Dow Archieven - Utilities

Watertechnoloog Niels Groot van Dow Terneuzen leidde een ISPT-project naar stoom en condensaatkwaliteit. Als de resultaten van het onderzoek naar filmvormende amines en condensaatbehandeling ook in de praktijk standhouden, kan dit tot forse waterbesparingen leiden.

Een groot deel van het industriële waterverbruik is gerelateerd aan de inzet van stoom. Verhitting van demiwater zorgt voor flexibele en veilige warmteoverdracht bij diverse chemische processen. Na de hitteoverdracht, condenseert het water waarna het wordt teruggeleid naar de stoomketel. Waar de cyclus weer begint. Helaas is deze cyclus eindig. Omdat er altijd wel verliezen zijn, dikt het water in en neemt de warmteoverdracht af. Maar ook vervuiling uit het stoomsysteem zelf vormt een probleem. Vandaar dat stoom-water systemen in de petrochemische industrie slechts veertig tot zestig procent van het condensaat kunnen hergebruiken. Met dat zogenaamde off spec-condensaat gaat niet alleen restwarmte verloren, maar ook kostbaar demiwater.

Om het stoom-watersysteem te beschermen, voegen bedrijven diverse chemicaliën toe die corrosie zoveel mogelijk moeten beperken. Aan de ene kant vermindert dit vervuiling van condensaat door corrosie tegen te gaan. Maar tegelijk kunnen bepaalde hulpstoffen zelf juist voor vervuiling zorgen via de afbraakproducten ervan.

Al enkele decennia maken alkaliserende en filmvormende amines een langzame opmars in het voorkomen van corrosie van stoom- en watersystemen. Dit zijn organische conditioneringsmiddelen, die de pH van het water verhogen en leidingen van een stoomsysteem met een afdichtende laag bedekken. Theoretisch zou behandeling met dit soort producten er toe moeten leiden dat bedrijven hun stoomsystemen beter kunnen bedrijven, met een lagere faalkans.

‘We maakten ons vooral zorgen om de afbraakproducten die zouden kunnen ontstaan.’

Niels Groot, waterspecialist Dow Terneuzen

Filmvormende amines

Dow en de bedrijven op het Chemelot-terrein zijn zeer geïnteresseerd in ontwikkelingen die hun bedrijfsvoering efficiënter en betrouwbaarder kunnen maken. Zij gaan daarbij echter niet over één nacht ijs. Het afbreukrisico is daarvoor eenvoudigweg te groot. Watertechnoloog Niels Groot van Dow Terneuzen leidde een ISPT-project naar stoom en condensaatkwaliteit, dat mede werd gefinancierd door de Topsector Energie. Samen met David Moed van Evides Industriewater en Peter Janssen van Sitech Services kijkt hij terug op een geslaagd onderzoek. ‘Hoewel er in andere toepassingen al goede resultaten zijn behaald met filmvormende amines, is er nog onvoldoende ervaring met onze productieomstandigheden’, zegt Groot. ‘We maakten ons vooral zorgen om de afbraakproducten die zouden kunnen ontstaan bij de hoge temperaturen en drukken waarop Dow, maar ook vele andere chemische bedrijven opereren.’

Chemelot gebruikt al jaren naar tevredenheid Film Forming Amines (FFA), dus hadden de onderzoekers de mogelijkheid praktijkonderzoek te doen. Tegelijkertijd wilde het onderzoekconsortium met de Universiteit van Gent, Evides Industriewater, Sitech Services, ISPT, KWR en Kurita Europe weten in hoeverre het mogelijk was het off spec-condensaat te polishen en her te gebruiken.

Om de kwaliteit van het ketelwater met de FFA te meten, trok het consortium alles uit de kast. Ze gebruikten een keur aan analytische technieken, zoals vloeistofchromatografie-hoge resolutie massa spectometrie, ionenchromatografie, gaschromatografie en massaspectometrie, high performance liquid chromatografie in combinatie met UV fluorescentie en een total organic carbon-bepaling. De combinatie van technieken is nooit eerder ingezet. Verschillende bemonsteringsrondes lieten zien dat er geen afbraakproducten werden gevormd die corrosie zouden kunnen veroorzaken. Daarmee staafden de onderzoekers de ervaringen van Chemelot met wetenschappelijk gevalideerde feiten.

