AT509285B1

AT509285B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer eisen(iii)chloridlösung

Info

Publication number: AT509285B1
Application number: ATA2003/2009A
Authority: AT
Original assignee: Sms Siemag Process Technologies Gmbh
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2016-01-15
Also published as: AT509285A1; WO2011072318A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit einer Eisen(lll)chloridkonzentration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, durch Oxidation einer eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung mit einer Eisen(ll)chloridkonzentration von 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt, umfassend mindestens einen Oxidationsschritt und zwei Aufkonzentrierungsschritten, in welchen Aufkonzentrierungsschritten durch Zufuhr vor thermischer Energie Wasser aus der eisenhaltigen salzsauren Lösung zum Aufkonzentrieren verdampft wird, wobei die Aufkonzentrierungsschritte bei unterschiedlichen Drücken durchgeführt werden, wobei die Kondensationsenergie des resultierenden Dampfes aus dem bei höherem Druck durchgeführten Aufkonzentrierungsschritt dem Verdampfer des bei geringerem Druck durchgeführten Aufkonzentrierungsschritts zugeführt wird.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlö-sung mit einer Eisen(lll)chloridkonzentration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt -50%wt, durch Oxidation einer eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung mit einer Eisen(ll) Chloridkonzentration von 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt, umfassend mindestens einen Oxidationsschritt und zwei Aufkonzentrierungsschritten, in welchen Aufkonzentrierungsschritten durch Zufuhr von thermischer Energie Wasser aus der eisenhaltigen salzsauren Lösung zum Aufkonzentrieren verdampft wird. Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Eisen(lll)chloridlösung.

[0002] Eisen(lll)chlorid ist in der Wasseraufbereitungsindustrie ein weit verbreitetes eingesetztes Flockungsmittel, das zur Entfernung der im Abwasser suspendierten nicht löslichen Bestandteile eingesetzt wird. Darüber hinaus kann dreiwertiges Eisen durch Bildung des schwerlöslichen Eisenphosphats, die im Abwasser enthaltenen Phosphate binden.

[0003] Derzeit sind zahlreiche Verfahren zur Herstellung von vermarktungsfähigen Eisen(lll) Chloridlösungen bekannt. Dabei werden die unterschiedlichsten Rohstoffe, z.B Eisen, Beizlösungen oder Hämatit, eingesetzt. Weiters werden, bei Bedarf, in den Oxidationsstufen die verschiedensten Oxidationsmittel eingesetzt.

[0004] In den Patenten EP 340 069, EP 34070 und EP 340 071 wird die klassische Herstellung von Eisen(lll)chlorid durch Lösen von Eisen in Chlorwasserstoffsäure sowie die Oxidation der dabei resultierenden Eisen(ll)chloridlösung durch Chlorgas beschrieben.

[0005] I m Gegensatz dazu wird in US 2,096,855 Eisen mit einem Teil der erzeugten Eisen(lll) Chloridlösung aufgeschlossen, und die resultierende Eisen(ll)chloridlösung wird mit Chlorgas zu einer Eisen(lll)chloridlösung oxidiert.

[0006] EP 0 654 013 verwendet im Vergleich zu US 2,096,855 Sauerstoff als Oxidationsmittel. Die Oxidation wird bei Drücken zwischen 1 und 20 bar durchgeführt. Die Temperaturen liegen zwischen 90°C bei 1 bar und 150°C.

[0007] Das Lösen von Hämatit mit Chlorwasserstoffsäure wird in US 5,300,268 beschrieben. Da das Eisen im Hämatit bereits in dreiwertiger Form vorliegt, entfällt der Oxidationsschritt. Die Lösetemperaturen liegen zwischen 75 und 150°C. Dabei wird Salzsäure von unten durch ein Eisenoxidbett geleitet, die mit dem Eisenoxid zu Eisen(lll)chlorid reagiert. Feine Erzpartikel befinden sich in der Suspension und werden abgetrennt und der Lösung zugeführt. In einem nachfolgenden Verdampfer wird die Eisen(lll)lösung aufkonzentriert.

[0008] In der Stahlindustrie wird zum Beizen, dem Entfernen des Zunders vom Warmband, Chlorwasserstoffsäure eingesetzt. Dabei fällt eine eisen(ll)chloridhaltige Abfalllösung an. Es ist daher naheliegend, diese Abfalllösung als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Ei-sen(lll)chlorid heranzuziehen.

[0009] US 4 066 748 behandelt Abfalllösungen aus Stahlbeizen, die in einem ersten Verfahrensschritt, aufkonzentriert wird. Die freie enthaltene Chlorwasserstoffsäure wird mit Eisenoxidpartikeln neutralisiert. Die resultierende Lösung wird mit Chlorgas zu einer Eisen(lll)chlorid-lösung oxidiert.

[0010] I m Gegensatz dazu wird in WO 01/53 206 Sauerstoff als Oxidationsmittel eingesetzt. Die Eisen(ll)chloridlösung wird mit Salzsäure angesäuert, um für die Oxidationsreaktion Chlor im stöchiometrischen Ausmaß zur Verfügung zu stellen. Bei Temperaturen über 50°C wird sauerstoffhaltiges Gas in den Reaktor eingebracht und das Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid oxidiert. Die Lösung wird in einem weiteren Verfahrensschritt aufkonzentriert.

[0011] In US 3,682,592 und US 4,248,851 wird die Oxidation von Abfalllösungen aus Stahlbeizen durch gasförmigen Sauerstoff beschrieben.

[0012] In der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Eisen(lll)chlorid- lösung wie eingangs genannt beschrieben, wobei als Ausgangsprodukt eisenhaltige salzsaure Abfalllösung aus Stahlbeizen verwendet wird. Das Verfahren umfasst mindestens einen Oxidationsschritt, wobei dieser Teil des Verfahrens als Stand der Technik anzusehen ist, sowie mindestens zwei Aufkonzentrierungsschritte, um die Konzentrationen der vermarktungsfähigen Eisen(lll)chloridlösung zu erreichen. Ziel der Erfindung ist die Reduktion des Energiebedarfs des Verfahrens zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung.

[0013] Die Ausgangslösung für die Herstellung der Eisen(lll)chloridlösung fällt unter anderem als Abfalllösung in Stahlbeizen an und beinhaltet neben Eisen(ll)chlorid bis zu 5%wt Chlorwasserstoff und bis zu 5% Eisen(lll)chlorid sowie gelöste Legierungselemente des Stahls, wie z. B. Mn, Zn, Ni, Cr, u.s.w., die das Verfahren zur Herstellung und die Qualität der besagten Eisen(lll) Chloridlösung nicht beeinflussen.

[0014] Als Oxidationsmittel eignet sich unter anderem Sauerstoff als auch Chlorgas, Natrium-chlorat oder Wasserstoffperoxid. Die beiden letzteren müssen aufwendig in elektrolytischen Verfahren hergestellt werden und sind somit relativ teuer. Die Wahl des Oxidationsmittels hängt unter anderem auch von der Standortwahl ab. Wird das Verfahren in einem Chemiewerk durchgeführt, so fällt die Wahl des Oxidationsmittels z. B. auf Chlorgas, das in anderen Produktionsprozessen anfällt. Wird das Verfahren jedoch in Stahlwerken durchgeführt, wo die besagte eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung als Abfalllösung in Stahlbeizen direkt anfällt, so ist die Verwendung von Sauerstoff vorteilhaft, da in einem integrierten Stahlwerk Sauerstoff z.B. in LD-Konvertern verwendet wird und damit meist ohnehin verfügbar ist. Chlorgas ist ein für den Menschen giftiges Gas und daher unterliegen die Lagerung und der Transport sehr restriktiven Vorschriften und würden, wenn nicht ohnehin vorhanden, zu einem großen Aufwand führen.

[0015] Aufgrund der geringen Konzentrationen der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung ist es für den Prozess zwingend erforderlich, die Ausgangslösung, neben dem Verfahrensschritt der Oxidation, weiter durch Eindampfung aufzukonzentrieren, um eine vermarktungsfähige Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt -50%wt, zu erhalten.

[0016] Nach derzeitigem Stand der Technik erfolgt die Aufkonzentrierung einer eisenhaltigen salzsauren Lösung durch Verdampfung nach dem Oxidationsschritt. In den Oxidationsreaktor werden die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung, das Oxidationsmittel und bei Bedarf ein Chlorierungsmittel z.B. Chlorwasserstoff, das im stöchiometrischen Ausmaß zur Deckung des Chloridbedarfs, der bei der Oxidationsreaktion von Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid gegeben ist, hinzugegeben. Über den Wärmetauscher für den Oxidationsreaktor wird die Betriebstemperatur, die von der Wahl des Oxidationsmittels bzw. von der vorhandenen Eisen(ll)chloridkon-zentration der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung abhängt, eingestellt. Die resultierende konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung wird in den Verdampfer gepumpt, wo externe thermische Energie dem Verdampfer zugeführt wird, um die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung im Verdampfer auf die vorgegebene Eisen(lll)chloridkonzentration des Endproduktes, der eisenhaltigen salzsauren Lösung mit einer Eisen(lll)chloridkonzentration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, bei Umgebungsdruck aufzukonzentrieren. Das Endprodukt, die konzentrierte Eisen(lll)chloridlösung, wird aus dem Verdampfer abgezogen. Dieser Prozess ist sehr energieintensiv und aus betriebswirtschaftlicher Sicht prinzipiell nicht vorteilhaft.

[0017] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den thermischen Energiebedarf des Verfahren zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit einer Eisen(lll)chloridkonzentration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, durch Oxidation einer eisenhaltigen salzsauren Lösung, deren Eisen(ll)chloridkonzentration 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt -25%wt beträgt, zu reduzieren. Eine erste Energieeinsparung wird dadurch erreicht, indem die Aufkonzentrierung der eisenhaltigen salzsauren Lösung, im Allgemeinen, durch eine zweistufige Eindampfung durchgeführt wird. In einem ersten Aufkonzentrierungsschritt wird über einen externen Energieträger, z. B. Dampf oder Wärmeträgeröl, thermische Energie in den Verdampfer eingebracht, wodurch die im Verdampfer enthaltene eisenhaltige salzsaure Lösung durch

Verdampfung von Wasser bei Umgebungsdruck aufkonzentriert wird. Der im Verdampfer resultierende Dampf ist selbst ein Energieträger und die freiwerdende Kondensationsenergie des besagten Dampfes könnte zum Beheizen des zweiten Aufkonzentrierungsschrittes herangezogen und so zur Aufkonzentrierung der im zweiten Verdampfer enthaltenen eisenhaltigen salzsauren Lösung verwendet werden.

[0018] Unabhängig davon, ob die Aufkonzentrierung des besagten Verfahrens zur Herstellung der besagten Eisen(lll)chloridlösung einstufig oder zweistufig durchgeführt wird, ist die aufzuwendende Energie für die Aufkonzentrierung bei beiden Verfahren gleich. Bei der zweistufigen Aufkonzentrierung würde zumindest ein Verdampfer mit prozessinterner thermischer Energie beheizt werden und somit könnte im Vergleich zur einstufigen Aufkonzentrierung, wo die gesamte Energie durch einen externen Energieträger aufgebracht wird, der Energieverbrauch eines derartigen Verfahrens zur Herstellung der besagten Eisen(lll)chloridlösung bis um die Hälfte reduziert werden.

[0019] Es gilt dabei jedoch zu beachten, dass aufgrund des Salzeffektes die Siedetemperaturen der eisenhaltigen salzsauren Lösungen mit zunehmender Konzentration ansteigen. Der bei der thermischen Aufkonzentrierung der eisenhaltigen salzsauren Lösungen entstehende Dampf enthält ausschließlich Wasser und Chlorwasserstoff, da die in der Lösung enthaltenen Eisenchloride in der Lösung zurück bleiben. Durch die unterschiedlichen Zusammensetzungen der eisenhaltigen salzsauren Lösung und den zur besagten Lösung zugehörigen Dampf liegt die Kondensationstemperatur des Dampfes unterhalb der Siedetemperatur der eisenhaltigen salzsauren Lösung. Um jedoch die Wärmeenergie, in Form der Kondensationsenergie des Dampfes, aus der ersten Aufkonzentrierung auf die zweite Aufkonzentrierung übertragen zu können ist es daher unumgänglich die Kondensationstemperatur des Dampfes aus der ersten Aufkonzentrierung über der Siedetemperatur der in der zweiten Aufkonzentrierung befindlichen eisenhaltigen salzsauren Lösung einzustellen.

