Nachricht

Apr 04, 2023

Editorial: Spaltrohrmotorpumpen für Ammoniakanwendungen

Spaltrohrmotorpumpen für Ammoniak-Anwendungen. (Bildquelle:

Spaltrohrmotorpumpen für Ammoniak-Anwendungen. (Bildquelle: Hermetic

Mit den Baureihen CAMT und CNF stellt der Spaltrohrmotorpumpenspezialist sichere und langlebige Aggregate bereit, die Anlagenbetreibern im Vergleich zu herkömmlichen Kreiselpumpen zahlreiche Vorteile für den Produktionsprozess von Ammoniak bieten. Während die CNF-Serie mit integriertem Hilfslaufrad und internem Flüssigkeitsrückführungssystem speziell für die Förderung von Flüssiggasen sowie siedenden Medien und Kondensaten konzipiert ist, bietet die Tandemkonfiguration der CAMT-Serie eine effektive Lösung für die Förderung kleiner Mengen bei hohen Förderhöhen Dies ist typischerweise der Fall, wenn flüssiges Ammoniak in einen Lagertank gepumpt wird.

Anwendungsbereiche Ammoniak, die chemische Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff, mit der Formel NH3, ist mit geschätzten 180 Millionen Tonnen pro Jahr eine der am häufigsten produzierten Chemikalien weltweit (Stand 2021). Rund 75 Prozent werden für die Produktion von Düngemitteln verwendet. Als Ausgangsstoffe für Polymere dienen verschiedene vom Ammoniak abgeleitete Stoffe. Als schwer entflammbares und hinsichtlich des Treibhauseffekts ungefährliches Kältemittel wird Ammoniak in der Kältetechnik eingesetzt. Auf der Suche nach alternativen Kraftstoffen wird auch Ammoniak zunehmend als potenzieller Wasserstoffträger sowie als Alternative zu Wasserstoff diskutiert.

Produktion von Ammoniak Ammoniak wird aus Wasserstoff und Stickstoff hergestellt. Am häufigsten wird ein Syntheseverfahren nach der Haber-Bosch-Methode angewendet. In den letzten Jahren hat sich die Forschung jedoch zunehmend auf alternative Verfahren konzentriert, da mit der Haber-Bosch-Methode hohe Kohlendioxidemissionen und ein hoher Energieverbrauch verbunden sind. Die Ausgangsstoffe für die Ammoniaksynthese werden durch einen Prozess namens Dampfreformierung gewonnen. Das entstehende Synthesegas besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Stickstoff.

Ammoniaksynthese Um Ammoniak zu synthetisieren, wird das Synthesegemisch mithilfe eines Turbokompressors auf 250 bar bis 300 bar verdichtet, sodass die eigentliche Ammoniaksynthese im Reaktor bei 400 °C bis 500 °C stattfinden kann. Der Reaktorkatalysator besteht aus speziell aufbereitetem Eisen, das Spuren von Kalium, Aluminium, Kalzium, Magnesium und Sauerstoff enthält. Hier spalten sich die zweiatomigen Sauerstoffmoleküle und Wasserstoffmoleküle und verbinden sich chemisch mit einem Atom des anderen Elements, um Ammoniak zu bilden. Ammoniak kann dann kontinuierlich aus dem Prozess entfernt und in einem Wärmetauscher mit Wasser, zugeführten Gasen und/oder anderen Prozessströmen kontinuierlich gekühlt werden. Durch die Abkühlung kondensiert das Ammoniak und kann über einen Hochdruckabscheider aus dem Kreislauf entfernt werden. Die nicht reaktiven Sauerstoffanteile und Wasserstoffanteile werden wieder auf Betriebsdruck gebracht und dem Synthesegas beigemischt. Manchmal wird das produzierte Ammoniak destilliert, um seine Reinheit zu erhöhen. Anschließend wird das Ammoniak abgekühlt, sodass es zu einer Flüssigkeit wird, die in großen Tanks gelagert werden kann.

