<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung von Natriumkarbonat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Natriumkarbonat durch Karbonatisierung von salzhaltigen Ätznatronlösungen im Erzeugungsvorgang einer Ammoniaksodafabrik.
Die beträchtlich zunehmende Anzahl von Anlagen zur Elektrolyse von Natriumchlorid und die Zunahme der Kapazität dieser Anlagen haben zur Suche nach neuen Anwendungsmöglichkeiten des so erzeugten Ätznatrons geführt.
Aus diesem Grunde hat die Karbonatisierung von Ätznatronlaugen zur Gewinnung von Natriumkarbonat besonderes Interesse gefunden.
Es sind schon verschiedene Verfahren für die Karbonatisierung von Ätznatronlaugen, wie sie bei der Elektrolyse von Kochsalz in Diaphragmenzellen bzw. in Zellen mit beweglicher Quecksilberkathode erhalten werden, vorgeschlagen worden. Alle diese Verfahren beruhen auf der Anwendung von gasförmigem Kohlensäureanhydrid als Karbonatisierungsmittel.
Bei allen bekannten Verfahren erfolgt die Karbonatisierung mittels Kohlensäure in Gegenwart grosser Wassermengen, die von den Ätzalkalilaugen herstammen. Dieses Wasser muss notwendigerweise von dem Natriumkarbonat nach dem Auskristallisieren desselben abgetrennt werden. Die Hydratisierung des Natriumkarbonates zum Monohydrat, die im allgemeinen im Verlaufe der Karbonatisierung erfolgt, reicht indessen nicht aus, um das gesamte aus den Laugen stammende Wasser zu binden. Man muss daher eine wässerige, an Natriumkarbonat gesättigte Phase abtrennen, was die Wiedergewinnung der Lösungen und einen entsprechenden Energieaufwand für deren Verdampfung erfordert.
Anderseits wird bei der Erzeugung von Ätznatron und Chlor durch Elektrolyse von Kochsalzlösungen in Diaphragmenzellen keine solche Umwandlung des Natriumchlorids in Natriumhydroxyd ermöglicht, die höher als 60% ist. Infolge dieser unvollständigen Umwandlung enthalten die Ätznatronlaugen ausser dem Natriumhydroxyd noch bedeutende Mengen an Natriumchlorid.
Es wurden bereits verschiedene Verfahren zur Abtrennung des Natriumchlorids von den Ätznatronlaugen und zur Wiedereinführung des Kochsalzes in die Elektrolysenzelle vor dem Beginn der Karbonatisierung der Ätznatronlösung vorgeschlagen. Diese Methoden sind jedoch kostspielig.
Es wurde nun gefunden, dass Ätznatronlaugen, die von der Kochsalzelektrolyse in Diaphragmenzellen herstammen, leicht und wirtschaftlich im Erzeugungsvorgang des Ammoniaksodaprozesses karbonatisiert werden können, ohne dabei das Wasser entfernen und das Kochsalz von den Ätznatronlaugen abtrennen zu müssen.
Das verbesserte Verfahren, das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, besteht daher darin, dass man zur Gewinnung von Natriumkarbonat mit erhöhter Gesamtausbeute aus salzhaltigen Ätznatronlösungen diese Lösungen gemeinsam mit ammoniakalischen Solen im Erzeugungsvorgang der Ammoniaksodafabrikation karbonatisiert, das dabei ausgefällte Natriumbikarbonat abtrennt und dieses Bikarbonat in der zur Gewinnung von Natriumkarbonat bekannten Weise behandelt.
Als Ätznatronlösungen, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren karbonatisiert werden können, dienen insbesondere die von der Kochsalzelektrolyse in Diaphragmenzellen herstammenden Lösungen.
Diese Laugen bestehen aus wässerigen Lösungen von Natriumhydroxyd, die noch bedeutende Mengen von nicht umgesetztem Natriumchlorid enthalten.
Einer der Vorteile der Erfindung liegt darin, dass es nicht notwendig ist, die Ätznatronlösungen vor der Karbonatisierung zu konzentrieren. Sie können in dem Zustand, wie sie anfallen, zur Beschickung eines Karbonatisierungsgefässes dienen, ohne dass man vorher besondere Operationen zur Verdampfung des Wassers und zur Reinigung von Natriumchlorid anwenden müsste.