Condensaatbehandeling

De industriewaterspecialisten wilden ook weten in hoeverre het mogelijk was de condensaatstromen te behandelen, zodat ze weer naar de ketel konden worden geleid. Dat zou wel eens goedkoper en milieuvriendelijker kunnen zijn dan steeds weer vers demiwater te voeden. Daarbij maakten ze wel onderscheid tussen licht en zwaar verontreinigde stromen. De lichtvervuilde stromen kwamen met name uit de ketels zelf, terwijl condensaat uit stoomkraakprocessen vaak zwaarder vervuild zijn met organische en anorganische deeltjes.

Voor de eerste stroom testten de onderzoekers van Universiteit Gent een tweetal technieken, met als referentietechniek de inzet van reeds beproefde mengbed Ionenwisselaars. De eerste techniek heet strong acid cation exchange. De installatie wisselt kationen zoals ammonium en natrium in het water om met protonen. Hierna ging het water ook nog eens langs de mengbed ionenwisselaar, waarbij men ook de toename in prestatie van het mengbed toetste.

De tweede techniek die werd getest was actief kool: een biologische koolstoffilter dat organische componenten afvangt. Na deze stap zuiverde een reverse osmosis membraan het water verder en kwam weer de mengbed ionenwisselaar in actie.

Grof gezegd kwam het eerste alternatief, strong acid exchange, als winnaar uit de bus. Hoewel het tweede wel tot een iets betere kwaliteit water leidde, wegen de extra kosten daar niet tegenop.

Hoge investering

Voor het zwaarder vervuilde water vergeleken de onderzoekers Direct Contact Membrane Distillation (DCMD) met biologische behandeling via een membraanbeluchte biofilmreactor (MABR). Ze testten op labschaal DCMD met twee verschillende membraantypen: een hydrofoob en een oleofoob polyethyleen membraan. De watertechnologen maakten zelf een organisch mengsel, dat ze vervolgens met de twee filters zuiverden. Het oleofobe membraan kon ruim 97 procent van de organische componenten verwijderen, terwijl het hydrofobe membraan doorslag vertoonde door wetting. Dit laatste verschijnsel is een bekend probleem van dit soort membranen. Doordat zich water ophoopt, vormt dit een geleider voor de vloeistofstroom die daardoor ongefilterd doorstroomt.

(c) Adobestock

Bij de MABR-route kon men tot 85 procent van de voornaamste verontreinigingen verwijderen. Maar dan was wel een verblijftijd nodig van acht uur per reactor. Aangezien de gewenste verblijftijd van 3,3 uur aanzienlijk korter is, namen ze deze tijd als referentie. En dan was nog maar zestig procent van de TOC verwijderd. Een nabehandeling met reverse osmose en membraandistillatie kon dit wel oplossen. De onderzoekers concludeerden dan ook dat MABR in vergelijking met een conventioneel biologisch actief slib-systeem weliswaar een wezenlijk kleinere fysieke voetafdruk en lagere operationele kosten heeft maar dat de investeringssom wel aanzienlijk hoger is. Daarmee levert het in deze casus nog niet direct een aantrekkelijke oplossing.

Corrosie

Als laatste onderzocht het consortium of de combinatie van bescherming met filmvormende amines en de afbraakproducten daarvan, nog steeds tot goede bescherming zou leiden. Corrosie kan funest zijn voor het volledige stoom-watersysteem. Uiteindelijk konden ze vaststellen dat alleen de vorming van azijnzuur een bedreiging kon vormen. De FFA-doseringen bleken ook gunstig uit te pakken, met inachtneming van potentieel corrosieve afbraakproducten. Uit de metingen bleek dat een beschermende magnetietlaag was gevormd met een hydrofoob oppervlak. De beschermlaag bleek steviger, gladder en meer uniform dan bij gebruik van louter ammoniakconditionering.

Waterbesparing

De onderzoekers hebben meer vertrouwen gekregen in de inzet van FFA’s in de petrochemie. Ook zeggen de consortiumpartners meer inzicht te hebben gekregen in het opwerken van retourcondensaatstromen. Waardoor ze condensaat-polishing efficiënter en kosteneffectiever kunnen ontwerpen.

Dow Benelux in Terneuzen stelde inmiddels samen met Evides Industriewater een opwerkingsfabriek in bedrijf, die is gebaseerd op de combinatie van strong acid cation exchange in combinatie met mengbed Ionenwisselaars. Dow overweegt ook het hergebruik van zwaar verontreinigd condensaat als proceswater. Men is er echter nog niet uit wat de beste techniek hiervoor is. De belofte is echter groot omdat dit jaarlijks ruim één miljoen kuub waterbesparing kan opleveren.