CH495288A - Verfahren zur Herstellung von dichter Soda - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung von dichter Soda
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Her stellung dichter Soda durch Karbonatieren einer z.B.



  durch Natriumamalgamzersetzung gebildeten, wässrigen Natronlauge mit Kohlendioxyd und Kalzinieren des gebildeten Natriumcarbonat-Monohydrats.



   Unter dichter Soda wird im allgemeinen festes Natriumcarbonat mit einem Schüttgewicht von etwa 0,9 bis
1,1 g/cm3 verstanden.



   Die Chloralkalieelektrolyse dient in zunehmendem Masse zur Chlorgewinnung, ohne dass ausreichende Verwendungsmöglichkeiten für das gleichzeitig anfallende   Natriumhydroxyd    zur Verfügung stehen. Auf der Suche nach neuen Anwendungsgebieten für   Natriumbydroxyd    ist man deshalb dazu übergegangen, die Natronlauge in Soda umzusetzen, die sich leichter als Natronlauge absetzen lässt und insbesondere in der Glasindustrie in grossen Mengen Verwendung findet.



   Es ist bekannt, die durch Natriumamalgamzersetzung hergestellte Natronlauge mit gasförmigem Kohlendioxyd unter Bildung von Natriumcarbonat-Monohydrat zu karbonatieren. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die nach Abtrennung des Niederschlages verbleibende Lösung eine beträchtliche Menge Soda enthält. Dieser Anteil muss durch Eindampfen der Lösung gewonnen werden, wobei erhebliche Schwierigkeiten auftreten. Die Löslichkeit von   Na2CO3    sinkt mit steigender Temperatur, so dass sich auf den Heizflächen des Verdampfers Verkrustungen bilden, welche die Verdampferleistung und damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigen.



   Es ist auch bekannt, die Natronlauge mit solchen Mengen Natriumbicarbonat und Natriumcarbonat zu kar   bonatieren,    dass das gesamte in der Natronlauge enthaltene Wasser als Hydratwasser gebunden wird. Auf diese Weise wird die Abtrennung des Wassers durch Zentrifugieren oder Filtrieren vermieden. Das gebildete Natrium   carbonat-Monohydrat    kann direkt zu dichter Soda kalziniert werden. Die für dieses Verfahren erforderlichen beträchtlichen Mengen Natriumbicarbonat stehen im allgemeinen nur in einer Sodafabrik zur Verfügung und beschränken das Verfahren auf den Verbund mit einem Ammoniak-Soda-Verfahren.



   Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Gewinnung von dichter Soda aus einer z.B. durch Natriumamalgamzersetzung gebildeten Natronlauge, bei dem die Nachteile der bekannten Verfahren nicht auftreten. Insbesondere sollen die durch Krustenbildung verursachten Schwierigkeiten bei der Eindampfung   Na2CO3-haltiger    Mutterlauge zwecks Gewinnung der darin enthaltenen restlichen Soda vermieden und die Gewinnung des Monohydrats mit geringem Aufwand an Fremdwärme erreicht werden.



   Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der grösste Teil des Lösungswassers der Natronlauge durch die bei der Karbonatierung freiwerdenden Neutralisationswärme bei Temperaturen oberhalb 900C verdampft wird. Durch die Verdampfung des Wasseranteils der Natronlauge, der bis zu 60 Gew.-% betragen kann, mit Hilfe der bei der Karbonatierung freiwerdenden Neutralisationswärme erübrigt sich die Verwendung besonderer Verdampfer. Störungen der Verdampfer durch Bildung von Verkrustungen auf den Wärmeaustauschflächen können nach dem erfindungsgemässen Verfahren nicht mehr auftreten. Die freiwerdende Neutralisationswärme wird für die Verdampfung quantitativ ausgenutzt, da sie in dem zu verdampfenden Medium unmittelbar frei wird. Die bei der Zu- und Ableitung des Wärmeträgers gemäss dem bekannten Verfahren auftretenden Wärmeverluste kommen erfindungsgemäss in Fortfall.

  Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die gleichmässige Temperaturverteilung im Fällmedium, die bei Verwendung von Wärmeaustauschflächen nur schwierig zu erreichen ist. Die Gleichmässigkeit der Temperatur wird durch die Begasung mit dem im wesentlichen aus   CO    bestehenden Fällgas insbesondere bei turbulenten Strömungsbedingungen innerhalb der Blasen säule noch gefördert. Die aufsteigenden Gasblasen ermöglichen eine spontane Wasserverdampfung in die Blasen hinein. Die an Heizflächen möglichen unerwünschten Überhitzungen infolge Blasenkeimbildungsschwierigkeiten können bei der erfindungsgemässen Verdampfung wegen der immer vorhandenen Gasblasen nicht auftreten. Der ständige Gasblasenstrom erlaubt die Wasserverdampfung auch unterhalb der Siedetemperatur des Mediums.

  Unterhalb  900C dürfte jedoch die Verdampfungsgeschwindigkeit für einen wirtschaftlichen Betrieb zu gering werden.



   Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden mehr als 75 Gew.-% des Lösungswassers der Natronlauge bei einer Temperatur von etwa   95 C    verdampft. Bei einer Natronlauge, die wenigstens 60   Gew.-%    NaOH enthält, reicht die bei der Karbonatierung freiwerdende Neutralisationswärme zur Verdampfung des gesamten Lösungswassers aus. Der Prozentsatz des verdampften Lösungswassers wird jedoch nicht durch die für die Verdampfung zur Verfügung stehende Neutralisationswärme, sondern durch die dem abgetrennten Monohydrat anhaftende Feuchtigkeit bestimmt. Je wirksamer die beispielsweise durch Zentrifugieren er   folgeende    Feststoffabtrennung ist, um so geringer ist die mit dem Monohydratkuchen abgeführte Feuchte und entsprechend grösser die dem Reaktor durch Verdampfung zu entziehende Wassermenge.

  Es ist bei gut arbeitenden Zentrifugen möglich, 80-90% und mehr des Lösungswassers erfindungsgemäss durch Verdampfung abzuführen.



   Nach der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Natronlauge vor der Karbonatierung auf eine Temperatur oberhalb   100 C    vorerhitzt wird. Die Vorerhitzung hat im wesentlichen den Zweck, die bei verdünnteren Natronlaugen mit 40- 60   Gew.-O/,    NaOH zur weitgehenden Wasserverdampfung nicht ausreichende Neutralisationswärme um die fehlenden Wärmebetrag zu ergänzen. Die Vorerhitzung der Natronlauge ist um so höher, je geringer der NaOH-Gehalt ist. Die Erhitzung kann durch Wärmeaustausch bis auf eine Temperatur von   1 600C    und darüber erfolgen. Wegen des positiven Löslichkeitskoeffizienten von NaOH sind Verkrustungen der Heizflächen beim Vorerhitzen von Natronl,auge nicht zu erwarten.



   Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das gebildete Natriumcarbonat-Monohydrat als pumpfähige Suspension aus der Karbonatierungsstufe abgezogen und von der Mutterlauge getrennt, worauf die abgetrennte Mutterlauge in die Karbonatierungsstufe zurückgeführt wird. Obwohl es grundsätzlich, insbesondere bei hochkonzentrierten Natronlaugen mit mehr als 60 Gew.-% NaOH, denkbar ist, durch die Karbonatierung mit gleichzeitiger Verdampfung einen feuchten Feststoff zu erhalten, der unmittelbar der Kalzinierung zugeführt werden kann, wird man doch im allgemeinen nur auf eine pumpfähige Suspension arbeiten, der man den flüssigen Anteil in herkömmlicher Weise, z.B. durch Zentrifugieren entzieht. Die so von dem Monohydrat abgetrennte Flüssigkeit ist eine etwa 4%ige Na2CO3-Lösung, deren Konzentration je nach der Abtrenntemperatur etwas schwankt.

  Diese abgetrennte Mutterlauge wird in den Karbonatierungsreaktor zugeführt, so dass die gesamte Karbonatierungsstufe einen Kreislauf umfasst, aus dem das Wasser einerseits durch Verdampfung und andererseits mit dem Monohydratkuchen ausgekreist wird. Die erfindungsgemässe Lehre geht dahin, die durch Verdampfung ausgekreiste Wassermenge im Verhältnis zu der mit dem Feststoff abgeführten Wassermenge möglichst gross zu machen und so die ohnehin freiwerdende Neutralisationswärme für die Wasserabtrennung auszunutzen und dadurch den mit Fremdwärme arbeitenden Kalzinierofen zu entlasten.



   Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand des Fliessschemas.



   Zur Verarbeitung gelangt Natronlauge aus der Amalgamzersetzung mit 56% NaOH und einer Temperatur von   1 50C.    Die Lauge fliesst aus dem Vorratsbehälter 1 in den Durchlauferhitzer 2, wo sie mit Sattdampf von 18 atü auf 1270C erwärmt wird, und weiter in den Karbonatierungsturm 3. Zur Karbonatierung verwendet man Kohlendioxydgas, das beispielsweise als Nebenprodukt bei der Wasserstofferzeugung für die Ammoniaksynthese mit dem erforderlichen Druck billig zur Verfügung steht.