Eine besonders wichtige Ausführungsform besteht darin, dass man die Ätznatronlaugen direkt in einer Karbonatisierungskolonne im Verlaufe des Ammoniaksodafabrikationsprozesses karbonatisiert. Tatsächlich wurde festgestellt, dass sich diese Karbonatisierung den einzelnen Stufen des Solvay-Soda-Prozesses besonders gut eingliedern lässt.
Gemäss dem Verfahren werden die Ätznatronlösungen in ein kontinuierlich arbeitendes Karbonatisiergefäss eingeführt, in welchem die Gesamtmenge des Natriumhydroxyds und ein wesentlicher Teil des begleitenden Natriumchlorids in Natriumbikarbonat umgewandelt werden. Bei Änderung der Arbeitsbedingungen in der Ammoniaksodafabrik durch Einsetzen entsprechender Mengen von Kohlensäuregas
<Desc/Clms Page number 2>
und Ammoniak und unter Beibehaltung der üblichen Temperaturbedingungen wurde beobachtet, dass man die Gesamtausbeute der Umwandlung des Natriumchlorids beträchtlich steigern kann.
Insbesondere wird bei Zuführung zusätzlicher Ammoniakmengen bei der Karbonatisierung erreicht, dass man den Umwandlungsgrad des Natriumchlorids stark erhöhen kann. Dieser kann von ungefähr 60% ohne zusätzliche Ammoniakzufuhr auf mehr als 80% gesteigert werden, indem man die vorhandene Ammoniakmenge ungefähr auf das Doppelte ihres Wertes bringt.
Das so erhaltene Natriumbikarbonat ist identisch mit jenem, welches unter normalen Arbeitsbedingungen einer herkömmlichen Ammoniaksodafabrik erhalten wird. Nach dem Abtrennen und Trocknen wird das Natriumbikarbonat zur Erzeugung von Natriumkarbonat durch Kalzinieren nach einem bekannten Verfahren verwendet.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt es in sehr vorteilhafter Weise, den Grundaufwand je Tonne des erzeugten Endproduktes beträchtlich herabzusetzen. Wenn man die Ätznatronlauge in ein normalerweise mit ammoniakalischer Sole beschicktes Karbonatisiergefäss einführt und dabei die Mengen an Kohlensäureanhydrid und Ammoniak derart einstellt, dass eine höhere Gesamtumwandlung an Natriumchlorid bewirkt wird, so lässt sich eine klare Verminderung des Verbrauches an Wasserdampf und Kalk sowie eine deutliche Herabsetzung der Verluste an nicht umgewandeltem Natriumchlorid feststellen.
Weitere Ersparnisse können durch Vorkarbonatisierung der Ätznatronlauge in Diaphragmenzellen mit Hilfe von Restgasen aus der Ammoniaksodafabrik erzielt werden. Diese Gase, die normalerweise in die Atmosphäre abgelassen werden, enthalten 5 bis 10% Kohlendioxyd, das verlorengeht. Die Vorkarbonatisierung der Ätznatronlaugen mit Hilfe dieser Gase erlaubt eine vollständige Wiedergewinnung des darin enthaltenen Kohlendioxyds.
Während die bekannten Verfahren zur Wiedergewinnung der maximal möglichen Menge an Natriumhydroxyd aus Ätznatronlaugen bestimmt sind, insbesondere durch Abtrennung des begleitenden Natriumchlorids, besteht ein Hauptvorteil des erfindungsgemässen Verfahrens darin, dass nicht nur die Gesamtheit des vorhandenen Ätznatrons umgewandelt, sondern auch der Hauptteil des Natriumchlorids umgesetzt wird, u. zw. dadurch, dass man dieses Verfahren in den Prozess für die Ammoniaksodagewinnung einbaut.
Ausserdem ist festzustellen, dass, nach Durchführung der verschiedenen Vorgänge, die zur Gewinnung von Natriumkarbonat führen, die zurückbleibenden Flüssigkeiten verhältnismässig geringe Mengen an löslichen Salzen enthalten und dass sie infolgedessen die Wässer, in die sie abgeleitet werden, beträchtlich weniger verunreinigen.
