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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umwandlung von Rückstandsprodukten des Solvay-Prozesses, insbesondere von Ammoniumchlorid oder Calciumchlorid, in ökologisch unbedenkliche bzw. industriell verwertbare Endprodukte.
Der Solvay-Prozess dient der Soda-Erzeugung (Natriumcarbonat, Na2C03) und zählt zu einem der wichtigsten grossindustriellen, anorganisch-chemischen Verfahren. Soda wird in grossen Mengen beispielsweise in der Glaserzeugung, Seifen-und Waschmittelindust- rie, Zellstoff- und Papierindustrie sowie in der chemischen Industrie benötigt und zählt somit zu den wichtigsten anorganischen Chemikalien.
Im Solvay-Prozess reagieren im Endeffekt Natriumchlorid und Kalk zu Soda und Calciumchlorid entsprechend der unten angeführten Gleichung (6), wobei Ammoniak als rückgewinnbarer Reaktionsvermittler auftritt. Die Grundidee liegt in der Schwerlöslichkeit des Natriumhydrogencarbonats im Vergleich zu Ammoniumhydrogencarbonat.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Reaktionsgleichungen (1) bis (6) die wichtigsten Schritte des Solvay-Prozesses erörtert. Zunächst wird einer gesättigten Natriumchloridlösung
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bonats erhält man Soda (3) und Kohlendioxid, das wiederum für Schritt (1) zur Verfügung steht. Der übrige Bedarf an Kohlendioxid wird durch Brennen von Kalk gewonnen (4). Die Rückgewinnung des Ammoniaks erfolgt durch Umsetzung mit dem aus Schritt (4) erhaltenen Calciumoxid (gebrannter Kalk).
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2NH3 <SEP> + <SEP> 2C02 <SEP> + <SEP> 2H2O <SEP> ei <SEP> 2NH4HCO3 <SEP> (1)
<tb> 2NH4HC03 <SEP> -t- <SEP> 2NaHC03 <SEP> + <SEP> 2NH4C1 <SEP> (2)
<tb> 2NaHC03- > <SEP> 2Na2C03 <SEP> + <SEP> H20 <SEP> + <SEP> CO2 <SEP> (3)
<tb>
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<tb>
<tb> CaCOa- > <SEP> CaO <SEP> + <SEP> C02 <SEP> (4)
<tb> 2NH4C1 <SEP> + <SEP> CaO <SEP> --7 <SEP> 2NH3 <SEP> + <SEP> CaC12 <SEP> + <SEP> H20 <SEP> (5)
<tb> 2NaCl <SEP> + <SEP> CaCOa- <SEP> NasCOa <SEP> + <SEP> CaC12 <SEP> (6)
<tb>
Das Solvay-Verfahren bzw. der Solvay-Prozess ist in ökologischer Hinsicht nicht völlig unbedenklich. So fällt Calciumchlorid als Abfallprodukt an, das in der Industrie und Technik kaum Anwendung findet.
Wasserfreies Calciumchlorid wird beispielsweise im Labor als Trocknungsmittel verwendet. Seine hohe Affinität zu Wasser kann auch bei der Salzstreuung von Strassen ausgenutzt werden, indem dem Streusalz in geringem Ausmass Calciumchlorid beigemengt wird. So kann das Streusalz indirekt über die Luftfeuchtigkeit befeuchtet werden und hat dann bessere Haftungseigenschaften sowohl auf Eis als auch auf der Strasse, wo es im trockenen Zustand leicht vom Wind vertragen werden könnte. Unvermischt könnte Calciumchlorid bei grosser Kälte als Streumittel'eingesetzt werden, wo Natriumchlorid aufgrund der extremen Kälte keine Gefrierpunktserniedrigung mehr zeigen würde.
