DE1228237B - Verfahren zur Herstellung von Natriumsulfat oder Kaliumsulfat in einer Drehtrommel - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

COId

Deutsche KL: 121 - 5/02

Nummer: 1228 237

Aktenzeichen: S 85010IV a/121

Anmeldetag: 30. April 1963

Auslegetag: 10. November 1966

EHe Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Natriumsulfat oder Kaliumsulfat in körniger Form, nachstehend als »Alkalisulfat« bezeichnet.

Bekanntlich werden Alkalisulfate durch Umsetzung eines Alkalichlorids mit Schwefelsäure bei erhöhter Temperatur hergestellt. Einer erfolgreichen Durchführung dieser Umsetzung stehen zwei Schwierigkeiten entgegen. Die eine besteht darin, daß sich während der Reaktion als Zwischenprodukt Alkalibisulfat bildet. Der Schmelzpunkt des Alkalibisulfats liegt unterhalb der Temperatur, bei der die Reaktion durchgeführt wird. Deshalb ist es schwierig, das Reaktionsgemisch in pulverförmigem Zustand zu halten. Eine zweite Schwierigkeit, die zum Teil als Folge der ersten Schwierigkeit auftreten kann, besteht darin, den bei der Umsetzung gebildeten Chlorwasserstoff vollständig zu verflüchtigen, damit man ein chloridfreies Produkt erhält. Zur Erzielung eines chloridfreien Produkts werden im allgemeinen hohe Temperaturen von etwa 700 bis 800⁰C angewandt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die Herstellung eines im wesentlichen chloridfreien körnigen Alkalisulfats durch Umsetzung von Alkalichlorid mit Schwefelsäure bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gestattet, wobei die Zeitdauer, in welcher das inter-'mediäre Alkalibisulfat existiert, nur begrenzt ist.

So wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Na₂SO₄ oder K₂SO₄ durch Umsetzung des entsprechenden Alkalichlörids mit Schwefelsäure in einer Drehtrommel vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß auf bereits gebildete Na₂SO₄- oder K₂SO₄-Teilchen, welche in der Trommel im Kreislauf geführt werden, an einer Stelle des Kreislaufs ein Gemisch von Alkalichlorid und Schwefelsäure in stöchiometrischer Menge aufgebracht wird, wobei das Verhältnis der Kreislaufgeschwindigkeit des Teilchenstroms im Reaktionsraum zur Abzugsgeschwindigkeit des körnigen Endprodukts zwischen 20:1 und 1000:1 liegt und die Temperatur in der Trommel zwischen 350⁰C und unterhalb des Schmelzpunktes des Sulfats gehalten wird.

Unterhalb des angegebenen Grenzwertes für das Umlauf/Entnahme-Verhältnis neigen die Teilchen im Bett zur Agglomeration. Beim oberen Grenzwert wird der mechanische Aufwand der Anlage zur Durchführung des Verfahrens unwirtschaftlich, obwohl die Durchführung technisch möglich ist. Dieses Verhältnis wird durch verschiedene Faktoren, wie die Umlaufzeit, die Teilchengröße, die Temperatur und die Säurekonzentration bestimmt, wobei der Verfahren zur Herstellung von Natriumsulfat
oder Kaliumsulfat in einer Drehtrommel

Anmelder:

Scottish Agricultural Industries Limited,
Edinburgh, Schottland (Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Fincke, Dipl.-Ing. H. Bohr
und Dipl.-Ing. S. Staeger, Patentanwälte,
München 5, Müllerstr. 31

Als Erfinder benannt:

John Stewart Raitt,

Edinburgh, Schottland (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 4. Mai 1962 (17 167)

letztgenannte Faktor die Menge an Wasser beeinflußt, die während des Verfahrens verdampft werden muß.

Die sich bewegenden Teilchen, auf welchen die Umsetzung durchgeführt wird, bestehen aus Alkalisulfatkörnern einer kleineren Größe als das Produkt, so daß man ein Produkt erhält, das im wesentlichen vollständig aus Alkalisulfat besteht. Durch Abrieb wird ein Teil des entstandenen Alkalisulfats unter Bildung neuer Kerne von Alkalisulfat zerkleinert.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden die Zugabegeschwindigkeit der genannten Reaktionsteilnehmer zu dem Überschuß der im Kreislauf geführten, trockenen Teilchen, die Fließgeschwindigkeit und die Temperatur der sich bewegenden Masse derartig aufeinander abgestimmt, daß in der sich bewegenden Masse der Feuchtigkeitsgehalt, der infolge der Zugabe der genannten Reaktionsteilnehmer herrscht, derartig ist, daß die Körnchen nicht ihre Individualität verlieren.

