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Das Stammpatent betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Na2S durch Reduktion von Na2S04 und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Das Stammpatent ist dadurch gekennzeichnet, dass das Na2S04 in reduzierender Atmosphäre geschmolzen und im geschmolzenen Zustand am Boden des Strahlungsraumes eines Schmelzkammerkessels gesammelt wird sowie am Boden von einem gasförmigen Reduktionsmittel bzw. von einem in einem Trägergasstrom gleichmässig verteilten, festen Reduktionsmittel, insbesondere Koksstaub, durchströmt und in Na2S umgewandelt wird.
Bei der Reduktion von Natriumsulfat in reduzierender Atmosphäre kommt es leicht zu Russbildungen, wobei der Russ in Lösung bzw. Suspension geht und das erzeugte Natriumsulfid verunreinigt. Weiters tritt bei der Durchblasung der Natriumsulfatschmelze mit einem Kohlenwasserstoff Russbildung auf, da der Wasserstoff eine grössere Affinität zum Sauerstoff als der Kohlenstoff aufweist. Zur Vermeidung von Verstopfungen der Düse ist eine Mindestmenge durchzusetzen, so dass eine mengenmässige Reduktion des Durchsatzes nicht sinnvoll erscheint. Darüber hinaus vermindert sich mit der Gasmenge auch die Turbulenz im Bad, wodurch Entmischungserscheinungen in der Schmelze auftreten.
Die Erfindung beseitigt die Verunreinigung der Natriumsulfildschmelze durch den Kohlenstoff und gestattet ferner infolge der besseren Durchmischung der Schmelze eine Reduktion des Restgehaltes an Natriumsulfat sowie eine Beschleunigung des Reduktionsverfahrens. Durch die Verwendung des inerten Gases als Träger für einen Teil des Natriumsulfates wird durch die gesteurte Zugabe des Natriumsulfates zur Schmelze die Nachreaktion gesteuert.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Durchmischung und des Reinheitsgrades der gesammelten Schmelze neben dem Reduktionsmittel ein inertes Gas, vorzugsweise rückgesaugtes Rauchgas, durch die Schmelze geführt wird. Insbesondere wird dem rückgesaugten Rauchgas vor seiner Einblasung staubförmiges Na2S04 zugemischt. Vorzugsweise wird das Reduktionsmittel alternierend mit dem inerten Gas durch die Schmelze geblasen und wird nach dem Durchblasen des Inertgases ein Teil der Na2S-Schmelze abgezogen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass im Boden des Schmelzkammerkessels zusätzliche Düsen für das inerte Gas angeordnet sind. Insbesondere sind die zusätzlichen Düsen parallel zu den Düsen für das Reduktionsmittel, insbesondere in Richtung des Abflusses angeordnet. Vorzugsweise sind die Düsen für das inerte Gas ringförmig, insbesondere in Form von Ringdüsen, um die einzelnen Düsen für das Reduktionsmittel angeordnet.
Bei der Reduktion von geschmolzenem Natriumsulfat durch einen Kohlenstoffträger bilden sich Stellen, an welchen sich das Natriumsulfat erst zu einem relativ späten Zeitpunkt zu Natriumsulfid umwandelt. Anderseits löst das Natriumsulfid Kohlenstoff, der infolge der unterschiedlichen Affinität des Kohlenstoffes und des Wasserstoffes zum Sauerstoff entsteht, so dass sich Inhomogenitäten ausbilden, die die Prozessführung erschweren. Zur Vermeidung dieser Unzulänglichkeiten wird ein inertes Gas zur besseren Durchmischung der Schmelze eingeblasen, wozu sich das Abgas des nachgeschalteten Kessels, welches einen niedrigen Sauerstoffgehalt aufweist, anbietet, so dass Rückoxydationen des Natriumsulfids zu Natriumsulfat behindert werden.
Wird zur Beschleunigung der Reaktion Reduktionsmittel im Überschuss zugesetzt, so verunreinigt der nicht vollständig reagierte Kohlenstoff die Schmelze. Ähnliches geschieht, wenn die Verbrennung in der Schmelzkammer unterstöchiometrisch durchgeführt wird, wodurch es ebenfalls zur Russbildung und Badverunreinigung kommen kann. Wird nun das Bad durch das inerte Gas durchmischt, so kann dieser suspendierte bzw. gelöste Kohlenstoff als Reduktionsmittel verwendet werden, wodurch ein Teil des Natriumsulfates in Natriumsulfid umgewandelt wird. Um die Reaktion zu vervollständigen, ist es daher vorteilhaft, dem inerten Gas zur Durchmischung der Schmelze staubförmiges Natriumsulfat (Glaubersalz) in geregelter Menge zuzuführen, so dass letzten Endes eine möglichst reine Natriumsulfidschmelze erreicht wird.
Es ist daher vorteilhaft, das erzeugte Natriumsulfid nach erfolgter Durchmischung mit dem Inertgas diskontinuierlich abzuführen. Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Schmelzwanne ist zwischen dem Abstich für das Natriumsulfid und der Zuführungsdüse für das Reduktionsmittel eine Düsenreihe für das inerte Gas zur Durchmischung der Schmelze vorgesehen, wobei die Düsen in Richtung zur Schmelzkammer gerichtet sind. Ein ähnlicher Effekt wird auch bei ringförmiger Anordnung der Düsen für das Inertgas um jene für das Reduktionsmittel erreicht. Wird als Reduktionsmittel Kohle- oder Koksstaub verwendet, so kann bei der Verwendung einer einzigen Düse nach dem Reduktionsmittel auch das Natriumsulfat eingeblasen werden.