Hohe Anforderungen an die eingesetzte Ausrüstung stellen Die physikalischen Eigenschaften von Ammoniak (geringe Viskosität und Dichte, niedrige Temperatur) stellen eine Herausforderung für Pumpen dar. Hohe Korrosivität und die schädliche oder toxische Eigenschaft von Ammoniak erfordern eine hohe Materialbeständigkeit und Dichtheit der verwendeten Geräte. Da Spaltrohrmotorpumpen hermetisch dicht sind und ein hohes Maß an Sicherheit bieten, eignen sie sich besonders gut für diesen Zweck. Dies gilt insbesondere beim Ablassen des kondensierten Ammoniaks (5) und beim Pumpen des flüssigen Ammoniaks in den Vorratstank (7).

Absolut leckagefreie, verschleiß- und wartungsarme Pumptechnik Im Gegensatz zu herkömmlichen Kreiselpumpen mit Gleitringdichtung verfügen Spaltrohrmotorpumpen über keine anfälligen dynamischen Dichtungen. Stattdessen verfügen Spaltrohrmotorpumpen über einen zweiten hermetischen Sicherheitsbehälter, der ein Austreten von Fördermedium und Emissionen verhindert. Der konstruktive Verzicht auf verschleißanfällige Komponenten wie Wellendichtungen, Kupplungen und Wälzlager gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit, nahezu vernachlässigbaren Verschleiß und beste MTBF-Werte (Mean Time Between Failure) im Vergleich zu anderen Pumpentechnologien.

Kompakte Pumplösung zur Ableitung von kondensiertem Ammoniak Zur Ableitung des kondensierten Ammoniaks kommt eine HERMETIC Spaltrohrmotorpumpe vom Typ CNF zum Einsatz. Die CNF-Serie ist die Variante, die für verflüssigte Gase, siedende Medien und Kondensate mit einem Dampfdruck von bis zu 10 bar geeignet ist. Mit integriertem Hilfslaufrad und interner Flüssigkeitsrückführung eignet es sich für die Förderung von Flüssigkeiten nahe der Dampfphase. Das Einsatzspektrum der CNF-Varianten umfasst Förderhöhen bis 220 m, Fördermengen bis 1800 m³/h, Fluidtemperaturen von –120 °C bis +360 °C, Leistungen bis 220 kW und Druckstufen von bis 25 bar.

Bei der vorliegenden Anlage kommt eine einstufige Spaltrohrmotorpumpe vom Typ CNF 65-40-200 mit einer Fördermenge von 15 m³/h und einer Förderhöhe von 45 m zum Einsatz. Der N34L-2-Motor liefert eine Wellenleistung von 10,5 kW. Die Betriebstemperatur beträgt 40 °C und der Dampfdruck 1,2 bar. Dank der internen Rezirkulation wird ein Teilstrom zur Kühlung des Motors und zur Schmierung der Gleitlager an der Peripherie des Laufrads abgezweigt und nach Durchströmen des Motors wieder auf die Druckseite zurückgeführt. Zur Druckerhöhung wird ein Hilfslaufrad eingesetzt, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit durch den Druckverlust hinter dem Laufrad in den gasförmigen Zustand übergeht.

Herkömmliche Pumpen benötigen hierfür externe Rezirkulationskanäle. In diesem Fall besteht ein höheres Leckagerisiko, da mehr Dichtungen, Flansche und Rohre erforderlich sind. Außerdem sind auch die Installationskosten höher. Mit einer Rezirkulation innerhalb der Pumpe bietet HERMETIC eine schlanke Pumpenlösung, die wenig Bauraum und Aufwand erfordert. Der mit Flüssigkeit gefüllte Spaltrohrmotor ist dank hydrodynamischer Gleitlagerung im Dauerbetrieb verschleiß- und wartungsfrei.

