DE1017599B

DE1017599B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung konzentrierter Alkalilauge durch Zersetzung von Alkaliamalgam mit Wasser in Gegenwart eines Katalysators

Info

Publication number: DE1017599B
Application number: DEB41093A
Authority: DE
Inventors: Dr Ewald Wygasch; Dr Rolf Luehdemann
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1956-07-19
Filing date: 1956-07-19
Publication date: 1957-10-17
Also published as: FR1179013A; GB818256A; US3019082A

Description

DEUTSCHES

Das durch Alkalichloridelektrolyse in der sogenannten Primärzelle erzeugte Alkaliamalgam wird in einem Zersetzer (Sekundärzelle) durch Umsetzung mit Wasser an einem Katalysator, meist Graphit, in Alkalilauge und Wasserstoff zerlegt, während das an Alkalimetall verarmte oder von Alkalimetall freie Quecksilber wieder in die Primärzelle gelangt. Hierbei lassen sich Laugekonzentrationen von etwa 45 bis 50% ohne wesentliche Schwierigkeiten sowohl in Horizontal- als auch Vertikalzersetzern bekannter Bauart erzielen. Will man den in letzter Zeit steigenden Bedarf an höher konzentrierter Lauge nicht durch Eindampfen von Lauge niedrigerer Konzentration, sondern unmittelbar durch Zersetzen von Alkaliamalgam erzeugen, so ergeben sich Schwierigkeiten, die durch die mit steigender Konzentration steil ansteigenden Schmelzpunkte und Zähigkeiten der Laugen bedingt sind. Der Schmelzpunkt von 73°/oiger Natronlauge beträgt beispielsweise etwa 60°, von 8O°/oiger Lauge bereits 143° und von 85°/oiger Lauge 210°. In Horizontalzersetzern bedeckt sich daher der Katalysator infolge lokaler Überkonzentration, die durch nicht ausreichende Bewegung der Lauge und durch die infolge der hohen Zähigkeit zu geringe Diffusion bedingt ist, mit fester Lauge und wird dadurch inaktiv, gleichgültig, ob man das Amalgam mit zu seiner Zersetzung dienendem Wasser im Gleichstrom oder im Gegenstrom führt. Eine zusätzliche Erwärmung des Zersetzers, soweit sie im Hinblick auf die Primärzelle überhaupt zulässig ist, bringt keine befriedigende Lösung.

In einem vertikalen Zersetzer, in dem Amalgam und Wasser im Gegenstrom geführt werden, treten die folgenden Nachteile auf: Im oberen Teil des Zersetzers, aus dem die konzentrierte Lauge abgezogen wird, verläuft die Reaktion des Amalgams am Katalysator mit der hochkonzentrierten Lauge ziemlich langsam, so daß sich die Hauptreaktion im unteren Teil des Zersetzers abspielt. Die die Reaktion begünstigende Temperaturerhöhung durch die Wärmetönung der Zersetzungsreaktion tritt also hauptsächlich in dem Teil des Zersetzers auf, wo die Lauge die niedrigste Konzentration besitzt, und das Amalgam bzw. Quecksilber führt den größten Teil der erzeugten Reaktionswärme sofort in die Primärzelle ab, wo eine weitere Temperatursteigerung oft unerwünscht ist. Man hat diesen Nachteil dadurch zu beseitigen versucht, daß man die Reaktionswärme in Wärmeaustauschern zum Aufheizen des Zersetzerwassers benutzt. Auch die Hauptmenge des Wasserstoffes wird im unteren Teil des Zersetzers erzeugt. Die großen, mit Wasserdampf gesättigten Gasmengen bewirken eine starke Aufwirbelung des Katalysators, der üblicherweise aus Graphitstücken von Hasel- bis Walnuß-Verfahren und Vorrichtung

zur Herstellung konzentrierter

Alkalilauge durch Zersetzung

von Alkaliamalgam mit Wasser

in Gegenwart eines Katalysators

Anmelder:

Badische Anilin- Sd Soda-Fabrik
Aktienges ells chaf1₁ Ludwigshafen/Rhein

Dr. Ewald Wygasch und Dr. Rolf Lühdemann,

Ludwigshafen/Rhein,
sind als Erfinder genannt worden

größe besteht. Der Graphit reibt sich rasch ab, und die anfangs scharfkantigen Stücke mit großer aktiver Oberfläche werden bald abgerundet und verlieren an Aktivität. Die erzeugte Lauge färbt sich durch den Graphitabrieb schwarz und muß nitriert werden. Um dennoch hochkonzentrierte Lauge erzeugen zu können, hat man die Zersetzer mehrere Meter hoch gebaut, in einzelne Kammern aufgeteilt oder auch zwei Zersetzer übereinandergebaut, um in dem einen Zersetzer hochkonzentrierte Lauge zu erzeugen und das unvollständig zersetzte Amalgam in dem zweiten Zersetzer vollständig zu zersetzen unter Bildung niedrigkonzentrierter Lauge. Die große Höhe solcher Zersetzer erfordert einen beträchtlichen Energieaufwand für die Förderung des Amalgams bzw. des Quecksilbers.

