Anlagenbau & Prozesstechnik

Die Lösung für Industrieabwassersole

Hochdruckoxidationsprozess zur Reduzierung des TOC-Gehalts von Soleabwässern

18.05.2022 - Die SeaBrine-Technologie zur Aufbereitung von kontaminiertem Industriewasser ist ein nasskatalytisches Oxidationsverfahren bei hoher Temperatur und hohem Druck für Soleströme mit bis zu 15.000 mg/l TOC-Gehalt und 23-Gew.-% NaCl-Gehalt. Es wird bereits erfolgreich in Epichlor­hydrin- und Epoxidharz-Produktionsanlagen bis zu einer Kapazität von 80 m³/h eingesetzt.

Das Soleaufbereitungsverfahren wurde von Kanzler Verfahrenstechnik (KVT) in Österreich entwickelt, um verunreinigtes Industriewasser, das für biologische Kläranlagen toxisch ist, zu behandeln und die gereinigte Sole zur Verwendung in anderen Verfahren zurückzugewinnen. Im Allgemeinen enthält die verunreinigte Sole Salz in hohen Konzentrationen und organische Verunreinigungen (Kohlenwasserstoffe, Sauerstoff, Stickstoff und chlorierte Verbindungen). Die SeaBrine-Technologie zielt auf maximale Energierückgewinnung und geringen bis gar keinen Abfall ab. Der Prozess gliedert sich in Vorbehandlung, Hochdruckoxidation und Katalysator-Recyclingeinheit. Ein Nebenproduktmanagement ist möglich, um projektspezifische Anforderungen zu erfüllen.

Die Technologie ist vor allem dann von Vorteil, wenn sehr niedrige TOC-Werte von bis zu 7 ppm in den zu reinigenden Solen erforderlich sind. Gereinigte Natriumchlorid-Sole wird in C/A-Elektrolyse-Anlagen als Rohmaterial wiederverwendet.
Mit Entwicklung der SeaBrine-­Technologie kann folgendes eingespart werden:

  • Kosten für Rohsalz und dessen Logistik
  • Kosten für die Reinigung der Rohsole
  • Kosten für die Abwasseraufbereitung

In der Vorbehandlung wird der pH-Wert der Sole mit Natronlauge oder Salzsäure eingestellt. Typische Vorbehandlungsschritte sind Filtration und AOX-Reduktion, um Verstopfungen bzw. Korrosion zu verhindern. Weitere Vorbehandlungsschritte werden je nach der Verunreinigung der Rohsole und den Anforderungen des Kunden installiert.

Natriumchlorid-Sole wird zusätzlich von Schwermetallen gereinigt, um die Grenzwerte für die Elektrolyse einzuhalten. Im Hochdruckoxidationsverfahren (HPO) selbst werden die Schwermetalle nicht reduziert, lediglich die Katalysator-Ionen werden über Ionenaustauscher nach der HPO entfernt. Die Reduzierung der Schwermetalle kann je nach TOC-Gehalt entweder vor oder nach der HPO erfolgen. Bei Solen mit hohem TOC-Gehalt (> TOC 5.000) muss sie nach der TOC-Reduktion erfolgen.

In der Hochdruckoxidation wird ein homogener Katalysator verwendet, der mit Sole und dem Oxidationsmittel vermischt wird. Die Sole wird auf einen Druck von über 60 bar gebracht und in einem Rekuperator auf 200–230 °C vorgewärmt, wobei die Wärme der gereinigten Sole stromabwärts des Reaktors genutzt wird. Die endgültige Betriebstemperatur von über 260 °C wird durch die exotherme Oxidationsreaktion erreicht. Bei der Oxidation reagieren organische Verbindungen zu CO2, Chlorwasserstoff und Ammoniak. Die gereinigte Sole wird druckentlastet, und die Wärme wird zum Vorheizen zurückgewonnen. Je nach den organischen Verbindungen in der Rohsole wird eine weitere Behandlung der Gasphase oder der Sole durchgeführt. Im Prozess ist ein NaOH-Wäscher installiert, um das HCl aus dem Abgas zu entfernen. Flüssige und gasförmige Abfälle werden zu einer Reststoffverbrennungsanlage weitergeleitet.

Die Oxidationsrate beträgt > 99 %. Die Sole nach der Oxidationseinheit hat einen TOC-Wert von < 7 mg/l, was innerhalb der Spezifikation für die Chlor-Alkali-Elektrolyse liegt.

Der Katalysator wird von der Salzlösung getrennt, um den Katalysatorkreislauf zu schließen. Der pH-Wert wird eingestellt, und die Sole wird durch Sedimentation und Ionenaustausch bis zu einem Grenz­wert von < 0,1 mg/l behandelt. Der Katalysator aus beiden Schritten wird in die Rohsole zur Oxidation zurückgeführt.

In bestehenden industriellen HPO-Anlagen wird der Katalysator mit einem Klärbecken und einer Zentrifuge entfernt. In einer Versuchsanlage wird aktuell die Filtra­tion als ein weniger wartungsintensiver Prozessschritt getestet. Ein Vorteil der Filtration ist die höhere Katalysatorkonzentration, die im Katalysatorkreislaufstrom erreicht werden kann, was in Folge zu einer Senkung der Investitions- und Betriebskosten führt.

Elektrolyseanlagen, die mit Membrantechnologie arbeiten, benötigen eine hohe Reinheit der Solezufuhr. Gleichzeitig stellen Abwassersole aus Epichlorhydrin-, Epoxidharz-, Propylenoxid- und anderen Prozessen in der chemischen Industrie ein großes Problem für Kläranlagen dar.

Wettbewerbsfähige Prozesse:

  • Biologische Behandlung: Um eine solche Sole in einer biologischen Abwasserbehandlung zu betreiben, ist eine Verdünnung um den Faktor 20–50 erforderlich. Daher ist die Möglichkeit sehr begrenzt.
  • Kristallisation: Die Kristallisation der Sole ist eine weitere Möglichkeit. Allerdings müssen sowohl das abgetrennte Salz als auch das verbleibende Wasser in einer zweiten Stufe des Prozesses gereinigt werden.
  • Eindampfen: Mit einem erhöhten Salzgehalt kann der gereinigte Solestrom zwar direkt in die Elektrolyse eingeleitet werden, wobei aber die 7 mg/l TOC-Grenze für die Elektrolyseanforderung beachtet werden muss.

Andere chemische Behandlungen haben einen sehr geringen Wirkungsgrad, gleichzeitig macht der hohe Verbrauch an Chemikalien und Energie eine Behandlung unwirtschaftlich.

Autorin

 

„Die SeaBrine-Technologie zielt auf maximale Energierückgewinnung und geringen bis gar keinen Abfall ab.“

 

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