Schwefelsäureherstellung mit Wärmeauskopplung

RHEINHÜTTE Pumpen liefert für neuen Prozess der Aurubis AG

Korrosionsfeste Werkstoffe und langlebige Wellenabdichtungen: Das sind zwei wichtige Konstruktionsmerkmale der Pumpen, die künftig heiße Schwefelsäure bei der Aurubis AG in Hamburg fördern. Mit der Abwärme, die bei der Herstellung dieser Schwefelsäure entsteht, versorgt die Aurubis AG die östliche HafenCity mit CO2-freier Wärme. Die Pumpen werden von der ITT RHEINHÜTTE Pumpen GmbH geliefert, die eine lange Tradition bei der Entwicklung und Fertigung von Pumpen für korrosive Medien vorweisen kann.

 

Nicht erst die Elbphilharmonie hat das Projekt HafenCity Hamburg bekannt gemacht. Auf einer Fläche von 157 Hektar entwickelt die Hansestadt Hamburg in Europas größtem Projekt zur Stadtentwicklung bis 2029 neuen, urbanen Lebens- und Arbeitsraum für rund 14.000 Einwohner und 45.000 Beschäftigte[1].

Eine direkte Nachbarin der Hafencity ist zumindest in Fachkreisen weltbekannt und leistet einen ungewöhnlichen Beitrag zur Umsetzung des ökologischen Konzepts der HafenCity. Die Aurubis AG ist ein weltweit führender Anbieter von Nichteisenmetallen und der weltweit größte Kupferrecycler. Das Unternehmen verarbeitet komplexe Metallkonzentrate, Altmetalle und metallhaltige Recyclingstoffe zu Metallen mit höchster Qualität.[2]

Gehören Industriebetriebe sonst nicht zu den populärsten Nachbarn eines Wohnquartiers, bietet Aurubis den (künftigen) Anwohnern und Beschäftigten der HafenCity einen sehr geschätzten Nutzen. In einer Kontaktanlage setzt sie Schwefeldioxid, das bei der Kupferraffination als Nebenprodukt gewonnen wird, exotherm zu Schwefelsäure um. Die dabei entstehende Wärme ist nahezu CO2-frei und wird zu einem großen Teil als Fernwärme der HafenCity Ost zur Verfügung gestellt. Durch die Nutzung der Industriewärme werden – so lautet das Ziel für 2029 – im Endausbau rund 4.500 t CO2 pro Jahr eingespart.[3] Zusammen mit der internen Nutzung bei Aurubis sowie der weiteren externen Nutzung werden sogar bis zu 20.000 t CO2 jährlich eingespart.

Um die Wärme auskoppeln zu können, muss die Schwefelsäureherstellung auf einem höheren Temperaturniveau als bisher ablaufen. Dafür wurde ein Teil der Kontaktanlage extra umgebaut. Hier erfolgt die Förderung der heißen Schwefelsäure durch Schwefelsäurepumpen der ITT RHEINHÜTTE Pumpen GmbH aus Wiesbaden. Das Unternehmen ist ein weltweit gefragter Pumpenspezialist, dessen Produkte – insbesondere durch umfangreiche Material- und Konstruktionsvielfalt – im internationalen Wettbewerb eine führende Rolle einnehmen.

Fernwärme wird der „östlichen Hafencity“ zur Verfügung gestellt und schafft die Einsparung von 4500 t CO2 pro Jahr. © Aurubis AG

 

Entscheidend: Die Wahl des Werkstoffs

Hochkonzentrierte Schwefelsäure (> 90% H2SO4) stellt zunächst einmal keinen besonderen Anspruch an die eingesetzten Werkstoffe. Konventionelle Chrom-Nickel-Edelstähle bilden eine feste Passivschicht auf der Oberfläche, die vor weiterer Korrosion schützt. Durch den Einfluss von Temperatur und Strömungserosion wird die Passivschicht jedoch angegriffen und abgetragen. Ist die Abtragsrate größer als die der Neubildung, entsteht ein Materialverlust, sprich Korrosion.