Teilstromrückführung zur Druckseite

Preislich attraktiv und schnell verfügbar im V-line-Baukastensystem Die CNF-Serie ist mit den gängigsten Pumpen-/Motorkombinationen im HERMETIC V-Line-Pumpenkonzept erhältlich. Das V-Line-Pumpenkonzept folgt mit standardisierten Baugruppen dem modularen Ansatz des Anlagenbaus. Zur Auswahl stehen Spaltrohrmotorpumpen-Varianten mit unterschiedlichen Hydrauliken, Motorleistungen und Materialausführungen inklusive passender Überwachungstechnik. Das Einsatzspektrum der CNF-Varianten umfasst Förderhöhen von 12 m bis 145 m, Fördermengen von 1,5 m³/h bis 130 m³/h, Flüssigkeitstemperaturen von –50 °C bis +180 °C, Leistungen von 6,0 kW bis 33 kW und Druckstufen bis 16 bar.

Innerhalb dieser Parameter lassen sich viele Pumpen-Motor-Kombinationen mit nur wenigen Klicks online über das „HERMETIC Expert Tool“ konfigurieren. Dadurch sind optimierte Lieferzeiten von 8 bis 12 Wochen möglich.

Die mehrstufige Tandemkonstruktion sorgt für eine zuverlässige Förderung in den Lagertank Um flüssiges Ammoniak in große Lagertanks zu pumpen, müssen häufig hohe Förderhöhen überwunden werden. Ein guter Wirkungsgrad für Förderaufgaben mit kleinen Fördermengen und großen Förderhöhen kann nur mit mehrstufigen Kreiselpumpen erreicht werden. Bei der vorliegenden Anlage sorgt eine sechsstufige Spaltrohrmotorpumpe vom Typ CAMT 44/6 in Tandemanordnung dafür, dass das flüssige Ammoniak zuverlässig und sicher in den Lagertank gepumpt wird. Bei einem Durchfluss von 40 m³/h muss eine Förderhöhe von 300 m bewältigt werden. Der N80rm-2-Motor hat eine Wellenleistung von 57 kW. Die Betriebstemperatur beträgt 15 °C und der Dampfdruck 1 bar.

Bei mehreren Stufen mit einseitiger Lagerung ergeben sich Probleme hinsichtlich Vibrationen und Wellendurchbiegungen. Die perfekte Lösung für diese Art von Anwendung wurde mit Hilfe einer Tandemkonfiguration gefunden. Je eine dreistufige Kreiselpumpe mit gleicher Drehrichtung vor und nach dem Spaltrohrmotor angeordnet, sorgt dafür, dass die Welle nur einseitig nicht belastet wird. Der gesamte Pumpenförderstrom wird von der Ansaugpumpe über den Rotorraum zur druckseitigen Pumpe gefördert, wobei der Hauptanteil des Pumpenförderstroms durch die Hohlwelle und ein kleiner Teil durch den Rotor-Stator-Spalt geleitet wird . Vorteile dieser Bauart sind ein kurzer Satz Rotoren (Biegearme) und eine optimale Lagerung der gesamten Welle.

HERMETIC-Technologien bieten eine hohe Prozesssicherheit und niedrige Lebenszykluskosten Ob als Modulpumpe nach dem V-Line-Konzept oder individuell konstruiert, jede Spaltrohrmotorpumpe von HERMETIC verfügt über ausgefeilte Technologien. Dazu gehört beispielsweise das einzigartige ZART-Prinzip von HERMETIC. Wenn die Pumpe im Betriebspunkt läuft, besteht kein Kontakt zwischen rotierenden Teilen. Der vollständige Ausgleich der Axialkräfte in Verbindung mit hydrodynamischen Gleitlagern garantiert eine äußerst hohe Zuverlässigkeit der Prozesse beim Betreiber. Dadurch können Lebenszyklus- und Betriebskosten der Pumpe für die Ammoniakproduktion deutlich reduziert werden.

Quelle: Hermetic-Pumpen GmbH