AT344737B - Verfahren und einrichtung zur reduktion von natriumsulfat zu natriumsulfid - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Reduktion von Natriumsulfat zu Natriumsulfid, insbesondere bei der   Schwefelsäure- und Natriumhydroxyd-Rückgewinnung   in der Viskosefaserherstellung. 



   Bei der Viskosefaserherstellung fällt derzeit viel Natriumsulfat an, welches aus Wirtschaftlichkeitsgründen nicht zurückgewonnen, sondern als Abfallprodukt, insbesondere als Füllmaterial für Waschmittel, betrachtet wird. So wirkt das Natriumsulfat bzw. Glaubersalz umweltbelastend. 



   Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, die Umweltbelastung durch Natriumsulfat zu reduzieren, indem aus dem Natriumsulfat Verbindungen zurückgewonnen werden, die in den Prozess der Viskosefaserherstellung wieder einsetzbar sind, wobei das Natriumsulfat zu Natriumsulfid reduziert und schliesslich über Zinkoxyd zu Natriumhydroxyd und über das   Rösten   des Zinksulfids zu Schwefelsäure umgesetzt wird. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass staubförmiges Natriumsulfat in feinverteilter Form in eine Brennkammer eingebracht und bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Natriumsulfids aufgeschmolzen sowie unter reduzierender Atmosphäre, insbesondere in Gegenwart von Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffen, zu Natriumsulfid reduziert wird. Insbesondere wird das Natriumsulfat mittels eines Trägergases vorzugsweise in den reduzierenden Teil einer Brennerflamme eingeblasen. Das Natriumsulfat kann auch in gelöster Form in die heisse reduzierende Atmosphäre eingespritzt werden.

   Gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal wird die Reduktion des Natriumsulfats zu Natriumsulfid in einem Schmelzkammerdampferzeuger durchgeführt, wobei die Reduktionsgase am Austritt aus der Schmelzkammer beim Eingang in den eigentlichen Dampferzeuger gezündet, verbrannt und anschliessend abgekühlt werden. Vorzugsweise wird in die Brennkammer mit stöchiometrischer Verbrennung zur Erzeugung einer reduzierenden Atmosphäre ein gasförmiges Reduktionsmittel, wie   z. B.   ein erhitzter Kohlenwasserstoff, insbesondere als Träger für das Natriumsulfat eingeblasen. 



   Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine als Schmelzkammer ausgebildete Brennkammer, deren Boden als Sammelgefäss für das Natriumsulfid ausgebildet ist, eines Dampferzeugers vorgesehen ist, in welchem durch Zuführung von Sekundärluft die Abgase der Brennkammer verbrannt und über Heizflächen geführt und abgekühlt werden. Insbesondere weist die Brennkammer Deckenbrenner auf, in welchen der Brennstoff unvollständig verbrennt und das Natriumsulfat der Flamme zugeführt wird. Vorzugsweise weist die Brennkammer Deckenbrenner mit stöchiometrischer Verbrennung und Düsen auf, durch welche das Natriumsulfat entweder mit einem Kohlenwasserstoff als Trägergas oder eine Lösung bzw. Suspension von Natriumsulfat in einem flüssigen Kohlenwasserstoffgemisch eingeblasen wird.

   Insbesondere sind die Düsen für den Natriumsulfatträger auf die Brennerflamme gerichtet. Vorzugsweise ist seitlich am Boden der Brennkammer eine Durchtrittsöffnung zu den nachgeschalteten Heizflächen der Dampferzeugeranlage vorgesehen und weist insbesondere der Boden der Brennkammer Düsen zur Einblasung von Inertgas, insbesondere von Abgasen aus der Feuerung des Dampferzeugers, auf. 



   Die Erfindung ist in der Zeichnung und an Hand eines Beispiels schematisch dargelegt. 



   Die Zeichnung zeigt einen Zweikammerdampfkessel im Aufriss. Die erste Kammer des Dampfkessels ist als Brennkammer-l-vorgesehen, die als Schmelzkammer ausgebildet ist, der die eigentliche   Dampfkesselanlage --2-- nachgeschaltet   ist. In der Brennkammer-l-werden die Gase nur teilweise ausgebrannt und werden in der   Dampfkesselanlage --2-- nachverbrannt,   wozu eventuell eine eigene Feuerung --11-- vorgesehen ist. Zur restlosen Verbrennung der Abgase der Brennkammer-l-wird der   Dampfkesselanlage-2-Sekundärluft-4-zugeführt.   Die nun vollständig verbrannten Abgase werden durch   Heizflächen --3-- bis   auf Kamintemperatur abgekühlt. Die Brennkammer-l-weist Deckenbrenner - auf, in welchen ein Brennstoff, wie z. B. Methan, stöchiometrisch oder unvollkommen verbrannt wird.