[0020] Die klassische Methode hierfür ist die mechanische Brüdenverdichtung, wo durch Kompression die Kondensationstemperatur des besagten Dampfes aus dem ersten Aufkonzentrierungsschritt über die Siedetemperatur der im zweiten Aufkonzentrierungsschritt enthaltenen eisenhaltigen salzsauren Lösung gehoben wird. Die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung mit einer Eisen(ll)chloridkonzentration von 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15 % wt - 45 % wt, wird in den Vorverdampfer gepumpt und durch Verdampfung bei Umgebungsdruck wird die Ei-sen(ll)chloridkonzentration in der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung auf 25%wt -35%wt erhöht. Die Siedetemperatur im Vorverdampfer beträgt 105°C - 120°C. Die entstandenen Dämpfe aus dem Vorverdampfer werden abgezogen und in einem Kondensor kondensiert. Aus dem Vorverdampfer wird die eisenhaltige salzsaure Lösung in den Verdampfer gepumpt und durch weitere Verdampfung bei Umgebungsdruck wird die Eisen(ll)chloridkonzentration soweit im Verdampfer eingestellt, dass aus dem Oxidationsreaktor die vermarktungsfähige Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt -50%wt abgezogen werden kann. Im Verdampfer stellt sich eine Siedetemperatur von 105°C bis 125°C ein. Die Dämpfe aus dem Verdampfer werden abgezogen und in einem Verdichter auf einen Überdruck von 0,5 - 3 bar verdichtet um die Kondensationstemperatur des Dampfes aus dem Verdampfer auf 110°C - 130°C zu erhöhen. Die bei der Kondensation des besagten Dampfes freiwerdende Kondensationsenergie wird wiederum zum Beheizen des Vorverdampfers verwendet. Aus dem Verdampfer wird die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung in den Oxidationsreaktor gepumpt, wo unter Zugabe eines Oxidationsmittels und eines Chlorierungmittels im stöchiometrischen Ausmaß, um den für die Oxidationsreaktion von Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid benötigten Chlorbedarf zur Verfügung zu stellen, die Oxidation durchgeführt wird. Das fertige Endprodukt wird aus dem Oxidationsreaktor entnommen.

[0021] Aufgrund des zuvor beschriebenen Salzeffektes liegt die Siedetemperatur der eisenhaltigen salzsauren Lösung stets höher als die Kondensationstemperatur des zugehörigen Dampfes bei Umgebungsdruck. Im Fall der mechanischen Brüdenverdichtung ist damit eine unverhältnismäßige hohe Druckerhöhung des besagten Dampfes aus dem Verdampfer erforderlich, um die Kondensationstemperatur über die Siedetemperatur der eisenhaltigen salzsauren Lö- sung im Vorverdampfer zu heben. Die Verdichtung des Dampfes aus dem Verdampfer ist daher ein energieintensiver Prozess und gegebenenfalls ist eine mehrstufige Verdichtung mit Zwischenkühlung erforderlich. Nachteilig wirkt sich weiters aus, dass der Brüdenverdichter aufgrund des Chlorwasserstoffgehaltes im Dampf säurefest ausgeführt werden muss, wodurch der Einsatz teurer Sondermetalle erforderlich wird.

[0022] Erfindungsgemäß wird daher vorgesehen, dass die Aufkonzentrierungsschritte bei unterschiedlichen Drücken durchgeführt werden, wobei die Kondensationsenergie des resultierenden Dampfes aus dem bei höherem Druck durchgeführten Aufkonzentrierungsschritt dem Verdampfer des bei geringerem Druck durchgeführten Aufkonzentrierungsschritts zugeführt wird.

[0023] Vorzugsweise wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Aufkonzentrierungsschritt bei Umgebungsdruck und der andere Aufkonzentrierungsschritt bei Unterdrück durchgeführt wird, wobei der resultierende Dampf aus dem bei Umgebungsdruck durchgeführten Aufkonzentrierungsschritt dem Verdampfer des bei Unterdrück durchgeführten Aufkonzentrierungsschritts zugeführt wird. Vorzugsweise wird dabei die benötigte thermische Energie des bei Umgebungsdruck durchgeführten Aufkonzentrierungsschritts durch einen externen Energieträger aufgebracht. Besonders bevorzugt wird, wenn die Verdampfung in dem bei Unterdrück durchgeführten Aufkonzentrierungsschritt bei 5 kPa - 85 kPa durchgeführt wird, wodurch die Siedetemperatur der eisenhaltigen salzsauren Lösung in dem bei Unterdrück durchgeführten Aufkonzentrierungsschritt auf 60°C - 100°C unterhalb der Kondensationstemperatur des Dampfes aus dem Verdampfer herabgesetzt wird.

[0024] Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen mechanischen Brüdenverdichtung wird in der vorliegenden Erfindung nicht die Kondensationstemperatur des Dampfes aus dem Verdampfer nach der klassischen Brüdenverdichtung erhöht, sondern die Siedetemperatur der eisenhaltigen salzsauren Lösung in einem Unterdruckverdampfer durch Anlegen eines Unterdrucks herabgesetzt. Die Dämpfe aus dem Unterdruckverdampfer werden abgezogen und kondensiert. Die für die Aufrechterhaltung des Unterdrucks im Unterdruckverdampfer benötigte Unterdruckpumpe ist nach dem Kondensor für den Unterdruckverdampfer angeordnet, sodass die Menge des von der besagten Unterdruckpumpe zu fördernden Dampfes im Vergleich zur verdichtenden Dampfmenge für den Fall der zuvor beschriebenen mechanischen Brüdenverdichtung deutlich geringer ist. Somit ergibt sich, dass die vorliegende Erfindung in zweierlei Hinsicht wirtschaftliche Vorteile gegenüber der zweistufigen Aufkonzentrierung des besagten Verfahrens mit mechanischer Brüdenverdichtung bietet. Zum Einen sind die Energiekosten durch die Verringerung der zu fördernden Dampfmenge deutlich geringer und zum Anderen ist die Anschaffung von Unterdruckpumpen im Vergleich zu säurefesten Brüdenverdichter wesentlich günstiger.

[0025] Die Wahl der Anordnung der einzelnen Prozessschritte hängt im Wesentlichen von der Wahl des Oxidationsmittel und der damit verbundenen erforderlichen Betriebsbedingung für die Oxidation ab.

[0026] Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Oxidationsschritt den beiden Aufkonzentrierungsschritten nachgestellt. Dabei wird die besagte eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung, vorzugsweise eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung mit einer Eisen(ll)chloridkonzentration 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt, in den Unterdruckverdampfer gepumpt und im Unterdrück bei 5 kPa - 85 kPa durch Verdampfung aufkonzentriert. Die Siedetemperatur der besagten Lösung beträgt 60°C - 100°C. Die Ei-sen(ll)chloridkonzentration in der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer beträgt 15%wt - 40%wt, vorzugsweise 20%wt - 35%wt. Die Dämpfe aus dem Unterdruckverdampfer werden abgezogen und in einem Kondensor auskondensiert. Die Unterdruckpumpe ist nach dem besagten Kondensor für den Unterdruckverdampfer angeordnet. Aus dem Unterdruckverdampfer wird die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung in den Verdampfer gepumpt. Die für die Aufkonzentrierung benötigte thermische Energie wird durch einen externen Energieträger, vorzugsweise durch Sattdampf oder Wärmeträgeröl eingebracht. Im besagten Verdampfer wird die Konzentration des Eisen(ll)chlorids in der konzentrierten eisen haltigen salzsauren Lösung soweit angehoben, dass die Konzentration der salzsauren eisenhaltigen Lösung nach der Oxidation im Oxidationsreaktor der geforderten Qualität des Endproduktes, der besagten konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt -55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, entspricht. Die Eisen(ll)chloridkonzentration der besagten konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Verdampfer beträgt somit 20% wt -50%wt, vorzugsweise 25%wt - 45%wt. Die Verdampfung im Verdampfer findet bei Umgebungsdruck statt und die Siedetemperatur der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Verdampfer beträgt 105 - 125°C. Die Dämpfe aus dem Verdampfer werden abgezogen und kondensiert, wobei die freiwerdende Kondensationsenergie zum Beheizen des Unterdruckverdampfers verwendet wird. Die Kondensationstemperatur des besagten Dampfes beträgt 100°C - 110°C und liegt somit oberhalb der Siedetemperatur von 60°C - 100°C der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer, wodurch die der Wärmeübergang sichergestellt ist.

[0027] Aus dem Verdampfer wird die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung in den Oxidationsreaktor geleitet, wo durch Zugabe eines Oxidationsmittels die besagte eisenhaltige salzsaure Lösung zu einer Eisen(lll)chloridlösung oxidiert wird. Durch eine entsprechende Wärmeübertragungsvorrichtung ist es möglich, die Betriebstemperaturen im Oxidationsreaktor für das jeweilige Oxidationsmittel abzustimmen. Bei Verwendung von nicht chlorspendenden Oxidationsmittel, wie gasförmigen Sauerstoff, Natriumchlorat oder Wasserstoffperoxid, wird um das Ausfällen von Eisenoxid zu verhindern zusätzlich ein Chlorierungsmittel z.B. Chlorwasserstoff im stöchiometrischen Verhältnis in den Oxidationsreaktor eingebracht. Hier wirkt sich nachteilig aus, dass bei der vorangegangen Aufkonzentrierung ein Teil des in der besagten eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung enthaltenen Chlorwasserstoffs durch Verdampfung ausgetrieben wird und somit wiederum im Oxidationsreaktor ergänzt werden muss.

[0028] Aus diesem Grund ist die Verwendung von Chlorgas als Oxidationsmittel an dieser Stelle vorteilhaft, da durch das Oxidationsmittel selbst der für die Oxidation von Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid benötigte Chlorbedarf gedeckt wird und somit der restliche, nicht in den vorangegangenen Aufkonzentrierungsschritten verdampfte freie Chlorwasserstoff, im Oxidationsreaktor nicht verbraucht wird. Um wiederum den Chlorwasserstoffgehalt im Produkt, der besagten konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt -50%wt, auf die geforderten Grenzwerte zu reduzieren, ist die Zugabe von Eisenoxid in Form von Hämatit während oder nach den einzelnen Prozessschritten erforderlich. Durch das Lösen des besagten Eisenoxids durch Chlorwasserstoff wird zusätzlich Ei-sen(lll)chlorid erzeugt und der Chlorwasserstoff wird verbraucht. Durch das Austreiben des freien Chlorwasserstoffs im Vorfeld der Oxidation kann der besagte zusätzliche Verfahrensschritt, das Lösen von Eisenoxid, entfallen.

[0029] Der Prozess kann unter Anderem auch derart geführt werden, dass die eisenhaltige salzsaure Lösung zunächst in den Verdampfer gepumpt wird. Die thermische Energie wird durch einen externen Energieträger, vorzugsweise Dampf, eingebracht. Die Verdampfung wird bei Umgebungsdruck durchgeführt und die Siedetemperatur der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Verdampfer mit einer Eisen(ll)chloridkonzentration von 15%wt - 40%wt, vorzugsweise 20%wt - 35%wt, beträgt 105°C - 120°C. Die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung wird aus dem Verdampfer in den Unterdruckverdampfer gepumpt, wo die Siedetemperatur durch Anlegen eines Unterdrucks von 5 kPa - 85 kPa auf 60°C - 100°C gesenkt wird. Die durch die Verdampfung entstehenden Dämpfe aus dem Unterdruckverdampfer werden abgezogen und kondensiert. Die durch Kondensation der Dämpfe aus dem Verdampfer bei einer Temperatur von 100°C - 110°C freiwerdende thermische Energie wird zum Beheizen der Unterdruckverdampfer verwendet.