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Beispiel : Aus den Spinnbädern einer Zellstoff-Kunstfaserfabrik fallen stündlich zirka 3 t
Natriumsulfat an, das nach seiner Spaltung in den Produktionsprozess zurückgeführt werden kann. Ein
Teil des anfallenden Natriumsulfats wird mit einer Korngrösse von 0, 2 mm in die Reduktionszone eines
Schmelzammerkessels eingeblasen und teilweise zu Natriumsulfid reduziert. Die Schmelzkammer hat eine
Temperatur von etwas mehr als 1000 C. Infolge der spezifischen Grösse der Schmelzkammer beinhaltet die
Schmelze zirka 50% Natriumsulfid, während der Rest aus nicht reduziertem Natriumsulfat besteht. Zur
Reduktion des andern Teiles des Natriumsulfates wird dieser mit einem Reduktionsmittel, wie z. B.
Methan oder ein anderer gasförmiger Kohlenwasserstoff, durch die Schmelze geblasen, wobei eine turbulente Zone geschaffen wird, in welcher nicht nur das eingeblasene sondern auch das in der Schmelze gelöste
Natriumsulfat zum grössten Teil zu Natriumsulfid reduziert wird. Durch die zusätzliche Einblasung eines inerten Gases, wie z. B. Rauchgas des Kessels, erhöht sich die Turbulenz im Bad, so dass sich bei einer
Verkleinerung des Badvolumens um 10% eine Verbesserung des Reinheitsgrades der Schmelze auf 97% ergibt. Hiebei ist berücksichtigt, dass auch an der Oberfläche des Bades infolge der reduzierenden
Atmosphäre ein weiterer Teil des gelösten Natriumsulfats in Natriumsulfid entsprechend der Reduktions- gleichung
Na2S04 + 2 C = Na2S + 2 CO2 umgewandelt wird.
Es fallen bei diesem Zahlenbeispiel stündlich etwa 1600 kg Natriumsulfid an, die mit etwa 50 kg Natriumsulfat verunreinigt sind. Durch Umsatz mit Zinkoxyd und Auslaugen können dabei zirka 1570 kg Natronlauge erzeugt werden. Das hiebei anfallende Zinksulfid kann durch Röstung unter
Schwefeldioxydabgabe in ZnO umgewandelt werden, wobei das freiwerdende SO2 zur Aufstärkung der
Kochsäure oder auch zur Schwefelsäuregewinnung verwendet wird.
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemässer Schmelzkammerkessel zur grosstechnischen Umwandlung des Na2S04 in Na2S beispielsweise und schematisch dargestellt.
Die Schmelzkammer-10-des Schmelzkammerkessels-2-ist über eine Umlenkzone --1-- mit einer Nachverbrennungskammer --8-- verbunden und weist Deckenbrenner --3-- auf, in welchen ein Brennstoff, insbesondere Methan, mit der tangential eingeführten Verbrennungsluft verbrannt wird. Mit der Verbrennungsluft bzw. dem Brennstoff wird auch staubförmiges Na2S04 (Glaubersalz) in die Brennkammer --10-- eingeführt und durch die Wärmeentwicklung geschmolzen sowie am Boden des Schmelzkammerkessels --2-- in einer Wanne gesammelt. Durch Düsen --5--, die im tieferen Teil --11-- des Bodens --6-- der Wanne --4-- angeordnet sind, wird ein gasförmiges Reduktionsmittel, wie z. B. Methan, eingeblasen, so dass das geschmolzene Na2S04 in Na2S umgewandelt wird.
Die bei diesem Prozess benötigte Wärme wird dem Bad durch die Brennkammerstrahlung der Schmelzkammer u 10u über die Badoberfläche zugeführt. Durch den rinnenförmigen seichten Teil --9-- wird das zu Na2S reduzierte Na2S04 abgeführt.
Die Zweiteilung der Wanne --4-- bewirkt eine grosse Wärmezufuhr über die Badoberfläche, wodurch die Nachreaktion, insbesondere durch die reduzierende Wirkung der Abgase der Schmelzkammer, günstig beeinflusst wird, so dass trotz dauernder Zufuhr von Na2S04 das Na2S mit dem benötigten Reinheitsgrad abgezogen werden kann. Die reduzierenden Abgase der Schmelzkammer-10-werden mit dem nicht vollständig für die Reduktion verbrauchten gasförmigen Kohlenstoffträger vermischt und durch das Rohrgitter - in die Nachverbrennungskammer --8-- eingeleitet, wo die vollständige Verbrennung der Abgase und die Rückgewinnung der Abwärme in der nachgeschalteten Kesselanlage erfolgen kann.
Ein Teil der Abgase wird durch die Leitung --12-- vom Kesselaustritt oder durch die Leitung --13-- vom Kesseleintritt rückgeführt und über Düsen-14-am Boden-6-der Wanne-4-der Schmelze mittels des Gebläses - eingeblasen, wodurch eine bessere Durchmischung der Schmelze erreicht wird. Die Düsen --14-- sind ringförmig um die Douse --5-- four das Reduktionsmittel angeordnet und können in Richtung des Na2S-Abflusses gerichtet sein. Gegebenenfalls kann dem rückgeführten Abgas über die Leitung-15-- zusätzlich ein Reduktionsmittel und/oder staubförmiges Na2S04 zugeführt werden.