Deshalb muss hier – bei der Förderung von hochkonzentrierter Schwefelsäure mit Temperaturen bis 125°C – ein spezieller Werkstoff zum Einsatz kommen. Für diese und andere Anwendungen hat RHEINHÜTTE die Chemienormpumpen der Baureihe RN aus einem speziellen, säurefesten, ferritischen Stahlguss (1.4136S) im Programm. Dieses Material bildet auf Grund seines hohen Chromanteils in der Legierung (etwa 30% Cr) eine stabile, harte Chromoxid-Schutzschicht aus, die bei Temperaturen bis zu 140°C zuverlässig die Korrosion der benetzten Oberflächen verhindert.

Darüber hinaus eignen sich auch hoch siliziumlegierte Gusswerkstoffe für die Förderung von Schwefelsäure. Hier bildet ein hoher Siliziumgehalt im Gefüge eine Passivschicht aus Siliziumoxid aus, die das Pumpenmaterial vor Korrosion schützt. In diesem Fall entschieden sich die Experten von RHEINHÜTTE jedoch aus wirtschaftlichen Gründen für die stark chromhaltige Legierung.

Abdichtung: Traditionell, aber sehr betriebssicher

Gerade bei korrosiven Medien ist die Abdichtung der rotierenden Pumpenwelle ein wichtiges Thema. Aktueller Stand der Technik sind Gleitringdichtungen oder Magnetkupplungen, die in den Schwefelsäurepumpen von RHEINHÜTTE in verschiedene Ausführungen anwendungsbezogen eingesetzt werden.

Die Verantwortlichen der Aurubis AG haben sich – in Absprache mit und auf Empfehlung von RHEINHÜTTE – für ein traditionelles, aber auch sehr betriebssicheres Abdichtungssystem entschieden: eine hydrodynamische Wellenabdichtung. Sie arbeitet berührungsfrei und ohne Verschleißteile, erfordert keinerlei Wartung und eignet sich besonders für Dauerbetrieb, wie er in der Schwefelsäureanlage gegeben ist. Mit Hilfe von Laufrad-Rückschaufeln und nachgeschaltetem Entlastungsrad wird der Wellendurchtritt hydrodynamisch vollkommen vom Pumpen- und Zulaufdruck entlastet. Das Medium wird von der Wellendurchführung ferngehalten, und die Pumpe ist während des Betriebs ohne Peripherieanlagen und ohne Verschleiß tropffrei dicht. Diese Technologie hat RHEINHÜTTE schon 1925 auf der ACHEMA in Frankfurt vorgestellt; sie ist noch heute eine klassische Lösung für das Fördern von heißer Schwefelsäure.

 

Wirkungsgrad: Entscheidend für die Lebenszykluskosten

Über den Lebenszyklus einer Pumpe betrachtet machen die Energiekosten den weitaus größten Kostenanteil aus. Das gilt insbesondere für Pumpen, die im kontinuierlichen Betrieb laufen {Grafik]. Auch kleinere Wirkungsgradvorteile bewirken in einem langen Zeitraum erhebliche Energieeinsparungen. Hier kann die Pumpenbaureihe RN gegenüber anderen Fabrikaten punkten. Insbesondere in einem Projekt, das eine möglichst klimaneutrale Wärmeversorgung und somit eine Reduzierung von CO2-Emissionen zum Ziel hat, ist der Wirkungsgrad ein wichtiger Faktor für die Auswahl der Pumpen.

[1] https://www.hafencity.com/upload/files/files/HafenCityProjekte_Maerz_2017_deutsch.pdf

[2] https://www.aurubis.com/de/public-relations/pressemitteilungen–news/news/2018/13.04.2018-das-herz-der-fernwarme-fur-die-ostliche-hafencity-sitzt-jetzt-am-rechten-fleck

[3] https://www.aurubis.com/de/public-relations/pressemitteilungen–news/news/2017/17.02.2017—aurubis-und-enercity-schliessen-vertrag-uber-die-lieferung-von-co2-freier-abwarme-fur-die-ostliche-hafencity