Die Erfindung ist im einzelnen unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele weiter erläutert, die lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dienen, deren Tragweite aber nicht begrenzen ; die Erfindung kann, ohne deren Rahmen zu verlassen, in zahlreichen Varianten verwirklicht werden.
Beispiel 1 : Die Karbonatisierung wird direkt in der Fällapparatur für Natriumbikarbonat ausgeführt, die gewöhnlich in den Ammoniaksodafabriken angewendet wird.
In den Oberteil eines Karbonatisierungsturmes von 2, 75 m Durchmesser werden folgende Lösungen eingeführt.
EMI2.1
jener Lösung ist, wie sie im üblichen Erzeugungsprozess von Ammoniaksodafabriken verwendet wird ; sie enthält 20 Gew.-% NaCl, 4, 5 Gew.-% CO2 und 7 Gew.-% NHg ; die Temperatur dieser Flüssigkeit liegt bei 40 C.
In den Mittelteil des Karbonatisierungsturmes werden 2950 Nm3/h eines Kalkofengases mit 40 Vol.-% CO2 eingeführt.
Am Bodenteil des Turmes werden 1110 Nm3fh an praktisch reinem CO, eingeführt, das von der Trocknung von Bikarbonat herstammt.
Am obersten Teil des Turmes entweicht ein nicht absorbiertes Gas, welches inerte Bestandteile (1770 m/h), CO2 (250 m/h) NHg (400 m3/h) und Wasserdampf (60 m3fh) enthält.
Bei Aufrechterhaltung einer ausreichenden Kühlung kann man am Boden des Turmes eine Mischung von der Art einer dicken Suppe abziehen, die vollkommen analog der in einer normalen Sodafabrik erhältlichen Masse ist, eine Temperatur von ungefähr 25 C aufweist sowie etwa folgende Zusammensetzung hat :
EMI2.2
<tb>
<tb> NaHC03, <SEP> gefällt <SEP> 7915 <SEP> kg/h
<tb> NH, <SEP> HCO" <SEP> gefällt <SEP> 320 <SEP> kg/h
<tb> klare <SEP> Flüssigkeit <SEP> 8135 <SEP> kg/h
<tb>
EMI2.3
Wenn man diese breiartige Masse filtriert und den erhaltenen Kuchen kalziniert, so erhält man 5000 kg/h Natriumkarbonat, das in jeder Hinsicht mit dem in den Ammoniaksodafabriken erhältlichen Produkt identisch ist.
Beispiel 2 : Dieses Beispiel zeigt, wie die Karbonatisierung der von den Diaphragmenzellen stammenden Ätzalkalilaugen im Rahmen einer Sodafabrik ausgeführt werden kann und welche Änderungen die einzelnen Stufen dieses Fabrikationsganges erfahren.
<Desc/Clms Page number 3>
In der angeschlossenen Zeichnung zeigt die Figur in vereinfachter schematischer Darstellung die Kombination einer Sodafabrik mit einer Diaphragmenelektrolysezelle und veranschaulicht, wo die Karbonatisierung stattfindet.
Die gereinigte Sole wird in zwei Teile geteilt, von welchen der eine in die Batterie 1 der Diaphragmenelektrolysenzelle und der andere Teil in die Sodafabrik geschickt wird. Der letztgenannte Teil strömt der Reihe nach durch einen Turm 2 zum Waschen der bei der Karbonatisierung verbliebenen Restgase und durch einen Scrubber 3 für die Ammoniakabsorption und gelangt dann in einen Karbonatisierungsturm 4, in welchem auch die aus den Diaphragmenelektrolysenzellen kommende Lauge eingeleitet wird. In diesem Turm wird die Karbonatisierung mit Hilfe von Kohlendioxyd ausgeführt, das von Kalköfen über Trockner 6 zugeleitet wird. Die Aufschlämmung von gefälltem Natriumbikarbonat wird am Fusse des Karbonatisierungsturmes 4 abgezogen und über ein Filter 5 geschickt, in welchem das Bikarbonat abgetrennt wird.