[0030] Die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung im Unterdruckverdampfer wird in den Oxidationsreaktor gepumpt, wo unter Zuhilfenahme eines Oxidationsmittels das in der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung aus dem Unterdruckverdampfer enthaltene Ei-sen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid oxidiert wird. Die Eisen(ll)chloridkonzentration wird bereits im Unterdruckverdampfer auf 20%wt - 50 % wt, vorzugsweise 25%wt - 45%wt eingestellt, sodass die aus dem Oxidationsreaktor abgezogene konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung bereits der geforderten Qualität des Produktes, der besagten konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung (5) mit einer Eisen(lll)chloridkonzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, entspricht.

[0031] Durch Anlegen des Unterdrucks im Unterdruckverdampfer, wo sich gegenüber dem Verdampfer die höher konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung befindet, ist allerdings für die Aufrechterhaltung des Unterdrucks im Vergleich zu der zuvor beschriebenen Prozessvariante ein höherer Energiebedarf nötig. Die Eisen(lll)chloridkonzentration des Endproduktes, der besagten konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, wird bereits durch das Einstellen der Eisen(ll)chloridkonzentration der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer vor Eintritt in den Oxdiationsreaktor bestimmt. Bei sehr hohen Eisen(ll)chloridkonzentrationen, größer 40%wt, in der besagten konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer kann es allerdings durch Herabsetzen der Siedetemperatur auf 60°C - 100°C durch Anlegen eines Unterdrucks von 5 kPa - 85 kPa zur Kristallisierung von Eisen(ll)chlorid im Unterdruckverdampfer kommen.

[0032] Vorteilhaft wirkt sich dagegen aus, dass die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung aus dem Unterdruckverdampfer, die in den Oxidationsreaktor gepumpt wird, im Unterdrück unter Herabsetzung der Siedetemperatur aufkonzentriert wurde, und somit eine bei Atmosphärendruck unterkühlte konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung in den Oxidationsreaktor gepumpt wird. Die Oxidation kann dadurch ohne weitere Maßnahmen, z.B. Kühlen der besagten konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung, bei geringeren Temperaturen durchgeführt werden.

[0033] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Oxidationsschritt den beiden Aufkonzentrierungsschritten vorangestellt ist. In den Oxidationsreaktor wird die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung mit einer Eisen(ll)chlorid-konzentration von 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt, eingeleitet, und das Oxidationsmittel und im stöchiometrischen Verhältnis das Chlorierungsmittel werden hinzugegeben. Die Betriebstemperaturen im Oxidationsreaktor werden über eine Wärmeübertragungsvorrichtung eingestellt. Die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung aus dem Oxidationsreaktor, die nun 15%wt - 35%wt Eisen(lll)chlorid enthält, wird in den Unterdruckverdampfer gepumpt.

[0034] Unter Nutzung der bei der Kondensation der Dämpfe aus dem Verdampfer freiwerdenden thermischen Energie wird die Konzentration des Eisen(lll)chlorides im Unterdrück bei 5 kPa - 85 kPa erhöht. Die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung im Unterdruckverdampfer hat nun eine Eisen(lll)chloridkonzentration von 20 % wt - 45%wt und wird in den Verdampfer gepumpt. Hier wird die eisenhaltige salzsaure Lösung bis zum fertigen Endprodukt der besagten konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, aufkonzentriert. Die Verdampfung findet bei Atmosphärendruck statt und die Siedetemperatur beträgt 105°C bis 120°C. Die benötigte thermische Energie wird durch einen externen Energieträger z. B. Dampf aufgebracht.

[0035] Auch hier eignet sich als Oxidationsmittel die bereits erwähnten Oxidationsmittel, wie z.B. Chlorgas, Sauerstoff, Natriumchlorat oder Wasserstoffperoxid. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Prozessvariante bei der Verwendung von Oxidationsmittel, die selbst kein Chlorträger für die Oxidation von Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid sind, und somit zusätzlich Chlor im stöchiometrischen Verhältnis z.B. in Form von Chlorwasserstoff in den Oxidationsreaktor eingebracht werden muss.

[0036] Da der in der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung mit einer Eisen(ll)chloridkon-zentration von 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25 %, enthaltene freie Chlorwasserstoff durch die Oxidationsreaktion von Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid verbraucht wird und somit keine Chlorwasserstoffverluste bei der Aufkonzentrierung auftreten, werden geringere Mengen Chlor z.B. in Form von Chlorwasserstoff zum stöchiometrischen Ausgleich der Oxidationsreaktion von Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid im Oxidationsreaktor benötigt.

[0037] Ebenfalls günstig erweist sich jene Verfahrensvariante, bei der die salzsaure eisenhaltige Lösung aus dem Oxidationsreaktor nicht wie zuvor beschrieben in den Unterdruckverdampfer, sondern in den Verdampfer gepumpt wird, wo die Konzentration auf 20%wt - 45%wt bei Umgebungsdruck und einer Siedetemperatur von 105°C - 120°C erhöht wird. Aus dem Verdampfer wird die besagte konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung in den Unterdruckverdampfer gepumpt, wo unter Anlegen eines Unterdrucks von 5 kPa - 85 kPa bei einer Siedetemperatur von 60°C - 100°C die Konzentration soweit angehoben wird, dass die Ei-sen(lll)chloridkonzentration der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung der Ei-sen(lll)chloridkonzentration des Endproduktes, der konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30% wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, entspricht. Die für die Aufkonzentrierung im Unterdruckverdampfer benötigte thermische Energie wird wiederum durch die Kondensationsenergie des Dampfes aus dem Verdampfer zur Verfügung gestellt.

[0038] Vorteilhaft bei der rückwärts geführten zweistufigen Aufkonzentrierung mit vorangestellter Oxidation ist, dass sich das Endprodukt, die konzentrierte Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 50%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, die aus dem Unterdruckverdampfer abgezogen wird, bei Umgebungsdruck im unterkühlten Zustand befindet und damit kann die Kühlung einer siedenden konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung entfallen.

[0039] In den zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten, einem Verfahren mit zweistufiger Aufkonzentrierung und vorangestellter Oxidation und einem Verfahren mit zweistufiger Aufkonzentrierung und nachgestellter Oxidation, hängt die Eisen(ll)chloridkonzentration der eisenhaltigen salzsauren Lösung, die in den Oxidationsreaktor gepumpt wird, von äußeren Bedingungen ab. Bei der Verfahrensvariante mit nachgestellter Oxidation ist die Eisen(ll)chloridkonzentration der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung, die in den Oxidationsreaktor gepumpt wird, von der geforderten Qualität des Endproduktes der konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 50%wt, vorzugsweise 35%wt - 55%wt, abhängig. Anders verhält es sich bei der Verfahrensvariante, in welcher der Oxidationschritt den beiden Aufkonzentrierungsschritten vorangestellt wird. In diesem Fall ist die Eisen(ll)chloridkonzentration der eisenhaltigen salzsauren Lösung, die in den Oxidationsreaktor gepumpt wird, von der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung abhängig.

[0040] Wie bereits erwähnt ist die Verfahrensvariante mit vorangestellter Oxidation vorteilhaft für jene Oxidationsmittel, die selbst kein Chlor im stöchiometrischen Ausmaß für die Oxidation von Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid in den Oxidationsschritt einbringen und daher zusätzlich Chlor z.B. in Form von Chlorwasserstoff ergänzt werden muss. Um aber aus prozesstechnischer und apparatebaulicher Sicht wirtschaftlich vernünftige Umsatzraten zu erzielen, sind oft bestimmte Eisen(ll)chloridkonzentrationen gefordert, die über der Eisen(ll)chlorid-konzentration der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung mit einer Konzentration von 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt, liegt. Dies trifft z.B. auf die Verwendung von gasförmigem Sauerstoff als Oxidationsmittel zu.

[0041] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Oxidationsschritt zwischen den beiden Aufkonzentrierungsschritten durchgeführt wird. Die besagte eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung mit einer Eisen(ll)chloridkonzentration von 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt wird in den Unterdruckverdampfer gepumpt. Durch Zufuhr von thermischer Energie wird die Eisen(ll)chloridkonzentration der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren im Unterdruckverdampfer auf 15%wt - 45%wt, vorzugsweise auf 20%wt - 40%wt erhöht. Die Verdampfung im Unterdruckverdampfer wird im Unterdrück bei 5 kPa - 85 kPa durchgeführt, um die Siedetemperatur der vorhanden konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer auf 60°C - 100°C zu reduzieren. Die Dämpfe aus dem Unterdruckverdampfer, die durch die Aufkonzentrierung der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung anfallen, werden aus dem Unterdruckverdampfer abgezogen und im Kondensor kondensiert. Die Unterdruckpumpe, zur Erzeugung des Unterdruckes im Unterdruckverdampfer, ist nach dem besagten Kondensor angeordnet.

[0042] Aus dem besagten Unterdruckverdampfer wird die eisenhaltige salzsaure Lösung in den

Oxidationsreaktor gepumpt, wo unter Zugabe eines Oxidationsmittels das in der besagten konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung aus dem Unterdruckverdampfer enthaltene Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid oxidiert wird. Ist das Oxidationsmittel selbst kein Chlorspender, das Chlor für die besagte Oxidationsreaktion zur Verfügung stellen kann, so wird im Oxidationsreaktor zusätzlich ein Chlorierungsmittel z.B. in Form von Chlorwasserstoff hinzugegeben.

[0043] I m Gegensatz zum Verfahren mit zweistufiger Aufkonzentrierung und nachgestellter Oxidation, ist der Verlust von Chlorwasserstoff, der in der besagten eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung enthalten ist, beim Verfahren mit zwischengeschaltetem Oxidationsschritt geringer, wodurch im nachfolgenden Oxidationsschritt die stöchiometrische Zugabe von zusätzlichen Chlorierungsmittel verringert wird. Die Betriebstemperaturen im Oxidationsschritt sind vom gewählten Oxidationsmittel und der Zusammensetzung, der Eisen(ll)chloridkonzentration der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer, die in den Oxidationsreaktor gepumpt wird, abhängig und wird über eine Wärmeübertragungsvorrichtung eingestellt.

[0044] Die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung im Oxidationsreaktor hat eine Ei-sen(lll)chloridkonzentration von 15%wt - 50%wt und wird in den Verdampfer gepumpt. Dort wird die besagte konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung bei Umgebungsdruck auf die geforderte Eisen(lll)chloridkonzentration des Endproduktes, der besagten konzentrierten Ei-sen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt eingestellt. Die thermische Energie, die für die Aufkonzentrierung im Verdampfer benötigt wird, wird durch einen externen Wärmetauscher zur Verfügung gestellt. Das Endprodukt, die besagte konzentrierte Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, wird aus dem Verdampfer abgezogen.

[0045] Die besagten Dämpfe werden kondensiert und die Kondensationsenergie wird eingesetzt, um den Unterdruckverdampfer in einer Wärmeübertragungsvorrichtung zu beheizen. Der Wärmeübergang wird dadurch sicherstellt, dass durch Anlegen des Unterdruckes im Unterdruckverdampfer die Siedetemperatur, der im Unterdruckverdampfer vorhandenen salzsauren eisenhaltigen Lösung unterhalb der Kondensationstemperatur des aus dem Verdampfer abgezogenen Dämpfe gelegt wird.

[0046] Der oben beschriebene Fall stellt nun das Energieminimum für das Verfahren zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit einer Eisen(lll)chloridkonzentration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, durch Oxidation einer eisenhaltigen salzsauren Lösung, deren Eisen(ll)chloridkonzentration 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt beträgt, mit zweistufiger Aufkonzentrierung, wobei die Oxidation zwischen den beiden Aufkonzentrierungsschritten angeordnet ist, dar, da die Energiemenge, die bei der Kondensation der Dämpfe aus dem Verdampfer anfällt, jener Energiemenge entspricht, die für die Aufkonzentrierung der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung im Unterdruckverdampfer erforderlich ist.

