DE4312701C2 - Verfahren zur Regeneration von Ionenaustauschern - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Regenera­ tion von Ionenaustauschern der im Oberbegriff des Anspru­ ches 1 angegebenen Gattung.

Ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten mittels Io­ nenaustauschern ist bekannt. Hier sei als Beispiel auf die DE 30 38 259-C der Anmelderin verwiesen. In dem Buch von H.G. Heitmann "Praxis der Kraftwerk-Chemie", Vulkan-Verlag Essen, 1986, Seiten 134-145, ist eine Vollentsalzungsanlage bekannt, bei der die eingesetzten Ionenaustauscherbetten regelmäßig nach einer bestimmbaren Zeit von den abgeschie­ denen Ionen befreit werden. Diese Regeneration wird im Ge­ genstrom betrieben, wobei die Regenerierchemikalien entge­ gen der beim Beladungsschritt herrschenden Bettdurchströ­ mungsrichtung geführt werden.

Es ist dabei bekannt, die Regenerierchemikalien mit Regene­ rationswasser zu verdünnen, um die benötigte Konzentration einzustellen, wobei als Regenerationswasser mit der Voll­ entsalzungsanlage hergestelltes, vollentsalztes Wasser ein­ gesetzt wird.

Das bei der Regeneration anfallende Wasser, welches die aus den Ionenaustauscherharzen ausgewaschenen Säuren- und Lau­ genreste beinhaltet, wird als Abwasser abgeführt. Nachtei­ lig ist dabei, daß die Abwassermenge je nach Salzgehalt des Rohwassers und der zur Verfügung stehenden Chemikalien bis über 10% des vollentsalzten Wassers betragen kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die bei dem Regenera­ tionsvorgang anfallenden Abwassermengen durch den Chemika­ lienverbrauch eine nicht unerhebliche Belastung der Umwelt darstellen.

Aus "D. Naden, M. Streat, "Ion Exchange Technology", Soc. of chem. Ind./Ellis Horwood Limited (1984) S. 93-105, ist ein "Rinsing" beschrieben, bei dem im Anschluß an die Rege­ neration das Bett mit demineralisiertem Wasser gewaschen wird, wobei über den Verbleib des Waschwassers nichts aus­ geführt ist. Das beim Waschen des Bettes eingesetzte demi­ neralisierte Wasser wird aus dem Kreislauf der wäßrigen SO₂-Regenerationslösung ausgeschleust, die mit Sulfitsalzen beladene und verbrauchte SO₂-Regenerationslösung wird durch Zugabe von CaO auf einen basischen pH-Wert eingestellt, um die Sulfitsalzfracht zu fällen und sie aus dem wäßrigen Trägermedium auszuscheiden.

Aus der DE-OS 15 17 509 ist es bekannt, ein Drittel der bei der Regenerierung aus den Ionenaustauschern abfließenden Regenerationslösung und einen Teil des bei der Waschung ab­ fließenden Waschwassers in einen Behälter zu leiten, um ein Mischwasser zu bilden zur Rückspülung des zu regenerieren­ den Ionentauschers. Ein Nachteil dieses bekannten Verfah­ rens besteht darin, daß sowohl das Wasser für die Herstel­ lung der Regenerationslösung als auch für das Waschwasser selbst als demineralisiertes Wasser eingesetzt werden muß, da lediglich das Rückspülwasser, d. h. eine vergleichsweise geringe Menge, eingespart wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der mit einfachen Mitteln die anfallende Abwassermenge, d. h. sehr große Mengen demineralisiertes Wasser eingespart wird.

Mit einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 an­ gegebenen Gattung wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil des beim Auswaschen mit vollentsalztem Wasser anfallenden Waschwassers in einem Zwischenbehälter gesammelt, zu einer Regenerationslösung mittels Lauge bzw. Säure zusammengestellt und für eine nach­ folgende Regeneration bereitgehalten wird, wobei nach er­ folgter Regeneration die Regenerationslösung dem System ent­ zogen wird.