Die Kalzinierung dieses Bikarbonats im Trockner 6 liefert das Natriumkarbonat. Die vom Filter kommende klare Flüssigkeit wird zur Wiedergewinnung des Ammoniaks in das Destillationsgefäss 7 geleitet und dieser Ammoniak im Kreislauf wieder in das Absorptionsgefäss 3 zurückgeführt.
In das Karbonatisierungsgefäss 4 werden 2000 kg salzhaltige Ätznatronlauge und 6770 kg ammoniakalische Solelösung, die praktisch identisch mit der in den normalen Sodafabriken angewendeten Sole ist, eingeführt. Die von der Kochsalzelektrolyse in Diaphragmenzellen kommende Ätznatronlösung enthält 11 Gew.-% Natriumhydroxyd und 15 Gew.-% Natriumchlorid.
Die wesentlichen Angaben betreffend den Verbrauch und die Erzeugung der verschiedenen Verbindungen nach dem erfindungsgemässen Verfahren sind in der nachfolgenden Tabelle in den mit 1 bezeichneten Spalten angegeben ; die Tabelle stellt eine Gewichtsbilanz der Hauptstufen des Fabrikationsganges für Soda dar.
Zu Vergleichszwecken sind in den Spalten 2 Angaben aufgenommen worden, die sich auf eine unter denselben Bedingungen normal arbeitende Sodafabrik der üblichen Art beziehen.
Tabelle :
EMI3.1
<tb>
<tb> Verfahrensstufe <SEP> Ergebnis <SEP> der <SEP> Verfahrensstufe
<tb> 1. <SEP> Absorption <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> Sole <SEP> NaCl <SEP> 1. <SEP> 447 <SEP> 1. <SEP> 447 <SEP> Ammoniakalische
<tb> H20 <SEP> 4. <SEP> 341 <SEP> 4. <SEP> 341 <SEP> Sole <SEP> NaCl <SEP> 1. <SEP> 447 <SEP> 1. <SEP> 447 <SEP>
<tb> Destillationsgas <SEP> CO2 <SEP> 297 <SEP> 264 <SEP> CO2 <SEP> 297 <SEP> 264
<tb> NH3 <SEP> 506 <SEP> 420 <SEP> NH3 <SEP> 506 <SEP> 420
<tb> H20 <SEP> 179 <SEP> 149 <SEP> H20 <SEP> 4. <SEP> 520 <SEP> 4. <SEP> 490 <SEP>
<tb> 6. <SEP> 770 <SEP> 6. <SEP> 621 <SEP> 6. <SEP> 770 <SEP> 6. <SEP> 621 <SEP>
<tb> 2. <SEP> Karbonatisierung <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP>
<tb> Ammoniakalische <SEP> Gefälltes <SEP> BikarboSole <SEP> NaCI <SEP> 1. <SEP> 447 <SEP> 1. <SEP> 447 <SEP> nat <SEP> NaHC03 <SEP> 2. <SEP> 300 <SEP> 1.
<SEP> 585 <SEP>
<tb> CO2 <SEP> 297 <SEP> 264
<tb> NH3 <SEP> 506 <SEP> 420 <SEP> Klare <SEP> Flüssigkeit <SEP> NH4Cl <SEP> 1. <SEP> 171 <SEP> 1. <SEP> 010 <SEP>
<tb> H20 <SEP> 4. <SEP> 520 <SEP> 4. <SEP> 490 <SEP> NaCI <SEP> 465 <SEP> 342
<tb> CO2 <SEP> 297 <SEP> 222
<tb> Ätznatronlauge <SEP> NaCl <SEP> 300-NH3 <SEP> 134 <SEP> 100
<tb> NaOH <SEP> 220 <SEP> H20 <SEP> 5. <SEP> 611 <SEP> 4. <SEP> 150 <SEP>
<tb> H20 <SEP> 1. <SEP> 480 <SEP> - <SEP>
<tb> Karbonatisierungsgas <SEP> CO2 <SEP> 1.208 <SEP> 788
<tb> 9. <SEP> 978 <SEP> 7.409 <SEP> 9.978 <SEP> 7.409
<tb> 3. <SEP> Destillation <SEP> l <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> Klare <SEP> Flüssigkeit <SEP> Zur <SEP> Absorption <SEP> gevon <SEP> der <SEP> Karbo- <SEP> langendes <SEP> Gas <SEP> CO2 <SEP> 297 <SEP> 264
<tb> natisierung <SEP> NH4Cl <SEP> 1. <SEP> 171 <SEP> 1.
