Vom Dampf zur Energieneutralität

Trinatriumphosphat & Natriumsulfit in der Kesselchemie – Pufferung, O₂-Bindung, Risiken & Steuerstrategien

In industriellen Wasser-Dampf-Kreisläufen spielen Trinatriumphosphat (Na₃PO₄) und Natriumsulfit (Na₂SO₃) zentrale, aber unterschiedliche Rollen:
Na₃PO₄ sorgt für Alkalisierung, Pufferung und die Härteführung; Na₂SO₃ dient als Sauerstofffänger, um gelösten O₂ vor Eintritt in den Kessel zu entfernen. In Kombination lassen sich Korrosion, Ablagerungen und Effizienzverluste deutlich reduzieren – vorausgesetzt, Dosierung und Regelung sind sauber abgestimmt. ^[1]

Hinweis: Während Na₃PO₄ v. a. pH und Härte adressiert, wirkt Na₂SO₃ direkt gegen O₂-Korrosion. Beide Funktionen ergänzen sich, sind aber getrennt zu überwachen (PO₄-Trend vs. Rest-Sulfit/Rest-O₂). ^[1]

Na₃PO₄: Chemische Grundlagen, Pufferwirkung & Funktionen

Na₃PO₄ (Trinatriumphosphat) ist das Natriumsalz der Phosphorsäure. In Wasser stellt sich das Gleichgewicht Na₃PO₄ + H₂O ⇌ Na₂HPO₄ + OH⁻ ein – dadurch wird Alkali freigesetzt und der pH-Wert stabil angehoben. Phosphationen dienen zugleich als Puffer gegen Säure-/Base-Schwankungen. ^[1]

In der Kesselpraxis verfolgt die Phosphatbehandlung drei Ziele: pH-Stabilisierung, Härtebindung (Ca/Mg → weicher Schlamm statt harter Skalen) und Ablagerungsmanagement über gezielten Blowdown. ^[1]

Kritische Phänomene sind Phosphat-Hideout (scheinbares „Verschwinden“ von PO₄ bei Lastspitzen und Rückkehr bei Lastabsenkung) und die saure Phosphatkorrosion (APC) unter Ablagerungen bei ungünstigem Na/PO₄-Verhältnis. ^[2][3]

Na₂SO₃: Sauerstoffbindung, Stöchiometrie & Kinetik

Natriumsulfit (Na₂SO₃) reagiert mit gelöstem Sauerstoff zu Natriumsulfat (Na₂SO₄): Na₂SO₃ + \u00BD O₂ → Na₂SO₄. Die bewährte Stöchiometrie: 7,88 mg Na₂SO₃ pro 1 mg O₂ (theoretisch), in der Praxis meist mit Sicherheitsaufschlag. ^[4]

Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit Temperatur und lässt sich durch katalysiertes Sulfit (z. B. Co-Katalysatoren) um Größenordnungen erhöhen – so wirkt Sulfit auch in kühleren Bereichen zuverlässiger. ^[5][6]

Gleichzeitig erhöht Sulfit die Leitfähigkeit/TDS (Sulfatbildung) und eignet sich deshalb weniger für Anwendungen mit strengen Dampfreinheitsanforderungen. ^[5]

Tipp: Für kulinarischen Dampf (Lebensmittelkontakt) ist die Additivliste nach 21 CFR § 173.310 zu prüfen; Sulfit unterliegt dort klaren Einschränkungen. ^[7][8]

Systemintegration: Phosphat- & Sulfitprogramme sinnvoll kombinieren

Ein robustes Programm trennt die Ziele: Na₃PO₄ für pH/Puffer/Härte im Kessel, Na₂SO₃ als O₂-Fänger im Speisewasser/Entgaserabgang (vor Eintritt in den Kessel). So wird Rest-O₂ zuverlässig gebunden, während der Kessel selbst mit stabiler Phosphatführung gefahren wird. ^[1][11]

Bei Hochdruck-/HRSG-Anlagen sind Hideout und APC zu beherrschen (Na/PO₄ ≥ 3:1, pH ≥ 9, Trendüberwachung). Für den O₂-Teil kann je nach Reinheitsanforderung statt Sulfit ein flüchtiger Scavenger (z. B. DEHA) gewählt werden, um TDS-Einträge zu vermeiden. ^[2][3][11]

Dosierung & Monitoring – praxisnahe Leitplanken

Phosphatführung (Na₃PO₄): Üblich ist ein kleiner PO₄-Überschuss im Kesselwasser, gesteuert nach PO₄-Trend, pH und Blowdown. In Lastwechseln Hideout/Return berücksichtigen (PO₄-Trend, Na/PO₄-Verhältnis). ^[1][2]

Sulfitführung (Na₂SO₃): Dosierung stöchiometrisch am Rest-O₂ ausrichten; im Anlauf oder nach Stillständen ggf. Stoßdosierung. Nachweis per iodometrischer Titration (KI-Iodat) oder geeigneten Schnelltests; parallele Online-O₂-Messung empfehlenswert. ^[4][9][10]

Katalysiertes Sulfit beschleunigt die O₂-Reaktion besonders in kühleren Zonen und bei kurzzeitigen Lufteinträgen; Katalysatorbindung (z. B. kationisches Harz) verhindert Metall-Carryover. ^[5][6]

Grenzen, Nebenwirkungen & Compliance

Phosphatprogramme: Risiko von APC unter Ablagerungen bei ungünstigem Na/PO₄; Hideout führt zu Mess-/Regelabweichungen. Abhilfe: gereinigte Oberflächen, abgestimmtes Na/PO₄, Trend- und Temperaturführung. ^[2][3][11]

Sulfitprogramme: TDS/Leitfähigkeit steigen (Sulfat); für kulinarischen Dampf (Lebensmittelkontakt) gelten Additivgrenzen – häufig werden dort flüchtige Scavenger bevorzugt. Zudem auf pH-Einfluss achten: Metabisulfit (bisulfit) wirkt eher ansäuernd, Sulfit eher alkalisierend; Rohwasser-Alkalität berücksichtigen. ^{[5][7][8][12]}

In Hochdruckkesseln zeigt Sulfit teils langsamen Verbrauch bzw. eingeschränkte Wirksamkeit; Auswahl und Platzierung des Scavengers (Sulfit vs. flüchtig) ist druck-/reinheitsabhängig zu bewerten. ^[13]

Fazit – Zwei Bausteine, ein Ziel: Korrosionsfreiheit & Effizienz

Na₃PO₄ stabilisiert pH, puffert und steuert Härteablagerungen; Na₂SO₃ entfernt Rest-O₂ – zusammen bilden sie ein belastbares Fundament für korrosionsarmen und effizienten Betrieb. Entscheidend sind eine präzise Regelung (Na/PO₄, PO₄-Trend, pH, Blowdown) und ein sauberes O₂-Management (Stöchiometrie, Katalyse, Monitoring) – abgestimmt auf Druckstufe, Reinheitsanforderung und Lastprofil. ^[1][2][4][5]

Quellen & Rechtlicher Hinweis

Disclaimer (Stand: 13. Oktober 2025):
Diese Informationen beschreiben anerkannte Prinzipien der Phosphat- und Sulfitführung in Kessel-/Speisewassersystemen.
Anforderungen an pH, Na/PO₄, Rest-O₂, Reinheit und Dosierpunkte sind anlagenspezifisch festzulegen.
Prüfen Sie stets regulatorische Vorgaben (z. B. 21 CFR § 173.310 für kulinarischen Dampf).
Diese Seite ersetzt keine individuelle technische oder rechtliche Beratung.