Nach einem anderen bekannten Vorschlag soll man zunächst Amalgam und Wasser im Gleichstrom in einem senkrechten Zersetzer unter Erzeugung hochkonzentrierter Lauge und teilweiser Zersetzung des Amalgams und sodann das teilweise zersetzte Amalgam durch einen waagerechten Zersetzer führen, in dem es zur vollständigen Zersetzung mit im Gegenstrom fließendem Wasser in Berührung tritt.

Es wurde nun gefunden, daß man in einem einzigen, verhältnismäßig niedrigen, vertikalen Zersetzer hochkonzentrierte Lauge unter praktisch vollständiger Zersetzung des Amalgams ohne Nachschaltung einer weiteren Zersetzereinrichtung gewinnen kann, wenn man im oberen Teil des Zersetzers Amalgam und Wasser im Gleichstrom frei über den Katalysator herabrinnen läßt, während der Katalysator im unteren Teil des Zersetzers in einer zusammenhängenden Laugeschicht eingetaucht ist.

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Bei dieser Arbeitsweise findet die Zersetzungsreaktion zur Hauptsache im oberen Teil des Zersetzers statt, aus dem der entwickelte Wasserstoff und Wasserdampf frei abziehen können, ohne eine Aufwirbelung und einen Abrieb des Katalysators zu bewirken. Ein Teil der Wärmetönung der Zersetzungsreaktion geht zwar mit dem abziehenden Wasserstoff und Wasserdampf verloren. Der größte Teil wird jedoch mit dem Amalgam in den unteren Teil des Zersetzers geführt und dort an die konzentrierte Lauge abgegeben. Trotz der im unteren Teil niedrigeren Amalgamkonzentration ist hier die restliche Zersetzung ziemlich vollständig. Da im unteren Teil nur noch geringe Mengen Amalgam zersetzt werden müssen und sich daher auch nur noch geringe Mengen Wasserstoff bilden, erfolgt auch hier keine Aufwirbelung und keine Inaktivierung des Katalysators.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet nicht nur die Erzeugung von hochkonzentrierter Lauge mit Hilfe von Wasser, sondern es ist auch möglich, das Wasser für die Zersetzung des Amalgams als Alkalilauge einzuführen und so beispielsweise eine 55°/oige Natronlauge in eine 70- bis 75%ige Natronlauge überzuführen. Da 50- bis 55°/oige Natronlauge in bekannten Zersetzern leicht hergestellt werden kann, führt die Beschickung des Zersetzers mit einer derartigen niedrigkonzentrierten Lauge nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einem hochkonzentrierten Endprodukt ohne zusätzlichen Energieaufwand. Zum Beispiel liefert der einer Primärzelle von 30 kA angeschlossene erfindungsgemäße Zersetzer, der, mit Wasser beschickt, etwa 1 Tagestonne Natriumhydroxyd (100%) in Form von 50%iger oder 7O°/oiger Lauge erzeugt, mit 50%iger Lauge, von anderen Zellen stammend, beschickt, 2,54 Tagestonnen Natriumhydroxyd (100%) in Form von 7O°/oiger Natronlauge oder, mit 55%iger Lauge beschickt, 3,26 Tagestonnen Natriumhydroxyd (100%) in Form von 70%iger Natronlauge. Die mindestens gleich gute Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Zersetzers bei Be-Schickung mit Lauge anstatt mit Wasser ist darauf zurückzuführen, daß die 50- bis 55%ige Natronlauge, von anderen Zellen stammend, mit einer Temperatur von etwa 70° in den Zersetzer eintritt, daß ferner ein größeres Volumen mit dem Amalgam im freien Teil des Zersetzers in Berührung gelangt und daß schließlich infolge des höheren Siedepunktes der eingeführten Lauge weniger Wärmeverluste durch Wasserdampfabführung auftreten.

