Korrosion kann teuer werden. Neben den Stillstandszeiten geht der Austausch von Gebläsen und anderen Maschinen ins Geld. Bei Nouryon im Chemiepark Höchst hat man deshalb auf Vakuum umgestellt.

Schnitt durch eine Mink Klauen-Vakuumpumpe: Die Pumpe saugt Abgase mit Unterdruck an, verdichtet sie und fördert sie durch den entstehenden Überdruck durch die Anlage. Bilder: Busch Dienste

In der Produktion von Chlorkohlenwasserstoffen (CKW) fallen Abgase an, die abgesaugt und gereinigt werden müssen, bevor sie an die Umgebungsluft abgegeben werden können. Da diese Grundchemikalien für viele Bereiche wichtig sind – etwa der Kunststoff- und Baustoffherstellung, bei der Herstellung von Farben oder in der Pharmazie – und in entsprechenden Mengen produziert werden, ist auch die Abgasreinigung entscheidend.

Beim Chemiekonzern Nouryon wurden am Produktionsstandort Frankfurt Höchst die CKW-haltigen Abgase aus der Methanchlorierung in der Vergangenheit mit einem Drehkolbengebläse durch die Reinigungsanlage gefördert. Durch die aggressiven Gase korrodierte die Gebläsestufe schon nach kurzer Zeit stark. Durch diese Korrosion und den Abrieb sank die Leistung des Gebläses, und die notwendige Druckdifferenz konnte nicht mehr aufgebracht werden. Dies hatte zur Folge, dass die Abgase nicht mehr zuverlässig abgesaugt werden konnten. Außerdem musste die Gebläsestufe alle zwei Jahre ausgetauscht werden, was jeweils mit Stillstandzeiten und Kosten von ungefähr 35.000 Euro zu Buche schlug.

Für Betriebsingenieur Sergej Diner war dies ein äußerst unbefriedigender Zustand. Deshalb nahm er Kontakt mit der Firma Busch Vakuumpumpen und Systeme auf. Nach einer Analyse des Prozesses und der Anforderungen empfahlen die Vakuumspezialisten den Einsatz einer Mink Klauen-Vakuumpumpe. Diese ist nach den notwendigen Atex-Anforderungen zertifiziert (innen und außen: II 2G IIB3 T3) und hat standardmäßig eine Anti-Korrosionsbeschichtung in der Verdichtungsstufe. Außerdem hat sie eine höhere Betriebstemperatur als ein Drehkolbengebläse, sodass sich eine Kondensation der Abgase innerhalb der Vakuumpumpe weitestgehend vermeiden lässt. Die Pumpe ist gasdicht ausgeführt, und die Lager sind mit Stickstoff beaufschlagt, damit keine Abgase durch die Lager nach außen dringen können. Durch das berührungsfreie Verdichtungsprinzip der Klauen-Vakuumtechnologie kommt es zu keinerlei Kontamination zwischen einem Betriebsmittel und den Abgasen.

In der CKW-Produktion bei Nouryon saugt die Vakuumpumpe durch den erzeugten Unterdruck die Abgase an, verdichtet sie und fördert sie so durch die nachfolgenden Reinigungsstufen. Auch die beim Befüllen oder Umfüllen von stationären oder mobilen Tanks anfallenden chlorkohlenwasserstoffhaltigen Abgase werden abgesaugt und über die gleiche Anlage gereinigt.

Alle Anlagenteile, in denen chlorkohlenwasserstoffhaltige Abgase anfallen, sind über Leitungen mit einem Sammelbehälter verbunden, der durch die Vakuumpumpe unter einem leichten Unterdruck steht. Dadurch werden die Abgase in diesen Behälter gesaugt, um danach eine Füllkörperkolonne zur Neutralisationswäsche zu durchströmen. Nach der Neutralisation werden die Abgase in der Klauen-Vakuumpumpe verdichtet und auf 0 °C heruntergekühlt. Dadurch kondensiert der Wasserdampf aus, der hauptsächlich bei der Neutralisationswäsche eingebracht wurde. In einem nachgeschalteten Tiefkühler werden die Abgase auf -25 °C heruntergekühlt und so der größte Teil der Chlorkohlenwasserstoffe aus dem Gasstrom auskondensiert. Danach werden die restlichen Chlorkohlenwasserstoffanteile in einem Aktivkohlefilter ausgefiltert, sodass das gereinigte Gas als Abluft in die Atmosphäre abgegeben werden kann. Die Reinigungsanlage arbeitet TA-Luft-konform und ist als Ex-Zone 2 ausgewiesen.

Die Abgase werden in den Prozessschritten vor der Vakuumpumpe mit einem Unterdruck von -10 bis -30 mbar angesaugt, was Absolutdrücken von 990 mbar bis 970 mbar entspricht. In der Vakuumpumpe werden die Abgase verdichtet und verlassen diese mit einem Überdruck von zirka 150 mbar. Durch diesen Überdruck werden die Abgase durch die nachgeschalteten Kühler und den Aktivkohlefilter, also den kompletten Reinigungsprozess mit allen nacheinander geschalteten Reinigungsstufen gefördert.

Die Vakuumpumpe arbeitet über eine Drehzahlregelung bedarfsabhängig und wird über einen Drucksensor im Sammelbehälter geregelt. Das heißt, sie passt durch die Drehzahl ihr Saugvermögen an die anfallende Abgasmenge an. Wie der bei Nouryon verantwortliche Betriebsingenieur Sergej Diner betont, kann die Abgasmenge stark variieren. Tagsüber, wenn alle Prozesse voll gefahren werden, fallen mehr Abgase an als während der Nachtzeit. Außerdem muss bei Wartungsarbeiten in der Anlage sichergestellt werden, dass sich keine Chlorkohlenwasserstoffe darin befinden. Dazu werden die Abgase abgesaugt und die Anlage oder der Anlagenteil anschließend mit Stickstoff inertisiert. Vor diesen Wartungsarbeiten, bevor mit Stickstoff inertisiert wird, fallen die höchsten Gasmengen an.

Die Anlage ist seit Dezember 2017 kontinuierlich in Betrieb und wird nur zu Wartungsarbeiten abgeschaltet. Nach einem halben Jahr Nonstop-Betrieb wurde sie vorsorglich von einem Servicetechniker geöffnet, um sie auf mögliche Verschleißerscheinungen zu prüfen. Dabei zeigte die Vakuumpumpe keinerlei Anzeichen von Verschleiß oder Korrosion. Sergej Diner bestätigt auch nach über einem Jahr Betriebszeit, dass es zu keinerlei Störungen, Leistungsabfall oder gar Ausfall der Vakuumpumpe kam und somit sein Reinigungsprozess kontinuierlich störungsfrei abläuft.

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