Vor fast 200 Jahren entdeckte der Schwede Nils Gabriel Sefström ein neues Element. Er nannte er Vanadium, nach der skandinavischen Göttin der Schönheit Vanadís (Freyja). Heute werden reinste Vanadiumverbindungen im industriellen Maßstab von der Firma U.S. Vanadium hergestellt. Gleitschieberventile von Schubert und Salzer sorgen dafür, dass hierbei die optimale Prozesstemperatur erreicht und gehalten wird.
U.S. Vanadium in Arkansas, USA, ist ein Anbieter bei der Herstellung von Vanadiumverbindungen. Bekannt ist der Produzent vor allem für die von ihm hergestellten Verbindungen Vanadiumpentoxid (V2O5) und Vanadiumtrioxid (V2O3). Bei der Produktion der beiden Stoffe wird der, nach eigenen Angaben, höchste Reinheitsgrad der Welt erreicht.
Energiewende treibt an
Vor allem die Energiewende befeuert aktuell die Nachfrage, denn extrem reine Vanadiumoxide sind wichtige Grundkomponenten für den Betrieb sogenannter Vanadium-Redox-Flow-Batterien. Mit ihnen lässt sich Energie im großen Maßstab speichern. Denn dies Art von Batterien sind als Energiespeicher nahezu grenzenlos skalierbar und verfügen über eine hohe Lebensdauer mit 15.000 bis 20.000 Lade- und Entladezyklen.
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Als Grundstoff für die Herstellung der Vanadiumoxide dient eine Vielzahl industrieller Abfallstoffe, beispielsweise Schlacke aus der Stahlindustrie. Diese wird fein gemahlen und mit Natriumsalzen oxidiert, wodurch wasserlösliche Verbindungen aus Natrium und Vanadium entstehen.
Um diese mit maximaler Effizienz aus der Schlacke auszulaugen, erhitzen Hersteller die Suspension auf exakt 95 °C. Bei diesem kontinuierlich ablaufenden Prozess kam es in der Vergangenheit immer wieder zu Temperaturschwankungen. Aufgrund der permanent zugeführten und sich ändernden Eingangsmengen ist es nämlich schwierig, die optimale Temperatur der Suspension von 95 °C exakt zu erreichen und zu halten.
Einbausituation des Regelventils 8621 bei US_Vanadium
Um dies zu erreichen, hat U.S. Vanadium an zentraler Stelle im Prozess eines der ersten in den USA hergestellten Flansch-Gleitschieberventile Typ 8621 von Schubert und Salzer getestet.
Mit großem Erfolg, wie Ben Davis, Prozessingenieur und Projektleiter bei U.S. Vanadium erklärt: „Die Inbetriebnahme des Ventils hätte nicht einfacher sein können. Der Stellungsregler ist selbsteinstellend. Sobald die Anschlüsse für die Zuluft und die Stromversorgung hergestellt sind, müssen wir nur noch die Selbstjustierung einleiten. Die Gleitschieberkonstruktion des Ventils macht die Installation einfahc, da ein kleinerer Stellantrieb zur Steuerung des Ventils ausreicht. Dadurch verringert sich auch die Gesamtgröße und wird kompakter.“
Bessere Prozesssteuerung, einfache Implementierung, mehr Effizienz
Zu verdanken ist dies dem physikalischen Grundprinzip, auf dem die Gleitschieberventile basieren. Zwei senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnete, geschlitzte Dichtscheiben werden aufeinander verschoben. Der Antrieb muss lediglich die Gleitreibung zwischen den beiden Scheiben über einen Ventilhub von 6 bis 9 mm überwinden. Die benötigte Stellkraft ist bis zu 90 Prozent geringer als bei anderen Ventilbauarten, weshalb es möglich ist, deutlich kleinere Antriebe zu verwenden. Trotz gleicher Baulänge sind Gleitschieberventile Typ 8621 deshalb kompakter konstruiert und einfacher in der Handhabung als viele vergleichbare Sitzkegelventile.
Frisch aus der Werkhalle: Gleitschieberventil_8621
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Vanadiumlegierter Stahl setzten Konstrukteure zum Beispiel in Brücken, Gebäuden und Autoteilen ein. Auch in der Luft- und Raumfahrt, in Schiffen, Pipelines und vielen anderen Bereichen findet der Stahl seinen Einsatz. Die dadurch mögliche Leichtbauweise kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten, diese Bereiche ressourcenschonender und effizienter zu machen. Die superreinen Verbindungen setzten Nutzer auch in Spezialanwendungen, etwa in Farbstoffen, Speziallegierungen oder als Katalysator bei der Schwefelsäure-Produktion ein.
Davis fügt an: „Der kleinere Antrieb ist auch im Hinblick auf die Energiekosten von Vorteil. Durch den kürzeren Hub und die geringere Kraft, die zum Absperren und Regeln des Ventils erforderlich ist, benötigt die Anlage weniger Luft. Wir haben dieses Ventil in einer Dampfleitung installiert, die zum Beheizen der Suspension in einem rund 50.000 Gallonen fassenden Tank (rund 190.000 Litern) verwendet wird, in dem wir Vanadium auslaugen. Dabei handelt es sich um einen kontinuierlichen Prozess, bei dem 100 bis 140 Gallonen (etwa 400 bis 550 Liter) kalte Suspension pro Minute zugeführt und die gleiche Menge abgezogen wird. Die Suspension im Tank wird dabei auf 95 °C Temperatur gehalten.”
Verbessert nach kurzer Zeit
Schon nach kurzer Zeit war klar, dass sich der Austausch des zuvor installierten Sitzkegelventils gegen ein Gleitschieberventil vorteilhaft auf den Prozess auswirkte. Somit ließ sich Effizienz der Herstellung extrem reiner Vanadiumoxide erheblich verbessern. Mit dem neuen Ventil kann der Hersteller den Prozess besser steuern, so dass sich die benötigte Wärmeenergie für die ankommende kalte Suspension anpassen lässt, was die Temperaturschwankungen reduziert.
Quelle: Schubert und Salzer