  Dieses Gas enthält dann noch Wasserstoff, Kohlenoxyd, Methan und Stickstoff, die bei der Karbonatierung nicht stören. Das Kohlendioxydgas wird unten in die Natronlauge eingeleitet, so dass sich in dem Reaktor eine Blasensäule ausbildet, die einen guten Stoffaustausch zwischen der Flüssigphase und Gasphase sowie eine ziemlich gleichmässige Temperatur von etwa 950C in der gesamten Säule gewährleistet. Bei dieser Temperatur bildet sich nach der Gleichung
2 NaOH +   CO    =   Na2CO3      -      H20    + 28,9 kcal das Monohydrat. Durch die hierbei freiwerdende Neutralisationswärme wird der Wasseranteil der Natronlauge verdampft. Das Abgas enthält etwa 75 Vol.-% Wasserdampf, 18 Vol.-%   CO    sowie die genannten Inertgase.



  Die Suspension tritt unten durch ein Steigrohr aus dem Karbonatierungsturm aus, geht über einen   Zwischenbe-    hälter 4 mit Rührwerk in einen Hydrozyklon 5 zum Voreindicken und dann zum Trennen von Feststoff und Flüssigkeit in eine Schubzentrifuge 6.



   Das in der Zentrifuge 6 gewonnene   Zentrifugat    enthält etwa 40 g/l   Na3CO3    gelöst. Es wird in einem Behälter 7 mit Rührwerk gesammelt und durch die Pumpe 8 in den Karbonatierungsturm 3 zurückgepumpt. Um bei Stillständen zu verhüten, dass in dem Behälter 7 aus dem Zentrifugat Soda auskristallisiert, ist der Behälter mit einer Heizvorrichtung versehen (nicht dargestellt). Der in der Zentrifuge gewonnene Feststoff besteht aus 77,5 Gew.-%   Na2CO3,    12,4 Gew.-% Kristallwasser und 10,1 Gew.-% Feuchte. Nach diesem Beispiel werden somit 22,9% des Lösungswassers mit dem Feststoffkuchen ausgekreist. Der Rest wird durch Verdampfung entfernt.



  Der Feststoffkuchen wird mit heisser Rücklaufsoda gemischt und in einer dampfbeheizten Kalziniertrommel 9 getrocknet und entwässert. Das Produkt verlässt die Trommel als dichte Soda mit einem Schüttgewicht über 1 kg/ 1 und mit einer Temperatur von 1750C. Die Schwersoda gelangt über einen Redler 10 auf das Schallsieb 11, von dem das Unterkorn in den Mischteil der Trommel 9 zurückgeführt und das Produkt aus der Anlage entnommen wird. Der Brüden tritt am Beschickungsende der Trommel 9 mit etwa   1 100C    aus, wird in einem Zyklon 12 entstaubt und in einem gefüllten Waschturm 13 mit gekühlter Sodalösung kondensiert. Die Sodalösung entsteht aus dem restlichen Staubgehalt des Brüden durch Wiederverwendung im Kreislauf. Sie kann anstelle von Wasser bei der Amalgamzersetzung nutzbar gemacht werden.

  

   Aus der durch Amalgamzersetzung gewonnenen Natronlauge kann man erfindungsgemäss sehr reine Soda mit mehr als 99 Gew.-% Na2CO3 herstellen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist jedoch nicht auf diesen Ausgangsstoff beschränkt. Bei Verwendung von Natronlauge aus dem Diaphragmaverfahren, die z.B. 11 Gew.-% NaOH, 13 Gew.-% NaCl und 74 Gew.-% Wasser enthält, muss allerdings zunächst der Wasserüberschuss abgedampft und die Hauptmenge des NaCl auskristallisiert werden. Die in Lösung gebliebenen Natriumsalze, z.B.



  3,2   Gew.-O/,    NaCl und o,2   Gew.-O/,      Na2SO4    reichert sich  bei der Karbonatierung durch den Kreislauf des Zentrifugats an, so dass aus dieser Natronlauge eine chloridund sulfathaltige Soda erzeugt wird. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur direkten Herstellung dichter Soda durch Karbonatieren einer wässrigen Natronlauge mit Kohlendioxid und Kalzinieren des gebildeten Natriumcarbonat-Monohydrats, dadurch gekennzeichnet, dass der grösste Teil des Lösungswassers der Natronlauge durch die bei der Karbonatierung freiwerdende Neutralisationswärme bei Temperaturen oberhalb 900C verdampft wird.

   UNTERANSPRüCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 75% des Lösungswassers der Natronlauge bei einer Temperatur von 950C verdampft wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Natronlauge vor der Karbonatierung auf eine Temperatur oberhalb 1000C vorerhitzt wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das gebildete Natriumkarbonat-Monohydrat als pumpfähige Suspension aus der Karbonatierungsstufe abgezogen und von der Mutterlauge getrennt wird und die abgetrennte Mutterlauge in die Karbonatierungsstufe zurückgeführt wird.