   Der Verbrennungsluft des   Deckenbrenners --5-- kann   eventuell das staubförmige Natriumsulfat feinkörnig zugeführt werden. In der Brennkammer-l-werden die Natriumsulfatpartikel aufgeschmolzen und durch die reduzierende Atmosphäre in Natriumsulfid umgewandelt. Die Reaktion erfolgt hiebei von der Oberfläche des Partikels in das Innere desselben, wobei das erzeugte Natriumsulfid in flüssiger Form anfällt. Das flüssige Natriumsulfid wird am Boden --7-- der Brennkammer, welcher trichterförmig ausgebildet ist, gesammelt und bildet somit einen Ausgangsstoff, der in bekannter Weise zu Natriumhydroxyd und Schwefelsäure umgesetzt werden kann.

   In der Nähe des Bodens --7-- weist die Zwischen- 

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   wandung --8-- zwischen   der Brennkammer-l-und der Dampfkesselanlage --2-- eine Durchtrittsöffnung --9-- auf, durch welche das teilweise noch nicht verbrannte Abgas in den Dampfkessel zu seiner restlosen Verbrennung eingeführt wird. 



   Da die Brenner --5-- normalerweise mit stöchiometrischer Verbrennung arbeiten oder die Verbrennung mit geringfügigem Luftunterschuss ermöglichen und in der Brennkammer eine stark reduzierend wirkende Atmosphäre bei hoher Temperatur zur Umwandlung des Natriumsulfats in das flüssige Natriumsulfid benötigen, werden zweckmässigerweise in der Nähe der   Brenner --5-- Düsen --6--   angeordnet, durch welche das Natriumsulfat mit einem kohlenwasserstoffhältigen Träger in die Brennkammer, vorzugsweise in Richtung zur Flamme, eingesprüht wird. Der kohlenwasserstoffhältige Träger kann dabei Erdgas oder auch ein flüssiger Kohlenwasserstoff sein, wobei im letzteren das Natriumsulfat in gelöster Form Verwendung findet. 



   Durch die Reduktion des Natriumsulfats wird ein Teil der reduzierend wirkenden Bestandteile der Atmosphäre aufgebraucht, trotzdem ist das aus der   Brennkammer --1-- abströmende   Abgas brennbar und 
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 ausgebrannten Abgase werden an den Nachschaltheizflächen der   Dampferzeugeranlage --2-- abgekühlt   und schliesslich nach ihrer Reinigung in die freie Atmosphäre abgeblasen. Die Nachschaltung des Dampfer-   zeugers--2--ermöglicht   eine weitestgehende Ausnutzung der Abwärme und Rückgewinnung der entsprechenden Energie des Natriumsulfat-Reduktionsprozesses. 



   Die am Boden der Brennkammer sich sammelnde Schmelze enthält neben Natriumsulfid auch geringe Mengen Natriumsulfat und elementaren Kohlenstoff. Zur Erzielung eines möglichst reinen Natriumsulfids wird die Schmelze durch Einblasen von Inertgas in die Schmelze durchmischt, wodurch eine Nachreaktion des elementaren Kohlenstoffes mit dem Natriumsulfat unter Bildung von Natriumsulfid eintritt. Gegebenenfalls kann dem Inertgas auch zusätzlich Natriumsulfat beigemischt werden, um den Kohlenstoffgehalt der Schmelze zu senken. Als Inertgas wird vorzugsweise ein Teil der Feuerungsabgase verwendet. Der elementare Kohlenstoff stammt aus der unvollkommenen Verbrennung in der als Schmelzkammer ausgebildeten Brennkammer. 



