Ionenaustauscherharze für die Papier- und Zellstoffindustrie
Wasser ist ein unentbehrlicher Hilfsstoff bei der Herstellung von Papier und Zellstoff und wird in großen Mengen eingesetzt. Das beginnt beim Aufschluss des Rohmaterials Holz zur Zellstofferzeugung und reicht bis zu den riesigen Papiermaschinen, auf denen aus einer wässrigen Suspension Zellulosefasern flächig abgeschieden und anschließend schrittweise entwässert werden. In rasanter Geschwindigkeit von bis zu rund 2.000 m/min wird schließlich das fertige Papier auf Rollen gewickelt. Schon diese hohe Produktionsgeschwindigkeit bedingt höchste Anforderungen an exakt eingehaltene und reproduzierbare Prozessbedingungen.
Damit dieser komplexe Prozess zuverlässig funktioniert und dabei hochwertiges Papier in gleichbleibender Qualität entsteht, muss das verwendete Wasser ebenfalls hohen Ansprüchen genügen. Je besser die Wasserqualität, desto zuverlässiger und wirtschaftlicher lässt sich gutes Papier herstellen. Insbesondere müssen Art und Konzentration der gelösten Inhaltsstoffe, seien es anorganische Salze oder organische Moleküle, in engen Grenzen konstant gehalten werden.
Unsere Auslegungssoftware LewaPlus® ist in der Lage, verschiedene Kombinationen von Ionenaustauscherharzen und Austauschstufen maßgeschneidert abzubilden und hinsichtlich ihrer Eigenschaften zu analysieren. Damit erhält der Anwender ein Höchstmaß an Sicherheit, die optimale Aufbereitungslösung für das jeweilige Speisewasser und die jeweils benötigte Prozesswasserqualität zu erhalten.
Ionenaustauscher sind zudem überall dort unentbehrlich, wo Dampf eingesetzt wird, etwa zum Heizen der Kessel beim Aufschluss oder zum Trocknen der Papierbahnen. Ebenso wie in thermischen Kraftwerken sorgen sie dafür, dass Wasser-Dampf-Kreisläufe wartungsarm und zuverlässig funktionieren. Dabei kommt es auf eine sorgfältige Aufbereitung des Kesselspeisewassers (make-up water), aber auch auf eine leistungsfähige Kondensatreinigung (condensate polishing) an.
Schließlich hat gerade wegen der großen in der Papierindustrie eingesetzten Wassermengen eine Rückführung des Prozesswassers entscheidende Bedeutung für Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit der Herstellverfahren. Auch wenn dies heute bereits weitgehend verwirklicht ist, existiert noch Verbesserungspotenzial. Das betrifft zum Beispiel die Nutzung des so genannten Haubenkondensats aus der feuchten Abluft der Trockenpartie, das im Zuge der Wärmerückgewinnung aus der Abluft abgeschieden wird.
Für diese und andere Anwendungen bietet LANXESS ein breites Produktportfolio spezieller Ionenaustauscherharze an, die auf spezifische Anforderungen zugeschnitten sind. Jetzt das beste Produkt für Ihre Bedürfnisse finden.
Möglichst wenig gelöste Stoffe wie Eisen-, Ammonium-, Calcium- und Magnesiumsalze im Prozesswasser sind optimal für die Papierherstellung. Nur dann können unterschiedliche Papierchemikalien, etwa optische Aufheller, Farb- und Füllstoffe oder Retentionsmittel, ihre Wirkung optimal entfalten. In Deutschland hat daher das Frischwasser für die Papierherstellung in der Regel Trinkwasserqualität.
Für die Enthärtung bis hin zur Vollentsalzung (Demineralisierung) des Frischwassers können Lewatit®-Ionenaustauscher-Typen vorteilhaft kombiniert werden. So lässt sich das benötigte Wasser verlässlich und ökonomisch gewinnen. Gerade wenn neben oder statt nativem Zellstoff Altpapier als Rohstoff eingesetzt wird, können Calciumsalze aus darin enthaltenen Füllstoffen in größerer Menge ins Prozesswasser gelangen und die Wasserhärte zusätzlich erhöhen.
Unsere Lewatit® Ionenaustauscher sorgen in Papierfabriken weltweit z. B. dafür, dass zugesetzte optische Aufheller dem Papier beste Weißegrade verleihen, indem sie ionische, organische Verbindungen wie Huminsäuren zuverlässig aus dem Prozesswasser entfernen. Solche Huminsäuren absorbieren selbst UV-Licht und würden ansonsten in Konkurrenz zu den Aufhellern treten.
Durch Tröpfchen, die beim Trocknen des Papiers mitgerissen werden, gelangen Salze, aber auch verschiedene organische Verbindungen aus dem Siebwasser in das Haubenkondensat. Unter Einsatz der Software LewaPlus® kann auf der Basis von Analysenwerten dieses Kondensats aus den Wärmetauschern eine mehrstufige Lösung für die Aufbereitung ermittelt werden.
Da das Haubenkondensat schwächer belastet ist als standardmäßig verwendetes Speisewasser, ist davon auszugehen, dass Ionenaustauscher erfolgreich zur Aufreinigung eingesetzt werden können. Das resultierende Wasser kann dem Prozesswasserkreislauf zugeführt werden. Nach Erhöhung des pH-Werts und ausreichender Verminderung von Wasserhärte sowie Reduzierung der organischen Verunreinigungen kann es auch dem Kesselspeisewasser beigemischt werden.
Dampfkesselhersteller geben detaillierte Spezifikationen für Speisewasser in Anlehnung an die VGB-Richtlinien an (z. B. max. elektr. Leitfähigkeit; Gehalt an Kieselsäure, Natrium und organischen Verbindungen), um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten. Zwangsdurchlaufkessel etwa, die unter hohem Druck von bis zu 290 bar und bei Heißdampftemperaturen von 600 °C betrieben werden, benötigen sehr reines, entsalztes Wasser. Nur so können Korrosion, Verschmutzung und Ablagerungen bzw. eine Beschädigung z. B. von Turbinen vermieden werden.
Übliche Quellen für Speisewasser sind Brunnen- oder Oberflächenwasser, wiederverwendetes Abwasser und Meerwasser. Diese Vielfalt macht deutlich, dass auch die Aufbereitungsschritte individuell konfiguriert werden müssen. Dafür eignet sich unsere Auslegungssoftware LewaPlus®.
Das Kesselspeisewasser wird im Wasser-Dampf-Kreislauf in den meisten Fällen mit Ammoniak konditioniert, um so ein alkalisches Milieu zu schaffen, was dem Korrosionsschutz dient. Trotzdem werden im Betrieb in einem Wasser-Dampf-Kreislauf Verunreinigungen erzeugt, welche zum größten Teil in Form von Ionen in das Kondensat gelangen.
Auch können selbst minimale Leckagen das Eindringen organischer Verbindungen ermöglichen, die dann unter den extremen Druck- und Temperaturbedingungen im Kessel das Korrosionsrisiko erhöhen oder zur Schaumbildung führen. Um die Wiederverwendung des Kondensats als Kesselspeisewasser zu gewährleisten, ist daher in vielen Fällen eine Reinigung mit Ionenaustauschern sinnvoll bzw. notwendig.