<SEP> 010 <SEP> NH3 <SEP> 506 <SEP> 420
<tb> NaCl <SEP> 465 <SEP> 342 <SEP> H20 <SEP> 179 <SEP> 149
<tb> CO2 <SEP> 297 <SEP> 222 <SEP> Verbleibende
<tb> NH3 <SEP> 134 <SEP> 100 <SEP> Flüssigkeit <SEP> NaCl <SEP> 465 <SEP> 342
<tb> H20 <SEP> 5. <SEP> 611 <SEP> 4. <SEP> 150 <SEP> CaC12 <SEP> 1. <SEP> 216 <SEP> 1. <SEP> 048 <SEP>
<tb> Waschwasser <SEP> von <SEP> H20 <SEP> 10. <SEP> 294 <SEP> 7. <SEP> 830 <SEP>
<tb> der <SEP> Filtration <SEP> H20 <SEP> 650 <SEP> 450
<tb> Kalkmilch <SEP> CaO <SEP> 614 <SEP> 529
<tb> H2O <SEP> 2. <SEP> 035 <SEP> 1.750
<tb> Wasserdampf <SEP> H2O <SEP> 1.980 <SEP> 1.500
<tb> 12. <SEP> 957 <SEP> 10.053 <SEP> 12.957 <SEP> 10.053
<tb>
<Desc/Clms Page number 4>
Aus der Tabelle ergibt sich, dass unter den Arbeitsbedingungen der beiden Versuche der Grundbedarf je Tonne des Endproduktes vorteilhaft vermindert ist.
Tatsächlich nimmt der Dampfverbrauch bei der Destillation von 1500 kg/t Na2C03 in der normalen Sodafabrik auf 1364 kg/t Na2C03 für eine in Kombination mit einer Zufuhr von Ätznatronlauge arbeitende Sodafabrik ab, während sich die entsprechenden Mengen an verwendetem Kalk von 529 auf 423 kg/t Na2C03 vermindern.
Im übrigen wird der Verlust an nicht umgewandeltem Natriumchlorid im Verlaufe des Fabrikationsprozesses wesentlich herabgesetzt, u. zw. auf 320 kg/t Na2C03 an Stelle von 342 kg/t bei der normalen Sodafabrik. Wenn im Falle der "kombinierten Sodafabrik"diese Verminderung des Salzverlustes unter den Arbeitsbedingungen des Beispiels 22 kgft an Natriumkarbonat nicht überschreitet, so ist demgegenüber darauf hinzuweisen, dass bei der Elektrolyse der Verlust an Chlor in Form von Natriumchlorid auf Null herabgesetzt wird. Tatsächlich wird das in der Ätznatronlauge gelöste Natriumchlorid in der Sodafabrik verbraucht, woraus sich ergibt, dass die Diaphragmenzellen unter den Bedingungen einer Maximalausbeute, bezogen auf Chlor, funktionieren.
Es ist wichtig festzustellen, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren die Verunreinigung der Wässer, in welche die bei der Sodafabrikation zurückbleibenden Flüssigkeiten abgeleitet werden, merklich vermindert wird. Die erhaltenen Resultate zeigen, dass die Menge der in den Abwässern in Form von Natriumchlorid und Kalziumchlorid vorhandenen löslichen Salze auf 232 kg/t Na2C03 herabgesetzt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Natriumkarbonat aus salzhaltigen Ätznatronlösungen, dadurch gekennzeichnet, dass man salzhaltige Ätznatronlösungen gemeinsam mit ammoniakalischen Salzlösungen im Erzeugungsvorgang der Ammoniaksodafabrikation karbonatisiert, das ausgefällte Natriumbikarbonat abtrennt und dieses Bikarbonat in bekannter Weise zur Gewinnung von Natriumkarbonat behandelt.