Soleaufbereitung mit feindispersen Ionenaustauschern

Dank neuartiger Chelatharze von LANXESS wird die Solereinigung für die Chlor-Alkali-Elektrolyse effizienter und zuverlässiger – die dabei eingesetzten Membranen sind dadurch besser geschützt. Ein entscheidender Kostenfaktor.

Ob PVC, Papier, Zellstoff, Desinfektionsmittel oder Bleiche, oder auch Aluminium – für ihre Herstellung braucht es die Basischemikalien Natronlauge, Chlorgas oder Wasserstoff, die per Chlor-Alkali-Elektrolyse aus hochkonzentrierter Kochsalzlösung gewonnen werden. Seit den 1970er-Jahren hat sich dazu das Membranverfahren etabliert, da es im Vergleich zu anderen Verfahren etwa ein Viertel weniger Energie sowie kein Quecksilber oder Asbest benötigt.  

Doch die Ionenaustauschermembranen, die dabei eingesetzt werden, sind äußerst empfindlich: Weil Verunreinigungen die kostenintensiven fluorierten Membranen irreversibel schädigen können, ist eine vorherige Feinreinigung der Sole mit Ionenaustauscherharzen erforderlich.

Solereinigung effizienter gestalten

Mit den Chelatharzen der Reihe Lewatit® MDS von LANXESS lässt sich die Soleaufbereitung bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse nach dem Membranverfahren jetzt wesentlich sicherer, umweltfreundlicher und kosteneffizienter gestalten. Die neue Generation von feindispersen Ionenaustauscher-Typen hat sich in der Praxis bewährt, wie das Beispiel eines führenden Herstellers von Chlor-Alkali-Produkten für den indischen Markt zeigt.

Petrochemical industry plant on sunset

Dessen Anlage in Südindien produziert pro Jahr eine Menge von 190 Kilotonnen Natronlauge. Hierfür braucht es pro Stunde rund 400 m3 Natriumchlorid-Sole, die von Verunreinigungen und Schadstoffen befreit werden muss. Um den Aufbereitungsprozess der Sole effizienter zu gestalten und die Elektrolyse-Membranen besser zu schützen, setzt der Hersteller – neben Ionenaustauschern der Reihe Lewatit® MonoPlus TP 208 – seit 2016 auch die neuartigen Chelatharze des Typs Lewatit® MDS TP 208 ein.

Die Details der Anlage auf einen Blick: Soleaufbereitung bei einem chemischen Hersteller in Südindien    

LANXESS

Feinreinigung mit Lewatit® Ionenaustauscherharzen

Die Aufbereitung findet in zwei Schritten statt: Nach einer groben Klärung und Filtrierung der Sole folgt die Feinreinigung mithilfe der Ionenaustauscherharze. In Betrieb sind auf sechs Linien insgesamt 14 Filter, mit denen die Härte der Sole von einem Eingangsniveau von zwei Milligramm pro Liter auf weniger als zehn Mikroramm (µg) pro Liter reduziert wird. 

Auch die Konzentration von Barium und Strontium wird so überwacht und bei Werten unter 100 µg pro Liter gehalten.

Für die Fallstudie wurde im September 2016 auf einer Linie einer von drei hintereinandergeschalteten Filtern mit dem neuen feinkörnigen Harztyp Lewatit® MDS TP 208 ausgerüstet, um seine Leistung im Vergleich zu dem bislang eingesetzten Harztyp Lewatit® MonoPlus TP 208 zu testen. 

Steigende Betriebseffizienz durch hohe Durchsätze

Das Ergebnis übertraf die Erwartungen, denn die neuen Ionenaustauscher wiesen eine deutlich gesteigerte Nutzkapazität auf. Bei gleichbleibender Solequalität überzeugte Lewatit® MDS TP 208 damit durch hohe Austauschraten und verlängerte Zykluszeiten. 

Nach einem Zeitraum von acht Monaten ließ sich eine Steigerung des Soledurchsatzes bei dem mit MDS TP 208 ausgestatteten Filter von 4,480 auf 6,660 Bettvolumina (BV) verzeichnen.
Die Aufnahmekapazität des Harzes wuchs von 9 Gramm (g) Calcium (Ca) pro Liter auf 13,3g Ca/l – im Durchschnitt eine Erhöhung um 49 Prozent. Nach einem Zeitraum von zwei Jahren war sogar eine durchschnittliche Kapazitätserhöhung um 53 Prozent zu verzeichnen. 

Positive Resultate, die den Hersteller inzwischen dazu bewogen haben, die übrigen Filteranlagen ebenfalls mit Chelatharzen des Typs Lewatit® MDS TP 208 nachzurüsten. 

