Spaltrohrmotorpumpen für TDI-Anwendungen

Phosgen: Phosgen entsteht durch die Vermischung der gasförmigen Stoffe Chlor und Kohlenstoffmonoxid, deren Aktivierungsenergie durch den Katalysator Aktivkohle gesenkt werden muss. Um eine Dissoziation, also eine Trennung des Gemisches zu vermeiden, muss eine Austrittstemperatur von deutlich unter 100 °C gewährleistet werden. Das so gewonnene Phosgen wird in kaltem ortho-Dichlorbenzol (ODB) gelöst.

TDA: Der beim Cracken entstehende Stoff Toluol wird zunächst unter Zugabe von Nitrat nitriert und anschließend durch die Zugabe von Wasserstoff hydriert. Das so entstandene TDA wird nun auf 140 °C aufgeschmolzen und mit heißem ODB gemischt.

TDI: Die Herstellung von TDI kann in 2 Phasen aufgeteilt werden. Der Prozess beginnt mit einer Kaltphosgenierung, einer exothermen Reaktion, und endet mit der Heißphosgenierung, welche endotherm ist.  

Die Kaltphosgenierung
Bei der Kaltphosgenierung wird die heiße TDA-ODB-Lösung bei Niederdruck (1–2 bar) oder Hochdruck (bis zu 20 bar) in die kalte Phosgen-ODB-Lösung ein­gerührt. Bei einer Referenzanlage läuft dieser Schritt bei 300 °C ab, wodurch die Energieeffizienz der Anlage steigt. Durch die hohe Temperatur werden ca. 80 % weniger ODB und ca. 40 % weniger Phosgen benötigt. Die hieraus entstehende Suspension bildet sehr schnell Feststoffe aus. Um dies zu vermeiden, gibt es verschiedenste Vorrichtungen wie ein Umpumpsystem, Gegenstrommischkammern, Kreiselpumpen, Venturimischdüsen und andere Mischeinrichtungen.

Die Heißphosgenierung 
Anschließend kommt es zur sogenannten Heißphosgenierung. Hierbei wird der Suspension Wärme und Phosgen hinzugegeben, bis eine klare Flüssigkeit und kein weiterer Chlorwasserstoff mehr entsteht. In diesem Prozessschritt entsteht eine flüssige Rohware (ca. 15 % TDI, 80 % ODB, 5 % Phosgen), Chlorwasserstoffdampf und weitere Rückstände. Chlorwasserstoffdampf ist korrosiv und es benötigt besondere Legierungen mit Nickelanteil zum Schutz der Geräte. Mischt man das Gas mit Wasser erhält man Salzsäure. Chlorwasserstoff wird anschließend mit 18 %iger Salzsäure vermischt, um eine 30 % Salzsäure zu erhalten.  

Die flüssige Rohware wird durch verschiedene Destillationsschritte in einer Rektifikationskolonne in die verschiedenen Bestandsteile zerlegt. ODB und Phosgen werden in den Prozess zurückgeführt. In der letzten Kolonne wird TDI von Nebenkomponenten gereinigt. Die Destillationen werden bei Vakuum durchgeführt.

In einer Referenzanlage kommt bei der Zuführung von Phosgen zur OBD-Lösung eine einstufige HERMETIC Spaltrohrmotor-Tauchpumpe des Typs TCN zum Einsatz. Diese Baureihe eignet sich speziell zur sicheren Förderung von aggressiven, toxischen, heißen, explosiven, kostbaren und feuergefährlichen Flüssigkeiten sowie Flüssig­gasen. Die Pumpe ist ausgelegt für den Einsatz in Tank­lagern, Terminals, Chemie- und Offshore-Anlagen, Gasspeicher-Kavernen und auch Industrieanlagen. In Verbindung mit verschiedenen Einbausystemen sind die Pumpen dieser Baureihe, die sowohl als TCN (einstufig) und TCAM (mehrstufig) erhältlich sind, die optimalen Pumpen für diese Einsatzfälle.

Neben der doppelten Sicherheitshülle erreichen sie auch Bestwerte in den Punkten Langlebigkeit. Denn die hermetische Bauweise setzt die Anordnung der Lager in der Betriebsflüssigkeit voraus. Daher kommen als Lager meist nur hydrodynamische Gleitlager zur Anwendung. Diese haben bei richtiger Betriebsweise den Vorteil, dass es keine Berührung zwischen den Lagergleitflächen gibt. Dadurch arbeiten sie im Dauerbetrieb verschleiß- und wartungsfrei. Standzeiten von über 10 Jahren sind für her­metische Pumpen durchaus keine Seltenheit. 

Zudem bieten die Spaltrohrmotor-Tauchpumpen klare Vorteile bezüglich Einbauraum durch die vergleichsweise kompakte Abmessung im Vergleich zu konventionellen Pumpen mit Gleitringdichtung und magnetgekuppelten Tauchpumpen. Denn je nach Eintauchtiefe entfällt bei Spaltrohrmotor-Tauchpumpen die lange Antriebswelle. Die drehenden Teile der Pumpenwelle sind in der Spaltrohrmotorpumpe untergebracht und dementsprechend kurz. Die Pumpe hängt an einem statischen Tragrohr, das am Mannlochdeckel angebracht ist. Das Tragrohr hat lediglich die Aufgabe, neben dem Halten der Pumpe die Kabel nach außen zu führen.  

Mediumsgeschmierte ­Führungs­lager oder dauerfettgeschmierte Wälzlager sind nicht erforderlich, weil die sonst üblich lange Antriebswelle systembedingt komplett entfällt. Bei vertikalen Tauchpumpen mit Spaltrohrmotorantrieb ist die Länge der Antriebswelle unab­hängig von der Eintauchtiefe.

Das Anwendungsraster für die einstufigen TCN-Varianten beinhaltet Förderhöhen bis 220 m, Volumenströme bis 1.800 m³/h, Fluidtemperaturen von –160 bis +250 °C und Druckstufen bis 100 bar.