[0047] Die Konzentration des Eisen(ll)chlorides der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer sowie der thermische Energiebedarf des Verfahrens zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt wird ausschließlich durch die Zusammensetzung der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung, deren Eisen(ll)chloridkonzentration 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt beträgt, und der Konzentration des Endproduktes, der besagten konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt -50%wt, bestimmt. Ist aus prozesstechnischen Gründen für die Oxidation von Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid eine bestimmte Konzentration von Eisen(ll)chlorid in der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung, die in den Oxidationsreaktor gepumpt wird, erforderlich, so kann das Verfahren zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt -55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, und zwischengestelltem Oxidationsschritt in zweierlei Hinsicht adaptiert werden, um die Eisen(ll)chloridkonzentration in der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer, die in den Oxidationsreaktor gepumpt wird, einzustellen.

[0048] Zum Einen besteht die Möglichkeit in den Unterdruckverdampfer zusätzlich thermische Energie einzubringen um die Konzentration des Eisen(ll)chlorides in der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer auf mindestens 25%wt zu erhöhen. Durch die zusätzliche Verdampfung von Wasser im Unterdruckverdampfer verbleibt weniger Wasser in der eisenhaltigen salzsauren Lösung und somit gelangt auch über den Oxidationsreaktor weniger Wasser in den Verdampfer. Im Verdampfer müssen dadurch nur geringere Mengen an Wasser verdampft werden, um die geforderte Zusammensetzung des Endproduktes, der besagten Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, zu erreichen. In weiterer Folge stehen geringere Dampfmengen aus dem Verdampfer auch weniger Kondensationsenergie für das Beheizen des Unterdruckverdampfers zur Verfügung. Die Konzentration des Eisen(ll)chlorides in der eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer, die in den Oxidationsreaktor eingebracht wird, wird somit für die Betriebsbedingungen im Oxidationschritt optimal angepasst, jedoch bringt die verminderte Ausnutzung der Wärmerückgewinnung gleichzeitig eine Erhöhung des Energiebedarfes im Vergleich zum zuvor beschriebenen Energieoptimum für das Verfahren zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit einer Eisen(lll)chloridkonzentration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, mit sich.

[0049] Die andere Möglichkeit zur Einstellung der Eisen(ll)chloridkonzentration in der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer besteht darin, zusätzlich Wasser in den Verdampfer zu pumpen. Dies hat zur Folge, dass nun vermehrt Wasser verdampft wird, wodurch aufgrund der erhöhten Dampfmenge, die aus dem Verdampfer abgezogen wird, auch mehr thermische Energie zum Beheizen des Unterdruckverdampfers zur Verfügung steht und somit die Konzentration des Eisen(ll)chlorides in der besagten konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer im Vergleich zur Ei-sen(ll)chloridkonzentration der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer bei Energieminimum größer ist. Zwangsläufig führt auch hier das Einstellen der Eisen(ll)chloridkonzentration in der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer im Vergleich beschriebenen Energieoptimum zu einem erhöhten Energiebedarf, da zusätzlich Wasser im Verdampfer verdampft wird.

[0050] In einer weiteren Verfahrensvariante zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, aus einer eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung, mit einer Eisen(ll)chloridkonzentration von 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt, wird die besagte eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung zunächst in den Verdampfer gepumpt. Unter Zufuhr von thermischer Energie wird im Verdampfer die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung bei Umgebungsdruck und einer Siedetemperatur von 105°C - 120°C auf eine Eisen(ll)chloridkonzentration von 15%wt - 45%wt aufkonzentriert. Aus dem Verdampfer wird die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung in den Oxidationsreaktor gepumpt, wo unter Zuhilfenahme eines Oxidationsmittels, das in der besagten eisenhaltigen salzsauren Lösung enthaltene Eisen(ll)chlorid zu Eisen(lll)chlorid oxidiert wird. Bei Bedarf wird in den Oxdiationsreaktor ein Chlorierungsmittel im stöchiometrischen Verhältnis, z.B. in Form von Chlorwasserstoff hinzugegeben. Die Betriebstemperatur im Oxidationsreaktor wird durch den Wärmetauscher eingestellt. Vom Oxidationsreaktor wird die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung mit einem Eisen(lll)chloridgehalt von 15%wt bis 50%wt in den Unterdruckverdampfer gepumpt, wo die geforderte Eisen(lll)chloridkonzentration des Endproduktes, der besagten konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, durch weitere Aufkonzentrierung eingestellt wird. Die Aufkonzentrierung der besagten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer wird im Unterdrück bei 5 kPa - 85 kPa durchgeführt, um den Siedepunkt der besagten konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer unterhalb der Kondensationstemperatur der Dämpfe aus dem Verdampfer zu senken, und somit den Wärmeübergang zwischen den Dämpfen aus dem Verdampfer und der eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer zu ermöglichen.

[0051] Auch hier ist wiederum das Energieoptimum dadurch charakterisiert, dass die thermi- sehe Energie, die zum Beheizen des Unterdruckverdampfers benötigt wird, ausschließlich durch die Kondensationsenergie der Dämpfe aus dem Verdampfer zur Verfügung gestellt wird.

[0052] Um die Eisen(ll)chloridkonzentration der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung aus dem Verdampfer, die in den Oxdiationsreaktor gepumpt wird, an die Betriebsbedingungen im Oxidationsreaktor anzupassen, um beispielsweise durch eine höhere Eisen(ll)chloridkon-zentrationen die Reaktionsgeschwindigkeit der Oxidationsreaktion zu erhöhen, wird über das zuvor beschriebene Energieoptimum hinaus verstärkt thermische Energie, z.B in Form von Dampf, in den Verdampfer eingebracht. Dadurch steht vermehrt thermische Energie zum Beheizen des Unterdruckverdampfers zur Verfügung. Um nun die Konzentration des besagten Endproduktes, der konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung, mit einer Konzentration von 30%wt -55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, einzustellen, wird zum Einen im Unterdruckverdampfer Wärmeenergie durch den Wärmetauscher entzogen, und zum Anderen erfolgt die Einstellung der Eisen(lll)chloridkonzentration des besagten Endproduktes durch Zugabe von Wasser in den Unterdruckverdampfer, wodurch die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung im Unterdruckverdampfer verdünnt wird um die geforderten Eisen(lll)chloridkonzentration des Produktes zu erreichen.

[0053] Als vorteilhaft erweist sich, dass das fertige Endprodukt, die konzentrierte Eisen(lll) Chloridlösung, mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, aus dem Unterdruckverdampfer entnommen sich bei Umgebungsdruck im unterkühlten Zustand befindet, und somit für die Lagerung keine weitere Kühlung erforderlich ist.

[0054] Das Verfahren der vorliegenden Erfindung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun anhand der beiliegenden Figuren und der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

[0055] Das Verfahren zur Fierstellung einer Eisen(lll)chloridlösung nach dem heutigen Stand der Technik ist in Figur 1 dargestellt. Durch die Zuführungsleitung (14) wird die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Das Oxidationsmittel und, je nach Bedarf, das Chlorierungsmittel werden über die Zuführungsleitung (15) und (16) in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. In der Zirkulationsleitung (20) für den Oxidationsreaktor befindet sich der Wärmetauscher (7), der die Betriebstemperatur im Oxidationsreaktor (3) regelt. Die im Oxdiationsreaktor (3) resultierende oxidierte eisenhaltige salzsaure Lösung wird über die Verbindungsleitung (28) in den Verdampfer (2) gepumpt und auf die gewünschte Eisen(lll)chlorid-konzentration des fertigen Endproduktes bei Umgebungsdruck aufkonzentriert. Ein Teil der eisenhaltigen salzsauren Lösung wird aus dem Verdampfer (2) in der Zirkulationsleitung (19) über den Wärmetauscher (9) zurück in den Verdampfer (2) gepumpt. Die benötigte thermische Energie wird im Wärmetauscher (9) auf die eisenhaltige salzsaure Lösung im Verdampfer (2) übertragen. Die durch Verdampfung entstehenden Dämpfe werden über den Dampfabzug (22) in den Kondensor (5) für den Verdampfer geführt und auskondensiert. Das fertige Endprodukt wird über die Rohrleitung (26) abgezogen. Im Wärmetauscher (10) wird die siedende eisenhaltige salzsaure Lösung unterkühlt um das besagte Endprodukt gefahrlos lagern zu können.

[0056] Die Figur 2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit zweistufiger Aufkonzentrierung, bei der die prozessinterne Wärmerückgewinnung nach dem Prinzip der klassischen Brüdenverdichtung durchgeführt. Die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung wird über die Zuführungsleitung (14) in den Vorverdampfer (11) gepumpt. Durch Zufuhr von thermischer Energie, die durch die Kondensation der Dämpfe aus dem Verdampfer (2) zur Verfügung gestellt wird, wird die in den Vorverdampfer (11) eingebrachte eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung bei Umgebungsdruck aufkonzentriert. Hierfür wird ein Teil der eisenhaltigen salzsauren Lösung aus dem Vorverdampfer (11) entnommen und in der Zirkulationsleitung (21) über den Kondensor (5), wo die Wärmeübertragung zwischen den Dämpfen aus dem Verdampfer (2) und der eisenhaltigen salzsauren Lösung im Vorverdampfer (11) stattfindet, zurück in den Vorverdampfer (11) geführt. Die entstehenden Dämpfe werden über den Dampfabzug (24) in den Kondensor (4) geleitet und auskondensiert.

[0057] Über die Verbindungsleitung (28) wird die eisenhaltige salzsaure Lösung in den Ver- dampfer (2) gepumpt, wo die Eisen(ll)chloridkonzentration soweit angehoben wird, dass aus dem Oxidationsreaktor (3) das fertige Endprodukt abgezogen werden kann. Die für die Verdampfung benötigte Energie wird über den Wärmetauscher (9), der in der Zirkulationsleitung (19) installiert ist, auf die eisenhaltige salzsaure Lösung im Verdampfer (2) übertragen. Zum Beheizen wird ein externer Energieträger verwendet. Über den Dampfabzug (22) werden die Dämpfe aus dem Verdampfer (2) zum Verdichter (8) geleitet, wo die besagten Dämpfe verdichtet werden um die Kondensationstemperatur der besagten Dämpfe über die Siedetemperatur der eisenhaltigen salzsauren Lösung im Vorverdampfer (11) zu heben. Im Kondensor (5) für den Verdampfer (2) werden die verdichteten Dämpfe aus dem Verdampfer (2) kondensiert und die freiwerdende thermische Energie wird zum Beheizen der Vorverdampfers (11) verwendet. Über die Verbindungsleitung (29) wird die eisenhaltige salzsaure Lösung aus dem Verdampfer (2) in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Über die Zuführungsleitung (15) und (16) werden das Oxidationsmittel, sowie, bei Bedarf, das Chlorierungsmittel in den Oxdiationsreaktor (3) aufgeben. Die Betriebstemperatur im Oxidationsreaktor (3) wird über den in der Zirkulationsleitung (20) installierten Wärmetauscher (7) eingestellt. Das fertige Endprodukt, die konzentrierte Ei-sen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt -50%wt wird durch Leitung (26) aus dem Oxidationsreaktor (3) abgezogen. Im Wärmetauscher (10) wird die siedende eisenhaltige salzsaure Lösung abgekühlt, um die besagte Lösung gefahrlos lagern zu können.

[0058] In Figur 3a ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eine Eisen(lll)chloridlö-sung mit einer Konzentration von 30%wt - 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, aus einer eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung, mit einer Eisen(ll)chloridkonzentration von 10%wt -30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt, beschrieben, wobei die Oxidation den beiden Aufkonzentrierungsschritten nachgestellt ist. Eine Vorrichtung hierfür umfasst miteinander leitungsmäßig verbunden mindestens einen Oxidationsreaktor (3) mit einem mit ihm leitungsmäßig verbundenen Wärmetauscher (7) und mindestens einen Verdampfer (1) mit einem mit ihm leitungsmäßig verbundenen Kondensor (5) und mindestens einen zweiten Verdampfer (2) mit einem mit ihm leitungsmäßig verbundenen Wärmetauscher (9), in welchen Verdampfern durch Zufuhr vor thermischer Energie Wasser aus einer eisenhaltigen salzsauren Lösung zum Aufkonzentrieren verdampft wird, wobei die Verdampfer (1, 2) bei unterschiedlichem Druck betrieben werden und der Dampfraum des bei höherem Druck arbeitenden Verdampfer (2) über eine Leitung (22) mit den Kondensor (5) des bei geringerem Druck betriebenen Verdampfer (1) verbunden ist. Vorzugsweise ist der Verdampfer (1) als Unterdruckverdampfer und der Verdampfer (2) als Normaldruckverdampfer ausgebildet und wird der Wärmetauscher (9) des Verdampfers (2) mit einem externen Wärmeträger, vorzugsweise Sattdampf oder Wärmeträgeröl, gespeist.

