Störungsfreie Messung des pH-Werts in Sole in korrosiven Umgebungen
Korrosive Prozessumgebungen sind nicht neu für jemanden, der mit Chloralkali-Herstellungsprozessen vertraut ist, bei denen Natriumhydroxid/Natronlauge (NaOH) durch Elektrolyse einer Salzlösung (Sole) erzeugt wird. Hersteller in verschiedenen Branchen, die Sole verwenden, müssen tatsächlich häufig pH-Messgeräte ersetzen, nachdem diese durch Korrosion und andere Faktoren vergiftet oder verstopft wurden. (hier geht es zum ersten Teil der Blog-Artikel-Serie)
Das muss aber nicht so sein. Dieser zweite Artikel in dieser Reihe geht der Frage nach, warum Korrosion ein Problem für herkömmliche pH-Messgeräte ist – aber kein Problem für innovative Differential-pH-Messgeräte darstellt.
Die Bedeutung der pH-Messung in Salzlösungen
Die Bedeutung der pH-Messung in SalzlösungenDa die Salzlösung einer Elektrolyse unterzogen wird, um Chlor, Natriumhydroxid und Wasserstoff zu erzeugen, muss zur Prozessoptimierung der Säuregrad genau gemessen werden. Die Chemikaliendosierung wird auf der Grundlage der pH-Messungen geregelt; die Dosierung von Chemikalien wird daher nicht korrekt sein, wenn die pH-Messungen ungenau sind.
Durch erfolgreiches Messen, Überwachen und Einstellen des pH-Werts in der Sole können die Betreiber der Anlage die Prozesseffizienz verbessern, die Wartungsaktivitäten minimieren und Betriebsstörungen verhindern.
Korrosive Bedingungen beeinträchtigen die konventionelle pH-Messung
Bei Chloralkali-Herstellungsprozessen werden korrosive Materialien verwendet und produziert: Salzsäure (HCl) zersetzt Metalle, während gelöstes Chlor (Cl2) Kunststoffe und Elastomere angreift. Bei Messgeräten verkürzen diese Bedingungen die Lebensdauer der Sensoren durch Beläge auf dem Diaphragma und Verstopfung. Zudem führen die Prozesschemikalien häufig zu Verätzungen der Glasmembran und Vergiftung der pH-Sensoren.
Die Materialauswahl spielt eine wichtige Rolle für die Lebensdauer des Sensors. Zu den gängigen Materialien in herkömmlichen pH-Messgeräten gehören der Kunststoff Polyvinylidenfluorid (PVDF), Teflon™-Perfluoralkoxy (PFA) und General-Purpose-Glas. Jedes dieser Materialien widersteht zu einem gewissen Grad der Korrosion. Aber die eigentliche Lösung liegt in der Konstruktion und der Ausführung des Sensors und des Messgeräts insgesamt.
Chlorhaltige Sole kann durch das poröse Diaphragma in den pH-Sensor eindringen, was zu einer Vergiftung des Referenzelements aus Silber/Silberchlorid (Ag/AgCl) führt und die interne Kaliumchlorid-(KCl-)Elektrolytlösung verändert. Dies kann dazu führen, dass das Messgerät reaktionsträge oder ungenau wird. Druckbeaufschlagte Doppelkammersysteme und Salzbrückenausführungen können helfen, aber die einzige Möglichkeit, das Problem erfolgreich zu bekämpfen, ist die Suche nach Lösungen mit alternativen Referenzsystemen.
Auch Erdschleifenströme beeinflussen Elektrolyseanlagen. Chlorsalzlösungen werden oft in der Nähe der Elektrolysezellen gemessen, wo sehr hohe Ströme vorhanden sind, die im pH-Sensorstromkreis Erdschleifenströme verursachen und die Lebensdauer verkürzen.
Wenn die Erdung des Analysators und des Sensors nicht ordnungsgemäß durchgeführt wird, gibt es mehrere Erdungspunkte. So nämlich an den beiden Sensoren, am Analysator und an der Prozessleitung. Dadurch erzeugt eine Potenzialdifferenz einen Strom, der durch den Referenzsensor fließt und diesen zerstört.
Innovation führt zur Differenz-pH-Messung
In einer kürzlich geschlossenen Partnerschaft wurde zwischen Yokogawa und einem Anwender von pH-Messgeräten ein innovativer Weg erarbeitet, um ein langlebiges, genaues und konsistentes pH-Messgerät zu entwickeln, das für korrosive Bedingungen geeignet ist.
Diese Co-Innovation führte unter anderem dazu, dass auf das herkömmliche pH-Referenzsystem verzichtet werden konnte. Dennoch sind dabei stabile, genaue und zuverlässige pH-Messungen möglich. Die neue Lösung kombiniert die Messtechnik einer Natrium-sensitiven Elektrode mit einer konventionellen pH-Messelektrode. Hier kommt auch die Robustheit des Wide-Body-Sensors FU20 von Yokogawa ins Spiel. Die Referenz des Sensors ist vollständig in einem chemisch und temperaturbeständigen Glas untergebracht und bietet einen mV-Ausgang. Dieser entspricht der Kationenkonzentration des Prozesses.
Durch diese Differenzelektrodentechnik wird ein Diaphragma überflüssig. So ist eine Vergiftung der Ag/AgCl-Referenz ausgeschlossen. Und es können auch keine Beläge oder Verstopfungen 
auftreten. Der Prozess hat somit keinen Einfluss auf den Elektrolyten.
Daraus folgt: Die Wartungskosten werden reduziert, da weniger Besuche vor Ort erforderlich sind. Außerdem sind die Messungen durchweg genauer, was zu weniger Zwischenfällen führt.
Als nächstes in der Artikelreihe
Die immer wieder auftretenden hohen Temperaturen in vielen Salzlösungen sollten den Betrieb des pH-Messgerätes nicht beeinträchtigen.
Für hilfreiche Tipps zur Verlängerung der Lebensdauer des pH-Sensors laden Sie das E-Book Lebensdauer von pH-Sensoren von Yokogawa herunter, um Hinweise und Tipps zu erhalten.
