CH487801A - Verfahren zur Herstellung von Alkalimetalloxyden - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von     Alkalimetalloxyden       Die     vorliegende    Erfindung     betrifft-cin-'@-rfahrcn-\zvr          Herstellung        von        .Alkalitnctalloxyden.     



  Es ist bekannt,     dass        Alkalimetallsulfate    bei erhöhten       Temperaturen    durch feste oder     gasförmige    Reduktions  mittel in die entsprechenden Sulfide umgewandelt wer  den.     Während    die alte .Arbeitsweise mit Kohlen  stoff auf die     Durchführung    der Reaktion im     Chargenbe-          trieb        beschränkt    blieb, bietet die Anwendung von Gasen  die     hlü±ylichkeit.    auf     kontinuierliche    Produktion überzu  gehen.

   Praktisch kommen für die Reduktion alle Gase  oder Dämpfe in Frage, die Wasserstoff oder Kohlenoxyd  effektiv oder in statu nascendi enthalten,     d.h.    also     z.B.     durch     gleichzeitige    Zersetzung einer entsprechenden Ver  bindung bei der     Rcaktionstcniperatur.    Dabei ist zu  beachten,     dass    die Reduktion mit beiden Stoffen     Sekun-          där-Ersclicintinecn    zur Folge hat, die den primär zu  erwartenden Zustand     verändern.    Während der aus Was  serstoff     entstehende    Wasserdampf die Reaktionsge  schwindigkeit der Reduktion nachteilig beeinflusst,

   setzt  sich das aus     Kolileno.xvdgebildete    Kohlendioxyd mit  dem     Alkalisulfid    unter     Abspaltung=    von Schwefelwasser  stoff zu     .Alkalicarbonat    um,     vvobci    eine Senkung der  Temperatur     ecgenühcr        den)    Zustand bei der vorherge  henden     Reduktion        von    Vorteil ist.  



  Es ist des     weiteren    ein seit     langem    bekannter und in  zahlreichen Fällen     an\,ewandtcr        Fabrikationsprozess,        AI-          kalicarbonate    durch     Behandlung    mit     gebranntem    Kalk in  die     entsprcclicjndcn        Hydroxyde    umzuwandeln.

   Das Ver  fahre beruht auf der verschiedenen Löslichkeit der       Carbonatc    in     wässriger        Losung    und ist infolge der damit  verbundenen     Arbeitsgänge,    wie     Eindampfung    der     ver-          dünntcii    Lauge. Abtrennung und     Konzentrierung    des       Ätzalkalis    und     Entwässerun <     des     Calciunicarbonates     zwecks     Regeneration        irn        Kalkbrennofen,    umständlich  und kostspielig.

   Die Folge davon ist, dass diese     Kaustizie-          rung    stark     zurückgedrängt        wurde    und nur noch für  speziell dafür prädestinierte Industriezweige von Interes  se ist.  



       Andererseits    besteht nur     geringer        Anreiz,    das Kohlen  dioxyd auf thermischem Wege aus den     Alkalicarbonaten     abzuspalten. da der     Dissoziationsdruck    des Kohlendi  oxyds über dein     Carbonat    erst     oberhalb    1000C zu einer  für     technische    Belange interessanten Grössenordnung         =ansteigt:        Dre        -auf    diese     Weise        ':

  a_        bsp_altbaren    Kohlendis       oxyd-Meneen    sind so     @,crin@"        da"    die industrielle Verwer  tung selbst bei     .Anwendung    von     Vakuum    oder     Schleppgas     keine Aussicht auf ökonomischen Erfolg hat.     htsbeson-          dere    wirkt es sich     nachteilig    aus, dass das     Carbonat    bei  diesen hohen Temperaturen geschmolzen ist und der  Diffusion des abgespaltenen     Cb_,    in den Gasraum mehr  Widerstand entgegensetzt als bei einem porösen Feststoff  zu erwarten wäre.  



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren     vereinfacht    nun die  Reduktion des     Alkalisulfates        zti        Alkalisulfid    und die  nachfolgende     Umsetzung    des letztern zu     Alkalicarbonat,     und vor allem     ermöglicht    sie eine industriell verwertbare  Spaltung des     Alkalicarbonatcs        zurr        entsprechenden        -\l-          kalioxyd.     



