Auswahlkriterien für Pumpen für die Schwefelsäureproduktion

Schwefelsäure ist die weltweit am häufigsten verwendete Chemikalie. Schwefelsäure wird manchmal auch als „König der Chemikalien“ bezeichnet und wird auf der ganzen Welt hergestellt. China ist der größte Verbraucher (gefolgt von den Vereinigten Staaten) und Kanada ist der größte Exporteur. Jedes Jahr werden etwa 265 Millionen Tonnen (MT) produziert.

Es wird geschätzt, dass der Markt für Schwefelsäure in den nächsten Jahren 300 Millionen Tonnen überschreiten wird, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von etwa 3 % entspricht.

Dieses Wachstum wird größtenteils durch die Nachfrage in der Landwirtschaft, der Chemie- und Automobilherstellung, der Metallverarbeitung und der Erdölraffinierung angetrieben. Schwefelsäure wird häufig bei der Herstellung von Düngemitteln, Pestiziden, Metallen, Reinigungsmitteln, Benzin, Farben, Papier, Kunststoffen und Batterien verwendet. Schwefelsäure wird aus Schwefel in einem Prozess hergestellt, der fünf Schritte umfasst, die eine Reihe von Anwendungen erfordern.

Schwefel, der aus natürlichen Lagerstätten oder durch die Entschwefelung von Erdgas oder Erdöl gewonnen wird, wird in einem Ofen erhitzt und thermisch zersetzt. Bei diesem Erhitzungsprozess reagiert Schwefel (S) mit Sauerstoff (O2) in der Luft zu Schwefeldioxid (SO2). Der geschmolzene Schwefel liegt in flüssiger Form vor und wird mit einer Chemie-Servicepumpe in den Ofen gepumpt.

Das aus dem Ofen austretende SO2 muss frei von Verunreinigungen (wie Asche oder anderen Feststoffen) sein. Ein Löschturm kühlt das Verbrennungsgas und ein Säuresprühnebel entfernt alle Streupartikel. Von dort entfernt ein Elektrofilter alle verbleibenden unlöslichen Staubpartikel. Sobald die Verunreinigungen entfernt sind, wird der SO2-Gasstrom in einem Trockenturm getrocknet, um restliches Wasser zu entfernen. In dieser Phase gibt es mehrere Pumpanwendungen, darunter eine SO2-Waschpumpe, eine SO2-Wäscherpumpe und eine SO2-Trocknungspumpe, die konzentrierter (98 %) Schwefelsäure standhalten müssen.

Anschließend wird SO2-Gas oxidiert und über einen mehrstufigen Katalysatorkonverter mit Wärmetauschern in Schwefeltrioxid (SO3) umgewandelt. Während dieses Schritts verlässt der SO2 und SO3 enthaltende Gasstrom den Konverter und wird zu einem primären Absorptionsturm geleitet, wo das SO3 aus dem Gasstrom zurückgewonnen wird. In dieser Phase werden Kompressoren eingesetzt, um die Gasströme zu bewegen.

SO3 wird aus dem Konverter zurückgewonnen, wo es in konzentrierter Schwefelsäure absorbiert wird. Bei dieser Reaktion entsteht Oleum, auch bekannt als rauchende Schwefelsäure (H2S2O7), das in einem Tank gesammelt wird. Das verbleibende SO3 wurde nun absorbiert und ist ein sauberes Gas, das zur sicheren Verteilung in die Atmosphäre zum Schornstein geleitet werden kann. In dieser Phase werden mehrere Pumpen zur Primärabsorption und zur Endabsorption der 98 %igen Schwefelsäure eingesetzt.

Im letzten Schritt wird das im Absorptionsschritt erzeugte Oleum in einen Tank gepumpt, wo es mit Wasser verdünnt wird, um Schwefelsäure unterschiedlicher Konzentration zu erzeugen (typischerweise verwenden kommerzielle Anwendungen Schwefelsäure in Konzentrationen von entweder 78 %, 93 % oder 98 %). ). Jede Schwefelsäurekonzentration wird dann in Lagertanks gepumpt.

Schwefelsäure ist eine gefährliche und ätzende Chemikalie, die von der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC) als krebserregend für den Menschen eingestuft wird. Die Exposition durch Einatmen, Verschlucken oder Hautkontakt kann zu Nieren- und Lungenschäden führen, und eine schwere Exposition kann eine chemische Pneumonitis oder ein Lungenödem verursachen.

Was Schwefelsäure so gefährlich macht, ist ihre exotherme Reaktion mit Wasser. Bei Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeit reagiert die Lösung unter Bildung von Hydroniumionen. Bei dieser Reaktion werden große Mengen an Wärme an die Umgebung abgegeben, die so stark sind, dass konzentrierte Schwefelsäure Papier selbst verkohlen kann.

Externe Emissionen sind eines der größten Probleme im Zusammenhang mit Pumpanlagen, die bei der Schwefelsäureproduktion eingesetzt werden. Mehr als 85 % der Pumpenausfälle sind auf einen Ausfall der Gleitringdichtung oder auf Leckagen durch statische Dichtungen zurückzuführen.