[0059] Gemäß einer ersten Ausführungsform weist der Verdampfer (1) eine Zuführung (14) für die eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung, einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Verbindungsleitung (28) für die Einbringung von vorkonzentrierter eisenhaltigen salzsauren Ei-sen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Verdampfer (2) auf, wobei der Verdampfer (2) eine Verbindungsleitung (29) für die Einbringung der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Ei-sen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) aufweist und der Oxidationsreaktor (3) eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist.

[0060] In Figur 3a wird über die Zuführungsleitung (14) die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung in den Unterdruckverdampfer (1) gepumpt. Die Zufuhr der thermischen Energie, die für die Aufkonzentrierung erforderlich ist, erfolgt über einen externen Kreislauf. Dabei wird ein Teil der eisenhaltigen salzsauren Lösung aus dem Unterdruckverdampfer (1) über den Kondensor (5), wo die für die Aufkonzentrierung im Unterdruckverdampfer (1) benötigte thermische Energie auf die besagte zirkulierende eisenhaltige salzsaure Lösung übertragen wird, zurück in den Unterdruckverdampfer (1) gepumpt. Über den Dampfabzug (23) für den Unterdruckverdampfer werden die durch die Aufkonzentrierung entstehenden Dämpfe in den Kondensor (4) für den Unterdruckverdampfer geleitet, wo die besagten Dämpfe auskondensiert werden. Das anfallende

Kondensat aus dem Kondensor (4) und dem Kondensor (5) werden über die Abzugsleitung (25) abgezogen. Die Unterdruckpumpe (13), die den Unterdrück im Unterdruckverdampfer (1) erzeugt, ist nach dem Kondensor (4) angeordnet. Über die Verbindungsleitung (28) erfolgt die Einbringung der eisenhaltigen salzsauren Lösung aus dem Unterdruckverdampfer (1) in den Verdampfer (2). Die Energieeinbringung in den Verdampfer (2) erfolgt durch einen externen Energieträger z.B. Sattdampf oder Wärmeträgeröl, im Wärmetauscher (9) der in der Zirkulationsleitung (19) für den Verdampfer eingebaut ist. Über den Dampfabzug (22) werden die bei der Aufkonzentrierung im Verdampfer (2) entstehenden Dämpfe in den Kondensor (5) geleitet und kondensiert. Die freiwerdende Kondensationsenergie wird zum Beheizen des Unterdruckverdampfers (1) verwendet.

[0061] Die im Verdampfer (2) enthaltene konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung wird über die Verbindungsleitung (29) in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Im Oxidationsreaktor (3) wird unter zu Hilfenahme eines Oxidationsmittels, das über die Zuführungsleitung (15) in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt wird, das in der eisenhaltigen salzsauren Lösung enthalten Ei-sen(ll)chlorid oxidiert. Je nach Wahl des Oxidationsmittels ist es erforderlich ein Chlorierungsmittel z.B. in Form von Chlorwasserstoff über die Zuführungsleitung (16) hinzuzugeben. In der Zirkulationsleitung (20) befindet sich der Wärmetauscher (7), der die Betriebstemperatur im Oxidationsreaktor (3) regelt. Über die Rohrleitung (26) wird das Endprodukt, die konzentrierte Eisen(lll)chloridlösung aus dem Oxidationsreaktor (3) abgezogen. Im Wärmetauscher (10) wird, wenn nötig, die konzentrierte Eisen(lll)chlorid abgekühlt um eine gefahrlose Lagerung der besagten Lösung in Tanks sicherstellen zu können.

[0062] Wie in Figur 3b dargestellt ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Verdampfer (2) eine Zuführung (14) für die eisenhaltige salzsaure Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung und eine Verbindungsleitung (27) für die Einbringung von vorkonzentrierter eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid- Ausgangslösung in den Verdampfer (1) aufweist, der Verdampfer (1) einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Verbindungsleitung (29) für die Einbringung der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) aufweist und der Oxidationsreaktor (3) eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung der besagten Eisen(lll)chloridlösung mit nachgeschalteter Oxidation sieht dabei vor, dass die Zuführleitung (14) für die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung in den Verdampfer (2) einmündet. Im Verdampfer (2) wird über den in der Zirkulationsleitung (19) befindlichen Wärmetauscher (9) die für die Aufkonzentrierung im Verdampfer (2) benötigte thermische Energie zur Verfügung gestellt. Die im Verdampfer (2) entstehenden Dämpfe werden über den Dampfabzug (22) in den Kondensor (5) geleitet, wo die besagten Dämpfe auskondensiert werden. Der besagte Kondensor (5) ist in der Zirkulationsleitung (18) installiert, wo die freiwerdende Kondensationsenergie auf die im Unterdruckverdampfer (1) befindliche eisenhaltige salzsaure Lösung übertragen wird. Über die Verbindungsleitung (27) wird die eisenhaltige salzsaure Lösung aus dem Verdampfer (2) in den Unterdruckverdampfer (1) gepumpt. Die Dämpfe aus dem Unterdruckverdampfer (1) werden über den Dampfabzug (23) abgezogen und im Kondensor (4) kondensiert. Das Kondensat aus den Kondensatoren (4) und (5) wird über die Abzugsleitung (25) aus dem Prozess ausgeschleust. Die Unterdruckpumpe (13) ist nach dem besagten Kondensor (4) installiert. Die im Unterdruckverdampfer (1) enthaltene konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung wird über die Verbindungsleitung (29) in den Oxidationsreaktor (3) eingebracht. Das Oxidationsmittel, sowie das Chlorierungsmittel werden über hierfür vorgesehene Zuführungsleitungen (15) und (16) aufgeben. Über den in der Zirkulationsleitung (20) befindlichen Wärmetauscher (7) wird die für die Reaktion benötigte Betriebstemperatur eingestellt. Das fertige Endprodukt, die konzentrierte Eisen(lll)chloridlösung wird über Rohrleitung (26) aus dem Oxidationsreaktor entnommen und bei Bedarf im Wärmetauscher (10) für die Eisen(lll)chloridkonzentration für die Lagerung gekühlt.

[0063] Die Figur 4a zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei der Oxidationsreaktor (3) eine Zuführung (14) für die eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung und eine

Verbindungsleitung (27) für die Einbringung von Eisen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (1) aufweist, der Verdampfer (1) einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Verbindungsleitung (28) für die Einbringung der vorkonzentrierten Eisen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (2) aufweist und der Verdampfer (2) eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist. Dies ist jene Verfahrensvariante, bei der der Oxidationschritt den beiden Aufkonzentrierungsschritten vorangestellt ist. Über die Zuführungsleitung (14) wird die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung direkt in den Oxidationsreaktor (3) eingebracht. Das Chlorierungsmittel und das Oxidationsmittel werden über die Verbindungsleitung (15) und (16) in den Oxidationsreaktor (3) eingebracht. Weiters besteht die Möglichkeit über den Wärmetauscher (7) in der Zirkulationsleitung (20) die Betriebstemperatur einzustellen. Die resultierende Eisen(lll)chloridlösung wird aus dem Oxidationsreaktor (3) über die Verbindungsleitung (27) gepumpt. Die für die Aufkonzentrierung im Unterdruckverdampfer (1) benötigte thermische Energie wird durch die Kondensation der Dämpfe aus dem Verdampfer (2) im Kondensor (5), der sich in der Zirkulationsleitung (18) befindet, übertragen. Über den Dampfabzug (23) werden die Dämpfe in den Kondensor (4) geleitet und kondensiert. Über die Abzugsleitung (25) wird das anfallende Kondensat gemeinsam mit dem Kondensat aus dem Kondensor (5) abgezogen. Die Unterdruckpumpe (13), die den Unterdrück im Unterdruckverdampfer (1) erzeugt, ist nach dem besagten Kondensor (4) installiert. Aus dem Unterdruckverdampfer (1) wird über die Verbindungsleitung (28) die eisenhaltige salzsaure Lösung in den Verdampfer (2) gepumpt, wo die Konzentration des Endproduktes eingestellt wird. Die Energiezufuhr erfolgt über den Wärmetauscher (9) in der Zirkulationsleitung (19). Die Dämpfe werden über den Dampfabzug (22) in den Kondensor (5) geleitet, wo die besagten Dämpfe kondensiert werden und die freiwerdende Kondensationsenergie auf den Unterdruckverdampfer (1) übertragen wird. Die vermarktungsfähige Eisen(lll)chloridlösung wird über die Rohrleitung (26) aus dem Verdampfer (2) abgezogen. Bei Bedarf kann die besagte Eisen(lll)chloridlösung im Wärmetauscher (10) abgekühlt werden.

[0064] Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, dass der Oxidationsreaktor (3) eine Zuführung (14) für die eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung und eine Verbindungsleitung (28) für die Einbringung von Eisen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (2) aufweist, der Verdampfer (2) eine Verbindungsleitung (27) für die Einbringung der vorkonzentrierten Ei-sen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (1) aufweist und der Verdampfer (1) einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist, wie in Figur 4b dargestellt. Die im Oxidationsreaktor (3) enthaltene eisenhaltige salzsaure Lösung wird über die Verbindungsleitung (28) in den Verdampfer (2) gepumpt, wo die besagte eisenhaltige salzsaure Lösung bei Umgebungsdruck aufkonzentriert wird. Die Dämpfe werden über den Dampfabzug (22) in den Kondenser (5) geleitet, wo diese kondensiert werden. Über die Verbindungsleitung (27) wird die eisenhaltige salzsaure Lösung aus dem Verdampfer (2) in den Unterdruckverdampfer (1) gepumpt, wo die Konzentration des vermarktungsfähigen Eisen(lll)chloridlösung eingestellt wird. Die Energiezufuhr erfolgt über den Kondensor (5), der in der Zirkulationsleitung (18) eingebaut ist. Die bei der Aufkonzentrierung entstehenden Dämpfe werden im Kondensor (4) kondensiert. Das Kondensat beider Kondensatoren (4,5) wird über die Abzugsleitung (25) abgeführt. Die Unterdruckpumpe (13), die nach dem Kondensor (4) installiert ist, erzeugt den im Unterdruckverdampfer (1) benötigten Unterdrück. Das Endprodukt wird über die Rohrleitung (26) aus dem Unterdruckverdampfer abgezogen.

[0065] Die Figur 5a zeigt eine Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei der Verdampfer (1) eine Zuführung (14) für die eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid- Ausgangslösung, einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Verbindungsleitung (29) für die Einbringung von vorkonzentrierter eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) aufweist, der Oxidationsreaktor (3) eine Verbindungsleitung (28) für die Einbringung von vorkonzentrierter Eisen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (2) aufweist und der Verdampfer (2) eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist. Diese Vorrichtung dient für ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Oxidationsschritt zwischen den beiden Auf konzentrierungsschritten geschaltet wird. Die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung wird über die Zuführungsleitung (14) in den Unterdruckverdampfer (1) gepumpt und durch Verdampfung im Unterdrück aufkonzentriert. Die Einbringung der thermischen Energie erfolgt über den in der Zirkulationsleitung (18) befindlichen Kondensor (5) bzw. über den Wärmetauscher (6), der durch einen externen Energieträger versorgt wird. Der zusätzliche Wärmetauscher (6) hat die Aufgabe gezielt eine Eisen(ll)chloridkonzentration für den Oxidationsreaktor (3) im Unterdruckverdampfer (1) einzustellen. Über den Dampfabzug (23) für den Unterdruckverdampfer werden die Dämpfe aus dem Unterdruckverdampfer (1) in den Kondensor (4) abgezogen und kondensiert. Über die Abzugsleitung (25) wird das Kondensat beider Kondensoren (4,5) abgezogen. Die Unterdruckpumpe (23) erzeugt den Unterdrück um die Siedetemperatur der eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer (1) unterhalb der Kondensationstemperatur der im Verdampfer (1) entstehenden Dämpfe zu senken. Die resultierende konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung wird über die Verbindungsleitung (29) in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Das Oxidationsmittel und bei Bedarf das Chlorierungsmittel werden über die Zuführungsleitung (15) und (16) in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Die Betriebstemperatur im Oxidationsreaktor (3) wird über den Wärmetauscher (7) in der Zirkulationsleitung (20) eingestellt. Die resultierende oxidierte eisenhaltige salzsaure Lösung wird über die Verbindungsleitung (28) in den Verdampfer (2) gepumpt, wo die Konzentration der vermarktungsfähigen Eisen(lll)chloridlösung durch Eindampfen bei Umgebungsdruck erzeugt wird. Der Verdampfer (2) wird extern über den Wärmetauscher (9) in der Zirkulationsleitung (19) beheizt. Zusätzlich besteht die Möglichkeit über die Zuführungsleitung (17) Wasser in den Verdampfer (2) aufzugeben. Dies ist, wie bereits in der Prozessbeschreibung angeführt, eine weitere Möglichkeit, die Eisen(ll)chloridkonzentration der eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer (1) gezielt einzustellen. Die im Verdampfer (2) resultierenden Dämpfe werden über den Dampfabzug (22) in den Kondensor (5) geleitet, wo diese auskondensieren und die freiwerdende Kondensationsenergie auf die eisenhaltige salzsaure Lösung im Unterdruckverdampfer (1) übertragen wird. Aus dem Verdampfer (2) wird das Endprodukt über die Leitung (26) abgezogen und die siedende Lösung wird im Wärmetauscher (10) abgekühlt um das Produkt gefahrlos lagern zu können.

[0066] In der Figur 5b schließlich wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, wobei der Verdampfer (2) eine Zuführung (14) für die eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid- Ausgangslösung und eine Verbindungsleitung (29) für die Einbringung von vorkonzentrierter eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) aufweist, der Oxidationsreaktor (3) eine Verbindungsleitung (27) für die Einbringung von vorkonzentrierter Ei-sen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (1) aufweist und der Verdampfer (1) einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist.

[0067] Diese Verfahrensvariante kann derart umgesetzt werden, dass die Zuführungsleitung (14) für die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung zunächst in den Verdampfer (2) eingeleitet wird. Die Energie, die zum Aufkonzentrieren benötigt wird, wird durch den externen Energieträger im Wärmetauscher (9) in der Zirkulationsleitung (19) in den Verdampfer (1) eingebracht. Über den Dampfabzug (22) werden die Dämpfe aus dem Verdampfer (2) abgezogen und im Kondensor (5) auskondensiert, wo auch gleichzeitig die freiwerdende Kondensationsenergie zum Beheizen des Unterdruckverdampfers (1) genutzt wird. Über die Verbindungsleitung (29) wird die eisenhaltige salzsaure Lösung vom Verdampfer (2) in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Die Eisen(ll)chloridkonzentration im Verdampfer (2) wird gezielt durch den Energieeintrag im Wärmetauscher (9) geregelt. Im Oxidationsreaktor (3) erfolgt durch Zugabe des Oxidationsmittels und des Chlorierungsmittels über die Zuführungsleitungen (15) und (16). Die Betriebstemperatur wird über den in der Zirkulationsleitung (20) befindlichen Wärmetauscher (7) eingestellt. Über die Verbindungsleitung (27) wird die eisenhaltige salzsaure Lösung aus dem Oxidationsreaktor (3) in den Verdampfer (1) gepumpt, wo die Konzentration der vermarktungsfähigen Eisen(lll)chloridlösung eingestellt wird. Zum Einen wird benötigte thermische Energie durch die Kondensation der Dämpfe aus dem Verdampfer (1) dem Kondensor (5) zugeführt, zum ändern kann, bei gezielter Einstellung der Eisen(ll)chloridkonzentration im Verdampfer (2), durch den Wärmetauscher (6) bzw. durch Zugabe von Wasser über die Leitung (17) die Wär mebilanz ausgeglichen werden um die geforderte Eisen(lll)chloridkonzentration im Unterdruckverdampfer (1) zu erreichen. Über den Dampfabzug (23) werden die im Unterdruckverdampfer (1) resultierenden Dämpfe abgezogen und im Kondensor (4) kondensiert. Das im Prozess anfallende Kondensat wird über die Abzugsleitung (25) abgezogen. Die Unterdruckpumpe (13), die den Unterdrück im Unterdruckverdampfer (1) erzeugt ist nach dem Kondensor (4) installiert. Über die Leitung (26) wird das Endprodukt aus dem Unterdruckverdampfer (1) abgezogen. Eine weitere Kühlung ist nicht erforderlich, da sich die besagte eisenhaltige salzsaure Lösung bei Umgebungsdruck bereits im unterkühlten Zustand befindet.

[0068] Die vorliegende Erfindung wird nun noch anhand einiger Beispiele näher erläutert. VERGLEICHSBEISPIEL 1 [0069] Das Beispiel 1 beschreibt das Verfahren zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit einer Eisen(lll)chloridkonzentration von 35%wt bis 55%wt, vorzugsweise 40%wt - 50%wt, durch Oxidation einer eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung, deren Eisen(ll)chloridkonzentration 10%wt - 30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt beträgt, wobei die Aufkonzentrierung entsprechend dem Stand der Technik durch eine einstufige Verdampfung durchgeführt wird. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in Figur 1 dargestellt. Die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung enthält 21,9%wt Eisen(ll)chlorid und 4,4%wt freien Chlorwasserstoff. In der Stunde werden 12500 kg der besagten Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Als Oxidationsmittel wird Natriumchlorat verwendet, wovon 380 kg/h in kristalliner Form in den Oxidationsreaktor (3) zudosiert werden. Weiters werden in der Stunde 670 kg Chlorwasserstoffsäure mit einer Konzentration von 33%wt für den stöchiometrischen Ausgleich der Chlorbilanz benötigt. Die Oxidationsreaktion ist exotherm und die Reaktionswärme die abgeführt werden muss, beträgt 600 kW. Der Umsatz im Reaktor beträgt 99%, sodass aus dem Oxidationsreaktor eine eisenhaltige salzsaure Lösung, die 25,5%wt Eisen(lll)chlorid, 0,2%wt Eisen(ll)chlorid und 1,5%wt Natriumchlorid enthält, mit einem Durchsatz von 13780 kg/h in den Verdampfer (2) gepumpt wird. Im Verdampfer (2) wird unter Zufuhr von thermischer Energie die eisenhaltige salzsaure Lösung bis zu einer Eisen(lll)chloridkonzentration von 40%wt bei Umgebungsdruck aufkonzentriert. Die für den Aufkonzentrierungsschritt benötigte Wärmeleistung beträgt 3460 kW. In Summe werden 4900 kg/h Wasser verdampft. Im Verdampfer erhält man dadurch eine konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung, die sich aus 40%wt Eisen(lll)chlorid, 0,3%wt Eisen(ll)chlorid und 2,4%wt Natriumchlorid zusammensetzt. Die Siedetemperatur der besagten eisenhaltigen salzsauren Lösung aus dem Verdampfer beträgt 111°C. Das vermarktungsfähige Produkt wird mit einem Durchsatz von 8670 k/h aus dem Verdampfer (2) abgezogen. BEISPIEL 2 [0070] Das vorliegende Beispiel 2 beschreibt das Verfahren zur Herstellung einer Ei-sen(lll)chloridlösung mit einer zweistufigen Aufkonzentierung, wobei die prozessinterne Wärmerückgewinnung mit der klassischen mechanischen Brüdenverdichtung durchgeführt wird. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in Figur 2 dargestellt. In der Stunde werden 12500 kg der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung, die aus 21,9%wt Eisen(ll)chlorid und 4,4%wt freien Chlorwasserstoff besteht, in den Vorverdampfer (11) gepumpt, wo bereits ein Teil, 2340 kg/h verdampft wird. Die resultierenden Dämpfe enthalten 2,3%wt Chlorwasserstoff. Die für die Verdampfung benötigte Leistung beträgt 2060 kW und wird durch die Kondensationsenergie des Dampfes aus dem Verdampfer (2) zur Verfügung gestellt. Die aufkonzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung im Vorverdampfer setzt sich aus 26,9%wt Eisen(ll)chlorid und 4,9%wt freien Chlorwasserstoff zusammen. Die Siedetemperatur im Vorverdampfer (11) beträgt 111°C. Insgesamt werden 10160 kg/h der besagten eisenhaltigen salzsauren Lösung in den Verdampfer (2) gepumpt, wo die besagte eisenhaltige salzsaure Lösung weiter aufkonzentriert wird. Über den Wärmetauscher (9) in der Zirkulationsleitung (19) wird die benötigte Energie von 2060 kW übertragen. Die im Verdampfer (2) enthaltene konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung setzt sich aus 39,7%wt Eisen(ll)chlorid und 3,6%wt Chlorwasserstoff zusammen. Die

Siedetemperatur der Lösung beträgt 115°C. Insgesamt werden 3280 kg/h Dampf mit einer Chlorwasserstoffkonzentration von 7,6%wt erzeugt und über die Dampfabzug (22) in den Verdichter (8) geleitet. Um den besagten Dampf auf eine Kondensationstemperatur von 120°C zu heben, ist eine Druckerhöhung auf 1,43 bar erforderlich. Durch die adiabate Verdichtung kommt es zu einer Überhitzung des Dampfes auf 149,8°C. Die für die Verdichtung benötigte mechanische Leistung beträgt unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrades von 80% 55 kW. Die verdichteten Dämpfe werden im Kondensor (5) für den Verdampfer kondensiert und die freiwerdende Wärme wird zum Beheizen des Vorverdampfers (11) herangezogen. Aus dem Verdampfer (2) werden in der Stunde 6890 kg der eisenhaltigen salzsauren Lösung in den Oxidationsreaktor gepumpt. Als Oxidationsmittel wird Sauerstoff verwendet und der Durchsatz beträgt 170 kg/h. Darüber hinaus wird als Chlorierungsmittel Chlorwasserstoffsäure mit einer Konzentration von 33%wt und einem Durchsatz von 1600 kg/h in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Der Reaktionsumsatz beträgt 99% und um die Betriebstemperatur von 150°C einzustellen ist es erforderlich 200 kW aus dem Reaktor abzuführen. Aus dem Oxidationsreaktor (3) werden in der Stunde 8660 kg der vermarktungsfähigen Eisen(lll)chloridlösung, mit 40%wt Eisen(lll)chlorid und 0,3%wt Eisen(ll)chlorid abgezogen.

[0071] Beim Vergleich der beiden Beispiele 1 und 2 erkennt lässt sich bereits erkennen, dass sich durch die zweistufige Aufkonzentrierung eine deutliche Reduktion des Wärmebedarfs des Verfahrens von 3460 kW auf 2060 kW ergibt. BEISPIEL 3: [0072] Das Beispiel 3 beschreibt nun das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Eisen(lll)chloridlösung, bestehend aus einem Oxidationsschritt und zwei Aufkonzentrierungsschritten, wobei die Oxidation den beiden Aufkonzentrierungsschritten nachgestellt ist. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahrensvariante ist in Figur 3a dargestellt.

[0073] Die aufzubereitende Menge der eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung beträgt 12500 kg/h und die besagte Ausgangslösung enthält 21,9%wt Eisen(ll)chlorid und 4,4%wt freien Chlorwasserstoff. Über die Zuführungsleitung (14) wird die besagte Ausgangslösung in den Unterdruckverdampfer (1) gepumpt. Die Aufkonzentrierung erfolgt thermisch durch das Verdampfen des in der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung enthaltenen Wasser. Die resultierende Zusammensetzung der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung beträgt 28,2%wt Eisen(ll)chlorid und 2,9%wt freien Chlorwasserstoff. Über die Verbindungsleitung (28) werden 9321 kg/h der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung in den Verdampfer (2) gepumpt. Um die Siedetemperatur der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung auf 80°C zu erreichen wird im Unterdruckverdampfer (1) ein Unterdrück von -69 kPa angelegt. Die für die Verdampfung benötigte Wärmeleistung beträgt 2000 kW. In Summe werden 2800 kg/h Dampf mit einem Chlorwasserstoffgehalt von 9,6%wt aus dem Unterdruckverdampfer abgezogen.