  Dieses     Verfahren    zur     Herstellung    von     Alkalioxyden     durch Reduktion von     Alkalisulfaten    mit     Kohl-enoxvd     oder     kohlenoxvdhalti,en        Inertgascn    und Spaltung des  entstehenden     Alkalicarbonats    ist dadurch     Lyekcnnzeich-          riet,    dass die     Umwandlung        konstinuicrlich@    unter Ein  schaltung eines geschlossenen Kreislaufs erfolgt, in     dcni     das erforderliche Kohlenoxyd dadurch entsteht.

   das, das       Alkalicarbonat    nach Entfernung der sauren Gase     dampf-          förmig    mit der zur Einhaltung von     Temperaturen    ober  halb     900 C    notwendigen     Menge    Luft über überschüssi  gen Kohlenstoff     geleitet    wird, und nur zum     frigangbrin-          gen    der Reaktion das     Kohlenoxyd    von aussen     zugeführt     werden     muss.     



  Hierbei bedeutet  Alkali  vor allem Natrium oder  Kalium.  



  Der überschüssige Kohlenstoff kann etwa in     stückiger     Form in Gestalt von Koks, Holzkohle, oder     de).    oder als  feines Pulver,     z.B.    Russ, verwendet.     d.h.    in den Reak  tionsraum eingefüllt werden. In diesem Fall empfiehlt es  sich, nach dem     Fliessbett-Vcrfahrcn    zu arbeiten, wobei  sich der kontinuierliche     Austrag    der     verbauchtcn    Masse  wesentlich günstiger durchführen     lässt,    als mit dem       einstückigen    Material, das durch einen Schachtofen hin  durchgeschleust werden muss.  



  Die 1. Stufe der Reaktion,     d.h-    die     Umsetzung:    Sulfat  Sulfid     -.        Carbonat    mittels Kohlenoxyd     erfolgt    vor  zugsweise durch Reaktion des     Alkalisulfates    und Kohlen  oxyd in einem Wirbelbett. Zu     diesem        Zweck    wird der           erforderliche    feine     Sulfatstaub    dadurch hergestellt,     dass     die     Sulfatlauge    mit Hilfe eines Brenners in eine kera  misch     ausgelegte    Ofenkammer hinein versprüht wird.

    Das sich dabei bildende trockene Pulver wird abgetrennt  und in den Wirbelreaktor     ein@,eführt.    Hierbei wird das  Salzpulver bei     einer    Temperatur von ca. 800  etwa  10 min lang     rnit    Kohlenoxyd oder besser,     kohlenoxydhal-          tigem    Gas aufgewirbelt und nach dem Verlassen der  heissen Zone noch etwa 10 bis 20 min lang mit dem       kohlendioxydhaltigen    Gas unter Abkühlung bis auf ca.  400 C belassen. Das entstandene     Carbonat    wird vom  schwefelwasserstoffhaltigen Gas abgetrennt und in 2. Stu  fe zwecks     Abspaltung    des     Kohlendioxydes    weiterbehan  delt.  



  Grundsätzlich kann irgendein Gas (oder Dampf), das  die Spaltung nicht nachteilig     beeinflusst,    als Transport  medium der Reaktionspartner dienen.  



  Mit Vorteil wird für die technische Ausführung des       erfindungsgemässen        \,"erfahrens    gleichzeitig der starke  Wärmeverbrauch der     Carbonatspaltung    in Betracht gezo  gen. Dieser Wärmebedarf kann infolge der Korrosionsge  fahr für das Wandmaterial des     Reaktionsgefässes    durch  das     Alkalioxvd    und     Kohlenox\d    nicht durch indirekte  Heizung gedeckt Herden.

   Aus diesem Grunde wird Luft  als     Trägergas    für den     Carbonat-Dampf    bevorzugt, wobei  gerade so viel Sauerstoff mit dem überschüssigen Koh  lenstoff zur Reaktion gebracht wird, dass unter Bildung  von zusätzlichem     Kohlenoxyd,    genügend Wärme zur  Deckung     des    Bedarfs der     endothermen    Reaktion frei  wird. Somit entsteht aus dem Gemisch von     Carbonat,     Kohlenstoff und Sauerstoff ausser     Alkalioxyd    ein Gas,  das mindestens so viel Kohlenoxyd enthält, wie für die  Reduktion des     Alkalisulfats        nötig    ist.

   Der Überschuss an  Kohlenoxyd kann übrigens auch, in Anbetracht seines       Reinheitsgrades,        ausser    für Heizzwecke auch für andere  chemische Reaktionen     \'cnycndunQ    finden.  



  Die     AbschcidtrnR    des so     (-7ebildeten        Alkalioxyds    aus  dem Dampfzustand erfolgt     zweckmässigervreise    durch  direkte Abschreckung, indem     z.B.    nach dem Austritt aus  dem Reaktor     geriü2end    Kaltgas     zueernischt    wird. Als       Abscheider    dient     z.B.    ein Zyklon oder, wenn ein     aerosol-          artiger    Nebel     vorliegt,    ein     Agglomerationsturm    gemäss  der Schweiz. Patentschrift Nr. 432 205.