Mit der Erfindung wird es möglich, einen Teil des Waschwas­ sers als Verdünnungswasser wiederzuverwenden, die ungleich größeren Waschwassermengen zur Herstellung der Regenera­ tionslösung einzusparen, d. h. es werden sehr große Mengen an demineralisiertem Wasser gespart.

Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen.

Zweckmäßig kann es sein, bei der Sammlung des Waschwassers diesem Lauge bzw. Säure zuzumischen, wobei die Zumischung z. B. mittels einer Wasserstrahlpumpe vorgenommen werden kann, damit aufwendige andere Pumpen eingespart werden kön­ nen.

Wird die Förderung der Regenerationslösung aus dem Zwi­ schentank und die Förderung des vollentsalzten Wassers in den Ionenaustauscher mittels einer Kreiselpumpe vorgenom­ men, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht, lassen sich weitere wirtschaftliche Vorteile erzielen.

Grundsätzlich erfolgt erfindungsgemäß eine schrittweise Re­ generation der Ionenaustauscher. Damit erfolgt auch eine entsprechende schrittweise Zubereitung der Regenerations­ lösung. Diese Teilschritte sind erfindungsgemäß die fol­ genden:

• 1. Im ersten Teilschritt verdrängt Regenerationswasser das Wasser aus dem jeweiligen Austauscherbett.
• 2. Im zweiten Teilschritt wird mit der Regenerationslösung, die vorher, d. h. in einem vorangegangenen Regenerations­ zyklus, in dessen dritten Teilschritt zubereitet wurde, das Ionenaustauscherbett regeneriert.
• 3. In dem dritten Teilschritt wird das behandelte Bett von der ihm verbliebenen Regenerationslösung durch Auswa­ schen gereinigt. Ein Teil des gebildeten, mit der ver­ bliebenen Regenerationslösung beladenen Waschwassers wird in einem Tank für die Verwendung im anschließenden Regenerationszyklus gesammelt, wobei ggf. bei der Ver­ bringung in den Tank die benötigten Regenerierungschemi­ kalien zugemischt werden.

Nachfolgend sei ein Vergleichsbeispiel zwischen einer her­ kömmlichen Regeneration und der erfindungsgemäßen Regenera­ tion wiedergegeben:

1. Beispiel nach dem Stand der Technik

Eine Entsalzungsanlage besteht aus Kationenaustauscher-, Anionenaustauscherstufen, und zwar:

• A) Schwach- und starksaure Kationenaustauscher,
• B) Schwach- und starkbasische Anionenaustauscher.

Die Anlage ist so ausgelegt, daß eine Wassermenge von 1840 m³ mit einem Salzgehalt von 9,21 m val/l bei einer Laufzeit von 8 h entsalzt wird. Zu der Entlastung der Anionenstufe ist ein Rieseler installiert.

Die Anlage wird nach dem Aufstromprinzip betrieben und im Gegenstrom regeneriert. Als Regenerierchemikalien stehen Salzsäure und Natronlauge zur Verfügung. Vollentsalztes Wasser wird zur Regeneration verwendet.

Für die Regeneration werden benötigt:
Salzsäure 30%-ig ca. 7.179 kg pro Tag
Natronlauge 50%-ig ca. 3.354 kg pro Tag
Vollentsalztes Wasser ca. 408 m³ pro Tag.

Die Chemikalienmengen sind so bemessen, daß ein neutrales Abwasser entsteht.

2. Beispiel nach vorliegender Erfindung

Die obige Anlage wird wie im Vergleichsbeispiel mit der gleichen Wassermenge und den gleichen Ionenaustauscherhar­ zen betrieben. Die Regeneration wird derart modifiziert, daß ein Teil des Waschwassers, wie zuvor beschrieben, als Verdünnungswasser benutzt wird.

Für die Regeneration werden benötigt:
Salzsäure 30%-ig ca. 7.143 kg pro Tag
Natronlauge 50%-ig ca. 3.327 kg pro Tag
Vollentsalztes Wasser ca. 315 m³ pro Tag.