[0074] Die Konzentration, die im Unterdruckverdampfer (1) eingestellt wird ist einerseits durch die Zielkonzentration des fertigen Produktes, der Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 40%wt, definiert, wodurch die Eisen(ll)chloridkonzentration, die in den Oxidationsschritt geleitet wird, fixiert ist. Andererseits muss die Aufkonzentrierung der salzsauren eisenhaltigen Ausgangslösung im Unterdruckverdampfer (1) soweit erfolgen, dass die Wärmemenge zur Aufkonzentrierung im Unterdruckverdampfer (1) der zur Verfügung stehenden Kondensationswärme der Dämpfe aus dem Verdampfer (2) entspricht. Im Verdampfer (1) wird nun die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung weiter bis auf eine Eisen(ll)chloridkonzentration von 44,6%wt bei Umgebungsdruck weiter aufkonzentriert. Die Siedetemperatur dieser konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung beträgt 119°C. Aus dem Verdampfer werden 3557 kg/h Dampf mit einer Chlorwasserstoffkonzentration von 7,8%wt abgezogen und über den Dampfabzug (22) in den Kondensor (5) geleitet. Die besagten Dämpfe kondensieren in einem Temperaturbereich von 102 - 107°C. Als Kühlmedium im Kondensor (5) wird konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung aus dem Unterdruckverdampfer eingesetzt, deren Temperatur 80°C beträgt, wodurch der Wärmeübergang sichergestellt wird.

[0075] Als Wärmeträger wird Dampf mit einer Sattdampftemperatur von 180°C eingesetzt und die für die Aufkonzentrierung benötigte Energie von 2290 kW wird über den Wärmetauscher (9) in den Verdampfer (2) eingebracht. Aus dem Verdampfer werden 6140 kg/h der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung über die Verbindungsleitung (29) in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Als Oxidationsmittel wird Sauerstoff in reiner Form verwendet und über die Zuführungsleitung (16) in den Oxidationsreaktor (3) eingebracht. Der Sauerstoffverbrauch liegt bei 170 kg/h. Zusätzlich wird im stöchiometrischen Verhältnis 2360 kg/h 33%wt Chlorwasserstoffsäure über die Verbindungsleitung (16) hinzugegeben um das Ausfällen von Eisenoxid zu verhindern. Die Reaktion ist exotherm und um die Betriebstemperatur des Oxidationsreaktors auf 150°C zu halten, müssen 150 kW über den Wärmetauscher (7) aus dem Oxidationsreaktor (3) abgeführt werden. Der Umsatz von Eisen(ll)chlorid beträgt 99%, sodass das fertige Produkt, die Eisen(lll)chloridlösung, die aus dem Oxidationsreaktor (3) abgezogen wird, neben Ei-sen(lll)chlorid mit einer Konzentration von 40%wt noch 0,3%wt Eisen(ll)chlorid enthält. Die aus dem Oxidationsbehälter abgezogene Menge des fertigen Produktes von 8670 kg/h werden im Wärmetauscher für Eisen(lll)chloridlösung soweit unterkühlt, dass die besagte Lösung bei Umgebungsdruckgelagertwerden kann.

[0076] I m Kondensor (4) wird der Dampf aus dem Unterdruckverdampfer (1) kondensiert, wodurch sich eine Reduktion des Dampfvolumens von 15100 m3/h auf 400 m3/h ergibt. Die Unterdruckpumpe (13) ist nach dem Kondensor angeordnet und verdichtet somit das reduzierte Dampfvolumen. Die benötigte Leistung von 14 kW ist deutlich geringer als der elektrische Leistungsbedarf von 55 kW für die mechanische Brüdenverdichtung im Beispiel 2. Darüber hinaus sind die Anschaffungskosten von Unterdruckpumpen, die als Flüssigkeitsringpumpen ausgeführt werden können, wesentlich günstiger, da als säurefeste Ausführung kunststoffbeschichtete Werkstoffe eingesetzt werden kann. Bei Brüdenverdichtern muss bei der säurefesten Ausführung aufgrund der Überhitzung des Dampfes auf teure Sondermetalle zurückgegriffen werden. BEISPIEL 4: [0077] Das Beispiel 4 stellt eine Verfahrensvariante zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit nachgestellter Oxidation dar, bei der 12500 kg/h der die aufzubereitende eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung über die Zuführungsleitung (14) in den Verdampfer (2) gepumpt wird. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahrensvariante ist in Figur 3b dargestellt. Die besagte Ausgangslösung setzt sich aus 21,9%wt Eisen(ll)chlorid und 4,4%wt freien Chlorwasserstoff zusammen. Im Verdampfer (2) wird durch Zufuhr von thermischer Energie die eisenhaltige salzsaure Lösung eingedampft. Die resultierende konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung enthält 26,3%wt Eisen(ll)chlorid und 3%wt freien Chlorwasserstoff. Die Siedetemperatur der besagten Lösung im Verdampfer (2) beträgt 110°C. Über den Dampfabzug (22) werden 2080 kg/h Dampf mit einem Chlorwasserstoffgehalt von 11,5%wt abgezogen und im Wärmetauscher (5) bei 102 - 107°C kondensiert. Der Energiebedarf im Verdampfer (2) beträgt 1640 kW. Über die Verbindungsleitung (27) werden 10420 kg/h der eisenhaltigen salzsauren Lösung aus dem Verdampfer (2) in den Unterdruckverdampfer (1) gepumpt. Die für die weitere Aufkonzentrierung im Unterdruckverdampfer (2) benötigte thermische Energie beträgt 1300 kW und wird durch die Kondensation der Dämpfe aus dem Verdampfer (2) im Kondensor (5) zur Verfügung gestellt. Die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung im Unterdruckverdampfer (1) enthält 34,6%wt Eisen(ll)chlorid. Um die Siedetemperatur der besagten konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung auf 80°C zu senken wird im Unterdruckverdampfer ein Unterdrück von -72 kPa angelegt. Über den Dampfabzug (23) für den Unterdruckverdampfer (1) werden 2510 kg/h Dampf mit einem Chlorwasserstoffgehalt von 12,3%wt abgezogen und im Kondensor (4) kondensiert. Aus dem Unterdruckverdampfer werden 7910 kg/h der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Lösung über die Verbindungsleitung (29) in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt, wo als Oxidationsmittel 760 kg/h Chlorgas verwendet wird. Die Reaktion ist exotherm und daher werden über den Wärmetauscher (7) 740 kW abgeführt. Aus dem Oxidationsbehälter (3) werden 8670 kg/h der vermarktungsfähigen Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 40% abgezogen. Unter anderem enthält das besagte Produkt auch 0,3%wt Eisen(ll)chlorid, da im Oxdidationsreaktor ein Umsatz von 99% erreicht wird.

[0078] Im Vergleich zum Beispiel 3 erkennt man, dass der Energiebedarf bei der Verwendung von Chlorgas als Oxidationsmittel für die Aufarbeitung der eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung um ein Drittel geringer ist als bei der Verwendung von Sauerstoff als Oxidationsmittel. Dies ist damit zu begründen, dass bei Verwendung von Sauerstoff als Oxidationsmittel zusätzlich 33%wt Chlorwasserstoffsäure in den Oxidationsreaktor (3) ergänzt werden muss um den für die Reaktion benötigten Chlorbedarf zu decken. Dadurch gelangt zusätzliches Wasser in den Prozess, das in weiterer Folge verdampft werden muss. BEISPIEL 5 [0079] I m Beispiel 5 wird das Verfahren zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung, das aus einem Oxidationsschritt und zwei Aufkonzentrierungsschritten besteht, wobei der Oxidationsschritt den beiden Aufkonzentrierungsschritten vorangestellt ist, beschrieben. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahrensvariante ist in der Figur 4a dargestellt. Die im Prozess aufzuarbeitende eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung enthält 21,9%wt Eisen(ll)chlorid und 4,4%wt freien Chlorwasserstoff. Über die Zuführungsleitung (14) werden 12500 kg/h der besagten Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Als Oxidationsmittel werden pro Stunde 380 kg Natriumchlorat eingesetzt, das in kristalliner Form zudosiert wird. Darüber hinaus wird im stöchiometrischen Verhältnis 696 kg/h Chlorwasserstoffsäure mit einer Konzentration von 33%wt über die Zuführungsleitung (16) in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Der Umsatz der Oxidationsreaktion beträgt 99%. Die Reaktion ist exotherm und über die Wärmetauscher (7) werden 120 kW aus dem Oxidationsreaktor (3) abgeführt.

[0080] Über die Verbindungsleitung (27) werden 13580 kg/h der oxidierten eisenhaltigen salzsauren Lösung in den Unterdruckverdampfer (1) gepumpt. Die besagte eisenhaltige salzsaure Lösung enthält 25,6%wt Eisen(ll)chlorid, 0,2%wt Eisen(ll)chlorid und 1,5%wt Natriumchlorid. Im Unterdruckverdampfer (1) wird die besagte Lösung bei 80°C und einem Unterdrück von -66 kPa durch Verdampfung aufkonzentriert. Die konzentrierte eisenhaltige salzsaure Lösung im Unterdruckverdampfer (1) enthält 31,1%wt Eisen(lll)chlorid, 1,9%wt Natriumchlorid und 0,3%wt Ei-sen(ll)chlorid. Die für die Eindampfung der eisenhaltigen salzsauren Lösung im Unterdruckverdampfer (1) benötigte Wärmeenergie beträgt 1570 kW. Über den Dampfabzug (23) des Unterdruckverdampfers (1) werden in der Stunde 2440 kg Dampf abgezogen und im Kondensor (4) kondensiert.

[0081] Aus dem Unterdruckverdampfer (1) werden über die Verbindungsleitung (28) in der Stunde 11140 kg der eisenhaltigen salzsauren Lösung in den Verdampfer (2) gepumpt, wo die Konzentration des Endproduktes, einer konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 40%wt eingestellt wird. Der Verdampfer wird bei Umgebungsdruck betrieben und die Siedetemperatur beträgt 111 °C. Für den Aufkonzentrierungsschritt im Verdampfer (2) werden 1850 kW benötigt, die durch Dampf mit einer Sattdampftemperatur von 180°C aufgebracht wird. In Summe werden 2470 kg Wasser verdampft, die über die Dampfabzug (22) in den Kondensor (5) geleitet, wo diese bei 100°C auskondensieren. Die bei der Kondensation freiwerde Wärmeenergie wird zum Beheizen des Unterdruckverdampfers herangezogen.

[0082] Aus dem Verdampfer (2) werden kontinuierlich in der Stunde 8670 kg vom Endprodukt abgezogen. Neben Eisen(lll)chlorid enthält die besagte Lösung unter anderem 0,31 Eisen(ll) Chlorid und 2,4%wt Natriumchlorid. Das Natriumchlorid entsteht bei der Oxidation durch Natriumchlorat und schränkt in dieser Menge nicht die Qualität des Produktes für die Verwendung der Eisen(lll)chloridlösung in der Abwasserindustrie ein.

