Technologien zur Abscheidung und Speicherung von CO2 leisten einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung industrieller Prozesse. CCS-Anlagen werden daher aktuell vor allem dort errichtet, wo das Treibhausgas in industriellen Prozesse in großen Mengen anfällt – in Kraftwerken, die mit Fossil-, Ersatz- oder Restbrennstoffen betrieben werden, in der chemischen Industrie, in Öl- und Gasraffinerien, in der Zementindustrie, in Eisen- und Stahlwerken sowie in der maritimen Industrie. Ein weiterer Effekt der Abscheidung und Speicherung von CO2 ist die Gewinnung umweltneutraler Energie, beispielsweise bei der Erzeugung von blauem Wasserstoff oder der Bereitstellung von verflüssigtem CO2 zu Heizzwecken, für verfahrenstechnische Prozesse oder in der Schifffahrtsindustrie. Nach dem Abscheideprozess wird das CO2 in eine Kompressionsstufe geleitet und dort unter hohem Druck auf etwa 100 bar verdichtet, um es als flüssige Phase zur Verwendungs- oder Lagerstätte transportieren zu können. Pumpen spielen dabei im gesamten CCS-Prozess eine wichtige Rolle. Insbesondere erfüllen Seitenkanalpumpen von Sero Pumpsystems die erforderlichen, technischen Voraussetzungen, um vielerorts entlang der CCS-Infrastrukturketten von der Abscheidung über den Transport bis zur dauerhaften Sequestrierung unter dem Meeresboden, in Gesteinsschichten oder in leeren Öl- und Gasfeldern eingesetzt werden zu können.
Prinzip der Seitenkanalpumpe
Seitenkanalpumpen weisen eine Reihe von Merkmalen auf, die ihnen beim Einsatz in CCS-Anlagen zugute kommen. Durch ihr selbstansaugendes Funktionsprinzip und ihre Haltedruckhöhe – der niedrigste NPSH-Wert beträgt gerade einmal 0,2 m – bieten Seitenkanalpumpen wie die Baureihe SHP oder die SEMA-S…TT optimale Integrationsmöglichkeiten. Bei der Abnahme aus einem Tank können extrem geringe Zulaufhöhen realisiert werden, was besondere bauliche oder konstruktive Maßnahmen an der Anlage vermeidet. Der große Drehzahlbereich der Pumpen ermöglicht es dabei, das Fördervolumen variabel einzustellen und so flüssiges Kohlendioxid als CO2-Trägerstoff pulsationsfrei zu fördern. Eine weitere Charakteristik von Seitenkanalpumpen ist ihre große Förderhöhe und sehr steile Kennlinie – je nach Baureihe und Auslegung reicht sie bis zu 1100 m.
Ausgelegt für hohe Drücke
Seitenkanalpumpen arbeiten in CCS-Anlagen unter anspruchsvollen Prozessbedingungen. So sind sie für hohe Drücke von bis zu 100 bar ausgelegt und spezifiziert – weit mehr als die 15 bar, wie sie beim Transport und der Speicherung von komprimierten, verflüssigtem CO2 beherrscht werden müssen. Gleichzeitig eignen sie sich für einen breiten Medientemperaturbereich bis zu
-60 bis +220 °C. Tieftemperierte Fluide wie CO2 und Ammoniak, die bei Temperaturen von etwa -57 °C bzw. -33 °C vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand übergehen, können somit zuverlässig transportiert werden, weil die Seitenkanalpumpen in mehrfacher Hinsicht speziell dafür ausgelegt sind. Hierfür konfigurierte Federpakete gleichen Wärmedehnung ebenso aus wie eine Kontraktion der Hydraulik, wie sie bei der Befüllung der Pumpe durch das Fördermedium oder im Stillstand entsteht. Zusätzliche Längendehnungseinsätze verhindern temperaturbedingte Verspannungen im Pumpenkörper. Die Gleitlagerung wurde mit einer maßoptimierten Passung ausgeführt. Spezielle Anlaufscheiben minimieren mögliche Verschleißeffekte und gewährleisten so eine erhöhte Betriebssicherheit.
Zuverlässige Zweiphasenförderung
Einen weiteren Vorteil bieten Seitenkanalpumpen durch ihre Fähigkeit, die Förderleistung auch beim Auftreten von Gasanteilen im flüssigen CO2 unterbrechungsfrei zu erhalten. Verändert sich die Druckbeaufschlagung und erreichen Medientemperaturen ihre Siedepunkte, neigen flüssiges Kohlendioxid und Ammoniak dazu, sukzessive in den gasförmigen Zustand überzugehen. In einem solchen Fall arbeiten Seitenkanalpumpen lange Zeit sehr zuverlässig, denn sie halten auch bei Druckschwankungen den Förderstrom weitestgehend konstant und können selbst Zweiphasenströme mit bis zu 50 % Gasanteil abrissfrei fördern. Probleme durch eine mögliche Dampfblasenbildung und damit Auswirkungen auf die Förder- oder Dosiermenge werden dadurch zuverlässig ausgeschlossen.
Realisierte CCS-Anlagenprojekte
Die Vorteile, die Seitenkanalpumpen bei der Abscheidung und Speicherung von CO2 bieten, werden bereits in verschiedenen CCS-Projekten und Pilotanlagen genutzt. Unter anderem beim Unternehmen
Wärtsilä Marine Systems, das eine zentrale Rolle in der CCS-Technologie eingenommen hat. So entwickelt Wärtsilä branchenweit die erste Technologie zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung an Bord. Somit bietet CCS eine unmittelbare Chance für die nachhaltige Schifffahrt. Durch die Zusammenarbeit mit Axflow AS hat Sero Pumpsystems Pumpen für Wärtsilä-Testanlagen geliefert.
Sero Pumpsystems GmbH, Meckesheim
Autor: Klaus Reischl
Verkaufsleiter,
Sero Pumpsystems
