein anspruchsvoller Prozess, der hohe Anforderungen an die eingesetzte Anlagentechnik stellt.
  • Ein Betreiber wollte die Kapazität seiner Prozessanlage erhöhen und benötigte hierfür auch geeignete Pumpen.
  • Die Wahl fiel auf Magnetkupplungspumpen, die die Forderungen bezüglich der hohen Standzeiten und des geringen Wartungsaufwands erfüllten. Ausgestattet mit einem Frequenzumrichter lassen sich die Pumpen jeweils projektspezifischen Besonderheiten anpassen.

Industriegebiet in Ludwigshafen am Rhein

In der chemischen Industrie ist Salpetersäure Basis für viele Folgeprozesse. Bild: eyetronic – Fotolia

Insgesamt lieferte das Unternehmen dem Betreiber sieben Magnetkupplungspumpen. Bild: Klaus Union

Insgesamt lieferte das Unternehmen dem Betreiber sieben Magnetkupplungspumpen. Bild: Klaus Union

Eine besondere Bedeutung für die Produktion von Mineraldünger hat die schwache Salpetersäure mit einer Konzentration von 58 bis 62 %, die die chemische Industrie bereits seit mehr als 100 Jahren mittels verschiedener Verfahren herstellt. Zur industriellen Produktion von Salpetersäure gibt es grundsätzlich zwei Verfahren: das Eindruck- und das Zweidruckverfahren. Beim Eindruckverfahren wird zunächst Luft auf einen mittleren bis hohen Druck eingespeist und anschließend Ammoniak unter hohem Druck hinzugemischt. Das so entstandene Ammoniak-Luft-Gemisch wird katalytisch verbrannt. Nach der Abkühlung wird das entstandene Stickoxid (NOx) mit Luft oxidiert und in Wasser absorbiert, wobei Salpetersäure entsteht.

Herzstück der Anlage: die Pumpe

Der Unterschied zwischen Eindruck- und Zweidruckverfahren liegt darin, dass nach der katalytischen Verbrennung und dem anschließenden Abkühlen beim Zweidruckverfahren eine weitere Verdichtung stattfindet. Dies ermöglicht, die Absorption bei einem höheren Druck als die Verbrennung betreiben zu können.

Die Eindruckverfahren-Anlagen sind im Bau etwas günstiger als die Zweidruckverfahren-Anlagen, während deren Betriebskosten jedoch aufgrund des spezifischen Ammoniakverbrauchs und des Verlustes von Katalysatoren deutlich höher sind. Die empfohlene Produktionskapazität von Eindruckverfahren-Anlagen beträgt bis zu 900 t/d.

Die Zweidruckverfahren-Anlagen sind moderner und anspruchsvoller und kommen heute bevorzugt bei höheren Produktionskapazitäten von Düngemitteln zum Einsatz. Unabhängig davon, ob es sich um Eindruck- oder Zweidruck-Verfahren handelt – jede Anlage zum Herstellen von Salpetersäure besteht aus einer Vielzahl verschiedener Elemente, beispielsweise Dampfturbinen, Luftverdichtern, Gasverdichtern, Gasturbinen, Generatoren, Rohrleitungen, Tanks, Armaturen, Wärmeübertragern, Regelungstechnik, weiteren verschiedenen, prozessspezifischen Apparaten und natürlich: Pumpen. Pumpenaggregate spielen in diesem komplexen System eine essenzielle Rolle und bestimmen in hohem Maße die Verfügbarkeit der gesamten Anlage. Der Ausfall von Pumpen kann in vielen Fällen zu teuren Folgen führen, schlimmstenfalls sogar zum Stillstand der gesamten Anlage.

Viel Sicherheit, wenig Wartung

2014 gab das norwegische Unternehmen Yara bekannt, dass es bereit sei, in die Modernisierung und Erweiterung von Ammoniumnitrat-Anlagen in der schwedischen Stadt Köping zu investieren. Damit wollte der Betreiber seine Ammoniumnitrat-Produktionskapazität von 360.000 auf 450.000 t/a erhöhen sowie eine komplett neue Salpetersäureanlage errichten. Das Investitionsvolumen lag hier im hohen dreistelligen Millionen-Euro-Bereich.

