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Chemische Industrie Schwefelsäure-Anlagen benötigen robuste Pumpen

| Autor / Redakteur: Michaela Wassenberg / Rebecca Vogt

Schwefelsäure ist ein äußerst anspruchsvolles Medium, das extrem korrosiv ist und in der Verarbeitung hohe Temperaturen erreicht. Diesen Anforderungen müssen die in der Produktion eingesetzten Pumpen gerecht werden.

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

Schwefelsäure (H2SO4) ist ein wichtiger Rohstoff zur Herstellung von Düngemitteln. Der weltweite Markt für Schwefelsäure wächst daher stetig. Die Produktion der aggressiven Säure ist jedoch äußerst anspruchsvoll. Bei reiner hoch konzentrierter Schwefelsäure mit einem Konzentrationsgehalt von 96 bis 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, stellen sich auch hohe Anforderungen an die Pumpen, die in Schwefelsäure-Anlagen verbaut sind. Als eines von wenigen Unternehmen weltweit bietet Rheinhütte aus Wiesbaden Pumpen für den gesamten Produktionsprozess von Schwefelsäure an – von der Beförderung des häufig feststoffbeladenen Rohschwefels bis hin zur Wiederaufbereitung von Dünnsäure. Je nach Anwendungsbereich, Säurekonzentration, Feststoffgehalt und Strömungsgeschwindigkeit setzt das Unternehmen dabei auf Werkstoffe aus Kunststoff oder Metall zur Herstellung der Pumpen. Durch die Werkstoffvielfalt können diese auf das jeweilige Einsatzfeld zugeschnitten werden.

Zunehmende Nachfrage nach Schwefelsäure

Durch die weltweit stetig wachsenden Bevölkerungszahlen nimmt der Bedarf an Düngemitteln – und damit auch an Schwefelsäure – kontinuierlich zu. Das wiederum hat zur Folge, dass die Produktion von Schwefelsäure immer weiter ansteigt: Während 2005 weltweit circa 194 Mio. t produziert wurden, waren es nur zehn Jahre später bereits 214 Mio. t und im Jahr 2017 volle 272 Mio. t. Rund 50 % der gewonnenen Schwefelsäure werden zur Düngemittelherstellung verwendet. Sie kommt aber auch bei der Papierherstellung, beim 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 Trocknersäure (75 bis 98 %) sowie Oleum, ein Gemisch aus 100 % Schwefelsäure mit SO3-Gas. Dieses Gemisch wird häufig als „über 100-prozentige“ Schwefelsäure bezeichnet. Wohl am anspruchsvollsten in der Handhabung ist die reine hoch konzentrierte Schwefelsäure (96 bis 99 %), die während des Verarbeitungsprozesses Temperaturen von bis zu 240 °C erreicht – und somit eine Herausforderung für Pumpen im Einsatz darstellt.

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Rheinhütte greift dabei auf jahrelange Erfahrung mit korrosions- und verschleißbeständigen Werkstoffen aus den Werkstoffgruppen Kunststoff, Metall und Keramik zurück. Für Schwefelsäure-Anwendungen eignet sich vornehmlich der Einsatz von Metall oder Kunststoff, wie folgende Beispiele zeigen sollen: Für Anwendungen, bei denen hoch konzentrierte Schwefelsäure gefördert wird, fertigt das Unternehmen häufig Pumpen aus der metallischen Legierung 1.4136S – einem ferritischen Werkstoff mit 30 % Chrom, 2,5 % Molybdän und ohne Nickel in der Legierung. Neben 1.4136S gehört auch der RH-RS – ein hoch legierter, ferritischer Stahlguss – zu den Sonderwerkstoffen des Herstellers, die sich für das Verpumpen reiner Schwefelsäure eignen. Beide Werkstoffe lassen sich zum Beispiel bei hoch konzentrierter Schwefelsäure bis 180 °C und bei Oleum verwenden. Sie sind äußerst korrosions- und erosionsbeständig.

Siguss als Pumpenwerkstoff

Wenn aufgrund einer mittleren Säurekonzentration und hoher Temperaturen die meisten gängigen Werkstoffe versagen, greift man bei Rheinhütte auf den Werkstoff Siguss zurück. Es handelt sich dabei um die einzige metallische Legierung, die für H2SO4 in allen Konzentrationen bis zur Siedetemperatur chemisch beständig bleibt. Die Legierung enthält etwa 15 % Silizium und bis zu 5 % Chrom. Siguss-Pumpen sind sehr leistungsfähig, gleichzeitig – aufgrund ihres äußerst spröden Werkstoffs – jedoch sehr anspruchsvoll in der Verarbeitung und Wartung. Rheinhütte ist derzeit der einzige Pumpenhersteller weltweit, der Pumpen für Schwefelsäure-Anwendungen aus chromhaltigem Siguss produziert. Eine dem Siguss vergleichbare Korrosionsbeständigkeit hat der Kunststoff Polytetrafluorethylen (PTFE). Allerdings ist die Festigkeit – je nach Baugröße – hier nur bis zu einer Temperatur von maximal 180 °C gegeben. An seine Grenzen stößt PTFE, wenn die zu verpumpende Säure feststoffbeladen ist. Da der Kunststoff im Vergleich zu Edelstahl bedeutend weicher ist, würden PTFE-Pumpen durch das Verpumpen von verunreinigten Medien entsprechend schneller verschleißen.

Für die Herstellung von Schwefelsäure wird zunächst flüssiger Schwefel bei Temperaturen zwischen 135 und 155 °C verpumpt. Die GVSO- und RCEV-­Pumpen sind dafür besonders geeignet, da sie beheizt werden und damit den flüssigen Aggregatzustand des Rohschwefels garantieren können. Der flüssige Schwefel kann verunreinigt und feststoffbeladen sein. Bei stark feststoffbeladenen Medien kommen die RCEV-Pumpen zum Einsatz. Während Kunststoff-Pumpen für hoch konzentrierte Schwefelsäure und bei hohen Temperaturen ungeeignet sind, werden sie im niedriger konzentrierten Bereich häufig verwendet – beispielsweise zur Verpumpung von Waschsäure, einem Gemisch aus 15- bis 75-prozentiger Schwefelsäure und Schwefeldioxid. Für alle Schwefelsäuren höherer Konzentration, von Gas-Trockner-Säure bis hin zur reinen hoch konzentrierten Schwefelsäure, eignet sich die GVRN-Pumpe. Die vertikale Kreiselpumpe ist in der Ausführung GVRN 450/500 in der Lage, bis zu 3000 m³ Schwefelsäure pro Stunde zu verpumpen. Auch die RMKN-Pumpe des Herstellers, eine Magnetkupplungspumpe aus Metall, eignet sich zur Förderung heißer und aggressiver Schwefelsäure. Horizontalpumpen stellen während des Schwefelsäure-Herstellungsprozesses jedoch eher die Ausnahme dar.

* Michaela Wassenberg ist PR-Redakteurin. Weitere Informationen: Rheinhütte Pumpen GmbH in 65203 Wiesbaden, Tel. (06 11) 6 04-0, info@rheinhuette.de

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