Es fällt im Solvay-Prozess jedoch mehr Calciumchlorid an, als durch diese beispielhaft genannten, eingeschränkten Nutzungsmöglichkeiten verbraucht werden kann, weshalb nach wie vor der grösste Teil der Calciumchloridlösung als Abfall verworfen und beispielsweise in nahegelegene Gewässer geleitet wird. Dieses Einleiten erfolgt üblicherweise oberflächennah, da sich die Calciumchloridlö- sung leichter mit dem Wasser durchmischen kann. Dadurch wird verhindert, dass die schwerere Lösung zum Gewässergrund sinkt und sich dort in höheren Konzentrationen ansammeln kann, was schwere ökologische Schäden bewirken könnte.
Trotzdem ist diese Vorgangsweise eines Einleitens der Calciumchloridlösung in ein Gewässer ökologisch günstiger als auf den nicht unbedingt erforderlichen Schritt (5) des Solvay-Prozesses zu verzichten und den eigentlichen Abfallstoff Ammoniumchlorid in ein
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Gewässer einzuleiten, was eine Überdüngung eines betroffenen Gewässers zur Folge hätte.
Ein grosser ökonomischer Nachteil des Solvay-Verfahrens entsprechend dem eingangs geschilderten Verfahren liegt im Umstand, dass das gesamte potentiell wertvolle Chlor (id) in Form von Calciumchlorid als Abfall verloren geht. Auch der Grossteil des weniger wertvollen Calciums steht nach dem Prozess nicht mehr in nutzbarer Form zur Verfügung.
Im Zusammenhang mit einer Behandlung bzw. Umwandlung von Rückstandsprodukten des Solvay-Prozesses ist es darüber hinaus beispielsweise aus der DE 43 08 bekannt geworden, CO2 aus Verbrennungsabgasen unter Einsatz des Calciumchlorids aus dem Solvay-Prozess abzutrennen, wobei jedoch auch für diesen Einsatzzweck vergleichsweise geringe Mengen des im Solvay-Prozess entstehenden Calciumchlorids genutzt werden können und somit wiederum lediglich geringe Mengen, wie beispielsweise oben im Zusammenhang mit dem Einsatz als Streusalz aufgezeigt, nicht einer Beseitigung beispielsweise durch Einleiten in Gewässer unterworfen werden.
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, Rückstandsprodukte des Solvay-Prozesses, insbesondere Ammoniumchlorid und gegebenenfalls Calciumchlorid, in industriell verwertbare und/oder ökologisch unbedenkliche Endprodukte überzuführen, so dass der Anfall von Abfallprodukten im Solvay-Prozess vermindert und günstigerweise vollkommen vermieden werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgaben ist das Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstandsprodukte chemisch und/oder thermisch unter Bildung von Chlorwasserstoff umgesetzt werden. Dadurch, dass erfindungsgemäss die Rückstandsprodukte des Solvay-Prozesses, insbesondere das anfallende Ammoniumchlorid und/oder das bei der derzeit bekannten Verfahrensführung des Solvay-Prozesses zur Vermeidung von Ammoniumchlorid anfallende Calciumchlorid weiter unter Bildung von Chlorwasserstoff umgesetzt werden, lässt sich zum einen nicht nur der Anfall der Rückstandsprodukte Ammoniumchlorid und/oder Cal-
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ciumchlorid, welche die oben ausführlich erörterten Nachteile, insbesondere bei einer Beseitigung durch Einleiten in Gewässer, aufweisen, vermeiden,
sondern es lässt sich darüber hinaus auch ein wirtschaftlich verwertbares Endprodukt in Form von Chlorwasserstoff, welcher einer Vielzahl von Nutzungsmöglichkeiten, zum Beispiel der Umsetzung zu Chlor im Deacon-Verfahren, zugeführt werden kann, erzielen. Es lassen sich somit durch die erfindungsgemäss vorgeschlagene Verfahrensführung nicht nur gegebenenfalls bestehende ökologische Bedenken betreffend die Entsorgung von Abfallprodukten bzw. Rückstandsprodukten des Solvay-Prozesses in der derzeitigen Verfahrensführung vermeiden, sondern es lässt sich gleichzeitig unter Einsatz von einfachen Verfahrens führungen ein ökonomisch wertvolles und verwertbares Produkt in Form von Chlorwasserstoff herstellen, wobei dies ermöglicht, die ökonomische Gesamtbilanz des Solvay-Prozesses weiter zu verbessern.