   Sollen letzte Re  ste des Oxyds aus dem Gas entfernt werden. so kann eine  Nasswäsche in     irgendeiner        Form        dahintergesclialtet    wer  den.  



  Wenn nur so viel Kohlenoxyd gebildet werden soll,  wie für den     crfiridurigsìeriiässeri    Kreislauf gebracht wird,  so kann     auch    ein<B>Teil</B> der     crforderlich,2n    Wärme durch       Verwendung        cincs        cow7pcrartigen        Aggregates,    das ab  wechselnd von überhitzten     FetrerLascn    und von den mit  wenig Luft und     lnertgas    transportierten Salzdämpfen       durchströmt    wird,     aufe-ebracht    werden.

   Auch kann ein       derartiger        Cowper    zur     Vorlieizung    der Dämpfe     davorge-          schaltet    werden, ohne dass der Betrieb des Reaktors zu  unterbrechen ist.  



  Da     gewisse        mineralische    Bestandteile der kohlenstoff  haltigen Feststoffe beschleunigend auf die Reaktion  einwirken. ist es nützlich. bei     .anweridung    von reinerem  Kohlenstoff derartige mineralischen Zuschläge,     z.B.          Schwermetallot_vci%2    oder     d < ,1.    zusätzlich in den Reaktor  einzuführen.  



  Das     folgende    Beispiel dient zur     \%cranschaulichung     der     Erfindung.     



       Bei        .#hiel     I. Stube:     1)i2    mit     Kaliurllstrl(at        ()csättiLte        Abfall-          Lauge,    die mit     orL2ririsclien    Nebenprodukten verunreinigt    ist, wird in einem Heizrohr unter Druck im strömenden  Zustand auf ca. 300 C erhitzt und anschliessend konti  nuierlich mit Hilfe der     heissen    Flamme eines Heizgas  brenners in einen gemauerten Turm mit     laugefesten     Wandplatten eingesprüht.

   Dabei entsteht ein     feinkörniges          Kaliumsulfat,    das sich in einem Zyklon von dem     dampf-          haltigen    Rauchgas abscheiden lässt.  



  Von diesem Salz werden kontinuierlich pro Stunde  100 kg in einem aus mehreren     hintereinandergeschaltcten          Wirbelbett-Reaktoren    bei Temperaturen, die von     800=C     im ersten bis auf 400C im letzten Reaktor absinken, mit  Kohlenoxyd oder     kohlenoxydhaltigeni    Gas behandelt.  Wenn die nachfolgend beschriebene 2.

   Stufe einmal  angelaufen ist, wird hierfür das dabei entstandene Koh  lenoxyd enthaltende Gasgemisch, das einen     Überschuss    an  Kohlenoxyd gegenüber dem     stöchionietrischen    Bedarf  enthält (ca. 106     Nni    C0 - 156     Nni@    N . unter Ver  wendung üblicher     Gasleittrngssvstenie    in das Heizrohr  zurückgeführt. Die     Verweilzeit    des Salzes     ini    Wirbelbett  beläuft sich auf ca. 20 bis 30 min.  



  2. Stufe: Am     Ausgang    des letzten Reaktors wird das  entstandene     Carbonat,    das frei von Sulfid- und     Sulfat-          Schwefel    ist, vom Gas abgetrennt und zur     Verarbeitung     in die Spaltanlage weitergeleitet. Das     schwefelw,asser-          stoff-,        kohlensäure-    und     kohlenoxvdhaltige    Restgas (ca.

    50,8     Nnv'CO;    156     NM'N,;        1;,8        Nm'H_S:    41,5     Nm'CO-)     wird nach Auswaschen der letzten alkalischen Spuren in  einer Waschanlage von den sauren Gasen Schwefelwas  serstoff und     Kohlensäure    befreit, die anderweitiger     Ver-          wendune    zugeführt werden. Das     kohlenoxydhaltige    Rest  gas (ca. 50,8     Nm-"CO;    156     Nni'N.)    dient als Heizgas in  der     Eindampfanlage.     



  Zur Spaltung des     Carbonats    dient ein mit Holzkohle  stücken von 2 bis     4em        Durchniessergefüllterschachtofen.     der nach     .Art    eines     Gas-Generators    oben mit einer  Schleuse zum Nachfüllen und unten mit einer     Asche-          Entleerung    versehen ist. Die     Offenwände    bestehen aus  gut isolierendem keramischen Material, dessen Innenseite  mit Platten aus     alkalifestern        Oxvd    ausgelegt ist.  