Die Chemikalien sind so bemessen, daß ein neutrales Ab­ wasser entsteht.

Das Beispiel zeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Verfah­ rensweise und bei gleicher Wassermenge der Chemikalienver­ brauch und der Abwasseranfall reduziert werden.

Bei einer Jahresbetriebszeit von 8.000 Stunden werden ge­ spart:
Salzsäure 30%-ig 12.090 kg pro Jahr
Natronlauge 50%-ig 9.000 kg pro Jahr
Vollentsalztes Wasser 31.000 m³ pro Jahr.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Anlage.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Anlage weist Ionenaustau­ scher 2 auf, wobei es sich um einen Anionenaustauscher, der mit Lauge regeneriert wird, oder einen Kationenaustauscher, der mit Säure regeneriert wird, handeln kann.

Der Ionenaustauscher 2 ist mit einer Zuführleitung 3, be­ stückt mit einer Kreiselpumpe 4, ausgerüstet, die stromab­ wärts mit einer Leitung 5 zur Zuführung vollentsalzten Was­ sers und mit einer darin einmündenden Leitung 6 zur Zufüh­ rung verdünnten Regeneriermittels aus einem Auffangtank 7 versehen ist.

Der mit 8 bezeichnete Abfluß des Ionenaustauschers 2 kann eine mit 9 bezeichnete Abwasserleitung beaufschlagen oder eine mit 10 bezeichnete Waschwasserleitung, die im Auffang­ behälter 7 mündet, wobei im Leitungsweg der Waschwasserlei­ tung 10 eine Wasserstrahlpumpe 11 vorgesehen ist, über die aus einem Säure- bzw. Laugebehälter 12 über die Zuführlei­ tung 13 die entsprechende Chemikalie zugemischt werden kann.

Sieht man vom allerersten Schritt bei Anfahren der Anlage bzw. beim ersten Regenerationsschritt ab, ergibt sich die Regeneration in der Weise, daß in dem ersten und zweiten Schritt mit Hilfe der Pumpe 4 die verdünnte Regenerierche­ mikalie aus dem Zwischentank 7 über die Leitung 3 dem Ionenaustauscher 2 zugeführt und dabei im Behälter befind­ liches Wasser über die Abwasserleitung 9 verdrängt wird. Bei der Regenerierchemikalie handelt es sich um eine ent­ sprechende Regenerationslösung, der aus dem Behälter 12 Säure bzw. Lauge je nach Art des Ionenaustauschers zuge­ mischt wurde. Nach Durchströmen des Austauschers wird die­ ses Regenerierwasser dem Abwasser zugeführt.

In einem dritten Schritt wird mit vollentsalztem Wasser der Austauscher ausgewaschen, wobei ein Teil der sich bildenden Abwassermenge in den Zwischenbehälter 7 unter Zumischung entsprechender Mengen an Lauge bzw. Säure eingebracht wird und damit zunächst dem Regenerationszyklus zur Verfügung steht.

Claims (3)

1. Verfahren zur Regeneration von Ionenaustauschern, insbeson­ dere bei Speisewasser-Aufbereitungsanlagen für Dampferzeu­ ger in Kraftwerken oder in Ammoniak-Syntheseanlagen, wobei bei der Regeneration der Ionenaustauscher die Restchemika­ lien mit vollentsalztem Wasser ausgewaschen werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des beim Auswaschen mit vollentsalz­ tem Wasser anfallenden Waschwassers in einem Zwischenbehäl­ ter gesammelt, zu einer Regenerationslösung mittels Lauge bzw. Säure zusammengestellt und für eine nachfolgende Rege­ neration bereitgehalten wird, wobei nach erfolgter Regenera­ tion die Regenerationslösung dem System entzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischung der Lauge bzw. Säure beim Füllen des Zwischentanks durch das Waschwasser selbst mittels einer Wasserstrahlpumpe vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderung des vollentsalzten Wassers in den Ionen­ austauscher und die Förderung der Regenerationslösung aus dem Zwischentank mit einer Kreiselpumpe vorgenommen wird.