Einleitend wurde ausführlich die Problematik im Zusammenhang mit Schritt (4) und (5) des derzeitigen Solvay-Prozesses erörtert, wobei ausgeführt wurde, dass der Einsatz von für sich gesehen wertvollem Calciumoxid insbesondere für eine Vermeidung eines übermässigen Anfalls von Ammoniumchlorid vorgenommen wird.
Anstelle dieser derzeit üblichen Verfahrensführung unter Einsatz von Calciumoxid des Solvay-Prozesses wird gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens vorgeschlagen, dass Ammoniumchlorid zuerst mit Magnesiumoxid zu Ammoniak und Magnesiumchlorid umgesetzt wird und das in der ersten Stufe gewonnene Magnesiumchlorid, insbesondere Magnesiumchlorid-Hexahydrat, in der Hitze durch innere Hydrolyse zu Magnesiumoxid und Chlorwasserstoff umgesetzt wird.
Es ist hiebei davon auszugehen, dass das erfindungsgemäss verwendete Magnesiumoxid ein durch seine Rückgewinnbarkeit vorteilhafterer Einsatzstoff zu in etwa vergleichbaren Kosten im Vergleich zu dem bei der derzeit bekannten Verfahrensführung verwendeten Calciumoxid ist, wobei darüber hinaus das anstelle von Calciumchlorid entstehende Magnesiumchlorid beispielsweise in der Baustoffindustrie ein wichtiger Bestandteil
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des sogenannten Sorel-Zements ist und somit ebenfalls ökonomisch nutzbringend verwertet werden kann.
Darüber hinaus fällt, wie oben bereits angeführt, der ebenfalls ökonomisch verwertbare Chlorwasserstoff an, so dass bei dieser bevorzugten Verfahrensführung im Gegensatz zu der derzeit bekannten Verfahrensführung nicht nur theoretisch unbegrenzt rückgewinnbare Einsatzstoffe verwendet werden können, sondern anstelle des derzeit lediglich ökologisch bedenklich zu entsorgenden Calciumchlorids neben dem ökonomisch verwertbaren Chlorwasserstoff auch ein weiteres, ökonomisch verwertbares Endprodukt in Form von Magnesiumchlorid anfällt. Die Gewinnung des Magnesiumoxids erfolgt analog der in Gleichung (4) beschriebenen C02-Gewinnung im Solvay-Prozess durch Brennen von Magnesiumcarbonat anstatt Calciumcarbonat. Das anfallende Kohlendioxid wird in bewährter Form im Solvay-Prozess verarbeitet.
Für eine besonders einfache und zuverlässige Verfahrensführung wird im Zusammenhang bevorzugt vorgeschlagen, dass die Hydrolyse mit dem Kristallwasser des Magnesiumchlorid-Hexahydrats bei Temperaturen über 200 C, insbesondere über 230 C, durchgeführt wird.
Alternativ zu der oben vorgeschlagenen Behandlung von Ammoniumchlorid unter Umsetzung mit Magnesiumoxid wird gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens vorgeschlagen, dass Ammoniumchlorid mit Schwefelsäure zu Ammoniumsulfat und Chlorwasserstoff umgesetzt wird. Ein derartiges Umsetzen von Ammoniumchlorid mit Schwefelsäure führt neben dem wiederum ökonomisch verwertbaren Chlorwasserstoff darüber hinaus zu dem wertvollen Dünger bzw. Düngemittelbestandteil Ammoniumsulfat, welches wiederum ökonomisch verwertbar ist. Somit ergibt sich auch bei dieser alternativen Verfahrensführung, dass anstelle der ökologisch bedenklichen Abfallprodukte Ammoniumchlorid bzw.
Calciumchlorid unter Einsatz von Schwefelsäure wiederum neben dem ökonomisch verwertbaren Chlorwasserstoff auch ein weiteres, ökonomisch verwertbares Endprodukt in Form von Ammoniumsulfat erhältlich ist.
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Für eine besonders günstige Umsetzung auch in grossindustriellem Massstab wird gemäss einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass zur Umsetzung konzentrierte, wenigstens 90 %-ige, insbesondere 95 - 98 %-ige, Schwefelsäure eingesetzt wird. Die konzentrierte Schwefelsäure hat einerseits durch ihre geringere Neigung zur Korrosion weniger problematische Transporteigenschaften, andererseits erzeugt sie beim Mischen mit wässrigen Lösungen hohe Temperaturen, welche zum Austreiben des Chlorwasserstoffs nötig sind.
Für eine besonders einfache, quantitative Entfernung zur Durchführung einer ersten Fällung wird gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass Schwefelsäure im Überschuss, insbesondere 3 bis 10 %-igen Überschuss, zur Fällung von Ammoniumsulfat und zum quantitativen Austreiben von Chlorwasserstoff eingesetzt wird, wobei sich ein dabei auftretendes Aufheizen der Lösung sowie eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts erzielen lässt, wobei gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen wird, dass zur weiteren Fällung von Ammoniumsulfat Ammoniak in die schwefelsaure Ammoniumsulfatlösung eingeleitet wird.
Alternativ zu einer Umsetzung des im Rahmen des Solvay-Prozesses anfallenden Ammoniumchlorids wird gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass Ammoniumchlorid durch Einleiten von Ammoniak aus der Rückstandslösung des Solvay-Prozesses ausgefällt wird und das feste Ammoniumchlorid nach seiner Abtrennung in Ammoniak und Chlorwasserstoff thermisch dissoziiert wird. Bei dieser erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahrensführung lässt sich somit wiederum das ökonomisch verwertbare Endprodukt Chlorwasserstoff erzielen, wobei der weiters auftretende Ammoniak wiederum im Solvay-Prozess Verwendung finden kann.
Für eine besonders rasche Verfahrensführung wird in diesem Zusammenhang gemäss einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschla-
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schlagen wird, dass Ammoniak und Chlorwasserstoff durch Gasdiffu- sion getrennt werden.
Eine derartige Trennung durch Gasdiffusion kann in besonders einfacher und rascher Weise dadurch durchgeführt werden, dass die Trennung durch Gasdiffusion durch Durchleiten des Gasgemisches über ein Bett aus porösem Material, insbesondere Bentonit, natürlichen und/oder künstlichen Zeolithen, Kieselgelen oder dgl., durchgeführt wird, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens entspricht, wobei weiters bevorzugt vorgeschlagen wird, dass das Bett aus porösem Material insbesondere auf die Temperatur der Gasdissoziation beheizt wird.
Alternativ zu einer Umsetzung des im Solvay-Prozess anfallenden Rückstandsprodukts Ammoniumchlorid wird gemäss einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass Calciumchlorid mit Schwefelsäure zu Calciumsulfat und Chlorwasserstoff umgesetzt wird. Anstelle des ökologisch bedenklichen Calciumchlorid wird somit auch bei dieser Verfahrensführung neben dem ökonomisch verwertbaren Chlorwasserstoff Calciumsulfat erhalten, welches beispielsweise in der Baustoffindustrie Verwendung findet und somit ebenfalls ökonomisch verwertbar ist.
Zur Erzielung eines beispielsweise in der Baustoffindustrie einsetzbaren Calciumsulfat, insbesondere unmittelbar als Anhydrit, wird gemäss einer bevorzugten Verfahrensführung so vorgegangen, dass die Umsetzung bei Temperaturen von wenigstens 35 C, insbesondere wenigstens 40-50 C, durchgeführt wird, wobei für eine besonders rasche Verfahrensführung vorgeschlagen wird, dass zur Umsetzung konzentrierte, wenigstens 90 %-ige, insbesondere 95 - 98 %-ige, Schwefelsäure einsetzt wird, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens entspricht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen betreffend die Verfahrensführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Umwandlung von Rückstandsprodukten des Solvay-Prozesses im Detail beschrieben, wobei der nachfolgenden
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Beschreibung zusätzliche Vorteile und Merkmale des erfindungsgemässen Verfahrens entnehmbar sind.