Die detaillierte Fallstudie zu dem Projekt in Indien finden Sie hier.

Klarer Vorteil: Im direkten Vergleich mit Lewatit® MonoPlus TP 208 überzeugt Lewatit® MDS TP 208 mit einem höheren Durchsatz der Sole von 6,660 BV im Gegensatz zu 4,480 BV.

Die folgende Abbildung zeigt die durchschnittlichen Durchbruchskurven von Lewatit® MDS TP 208 und Lewatit® MonoPlus TP 208 über einen Zeitraum von 8 Monaten.

For comparison purposes, one of the three filters was equipped with Lewatit MDS TP 208 to compare performance with Lewatit MonoPlus TP 208. On an eight month average since start-up, the operating capacity at a breakthrough limit of < 10 µg/l of hardness was raised from 4,480 BV to 6,660 BV of brine throughput, resulting in a capacity enhancement of 49 percent. (Operating conditions: Brine flow rate: 100 m3/h [Ca2+/Mg2+], feed: 2 mg/l [Sr2+]: 1 mg/l [Ba2+]: 0.5 mg/l [NaCl]: 305 g/l, pH: 10, temperature: 60 °C, SV: 25 BV/h.)
Testbedingungen:  Brine flow rate: 100 m3/h, [Ca2+/Mg2+], feed: 2 mg/l, [Sr2+]: 1 mg/l,  [Ba2+]: 0.5 mg/l, [NaCl]: 305 g/l, pH: 10, temp: 60 °C, SV: 25 BV/h.

Perlendurchmesser macht den entscheidenden Unterschied

Wie lässt sich dieser Unterschied in der Wirkung zwischen den Ionenaustauschern des Typs MonoPlus TP 208 und den neuartigen Chelatharzen des Typs MDS TP 208 erklären?

Der entscheidende Unterschied zwischen den neuen und den bisherigen Harztypen besteht im Durchmesser der Perlen.  Dieser beträgt bei den MDS (Mono Dispers Small)- Typen wie etwa Lewatit® MDS TP 208 lediglich 390 µm und liegt damit 40 Prozent unter dem des ebenfalls monodispersen Typs MonoPlus TP 208. 

Bessere Kinetik, höherer Regeneriergrad, gesteigerte Kapazität

Die Folgen dieses Unterschieds: Die MDS-Typen zeichnen sich durch eine verbesserte Kinetik, einen höheren Regeneriergrad und eine deutlich gesteigerte totale wie auch nutzbare Kapazität speziell für Erdalkali-Kationen aus. Die neuartigen Chelatharze binden neben Calcium und Magnesium auch Strontium und Barium mit verbesserter Abscheiderate. Gleichzeitig verfügen die MDS-Typen über eine optimale mechanische und osmotische Stabilität. 

Effiziente Abscheidung von Barium und Strontium als Pluspunkt

Mit MDS-Typen lässt sich zudem eine besonders effiziente Abscheidung von Barium- und Strontiumionen verzeichnen. „Wegen der bei vielen anderen Harzen geringen Selektivität und langsamen Austauschkinetik ist dies bemerkenswert“, betont Dr. Jenny Böttger, Technical Marketing Manager bei LANXESS. Ein Aspekt, der immer stärker im Fokus der Kunden stehe.

„Die verbesserten Abscheideraten stellen einen wichtigen Vorteil dar, weil der reduzierte Schlupf dazu beiträgt, die Lebensdauer der Elektrolysemembranen zu steigern. In dieser Hinsicht haben die MDS-Harze bereits die kontinuierlich fortschreitende  Membranentwicklung ein Stück vorweggenommen. Durch ihre deutlich niedrigeren Konzentrationstoleranzen für Erdalkaliionen schützen sie die Membranen besser“, erklärt Jenny Böttger.

Viele ökonomische Vorteile

Chelatharze der Reihe Lewatit® MDS bieten Elektrolysebetreibern zahlreiche ökonomische Vorteile, die insbesondere in der Einsparung von Energiekosten liegen und vorrangig auf folgenden Effekten beruhen: 

  • MDS-Chelatharze schützen die empfindlichen Membranen und verlängern ihre Lebensdauer.
  • MDS-Chelatharze haben höhere Zykluszeiten und weisen einen höheren Durchsatz bei der Soleaufbereitung auf.
  • Durch ihren höheren Regeneriergrad ist der Bedarf an Regeneriermitteln mit MDS-Chelatharzen geringer. Das sorgt für weniger Abwasser, schützt die Umwelt und senkt insgesamt die Betriebskosten.
Zörgern Sie nicht, uns bei Fragen zur Fallstudie oder unseren Produkten anzusprechen.

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