[0083] An diesem Beispiel zeigt sich wiederum, dass diese Verfahrensvariante der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft für Oxidationsmittel ist, die für die Oxidationsreaktion zusätzlich Chlor benötigen. Im Beispiel 3 wird der freie Chlorwasserstoff der Ausgangslösung bereits in dem vor dem Oxidationsreaktor geschalteten Aufkonzentrierungsschritten weitgehend ausgetrieben, sodass bei Oxidation mit Sauerstoff 2360 kg/h Chlorwasserstoffsäure mit einer Konzentration von 33wt% hinzugegeben werden muss. Bei der Verfahrensvariante mit vorangestellter Oxidation kann der freie Chlorwasserstoffgehalt in der eisenhaltigen salzsauren Aus gangslösung für die Oxidationsreaktion genutzt werden, sodass die Zugabe von Chlorwasserstoffsäure reduziert werden kann. Damit einhergehend sinkt auch der Energiebedarf, da mit verringerter Chlorwasserstoffzugabe auch geringe Mengen an Wasser zusätzlich in das Verfahren eingebracht werden, welches wiederum verdampft werden müsste. Im vorliegenden Beispiel werden in der Stunde 700 kg Chlorwasserstoffsäure mit einer Konzentration von 33%wt in den Oxidationsreaktor (3) hinzugegeben, während im Beispiel 3 sich der Bedarf der Chlorwasserstoffsäure auf 2360 kg beläuft. Im Vergleich zum Beispiel 3 wird der Energiebedarf des Verfahrens von 2290 kW auf 1850 kW reduziert. BEISPIEL 6 [0084] Das Beispiel 6 beschreibt jene erfindungsgemäße Prozessvariante, bei der der Oxidationsreaktor (3) zwischen den beiden Aufkonzentrierungsschritten geschaltet ist. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in Figur 5a dargestellt. In der Stunde werden 12500 kg eisenhaltige salzsaure Lösung, mit einer Eisen(ll)chloridkonzentration von 21,9%wt und einem Chlorwasserstoffgehalt von 4,4%wt über die Zuführungsleitung (14) in den Unterdruckverdampfer (1) gepumpt. Durch die Kondensation der Dämpfe aus dem Verdampfer (2) im Kondensor (5) wird die für den Unterdruckverdampfer benötigte Wärmeleistung von 1760 kW übertragen. Die im Unterdruckverdampfer (1) enthaltene eisenhaltige salzsaure Lösung enthält 28,1%wt Eisen(ll)chlorid und 2,9%wt freien Chlorwasserstoff. Um die Siedetemperatur im Unterdruckverdampfer (1) auf 80°C zu halten ist es erforderlich einen Unterdrück von -80 kPa anzusetzen. Über den Dampfabzug (23) werden 2770 kg/h Dampf mit einem Chlorwasserstoffgehalt von 9,6%wt abgezogen und im Kondensor (4) kondensiert. Aus dem Unterdruckverdampfer (1) werden über die Verbindungsleitung (29) in der Stunde 9730 kg der konzentrierten salzsauren Lösung in den Oxidationsreaktor (3) gepumpt. Die Oxidation des Eisen(ll)chlorides wird mit Sauerstoff als Oxidationsmittel durchgeführt, wobei sich der Verbrauch auf 170 kg/h beläuft. Zusätzlich wird über die Zuführungsleitung (16) 1500 kg/h Chlorwasserstoffsäure mit einer Konzentration von 33%wt eingebracht. Die Oxidation wird bei einer Temperatur von 150°C durchgeführt. Obwohl die Reaktion exotherm ist, muss zusätzlich Energie, 200 kW, aufgewendet werden um die Betriebstemperatur zu erreichen. Aus dem Oxidationsreaktor (3) werden nun 11400 kg/h der eisenhaltigen salzsauren Lösung mit 30,4%wt Eisen(lll)chlorid und 0,24%wt Eisen(ll)chlorid in den Verdampfer (2) gepumpt, wo bei Umgebungsdruck die eisenhaltige salzsaure Lösung weiter eingedampft wird, um die vermarktungsfähige Ei-sen(lll)chloridlösung mit einer Konzentration von 40%wt zu erreichen. Die hierfür benötigte Energie beträgt 1700 kW und es werden 2730 kg/h Wasser verdampft. Die Kondensationstemperatur des Wasserdampfes wird zum Beheizen des Unterdruckverdampfers (1) herangezogen. Bei der im Verdampfer (2) enthaltenen eisenhaltigen salzsauren Lösung stellt sich eine Ei-sen(lll)chloridkonzentration von 40%wt und eine Eisen(ll)chloridkonzentration von 0,3%wt ein. Die Siedetemperatur der besagten Lösung beträgt 111°C. Aus dem Verdampfer (2) werden 8670 kg/h des Endproduktes abgezogen und in einem Wärmetauscher wird die siedende Lösung abgekühlt.

LEGENDE

Apparate: 1 Unterdruckverdampfer 2 Verdampfer 3 Oxidationsreaktor 4 Kondensor für den Unterdruckverdampfer 5 Kondensor für den Verdampfer 6 Wärmetauscher für den Unterdruckverdampfer 7 Wärmetauscher für den Oxidationsreaktor 8 Verdichter 9 Wärmetauscher für den Verdampfer 10 Wärmetauscher für die Eisen(lll)chloridlösung 11 Vorverdampfer 12 Kondensor für den Vorverdampfer 13 Unterdruckpumpe 14 Zuführungsleitung für die eisenhaltige salzsaure Ausgangslösung 15 Zuführungsleitung für das Oxidationsmittel 16 Zuführungsleitung für das Chlorierungsmittel 17 Zuführungsleitung für das Wasser 18 Zirkulationsleitung für den Unterdruckverdampfer 19 Zirkulationsleitung für den Verdampfer 20 Zirkulationsleitung für den Oxidationsreaktor 21 Zirkulationsleitung für den Vorverdampfer 22 Dampfabzug für den Verdampfer 23 Dampfabzug für den Unterdruckverdampfer 24 Dampfabzug für den Vorverdampfer 25 Ableitung des Kondensates 26 Ableitung der konzentrierten Eisen(lll)chloridlösung 27 Verbindungsleitung für die Einbringung der eisenhaltigen salzsauren Lösung in den Unterdruckverdampfer 28 Verbindungsleitung für die Einbringung der eisenhaltigen salzsauren Lösung in den Verdampfer 29 Verbindungsleitung für die Einbringung der eisenhaltigen salzsauren Lösung in den Oxidationsreaktor

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit einer Eisen(lll)chloridkonzentra-tion von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, durch Oxidation einer eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung mit einer Eisen(ll)chloridkonzentration von 10%wt -30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt, umfassend mindestens einen Oxidationsschritt und zwei Aufkonzentrierungsschritten, in welchen Aufkonzentrierungsschritten durch Zufuhr vor thermischer Energie Wasser aus der eisenhaltigen salzsauren Lösung zum Aufkonzentrieren verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufkonzentrierungsschritte bei unterschiedlichen Drücken durchgeführt werden, wobei die Kondensationsenergie des resultierenden Dampfes aus dem bei höherem Druck durchgeführten Aufkonzentrierungsschritt dem Verdampfer des bei geringerem Druck durchgeführten Aufkonzentrierungsschritts zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufkonzentrierungsschritt bei Umgebungsdruck und der andere Aufkonzentrierungsschritt bei Unterdrück durchgeführt wird, wobei die Kondensationsenergie des resultierende Dampfes aus dem bei Umgebungsdruck durchgeführten Aufkonzentrierungsschritt dem Verdampfer des bei Unterdrück durchgeführten Aufkonzentrierungsschritts zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die benötigte thermische Energie des bei Umgebungsdruck durchgeführten Aufkonzentrierungsschritts durch einen externen Energieträger aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung in dem bei Unterdrück durchgeführten Aufkonzentrierungsschritt bei 5 kPa - 85 kPa durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Siedetemperatur der eisenhaltigen salzsauren Lösung in dem bei Unterdrück durchgeführten Aufkonzentrierungsschritt auf 60°C - 100°C unterhalb der Kondensationstemperatur des Dampfes aus dem Verdampfer herabgesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationsschritt den beiden Aufkonzentrierungsschritten nachgestellt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der Aufkonzentrierungsschritt bei Unterdrück durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der Aufkonzentrierungsschritt bei Umgebungsdruck durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationsschritt den beiden Aufkonzentrierungsschritten vorangestellt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Oxidationsschritt zuerst der Aufkonzentrierungsschritt bei Unterdrück durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Oxidationsschritt zuerst der Aufkonzentrierungsschritt bei Umgebungsdruck durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationsschritt zwischen den beiden Aufkonzentrierungsschritten durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der Aufkonzentrierungsschritt bei Unterdrück durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der Aufkonzentrierungsschritt bei Umgebungsdruck durchgeführt wird.
15. Vorrichtung zur Herstellung einer Eisen(lll)chloridlösung mit einer Eisen(lll)chloridkonzent-ration von 30%wt bis 55%wt, vorzugsweise 35%wt - 50%wt, durch Oxidation einer eisenhaltigen salzsauren Ausgangslösung mit einer Eisen(ll)chloridkonzentration von 10%wt -30%wt, vorzugsweise 15%wt - 25%wt, umfassend miteinander leitungsmäßig verbunden mindestens einen Oxidationsreaktor (3) mit einem mit ihm leitungsmäßig verbundenen Wärmetauscher (7) und mindestens einen Verdampfer (1) mit einem mit ihm leitungsmäßig verbundenen Kondensor (5) und mindestens einen zweiten Verdampfer (2) mit einem mit ihm leitungsmäßig verbundenen Wärmetauscher (9), in welchen Verdampfern durch Zufuhr vor thermischer Energie Wasser aus einer eisenhaltigen salzsauren Lösung zum Aufkonzentrieren verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer (1, 2) bei unterschiedlichem Druck betrieben werden, wobei der Dampfraum des bei höherem Druck arbeitenden Verdampfer (2) über eine Leitung (22) mit den Kondensor (5) des bei geringerem Druck betriebenen Verdampfer (1) verbunden ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (1) als Unterdruckverdampfer und der Verdampfer (2) als Normaldruckverdampfer ausgebildet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) des Verdampfers (2) mit einem externen Wärmeträger, vorzugsweise Sattdampf oder Wärmeträgeröl, gespeist wird.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (1) eine Zuführung (14) für die eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid- Ausgangslösung, einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Verbindungsleitung (28) für die Einbringung von vorkonzentrierter eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Verdampfer (2) aufweist, der Verdampfer (2) eine Verbindungsleitung (29) für die Einbringung der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) aufweist und der Oxidationsreaktor (3) eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) eine Zuführung (14) für die eisenhaltige salzsaure Eisen(ll)chlorid- Ausgangslösung und eine Verbindungsleitung (27) für die Einbringung von vorkonzentrierter eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Verdampfer (1) aufweist, der Verdampfer (1) einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Verbindungsleitung (29) für die Einbringung der konzentrierten eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) aufweist und der Oxidationsreaktor (3) eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationsreaktor (3) eine Zuführung (14) für die eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung und eine Verbindungsleitung (27) für die Einbringung von Ei- sen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (1) aufweist, der Verdampfer (1) einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Verbindungsleitung (28) für die Einbringung der vorkonzentrierten Eisen(lll)chlo-ridlösung in den Verdampfer (2) aufweist und der Verdampfer (2) eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationsreaktor (3) eine Zuführung (14) für die eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung und eine Verbindungsleitung (28) für die Einbringung von Ei- sen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (2) aufweist, der Verdampfer (2) eine Verbindungsleitung (27) für die Einbringung der vorkonzentrierten Eisen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (1) aufweist und der Verdampfer (1) einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (1) eine Zuführung (14) für die eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid- Ausgangslösung, einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Verbindungsleitung (29) für die Einbringung von vorkonzentrierter eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) aufweist, der Oxidationsreaktor (3) eine Verbindungsleitung (28) für die Einbringung von vorkonzentrierter Eisen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (2) aufweist und der Verdampfer (2) eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) eine Zuführung (14) für die eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid- Ausgangslösung und eine Verbindungsleitung (29) für die Einbringung von vorkonzentrierter eisenhaltigen salzsauren Eisen(ll)chlorid-Ausgangslösung in den Oxidationsreaktor (3) aufweist, der Oxidationsreaktor (3) eine Verbindungsleitung (27) für die Einbringung von vorkonzentrierter Eisen(lll)chloridlösung in den Verdampfer (1) aufweist und der Verdampfer (1) einen Dampfabzug (23) mit nachgeschalteten Kondensor (4) und nachgeschalteter Unterdruckpumpe (13) und eine Abzugsleitung (26) für die fertige Eisen(lll)chloridlösung aufweist. Hierzu 8 Blatt Zeichnungen