Während der Zugabe der genannten Reaktionsteilnehmer zieht man es vor, daß bei einer gegebenen Zugabegeschwindigkeit der Reaktionsteilnehmer bei jedem Umlauf auf einem möglichst hohen Bruchteil der Teilchen in der sich bewegenden Masse eine neue Oberflächenschicht aus den Reaktionsteilnehmern gebildet wird, da hierdurch ein hohes Verhält-

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nis der Geschwindigkeit der Zugabe der Reaktionsteilnehmer zur Geschwindigkeit vder Kreislapfführung ermöglicht wird.

Vorzugsweise werden die Reaktionsteilnehmer vor der Zugabe miteinander vermischt. Dies kann kontinuierlich erfolgen. Das Gemisch kann eine Lösung oder eine Aufschlämmung sein, je nach, der Temperatur und der Säurekonzentration. "Wenn man die Aufschlämmung bei Raumtemperatur, d. h. bei etwa 20° C zugeben will, soll die Konzentration der Säure vorzugsweise 60% H₂ SO₄ nicht übersteigen, damit sie z. B. gepumpt werden kann. Wenn die Aufschlämmung zwischen 80 und 120° C gehalten wird, kann bei der Zugabe zur umlaufenden Masse die Schwefelsäurekonzentration bis zu 70% H₉SO₄ betragen. Bei diesen Temperaturen kann sich bereits vor der Zugabe des Reaktionsteilnehmergemisches zu der sich bewegenden Masse eine erhebliche Menge an Chlorwasserstoff entwickeln.

Die sich bewegenden Teilchen, zu welchen die Reaktionsteilnehmer zugesetzt werden, können eine Temperatur innerhalb des angegebenen Bereiches oder gegebenenfalls eine niedrigere Temperatur aufweisen. Vorzugsweise erfolgt die Zugabe zu Teilchen mit einer höheren Reaktionstemperatur, da die rasche Entwicklung von Wasserdampf und die anfängliche Reaktion es ermöglichen, eine größere Reaktionsteilnehmermenge zuzusetzen, ohne daß die Teilchen ihre Identität verlieren. Die untere Grenztemperatur für die Reaktion von 350° C hängt von der praktischen Mindestreaktionsgeschwindigkeit ab, während der obere Grenzwert die Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes des Produktes ist, bei welcher die Teilchen ihre Identität verlieren. Der Schmelzpunkt von reinem Natriumsulfat liegt bei 884° C und von reinem Kaliumsulfat bei 1076° C. Die Gegenwart von Verunreinigungen kann jedoch den Schmelzpunkt erniedrigen. Die im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugte Reaktionstemperatur liegt zwischen 400 und 500° C.

Zur wirksamen Ausnutzung der Wärme der Teilchen werden diese vorzugsweise innerhalb eines einzigen Reaktors im Kreislauf geführt. Ein solcher Reaktor, der auch die Abtrennung von mit irgendwelchen Verbrennungsgasen praktisch nicht verunreinigtem Chlorwasserstoff- ermöglicht, ist in der britischen Patentschrift 907 900 beschrieben.

An Hand eines Beispiels wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von körnigem Natriumsulfat im Laboratoriumsmaßstab beschrieben.

100 g Natriumsulfat-Teilchen mit einem Durchmesser von 1 bis 2 mm, welche aus einem vorhergehenden Ansatz erhalten wurden, werden in einen horizontalen zylindrischen Ofen gegeben, der 20,3 cm lang ist und einen Durchmesser von 20,3 mm besitzt und der mit 20 U/min gedreht wird. Die Trommel ist am einen Ende geschlossen, und das Material innerhalb der Trommel wird durch die Drehung der Trommel in rollender Kreislaufbewegung gehalten. Im Betrieb wird die Temperatur der Teilchen in der Trommel bei 450 bis 500⁰C mit Hilfe einer Gasflamme gehalten, die unmittelbar- auf die Teilchen auftrifft. Erne Aufschlämmung von 571 g 56,6%iger Schwefelsäure und 380 g Natriumchlorid wird mit Hilfe eines Rohres auf die Teilchen in der Trommel in Zeitabständen gegeben. Diese Zeitabstände werden durch Bestimmung des Chloridgehaltes in Proben bestimmt.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der Herstellung von körnigem Kaliumsulfat im Laboratoriumsmaßstab beschrieben.

Die in.diesem Verfahren verwendete Vorrichtung ist die vorgenannte Trommel. 100 g Kaliumsulfat-Teilchen vom Durchmesser 1 bis 2 mm, die in einem vorhergehenden Verfahren erhalten wurden, werden in die Trommel gegeben und bei einer Temperatur von 450 bis 500° C gehalten. Eine Aufschlämmung

ίο aus 458 g 49,4%iger Schwefelsäure und 331 g Kaliumchlorid wird mit Hilfe eines Rohres zu den Teilchen in der Trommel in Zeitabständen gegeben. Diese Zeitabstände werden durch Bestimmung des Chloridgehaltes in Testproben bestimmt.

An Hand der Herstellung eines Kaliumsulfats von Düngemittelqualität wird nachstehend das erfindungsgemäße Verfahren in größerem Maßstab beschrieben. An Hand der schematischen Zeichnung wird auf einen Granulierapparat Bezug genommen.

9,07 kg Kaliumsulfat-Teilchen von einem Durchmesser von etwa 1 bis 2 mm, die aus einem früheren Ansatz erhalten wurden, werden in einen horizontalen zylindrischen Ofen der in der schematischen Zeichnung gezeigten Art eingebracht. Die Drehtrommel 1 mit einem Durchmesser von etwa 0,6 m und einer Länge von 0,45 m wird mit 20 U/min gedreht. Diese Drehtrommel ist am einen Ende 2 geschlossen. In ihr sind sechs Hebebecher 3 angeordnet, die jeweils ein Fassungvermögen von etwa 0,45 kg haben.

Diese Hebebecher heben die Teilchen und überführen sie in einen von außen befestigten Schacht 4, der innerhalb der Drehtrommel angeordnet ist, und der nach abwärts von dem geschlossenen Ende 2 gegen das offene Ende der Drehtrommel 1 geneigt ist. In den Schacht 4 mündet ein Rohr 5, das durch das offne Ende der Trommel eintritt. Der Ofen ist mit Heizeinrichtungen in Form von äußeren Gasbrennern 6 versehen.

Im Betrieb fließen die Teilchen infolge der Drehung der Trommel den Schacht in einer Menge von etwa 56,7 kg/min herab. Die Temperatur der Teilchen im Schacht wird bei 460° C gehalten. Durch das Rohr 5 werden 3,45 Teile 54,5%ige Schwefelsäure sowie 2,74 Teile Kaliumchlorid von Düngemittelqualität in Form einer Aufschlämmung zu den durch den Schacht herabfließenden Teilchen gegeben. Die aus dem Schacht am offenen Ende der Trommel austretenden Teilchen bewegen sich vom offenen Ende gegen das geschlossene Ende der Trommel, welche durch die Gasbrenner 6 beheizt wird. Die Zugabe der Reaktionsteilnehmer erfolgt in solcher Menge, daß man 227 g Kaliumsulfatprodukt je Minute erhält. Das bedeutet, daß das Kreislaufverhältnis 250 :1 beträgt. Die Teilchen werden von Zeit zu Zeit aus dem kreisenden Strom abgetrennt und zur Abtrennung des Produktes mit gewünschtem Teilchengrößenbereich gesiebt. Die Teilchen mit unerwünschter Größe werden gegebenenfalls nach dem Zerstoßen in den Reaktor zurückgegeben. Das Produkt, das einen Teilchengrößenbereich aufweist, der ein Sieb der Maschenweite 3,35 mm passiert und von einem Sieb der Maschenweite 1,41 mm zurückgehalten wird, enthält 98,0% K₂SO₄, 1,3% H₀SO₄ und 0,6% KCl.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Natriumsulfat oder Kaliumsulfat durch Umsetzung des

entsprechenden Alkalichlorids mit Schwefelsäure in einer Drehtrommel, dadurch gekennzeichnet, daß auf bereits gebildete Na₂SO₄- oder K₂SO₄-Teilchen, welche in der Trommel im Kreislauf geführt werden, an einer Stelle des Kreislaufs ein Gemisch von Alkalichlorid und Schwefelsäure in stöchiometrischer Menge aufgebracht wird, wobei das Verhältnis der Kreislaufgeschwindigkeit des Teilchenstroms im Reaktionsraum zur Abzugsgeschwindigkeit des körnigen Endprodukts zwischen 20:1 und 1000:1 liegt und die Temperatur in der Trommel zwischen 350° C und unterhalb des Schmelzpunktes des Sulfats gehalten wird.

2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprodukt aus Alkalichlorid und Schwefelsäure in Form einer Aufschlämmung eingesetzt wird und diese bei Raumtemperatur zugegeben wird, wobei die Konzentration an Schwefelsäure nicht über 60% liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprodukt aus Alkalichlorid und Schwefelsäure in Form einer Aufschlämmung eingesetzt wird und diese mit einer Temperatur zwischen 80 und 120° C zugegeben wird, wobei die Konzentration an Schwefelsäure nicht über 70% liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur in der Trommel zwischen 400 und 500° C hält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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