Pumpen gehören zu den wichtigsten und am häufigsten problembehafteten rotierenden Anlagen in einer Biodieselanlage. Sie fördern alles von rohen Pflanzenölen und tierischen Fetten bis hin zu Methanol, ätzenden Katalysatorlösungen, Glycerin und fertigem Kraftstoff – wobei jede Flüssigkeit eigene Anforderungen an Pumpenauswahl und -pflege stellt.
Warum die Pumpenauswahl in der Biodieselproduktion wichtig ist
Biodiesel-Einsatzstoffe und Prozessströme variieren enorm in Viskosität, Temperatur und chemischer Aggressivität. Rohes Sojaöl bei Umgebungstemperatur kann 30–50 cSt erreichen, während Glycerin-Nebenprodukt bei 60°C noch über 100 cSt liegen kann. Methanol ist dünnflüssig und flüchtig. Natrium- oder Kaliummethoxid ist stark ätzend. Die Wahl des falschen Pumpentyps führt zu vorzeitigem Dichtungsversagen, Kavitation, Dampfsperre und außerhalb der Spezifikation liegenden Produkten – all dies gefährdet die Einhaltung der Qualitätsziele gemäß ASTM D6751 oder EN 14214.
Wichtigste in der Anlage verwendete Pumpentypen
Drei Pumpenfamilien decken die überwiegende Mehrzahl der Aufgaben in Biodieselanlagen ab:
- Kreiselpumpen bewältigen niedrigviskose, hochvolumige Ströme wie Waschwasser, Fertigbiodiesel-Transfer und verdünnte Säurewäschekreisläufe. Sie sind einfach, wartungsarm und selbstregelnd, verlieren jedoch oberhalb von etwa 50 cSt schnell Förderhöhe und kavitieren, wenn sie gegen ein geschlossenes Druckventil betrieben werden.
- Zahnradpumpen (innen- oder außenverzahnt) sind Verdrängerpumpen (PD), die für viskose Einsatzstoffe geeignet sind – Rohöle, Rohglycerin und Methoxidlösung. Sie liefern unabhängig vom Druck einen nahezu konstanten Volumenstrom und eignen sich daher ideal zur Dosierung von Katalysator in den Reaktor. Typische Betriebsdrücke liegen bei 4–10 bar; eine Zahnradpumpe darf niemals ohne ein zur Saugseite hin bypasierendes Druckbegrenzungsventil gegen einen geschlossenen Auslass betrieben werden.
- Membranpumpen (druckluftbetrieben oder elektrisch) sind die bevorzugte Wahl für kleinvolumige, besonders gefährliche Ströme: Methanoldosierung, Laugeinjektion und Phosphorsäure beim Entschleimen. Ihr Containment-Design eliminiert Wellendichtungen und reduziert das Leckagerisiko erheblich.
Peristaltikpumpen kommen gelegentlich für Laboraufgaben oder die Dosierung von Additiven mit geringem Durchfluss zum Einsatz, bei denen die Dichtungsintegrität von größter Bedeutung ist.
Wichtige zu überwachende Betriebsparameter
Bediener müssen bei jeder Schicht folgende Werte protokollieren oder beobachten:
1. Saugdruck – bestätigen, dass er oberhalb des Dampfdrucks der Flüssigkeit bleibt, um Kavitation zu verhindern. Für Methanol bei 40°C beträgt der Dampfdruck etwa 0,35 bar absolut; den Saugdruck deutlich oberhalb dieses Wertes halten.
2. Förderdruck – mit der Auslegungsförderhöhe vergleichen; ein steigender Trend signalisiert häufig einen verstopften Filter oder ein teilweise geschlossenes Ventil.
3. Stromaufnahme – ein plötzlicher Anstieg bei einer Zahnradpumpe weist auf erhöhte Viskosität (kaltes Öl) oder ein Lagerproblem hin; ein plötzlicher Abfall kann bedeuten, dass die Saugleitung nicht ausreichend versorgt wird.
4. Temperatur an den Gleitringdichtungen – bei Standard-EPDM- oder PTFE-Dichtungen für den Einsatz mit Methanol und Biodiesel unter 80°C halten.
5. Leckageerkennung – jeder sichtbare Tropfen an einer Dichtung muss sofort gemeldet werden; Methanol ist eine brennbare Flüssigkeit der Klasse IB mit einem Flammpunkt unter 12°C.
Praktische Hinweise für den täglichen Betrieb
Vor dem Starten jeder Pumpe sicherstellen, dass das Saugventil vollständig geöffnet und das Gehäuse befüllt ist. Bei Kreiselpumpen das Druckventil nach dem Start langsam öffnen, um eine Überlastung des Motors zu vermeiden. Bei Zahnradpumpen, die kalte Einsatzstoffe (unter 20°C) fördern, das Öl über Begleitheizung auf unter 30 cSt erwärmen lassen, bevor auf Volllast hochgefahren wird, da sonst die inneren Spiele durch überhöhten Druck beschädigt werden können.
Beim Transfer von Methoxid stets sicherstellen, dass die Stickstoffabdeckung am Lagertank vorhanden ist und die Pumpe für den Alkoholdienst mit geeigneten Elastomeren ausgelegt ist – Buna-N (NBR) ist nicht kompatibel mit Biodiesel und Methanol; PTFE oder EPDM als Innenwerkstoffe vorgeben.
Wartungsschwerpunkte
Einen vorbeugenden Wartungsplan auf Basis folgender Intervalle erstellen:
- Wöchentlich: Stopfbuchse oder Gleitringdichtung auf Leckagen prüfen; Kupplungsausrichtung visuell kontrollieren; auf ungewöhnliche Lagergeräusche achten.
- Monatlich: Lager gemäß Herstellerangaben schmieren; Druckbegrenzungsventile an allen Verdrängerpumpen auf Funktion prüfen.
- Vierteljährlich: Zahnradpumpenspiele prüfen, wenn der Wirkungsgrad gesunken ist; Membran an druckluftbetriebenen Einheiten im Methanoldienst unabhängig vom sichtbaren Zustand ersetzen.
Einen Bestand an kritischen Ersatzteilen – Gleitringdichtungssätze, Membranen und Druckbegrenzungsventilfedern – vor Ort vorhalten, um längere Ausfallzeiten zu vermeiden.
Häufige Fehler und wie man sie vermeidet
Die am häufigsten in Biodieselanlagen beobachteten Fehler umfassen den Betrieb von Kreiselpumpen mit viskosem Glycerin (was zu Überhitzung und Motorausfall führt), das Versäumnis, Bypass-Druckbegrenzungsventile an Zahnradpumpen einzubauen oder einzustellen (was zu katastrophalen Gehäuseversagen führt), sowie die Verwendung von für Kohlenwasserstoffe ausgelegten Elastomeren im Methanol- oder Biodieselbetrieb. Vor dem Austausch jeder Dichtung oder Dichtungsplatte stets die Medienbeständigkeitstabelle konsultieren und niemals davon ausgehen, dass eine für den Petroleumbetrieb zugelassene Pumpe automatisch für Fettsäuremethylester-(FAME-)Ströme geeignet ist.