Beispiel 1
Die im Solvay-Prozess anfallende Ammoniumchloridlösung wird gemäss einer ersten Ausführungsform nicht mit CaO, sondern MgO versetzt, um Ammoniak rückzugewinnen :
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Das gewonnene Magnesiumchlorid ist ein in der Baustoffindustrie gesuchter Bestandteil des Sorel-Zements und kann also verkauft bzw. ökonomisch verwertet werden.
Andererseits hydrolysiert Magnesiumchlorid-Hexahydrat in der Hitze (beispielsweise über 230 OC) wie folgt (innere Hydrolyse) :
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Der anfallende Chlorwasserstoff ist verkäuflich bzw. ökonomisch verwertbar. Das gewonnene Magnesiumoxid wird wieder zu Ammoniakrückgewinnung eingesetzt.
Ausführungsbeispiel : Gewinnung von MgCl2 bzw. NH3 :
Zu einer 6, 1 molaren Lösung aus 2 kg (37, 4 Mol) NH4C1 in 6, 1 Liter Wasser (näherungsweise analog den Konzentrationen im SolvayProzess) werden bei Normaldruck und einer Temperatur von 60 OC 0, 80
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gleichzeitigem Durchblasen von heissem Wasserdampf lässt sich der Ammoniak annähernd quantitativ austreiben. Zur Bestimmung der Ausbeute wurde der entweichende Ammoniak über NaOH getrocknet und
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ausgefroren. Es konnten 593 g (34, 8 Mol) Ammoniak gewonnen werden, wobei dies einem Gasvolumen von etwa 779 Litern bzw. einer Ausbeute von etwa 93 % entspricht.
Durch Einleiten von HCl-Gas fällt ein Teil des Magnesiumchlorid-Hexahydrat aus, den Rest gewinnt man durch Eindunsten der Lösung bei etwa 85 C. Die Ausbeute beträgt hiebei 3, 6 kg (17, 8 Mol), das entspricht etwa 95 %.
Der eingesetzte Chlorwasserstoff wird beim Eindunsten der Lösung wieder freigesetzt.
Hydrolyse des MgCI2 :
500 g (2, 5 Mol) des so gewonnenen Magnesiumchlorid-Hexahydrats werden im Drehrohrofen auf drei Stunden 250 OC erhitzt, zunächst entweicht ein Teil des Kristallwassers, danach der Chlorwasserstoff, der in einem Gaswäscher gewonnen wird. Insgesamt konnten ca. 4 Mol (etwa 145 g) HC1 gewonnen werden, wobei dies einer Ausbeute von etwa 80 % entspricht.
Es konnten 97 g (2, 4 Mol) MgO gewonnen werden, das entspricht einer Ausbeute von etwa 96 %.
Das so gewonnene MgO kann wiederum zur Ammoniakgewinnung eingesetzt werden.
Beispiel 2 :
Gemäss einer abgewandelten Ausführungsform reagiert Ammoniumchlorid mit Schwefelsäure zum wertvollen Dünger Ammoniumsulfat und dem wiederum ökonomisch verwertbaren Chlorwasserstoff :
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Dabei wird zunächst ein Überschuss von 5 % Schwefelsäure zugesetzt, um Chlorid quantitativ zu entfernen und eine erste Fällung zu verursachen. Dann wird Ammoniakgas bis zur Sättigung in die Lösung eingeleitet, um weiteres Ammoniumsulfat zu fällen. Die
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Rückgewinnung des überschüssigen Ammoniaks sowie die Fällung des in Lösung befindlichen Ammoniumsulfats erfolgt durch Eindampfen.
Dies ist eine alternative Darstellung zur derzeit üblichen Ammoniumsulfatsynthese aus Ammoniak und Schwefelsäure.