Bei der Förderung von Schwefelsäure sind Leckagen unbedingt zu vermeiden. Eine der besten Möglichkeiten, Leckagen zu vermeiden, ist der Einsatz dichtungsloser Pumpen. Dichtungslose Pumpen funktionieren ähnlich wie herkömmliche Kreiselpumpen, verfügen jedoch anstelle von Stopfbuchsen oder Dichtungen über einen dichtungslosen statischen Sicherheitsbehälter, der ein vollständig abgedichtetes Flüssigkeitsende oder eine Druckgrenze bildet.

Dichtungslose Pumpen mit Magnetantrieb sind hermetisch abgedichtet, wodurch jegliche Gefahr von Lecks oder Emissionen ausgeschlossen ist.

Obwohl dichtungslose Pumpen eine sichere und leckagefreie Umgebung bieten, erfordern einige chemische Prozesse zusätzlichen Schutz. Viele dichtungslose Pumpen bieten Sensoren und Instrumentierungspakete, die den Bediener auf Systemfehlerbedingungen wie Kavitation, Überhitzung, geringen Durchfluss, toten Druck oder fehlenden Durchfluss aufmerksam machen. Für die gefährlichsten Pumpenanwendungen sollten dichtungslose Pumpen auch über sekundäre Eindämmungsoptionen verfügen, die der für die Anwendung erforderlichen Auslegungstemperatur und dem Auslegungsdruck standhalten können, um zusätzlichen Schutz im Falle eines Bruchs der primären Eindämmung nach einer Systemstörung zu bieten.

Die Konstruktionsmaterialien für das Innere einer Pumpe müssen sorgfältig abgewogen werden. Die aggressive Wirkung von Schwefelsäure kann im Inneren einer Pumpe verheerende Schäden anrichten. Viele der im Prozess verwendeten chemischen Katalysatoren stellen zusätzliche Anforderungen an die Pumpenmaterialien. Für Pumpen, die in der Schwefelsäureproduktion eingesetzt werden, sollte eine breite Palette sowohl metallischer als auch nichtmetallischer Konstruktionsmaterialien verfügbar sein, um die Eignung für eine Vielzahl von Konzentrationen sicherzustellen, einschließlich 316SS, Legierungen mit hohem Nickelgehalt und mit Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) ausgekleidete Pumpen.

Das schiere Volumen der Schwefelsäureproduktion verdeutlicht den Bedarf an zuverlässiger Ausrüstung, die Anlagenstillstandszeiten minimiert, da viele Anlagen rund um die Uhr in Betrieb sind. Die Möglichkeit, die Wartung zu optimieren (und vorausschauende Wartungsaktivitäten zu planen), hilft Betreibern, die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen. Dichtungslose Pumpen machen Dichtungen und Dichtungsunterstützungssysteme überflüssig und verfügen über weniger Verschleißkomponenten, was die Wartungskosten minimiert und die mittleren Wartungsintervalle (MBTM) verlängert.

Die Herstellung von Schwefelsäure ist ein energieintensiver Prozess. Strom kann 40 bis 50 % der Betriebskosten ausmachen. In vielen Fällen entscheidet die Fähigkeit, diese Kosten zu verwalten, über die Rentabilität der Anlage. Anlagen, die Schwefelsäure produzieren, benötigen Pumpen mit einem effizienten hydraulischen Gehäuse und einer Hydraulik mit niedriger Netto-Positiv-Saughöhe (NPSH). Kleine Stellflächen werden immer bevorzugt, nicht nur um Platz in der Werkstatt zu sparen, sondern auch um einen einfachen Zugang für Wartungsarbeiten zu ermöglichen.

Merkmale wie ein nichtmetallischer Spalttopf mit hohem elektrischem Widerstand können die Effizienz dichtungsloser Magnetkupplungspumpen steigern, indem sie Wirbelströme eliminieren und Hystereseverluste während des Betriebs verhindern, die bei einem herkömmlichen metallischen Spalttopf auftreten würden. Dieses Konstruktionsmerkmal senkt nicht nur die Energiekosten, sondern eliminiert auch die Wärmeentwicklung.

Bei der Planung einer neuen Pumpeninstallation oder der Modernisierung einer bestehenden Installation sind die finanziellen Auswirkungen von Dichtungsunterstützungssystemen erheblich. Sobald diese Systeme installiert sind, können weitere Kosten durch die Notwendigkeit entstehen, lokale, regionale oder nationale Umweltanforderungen einzuhalten, was die Überwachung der Wirksamkeit dieser Systeme beinhaltet.

Durch den Wegfall der Dichtung und des zugehörigen Dichtungsunterstützungssystems bieten dichtungslose Pumpen zusätzliche Vorteile für jede Schwefelsäureverarbeitungsanlage. Zehn Vorteile, die dichtungslose Magnetkupplungspumpen bieten, sind:

Hannah Verrall ist Produktlinienmanagerin für die dichtungslosen Pumpen HMD Kontro von Sundyne. Sie ist unter [email protected] erreichbar. Weitere Informationen finden Sie unter sundyne.com.