  Nachdem der Ofen mit Rauchgasen aus der     Brenn-          kammer    eines Gasbrenners auf ca. 950 bis     1000#C     hochgeheizt ist, werden von oben her kontinuierlich die  Dämpfe von ca. 71.4 kg h     Kaliunicarbonat    über ein       Kohlebett    geleitet, das ein     \-olunien    von ca. 50     ni'    füllt.

    Dabei dient als     Verdampfungs-    und Transportmittel ein  Gemisch von Luft und     inertcn    Gasen (ca. 197     Nrn     Luft), das in einer     davorgeschalteten        glühenden    Kohlen  schicht auf die erforderliche Temperatur gebracht     @@ird.     Das Verhältnis von     Carbonat    zu Luftsauerstoff     \,        ird    in  dem Gemisch so eingestellt.

       dass    durch Kompensation  der     endothermen        Reaktionsuärnie    und der zusätzlichen  Wärmeverluste stets eine annähernd konstante Tempera  tur im Reaktor     gehalten    werden kann. Dabei wird nach  Bedarf Kohle (ca. 50     kg,'h)    durch die Schleuse nachge  füllt.  



  Die     Vcrweilzeit    des     Carbonats    im Koksbett beläuft  sich im Mittel auf ca. 10 bis 20 min. Die     Temperatur        liegt          ini        alleenicirien    zwischen     900e    und     950'=C.    brach     dein          Verlassen    des Ofens werden die Dämpfe mit Kaltgas auf  ca.

       500=C    abgeschreckt und     anschliessend    in einem       Svsteni    von     Rotations-Agglonieratoren        vorn        Kaliunioxyd     befreit. Dabei werden 44     ke        1i        Kaliumoxvd    als festes  Pulver gewonnen, der Rest von     ca,    5,1     ke    h     muss     anschliessend mit Wasser aus dein Gas ausgewaschen  werden. Das Oxyd enthält noch bis     #l-;        Carbonat.     



  Das auf diese     Weise         < ,c"        onnerie        kolllcnoxvdllalti(-,c     Gas (ca.     106Nni\    CO     J        15l>Nrn    N.)     wird.    wie in    
EMI0003.0001     
  
    .-#,nsatz <SEP> 11 <SEP> dieses <SEP> Bcispicls <SEP> beschrieben. <SEP> für <SEP> die <SEP> Durchfüh  rum# <SEP> der <SEP> I. <SEP> Stufe <SEP> (Sulfat-Rcduktion) <SEP> in <SEP> das <SEP> System
<tb>  zurückgeführt.

Claims (1)

1. EMI0003.0002 I'-\ <SEP> l <SEP> EN <SEP> FA,iSPRUC'H <tb> erfahren <SEP> zur <SEP> @cr@tcllun <SEP> T <SEP> von <SEP> .Alkalriiietalloxyden <tb> durch <SEP> Reduktion <SEP> von <SEP> Alkalinietallsulfaten <SEP> mit <SEP> Kohlen oxyd <SEP> oder <SEP> Kolilenoxvd <SEP> mithaltenden <SEP> Inertgasen <SEP> und <SEP> Spal tun; <SEP> des <SEP> ciitstcliciidcii <SEP> AIkalinictallcarbonats, <SEP> dadurch <tb> #jekcnnzeichnet, <SEP> dass <SEP> cii; <SEP> 1:

   <SEP> ni\vnndltin < L, <SEP> kontinuierlich EMI0003.0003 unter <SEP> Einschaltung <SEP> eines <SEP> "cschlossenen <SEP> Kreislaufs <SEP> erfolgt, <tb> in <SEP> dem <SEP> das <SEP> erforderliche <SEP> Kohlenoxyd <SEP> dadurch <SEP> entsteht, <tb> da" <SEP> das <SEP> Alkalimetallcarbonat <SEP> nach <SEP> Eritfernun#-, <SEP> der <SEP> sau ren <SEP> Gase <SEP> dampffürniig <SEP> mit <SEP> der <SEP> zur <SEP> Einhaltung <SEP> von <tb> Tcnipcrktttir,n <SEP> oberhalb <SEP> <B>900 <SEP> C</B> <SEP> notw.:ndi@,@n <SEP> Mcn-e <SEP> Luft <tb> über <SEP> übcrschüssiecn <SEP> Kohlenstoff <SEP> Lclaitet <SEP> wird, <SEP> und <SEP> nur <tb> zum <SEP> @n@,an@@brin@en <SEP> der <SEP> Reaktion@das <SEP> Kohlenoxvd <SEP> von <tb> aussen <SEP> zugefiilirt <SEP> werden <SEP> muss.