Den Auftrag für die Errichtung der Zweidruckverfahrens-Anlage in Köping erhielt ein Anlagenbauer aus der Tschechischen Republik, die Firma Casale Project. Die Fertigstellung des Projektes ist für das Jahr 2017 vorgesehen, zu diesem Zeitpunkt soll die Salpetersäureanlage eine Kapazität von 685 t/d aufweisen. Aufgrund der anspruchsvollen Anforderungen an die Abdichtung von Pumpenantriebswellen, haben sich sowohl der Betreiber als auch der tschechische Anlagenbauer dazu entschieden, im Prozess für kritische Stellen in der Salpetersäureanlage  magnetgekuppelte, also hermetisch dichte Pumpen einzusetzen. Diese verfügen über keine Wellenabdichtungen und sind damit vollkommen leckagefrei. Außerdem erfüllen Magnetkupplungspumpen die Forderung nach geringem Wartungsaufwand bei gleichzeitig langen Standzeiten sowie strengeren Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften.

Im Dezember 2015 erhielt die Firma Klaus Union eine Anfrage über sieben anspruchsvolle Magnetkupplungspumpen für das Yara-Projekt in Köping. Besondere Anforderungen an diese Pumpen lagen in der Werkstoffausführung, den Instrumentierungsanforderungen, ungünstig liegenden Betriebspunkten sowie projektspezifischen Besonderheiten. Nachdem der Pumpenbauer diesen Auftrag im Frühjahr 2016 erhalten hatte, wurden nach  erfolgreicher Prüfung und Abnahme sieben Pumpen nach API 685 für die Förderung von Salpetersäure ausgeliefert.

Dynamischer Betriebspunkt

Da der Wirkungsgrad einer Magnetkupplung vom Werkstoff und der erforderlichen Wandstärke des Spalttopfes sowie der Drehzahl des Aggregates abhängig ist, wurden alle ausgelieferten Pumpen mit einem nicht-metallischen Spalttopf aus Zirkoniumoxid (technische Keramik) ausgestattet. Diese Option ermöglichte, die Verlustleistung und damit einhergehend die Temperaturerhöhung des Produktes im Innern der Magnetkupplung zu eliminieren und damit den Dauerbetrieb bei niedrigen Fördermengen zu ermöglichen. Der Fördermengen-Bereich der Pumpen liegt zwischen 5 und 157 m3/h bei einer Förderhöhe von 53 bis 145 m.

Um den Kunden für die Pumpen mehr Anwendungsmöglichkeiten zu bieten, stattete der Hersteller einige Pumpen in diesem Projekt mit einem Frequenzumrichter aus. Über eine Drehzahlregelung erfolgt dann die optimale Anpassung des Betriebspunktes an die Anlagenanforderungen. Die im Förderprodukt vorhandenen Feststoffe mit einer Konzentration bis 3 % sind unbedenklich – jede Pumpe aus diesem Auftrag ist am Eintritt in die internen Schmierbohrungen mit einem selbstreinigenden Filter ausgerüstet. Diese Option bietet dem Betreiber zusätzliche Zuverlässigkeit und Sicherheit in der Anlage.

Automatische Leckageüberwachung

Aufgrund des Aufstellungsortes innerhalb einer verfahrenstechnischen Anlage und der sich daraus ergebenen Zulaufbedingungen mussten die Pumpen sehr niedrige NPSH-Werte aufweisen. Mittels speziell an die Betriebsbedingungen angepassten Pumpenhydrauliken konnte diese Anforderung ohne den Einsatz eines Inducers erreicht werden. Für den unwahrscheinlichen Fall einer Undichtheit des Spalttopfes sind die Pumpen unter anderem mit einer Leckageüberwachung mittels eines Vibrationsgrenzschalters für Flüssigkeiten ausgerüstet. Die Werkstoffausführung der Pumpen für Yara basiert komplett (Lagerträger, Zwischenlaterne und alle mediumberührten Teile) aus dem niedriggekohlten Edelstahl 304L. Die Grundrahmen, auf denen sowohl die Pumpen als auch die Motoren, Instrumentierungen und Schaltkästen montiert sind, bestehen ebenfalls aus Edelstahl. 1706ct903

Hier gelangen Sie zum Pumpenhersteller.

Auf unserem Portal finden Sie viele weitere Beiträge rund um das Thema Pumpentechnik.

Heftausgabe: Mai 2017
Loader-Icon