Sicher im Ex-Bereich

Die Lurgi AG ist einer der weltweit führenden Hersteller von Biodieselanlagen. Die Ingenieure vom Main entwickelten ein eigenes Verfahren, das so genannte Lurgi-Verfahren, bei dem Rapsöl mit Hilfe von Katalysatoren zu Rapsmethylester, also Biodiesel verarbeitet wird. Bei diesem Prozess kann unter anderem auch Pharmaglycerin gewonnen werden. Als Katalysatoren werden dazu hochkorrosive anorganische Verbindungen benötigt, die kontinuierlich unter hohem Druck in den Reaktor dosiert werden müssen. Das natürliche Ausgangsprodukt (Fett oder Öl) besteht zu etwa 95 % aus Triglyceriden, den Estern des dreiwertigen Alkohols Glycerin mit verschiedenen Fettsäuren. Durch Zugabe von Methanol entsteht unter der Wirkung des Katalysators schließlich Methylester (auch Rapsmethylester oder Biodiesel) sowie Glycerin.

Eines der Hauptprobleme bei der Umsetzung des Verfahrens war, eine Pumpe zu finden, die die äußerst aggressiven Katalysatoren sicher und leckagefrei unter hohem Druck in den Prozess pulsationsfrei eindosiert. Über diese Spezifikationen hinaus musste das Pumpenkonzept die erforderliche Produktsicherheit im Ex-Bereich erbringen, also die Atex-Richtlinie 100a erfüllen und dabei auch noch eine optimale Korrosionsbeständigkeit und Produktsicherheit aufweisen. Klassische Dosierpumpen wie Membrandosierpumpen oder Schlauchpumpen arbeiten nicht pulsationsfrei. Bei Schlauchpumpen besteht darüber hinaus häufig das Problem der Korrosionsbeständigkeit und der Lebensdauer verfügbarer Schlauchwerkstoffe. Die Zahnradpumpen aus Hastelloy C eines niederländischen Herstellers lösten sich bereits nach kurzer Betriebsdauer einfach auf.

Das Pumpenproblem bedurfte einer Spezialentwicklung, da die Anlagenbauer von Lurgi keine Pumpe mit den gewünschten Eigenschaften auf dem internationalen Markt fanden. Die Firma March Pumpen, ein deutscher Hersteller mit über 25-jähriger Erfahrung erklärte sich schließlich bereit, innerhalb von nur drei Monaten ein Pumpensystem zu entwickeln, das in einer äußerst kompakten Bauweise alle gestellten Anforderungen erfüllte. Als Werkstoff wählte der Hersteller das Fluoropolymer Tefzel. Es erfüllt die geforderten Eigenschaften hinsichtlich der hohen Korrosionsbeständigkeit bei gleichzeitig optimaler Leitfähigkeit, die für den Einsatz im Ex-Bereich, nach der EG-Verordnung 94/9/EG, der Atex-Richtlinie 100a, erforderlich ist.

Bei diesem Werkstoff handelt es sich um kohlefaserverstärktes Polytetrafluorethylen (PTFE). Reines PTFE gilt neben Keramik und Glas als einer der korrosionsbeständigsten Werkstoffe, ist ohne Beimischungen jedoch sehr weich. Die Kohlefaserfüllung verleiht dem Fluorelastomer die erforderliche Härte und gleichzeitig die für den Einsatz im Ex-Bereich notwendige Leitfähigkeit. Nur entsprechend leitfähige Materialien leiten statische Aufladungen, wie sie beispielsweise im Falle eines Trockenlaufens der Pumpe durch die Bildung eines Flüssigkeits-Gasgemisches im Inertraum entstehen können, sicher ab. Ist die Pumpe am Einsatzort geerdet, wird damit die explosionsartige Entladung vermieden.