Ausführungsbeispiel : Gewinnung von HCl und Ammoniumsulfat :
Zu einer 6, 1 molaren Lösung aus 2 kg (37, 4 Mol) NH4C1 in 6, 1 Liter Wasser (näherungsweise analog den Konzentrationen im SolvayProzess) werden bei Normaldruck und Raumtemperatur 1, 2 Liter 95 %ige Schwefelsäure (9 %-iger Überschluss) zugesetzt. Die Temperatur steigt dabei auf 93 C. Die Lösung wird zwei Stunden lang unter gleichzeitigem Durchblasen von heissem Wasserdampf gekocht, sodass der Chlorwasserstoff annähernd quantitativ entweicht.
Nach dem Abkühlen fallen 1, 03 kg (7, 8 Mol) Ammoniumsulfat aus, die abgesaugt und mit konzentrierter Ammonsulfatlösung säurefrei gewaschen werden. Dann wird Ammoniakgas bis zum Basischwerden
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schen Lösung unter gleichzeitigem Einblasen von Wasserdampf wird der zuvor eingeblasene Ammoniak rückgewonnen und die dritte Fraktion von Ammoniumsulfat fällt aus : ca. 0, 5 kg (ca. 4 Mol).
Beispiel 3 :
Eine zur Aufarbeitung von Ammoniumchlorid alternative Reaktion gemäss einer weiteren abgewandelten Ausführungsform stellt die thermische Zersetzung von Ammoniumchlorid dar, deren Gleichgewicht bei 350 OC ganz auf der rechten Seite von Gleichung (10) liegt :
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Das so gewonnene Gasgemisch wird durch ein mit porösem Material (z. B. Zeolith, Bentonit oder dgl. ) gefülltes, beheiztes Rohr geleitet, wobei, den Gesetzen der Gasdiffusion folgend, am anderen Ende mehr NH3 gefunden wird. Das NH3-reiche Gasgemisch wird aufgefangen und unter die Zersetzungstemperatur gekühlt, so dass Spuren von HCl wieder mit NHs reagieren und NH4C1 als Feststoff wieder ausfällt, welches wiederum zur Gasdiffusionstrennung zur Verfügung steht.
In jenem Raum, wo das Ammoniumchlorid zersetzt wird, sammelt sich mehr HCl als NH3 an, so dass auch hier ein Auffangen und Abkühlen der Gasphase durchgeführt wird.
Das so beschriebene Verfahren ist ein alternatives Verfahren zur Rückgewinnung von Ammoniak, welcher beispielsweise in den Solvay-Prozess eingespeist werden kann, sowie zur Gewinnung von Chlorwasserstoff, welcher ökonomisch verwertbar ist.
Eine alternative Möglichkeit wäre es, das Gasgemisch in der Hitze mit Hilfe von Membranen zu trennen, die das deutlich grössere Chlorwasserstoff-Molekül zurückhalten würden, aber durchlässig für Ammoniak wären. Neben der Trennung durch die unterschiedliche, massenabhängige Diffusionsgeschwindigkeit ist auch der stark unterschiedliche Moleküldurchmesser hilfreich.
Während sich die Atomvolumina von Stickstoff und Chlor im festen Zustand nicht sehr deutlich unterscheiden, ist der Bindungsradius des HCl-Moleküls mit 127, 4 pm um rund 25 % grösser als der des NH3-Moleküls : r (N-H) = 101, 2 pm.
Ausführungsbeispiel : Diffusionstrennung von Ammoniumchlorid : 100 - 500 g Ammoniumchlorid werden in einem 2000 ml - Rundkolben erhitzt, an dessen Ende sich ein 4-Angström-Zeolith-ge- fülltes Rohr befindet. Am anderen Ende des Rohrs befindet sich ebenfalls ein evakuierbarer 2000 ml Rundkolben.
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Die gesamte Apparatur wird auf 360 bis 390 OC erhitzt, das Ammoniumchlorid sublimiert unter Zersetzung in Ammoniak und Chlorwasserstoff. Der leichtere Ammoniak diffundiert ca. 1, 47 mal so schnell durch die Zeolithmasse als der Chlorwasserstoff. Zur Erhöhung der Diffusionsgeschwindigkeit wird am zweiten Rundkolben ein leichter Unterdruck (von 100 bis 500 Torr, bevorzugt 300 Torr) angelegt.