     Beispiel :   Aus den Spinnbädern einer Zellstoffkunstfaserfabrik fallen stündlich zirka 6 t Natriumsulfat an. Aus der Chemikalienbilanz des Gesamtbetriebes ergibt sich, dass hievon etwa 50% nach ihrer Spaltung in den Produktionsprozess zurückgeführt werden können. Es werden daher 3 t/h Natriumsulfat mit einer Korngrösse von 0, 2 mm in die Reduktionszone eines Schmelzkammerkessels eingeblasen und überwiegend zu Natriumsulfid reduziert. Die Schmelzkammer hat eine Temperatur von etwa 1000 bis 1100 C, die Schmelze beinhaltet etwa 95% Natriumsulfid, während der Rest überwiegend aus nicht reduziertem Natriumsulfat besteht. Entsprechend der Reduktionsgleichung 
Na2S04 + 2 C = Na2S + 2 CO2 fallen stündlich etwa 1600 kg Natriumsulfid an, die mit etwa 80 kg Natriumsulfat verunreinigt sind.

   Durch Umsatz mit Zinkoxyd und Auslaugen können daraus unter Berücksichtigung von Verlusten zirka 1550 kg Natronlauge erzeugt werden, denen das nicht umgesetzte Glaubersalz als Verunreinigung zuzurechnen ist. 



  Die Natronlauge wird nach entsprechender Nachbehandlung den Spinnbädern wieder zugeführt. 



  Reaktionsgleichung :   Na2S   + ZnO + H20 = 2 NaOH + ZnS. 



  Das hiebei anfallende Zinksulfid kann durch Röstung unter Abgabe von Schwefeldioxyd in Zinkoxyd umgewandelt werden. Das hiebei frei werdende S02 kann zur Aufstärkung der Kochsäure oder auch zur Schwefelsäuregewinnung verwendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Reduktion von Natriumsulfat zu Natriumsulfid, insbesondere bei der Schwefel- säure- und Natriumhydroxyd-Rückgewinnung in der Viskosefaserherstellung, dadurch ge- k e n n z eic h n e t, dass staubförmiges Natriumsulfat in feinverteilter Form in eine Brennkammer eingebracht und bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Natriumsulfids aufgeschmolzen sowie der Einwirkung einer reduzierenden Atmosphäre, insbesondere von Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffen, unterworfen wird. EMI3.1 Natriumsulfat mittels eines Trägergases unmittelbar in den reduzierenden Teil einer Brennerflamme eingeblasen wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässerige Lösung von Natriumsulfat in die heisse reduzierende Atmosphäre eingespritzt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion des Natriumsulfats zu Natriumsulfid in einem Schmelzkammerdampferzeuger durchgeführt wird, wobei die Reduktionsgase am Austritt aus der Schmelzkammer beim Eingang in den eigentlichen Dampferzeuger gezündet, verbrannt und anschliessend abgekühlt werden.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Brennkammer mit stöchiometrischer Verbrennung zur Erzeugung einer reduzierenden Atmosphäre als gasförmiges Reduktionsmittel ein erhitzter Kohlenwasserstoff, der gleichzeitig als Träger für das Natriumsulfat dient, eingeblasen wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze in der Brennkammer zur Verbesserung der Reinheit durch Einblasen von Inertgas, vorzugsweise von Feuerungsabgasen, in turbulente Bewegung gebracht wird, wodurch die Nachreaktion von dem das Natriumsulfid verunreinigenden elementaren Kohlenstoff und Natriumsulfat zu Natriumsulfid beschleunigt wird.

   7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Schmelzkammer ausgebildete Brennkammer (1), deren Boden (7) als Sammelgefäss für das Natriumsulfid ausgebildet ist, eines Dampferzeugers (2) vorgesehen ist, in welchem durch Zuführung von Sekundärluft (4) die Abgase der Brennkammer (1) verbrannt und über Heizflächen geführt und abgekühlt werden. EMI3.2 Brennkammer (1) Deckenbrenner (5) aufweist, in welchen der Brennstoff unvollständig verbrennt und das Natriumsulfat der Flamme zugeführt wird. EMI3.3 Brennkammer (1) Deckenbrenner (5) mit stöchiometrischer Verbrennung und Düsen (6) aufweist, durch welche das Natriumsulfat mit einem Kohlenwasserstoff als Trägergas bzw.

   eine Lösung oder Suspension von Natriumsulfat in einem flüssigen Kohlenwasserstoffgemisch eingeblasen wird.

   10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (6) für den Natriumsulfatträger auf die Brennerflamme gerichtet sind.

   11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich am Boden der Brennkammer (1) eine Durchtrittsöffnung (9) zu den nachgeschalteten Heizflächen (3) der Dampferzeugeranlage (2) vorgesehen ist. EMI3.4