Die erste wichtige Voraussetzung, die äußerst korrosiven Katalysatoren umweltsicher zu fördern, wurde durch den Einsatz eines Magnetantriebs geschaffen, der sämtliche dynamisch wirkenden Dichtungen eliminiert. Hierbei erfolgt die Kraftübertragung von Antriebsmotor auf die Pumpenhydraulik berührungslos, durch eine kraftschlüssige Verbindung in Form eines permanentmagnetischen Antriebes. Bei diesem Funktionsprinzip riegelt das Rückgehäuse oder der sogenannte Spalttopf das Medium im Pumpenraum hermetisch nach außen ab. Der Gegenpol des äußeren Magneten, der innere oder getriebene Magnet, befindet sich im Inneren des Hydraulikraumes und ist formschlüssig mit den eigentlich am Fördervorgang beteiligten Bauteilen verbunden. Durch diese Konstruktion entfallen alle herkömmlichen dynamisch wirkenden Abdichtungen wie Gleitringdichtungen oder Stopfbuchsen. Nur eine statische O-Ring-Dichtung ist erforderlich, die die rück- und vorderseitigen Gehäuse nach außen abdichten.

Als eigentliches Pumpenprinzip wurde das System der Gleitschieberpumpe gewählt, das sich durch eine praktisch pulsationsfreie Förderung unter hohem Druck, bei kleinen Fördermengen, auszeichnet. Das Pumpensystem der Gleitschieberpumpe wird auch als Drehschieberpumpe bezeichnet und kommt ursprünglich aus der Automobilindustrie (Wankelmotor). Bild 1 zeigt das Funktionsprinzip der magnetgetriebenen Gleitschieberpumpe (siehe auch Bild 2). In einem exzentrischen Stator rotieren vier koaxial bewegliche Dreh- oder Gleitschieber und fördern so unter hohem Druck das Fördergut praktisch pulsationsfrei nach außen. Bei diesem selbstansaugenden Funktionsprinzip handelt es sich um ein Zwangsströmungsprinzip mit einzelnen Förder- oder Druckkammern. Es wird grundlegend in die Familie der Verdrängerpumpen eingeordnet. Für den Stator und die Gleitschieber wurden reine Siliziumkarbid- und Graphitwerkstoffe ausgewählt. In der entsprechenden Kombination verfügen beide Werkstoffe über hervorragende Beständigkeitseigenschaften und harmonieren in vielen Maschinenbauanwendungen als klassisches Gleitlagerpaar. Parallel zum Pumpenprinzip der Gleitschieberpumpe entstand in Kooperation mit einem amerikanischen Pumpenhersteller eine zweite Baureihe, in Form einer Zahnradpumpe, die aus den gleichen Werkstoffen hergestellt wird und die genannten Eigenschaften ebenso vollständig vereint (Bild 3). Sie ist jedoch zusätzlich zur Förderung zähflüssiger und feststoffbeladener Medien, beispielsweise in der Farben- und Lackindustrie, geeignet.

Die Pumpenbaureihen Vane-MAG, als magnetgekuppelte Gleitschieberpumpe und TEF-MAG, als magnetgekuppelte Zahnradpumpe aus Tefzel und Keramik, erfüllen in kompakter und robuster Bauart höchste Anforderungen. Den Lurgi-Ingenieuren stehen damit zwei Pumpensysteme zur Verfügung, die sich im erprobten Einsatz nicht nur in Biodieselanlagen weltweit bewährt haben. Durch das leckagefreie Magnetpumpenprinzip, die hohe Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit beim Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen werden zahlreiche Unfallmöglichkeiten, insbesondere beim Fördern aggressivster Medien im Ex-Bereich sicher ausgeschlossen. Die Frankfurter Anlagenbauer verfügen damit über Pumpen, die trocken-selbstansaugend, praktisch pulsationsfrei und unter hohem Förderdruck arbeiten. Die leckagefreie Bauart des Magnetantriebs bietet darüber hinaus eine sichere Abschirmung des Fördermediums nach außen und gewährleistet so, nach dem heutigen Stand der Technik, eine maximale Produktsicherheit, insbesondere bei der Förderung aggressiver und umweltgefährdender Medien.

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Homepage des Herstellers

Lurgi-Verfahren zur Biodieselproduktion

Fachverband Pumpen + Systeme