Eine Diffusion erfolgt, abhängig von den Versuchsbedingungen wie Temperatur und Druck in der Apparatur, zwischen 35 min und eineinhalb Stunden. Im zweiten Kolben sammelt sich Ammoniakgas mit Spuren Chlorwasserstoff an, im ersten Kolben bleibt Chlorwasserstoff zurück, verunreinigt durch wenig Ammoniak. Beim Abkühlen der Apparatur reagieren die jeweiligen Spurengase mit dem Bulk-Gas zu Ammoniumchlorid, welches ausfällt bzw. leicht aus der Gasphase abfiltriert werden kann.
Die Ausbeuten liegen je nach Versuchbedingungen zwischen 20 und 70 %. Das ausfallende Ammoniumchlorid kann wieder zur Gasdiffusionstrennung eingesetzt werden., Beispiel 4 :
Eine abgewandelte Ausführungsform der Verfahrensführung für eine chemisch einfache Möglichkeit der Calciumchloridverwertung ist die Salzsäuresynthese (11) mittels Schwefelsäure, wobei mit Chlorwasserstoff bzw. Salzsäure und Calciumsulfat (Gips) zwei Produkte entstehen, die in der chemischen Industrie und Baustoffindustrie Abnehmer haben :
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Bekannt ist weiters, dass beim Ausfällen aus wässriger Lösung, wie es in Gleichung (11) beschrieben wurde, bei Temperaturen unter 42 C das bei diesen Temperaturen thermodynamisch stabile Dihyd-
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rat, jedoch oberhalb von 42 OC der technisch interessantere und besser verwertbare Anhydrit ausfällt.
Die notwendige Mischungwärme entsteht bereits im SolvayProzess durch das Löschen von Kalk bei der Ammoniakrückgewinnung mit Calciumoxid, die restliche Wärme wird durch die Mischungwärme der konzentrierten Schwefelsäure aufgebracht. Somit müsste die Lösung nur im Ausnahmefall zusätzlich beheizt werden, wobei dies jedoch durch das Ausfallen des wertvollen Anhydrits wettgemacht würde.
Ausführungsbeispiel : Synthese von Chlorwasserstoff und Calciumsulfat-Anhydrid :
2 kg (9, 2 Mol) Calciumchlorid-Hexahydrat werden in 3 Liter Wasser gelöst. 518 ml 95 %-ige Schwefelsäure werden in etwa 130 ml Wasser gelöst. Die entstehende Mischungwärme wird über einen Wärmetauscher auf die Calciumchlorid-Lösung übertragen, sodass eine Temperatur von etwa 50 OC erreicht wird. Dann wird die soeben verdünnte Schwefelsäurelösung zur Calciumchloridlösung zugemischt. Der annähernd quantitativ ausfallende Anhydrid wird in der Hitze abgesaugt und im Trockenschrank getrocknet. Der ebenfalls entstehende Chlorwasserstoff wird durch Einleiten von heissem Wasserdampf ausgetrieben und im Gaswäscher gewonnen. Die Ausbeuten liegen hier im Bereich von 70 bis 90 %.
Zusammenfassend ergibt sich somit, dass bei sämtlichen vorgeschlagenen Verfahrensführungen gemäss den obigen Ausführungsbeispielen anstelle eines Anfalls von nicht weiter verwendbaren bzw. verwertbaren Abfallprodukten bzw. Rückstandsprodukten, insbesondere Ammoniumchlorid oder Calciumchlorid, im Solvay-Prozess ökonomisch in vielen Bereichen einsetzbarer Chlorwasserstoff anfällt, wobei darüber hinaus bei den unterschiedlichen, vorgeschlagenen Verfahrensführungen zusätzlich Endprodukte anfallen, die wiederum
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eine ökonomische Verwertbarkeit in einer Vielzahl von unterschiedlichen Einsatzgebieten ermöglichen.