Eine für die Durchführung des Verfahrens beispielsweise geeignete Vorrichtung wird durch die Zeichnung veranschaulicht. Durch das zentral angeordnete, im Kopf des Zersetzers mündende Steigrohr 1 wird das aus der Primärzelle kommende Amalgam mittels einer Pumpe in den Kopf des Zersetzers gefördert und dort auf eine durchlässige Platte 2 oder ein anderes Verteilungsorgan gegeben, durch das es sowie das durch das Rohr 3 eingeführte Wasser über den Querschnitt des Zersetzers gleichmäßig verteilt wird. Amalgam und Wasser rinnen über die Katalysatorfüllung 4 herab, die aus Graphit in einer Stückgröße von etwa 5 bis 20 mm besteht. Unterhalb der Linie 5 taucht die Katalysatorfüllung in Lauge von nach unten zunehmender Konzentration. Das Tauchrohr 6 dient der Abführung der konzentrierten Lauge aus dem Fuß des Zersetzers und der Auf rechterhaltiiiff der Laugeschichthöhe bis zur Linie 5. Das Verhältnis) zwischen der Laugeschichthöhe und der restlichen Zersetzerhöhe beträgt zweckmäßig 1:1 bis 2 : lf^ie Siebplatte 7 trägt die Katalysatorfüllung, läßt aber das Quecksilber und die Lauge nach unten durchtreten. Das Quecksilber verläßt den Zersetzer durch 'ÜCfcfi Rohr 8, um in die Primärzelle zurückgeleitet zti werden. Der bei der Zersetzung entstehende Wasserstoff wird aus dem Kopf des Zersetzers durch das Rohr 9 abgeführt.

In einer solchen Vorrichtung gelingt es, beispielsweise 70- bis 75%ige Natronlauge in einer ohne Filtration wasserhellen Beschaffenheit zu erzeugen, wobei das Amalgam zu 85 bis 95% zersetzt wird und eine Nachzersetzung mit Rücksicht auf den Betrieb der Primärzelle nicht erforderlich ist. Eine Vermindefipig der Aktivität des Katalysators ist auch bei langerjjej;: triebsdauer nicht festzustellen. Versucht man, ι, in einem gleich hohen Zersetzer mit gleicher Katalysatorfüllhöhe, aber ohne Aufrechterhaltung einer zusfcmenhängenden Laugeschicht im unteren Teil des Zeifsetzers, die Zersetzung des Amalgams mit Waj.^er oder Lauge durchzuführen, so erzielt man eine'tar unvollständige Zersetzung des Amalgams, und es fst ;;, zur Vermeidung einer Störung der Betriebsweise Iff i· Primärzelle eine Nachzersetzung erforderlich. y*-\

Claims

Patentansprüche- !

1. Verfahren zur Herstellung konzentrierter * Alkalilauge durch Zersetzung von Alkaliamalgam ^;: mit Wasser, das im Gleichstrom mit dem Amalgam in einem mit die Zersetzung fördernden Katafjfsa? tor beschickten vertikalen Zersetzer herabfließtjidädurch gekennzeichnet, daß man Alkaliamalgam und Wasser im oberen Teil des Zersetzers frei ' über den Katalysator rinnen läßt und die dabei gebildete Lauge als eine den Zwischenraum zwischen dem Katalysator voll ausfüllende Schicht» und darin verteilt das im oberen Teil des Zer~ ^h setzers teilzersetzte Amalgam, über den Katalysa* tor im unteren Teil des Zersetzers führt. .,, ,',

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenezeichnet, daß man das Wasser für die Zersetz,ujSg.,,;,;, des Amalgams als Alkalilauge mit einer geringeren;:rf Konzentration als der im Endprodukt gewünsch|ett Konzentration zuführt. " ; ;^;i:

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ;i^:

gemäß Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durcji, ;,'

ein im Zersetzer zweckmäßig zentral angeordnetes, ■'/■■ im Kopf des Zersetzers mündendes Steigrohr (1) * für die Zuführung des Amalgams, ein im Kopf ■ des Zersetzers befindliches Organ (2) für die gleichmäßige Verteilung des Amalgams und ijtes ■ im Kopf des Zersetzers zugeführten Wassers tfifef den Querschnitt des Zersetzers und ein Tauchjgßr

(6), das der Abführung der konzentrierten Lauge aus dem Fuß des Zersetzers und der Aufreehf;-erhaltung einer Laugeschichthöhe dient, die einen erheblichen Teil der Zersetzerhöhe beträgt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch ge? kennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Lauge^ Schichthöhe und restlicher Zersetzerhöhe 1 :1 Ms₁ 2:1 beträgt. _L ;;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen