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Pumpen für Schwefelsäureanlagen – ein Fall für Spezialisten

| Autor / Redakteur: Michaela Wassenberg / Dr. Jörg Kempf

Schwefelsäureanlage: Schwefelsäure ist durch die extremen Säureeigenschaften und hohe freiwerdende Temperaturen ein in der Verarbeitung höchst anspruchsvoller Rohstoff.
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Schwefelsäureanlage: Schwefelsäure ist durch die extremen Säureeigenschaften und hohe freiwerdende Temperaturen ein in der Verarbeitung höchst anspruchsvoller Rohstoff. (Bild: Outotec)

Die Schwefelsäureproduktion ist äußerst anspruchsvoll. Reine hochkonzentrierte Schwefelsäure wirkt nicht nur extrem korrosiv, sondern erreicht während des Verarbeitungsprozesses auch hohe Temperaturen bis 240 °C. Eigenschaften, denen viele Werkstoffe nicht gewachsen sind. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an Pumpen, die in Schwefelsäureanlagen verbaut sind.

Der Schwefelsäuremarkt wächst weltweit stetig an, da Schwefelsäure ein gefragter und wichtiger Rohstoff u.a. zur Herstellung von Düngemitteln ist. 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.

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Weitere häufig anzutreffende Schwefelsäuren sind Trockner-Säure (75-98 %) sowie Oleum, ein Gemisch aus 100 % Schwefelsäure mit SO3-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 bis 240 °C erreicht – eine Herausforderung für Pumpen im Einsatz.

Werkstoff-Expertise gefragt

Einer der wenigen Hersteller weltweit, die Pumpen für den gesamten Prozess der Schwefelsäureherstellung liefern können, von der Beförderung des – häufig feststoffbeladenen – Rohschwefels bis hin zur Wiederaufbereitung von Dünnsäure ist Rheinhütte. 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.

Metallische Legierungen ...

Für Schwefelsäureanwendungen, bei der 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 Werkstoffe sind beispielsweise 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 Schwefelsäure 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.

Rheinhütte ist nach eigenen Angaben derzeit der einzige Pumpenhersteller weltweit, der Pumpen für Schwefelsäureanwendungen aus chromhaltigem Siguss produziert.

... oder Kunststoff

Eine dem Siguss vergleichbare Korrosionsbeständigkeit hat der Kunststoff Polytetrafluorethylen (PTFE). Allerdings ist die Festigkeit, je nach Baugröße, nur bis maximal 180 °C gegeben. An seine Grenzen stößt PTFE, wenn die zu verpumpende Säure feststoffbeladen ist. Der Kunststoff ist im Vergleich zu Edelstahl bedeutend weicher, entsprechend würden PTFE-Pumpen durch das Verpumpen verunreinigter Medien schneller verschleißen.

Für die Herstellung von Schwefelsäure wird zunächst flüssiger Schwefel bei Temperaturen zwischen 135 °C und 155 °C verpumpt. Die GVSO- und RCEV-Pumpen 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, z.B. zur Verpumpung von Waschsäure, einem Gemisch aus 15- bis 75-prozentiger Schwefelsäure und Schwefeldioxid.

Event-Tipp der Redaktion Das 16. Pumpen-Forum findet auch 2018 wieder im Rahmen der Förderprozessforen statt. Weitere Informationen zur Veranstaltung finden Sie auf unserer Eventseite. Unsere Bildergalerie zur letztjährigen Veranstaltung zeigt die Referenten des 15. Pumpen-Forums mit ihren Themenschwerpunkten.

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 3000 Kubikmeter Schwefelsäure pro Stunde 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.

* Die Autorin arbeitet als freie Journalistin.

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