Eutectic Freeze Crystallisation
Erwin Beerendonk
KWR Watercycle Research Institute
030 60 69 669
erwin.beerendonk@kwrwater.nl
Het doel van dit project is het vaststellen van de haalbaarheid van EFC voor de behandeling van regeneraat ionenwisseling zoals toegepast voor DOC-verwijdering / ontkleuring en van ontharding (m.n. drinkwater en water gerelateerde toepassingen in de industrie) door middel van onderzoek op semi industriële pilotschaal onder praktijkcondities.
Technologie
EFC is een veelbelovende techniek voor de verwerking van geconcentreerde zoutoplossingen. Idealiter is het zoutgehalte nabij de saturatiegrens, bij lagere gehalten is een concentratiestap vereist om op een dergelijk niveau te komen. De techniek is inmiddels op kleine schaal bewezen. Het te verwachten kostenniveau is daarbij aantrekkelijk ten opzichte van alternatieven als verdamping gevolgd door kristallisatie. De volgende stappen voor verdere ontwikkeling van de EFC technologie zijn onderzoek onder praktijkcondities, onderzoek naar verdere opschaling in een continu-proces en bepalen van de toepassingsmogelijkheden vanuit het perspectief van de eindgebruiker.
Dit TKI-project sluit aan bij het lopende project gericht op het modelleren van EFC via TTIW / Wetsus (participatie van Vewin, Evides Industriewater (EIW) en EFC Separations).
Uitdaging
In dit TKI project wordt een viertal opbrengsten gerealiseerd:
- Inventarisatie van water gerelateerde (industriële) toepassingen van IEX, en het vaststellen van het mogelijke “operating window” voor de te realiseren semi–industriële pilot. Tevens wordt gekeken naar de mogelijke herbruikbare residuals en de valorisatie daarvan;
- Realisatie van een semi-industriële pilot installatie;
- Op locatie wordt de werking van EFC onder praktijkcondities experimenteel bepaald met behulp van de pilot;
- Op basis van de resultaten wordt de feasibility van EFC voor genoemde toepassingen vastgesteld in vergelijking met alternatieve methoden.
Oplossing
De inventarisatie van water gerelateerde (industriële) toepassingen van IEX en het vaststellen van de ontwerpcondities van de semi-industriële pilot zijn afgerond. De pilot is gerealiseerd door EFC Separations en gebruikt voor batch- en continu onderzoek op de EIW locatie DWP Botlek met het verbruikte regeneraat voor de terugwinning van de overmaat regeneratie zout (NaCl). Kristallisatie van het zout vindt plaats bij het eutectische punt van -21°C en 23,3%. De pilot is voorzien van een verbeterde kristallisator met een capaciteit van 50 – 200 kg ijs per uur en een nieuwe settler waardoor ijs- en zoutkristallen efficiënter van elkaar gescheiden kunnen worden.
De pilot is enige weken continu in bedrijf geweest waaruit de volgende conclusies en aanbevelingen kunnen worden getrokken:
- Het verlies aan koude was de belangrijkste uitdaging gedurende de pilot testen. Bijvoorbeeld het smelten van ijs op het bandfilter, smelten van ijs tijdens transport naar het bandfilter en smelten van filtraat van de bandfilters door warmte van de vacuümpompen. Er zijn verschillende opties om het koude verlies te voorkomen bij toepassing van de technologie in de praktijk.
- De efficiëntie van de installatie kan worden verbeterd door gebruik te maken van nieuwere koelmachines met hogere energie efficiëntie. Daarnaast kunnen verschillende energiebesparende maatregelen leiden tot hogere efficiëntie.
- Middels het wassen van ijs en zoutkristallen, op kleine schaal uitgevoerd, wordt een goede kwaliteit product (zowel zout als ijs) worden verkregen.
De economische haalbaarheid voor het toepassen van EFC om ionenwisselingsregeneraat te verwerken en hergebruiken is vastgesteld door een behandelingsscenario met EFC te vergelijken met een scenario op basis van “state of the art” processen (verdamping en kristallisatie). Uit de economische analyse blijkt dat de kosten voor beide scenario’s ongeveer gelijk zijn met een klein voordeel qua operationele kosten voor het scenario met EFC. De operationele kosten zijn iets lager omdat de kosten voor energie en afvoer van reststromen lager zijn en omdat in het scenario met EFC sprake is van een kostenvoordeel door hergebruik van zout.
Samenvattend kan worden geconcludeerd dat EFC potentieel (zowel technisch als economisch) kan worden toegepast voor de verwerking van regeneraat van ionenwisseling. Hierbij dient te worden opgemerkt dat de volgende stap naar een geautomatiseerd continu proces nog moet worden gemaakt.
Naast behandeling van de regeneraatstromen van ionenwisseling, zijn er vele andere waterige zoute afvalstromen die in potentie behandeld kunnen worden met EFC. De toenemende aandacht voor milieuvriendelijke verwerking en/of duurzaam hergebruik van afvalstromen biedt goede kansen voor de toepassing van EFC.