DE19730573B4

DE19730573B4 - Verfahren zur vollautomatischen Regelung der Karbonisierung von Kalilauge zu Pottaschelauge

Info

Publication number: DE19730573B4
Application number: DE19730573A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Dr. Hönigschmid-Grossich; Peter Dr. Schmittinger
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2017-07-18
Also published as: DE19730573A1

Abstract

Verfahren zur vollautomatischen Regelung der Karbonisierung von Kalilauge zu Pottaschelauge, bei dem als Steuerungsgröße der pH-Wert, bei gleichzeitiger Messung der Dichte der Umwälzlauge und deren Temperatur, eingesetzt wird.

Description

Im sogenannten "Karbonisierungsbetrieb" der Pottasche-Anlage wird konzentrierte ca. 40 bis 50 Gew.-%ige Kalilauge mit CO₂-haltigem Rauchgas in einer Absorptionskolonne zu Pottaschelösung umgesetzt:

Die entstehende Lösung darf nur Pottasche K₂CO₃ enthalten und weder einen Überschuß an restlichem Hydroxid (HO^–) noch an Hydrogenkarbonat (HCO₃ ^–) durch Überkarbonisierung enthalten.

Ein Verfahren zur Herstellung von Kaliumcarbonat beschreibt beispielsweise die US 3,773,902 A . Verfahren zur Herstellung von Natriumcarbonat beschreiben die beiden Patentschriften DD 69110 A und DE 1 141 627 B .

Die Umsetzung des Kohlendioxids aus dem Rauchgas ist nicht quantitativ, sie hängt in sehr komplexer Weise von zahlreichen Betriebsparametern wie z. B. der Menge, Konzentration und Temperatur des KOH-Laugezulaufs, Laugenumwälzmenge in der Waschkolonne, Konzentration, Druck, Temperatur, Menge des Rauchgases usw. ab.

Die Einhaltung eines pH-Wertes bei einem Verfahren zur Herstellung von Kaliumcarbonat beschreiben das Patent Abstract of Japan der JP 06263433 A und die Patentschrift US 3,644,089 A . Eine mikroprozessorgesteuerte Mehrfachregelung, wobei auch pH-Sensoren eine Rolle spielen, beschreibt die DE 36 89 316 T2 .

Bisher war es üblich, die Umsetzung von Kalilauge zu Pottasche in der kontinuierlich betriebenen, technischen Anlage durch regelmäßige Titration des Kaliumhydroxidgehaltes mit Säurenormallösungen zu erfassen. Eine Mittitration des Carbonatanteils wird bei der maßanalytischen Methode durch Fällung als Bariumcarbonat durch Zugabe von BaCl₂ verhindert. Es ist weiterhin bekannt den KOH-Anteil der Reaktionslösung durch potentiometrische Mehrstufentitration der K₂CO₃-/KOH-Lösung zu ermitteln, wobei in der 1.

Titrationsstufe die Hälfte des Carbonations, gemeinsam mit dem Hydroxidion, in der 2. Titrationsstufe die andere Hälfte des Carbonations erfaßt wird. Dieses Verfahren benötigt nicht mehr den Einsatz von giftigem Bariumchlorid, hat aber immer noch den Nachteil des zuerst genannten Analysenverfahrens, daß wegen des entsprechenden Zeitaufwandes für Probenahme und Analysendurchführung eine zeitmomentane Erfassung des Umsetzungsgrades nicht gegeben ist. Auch ist eine exakte Erfassung von Restspuren KOH analytisch nur durch erfahrenes Personal mit Hilfe von Titrierautomaten möglich.

Diese Nachteile konnten durch ein Verfahren gemäß der Ansprüche überwunden werden. Es wurde nun überraschend gefunden, daß eine vollkontinuierliche, vollautomatische Überwachung und Regelung bei der Karbonisierung von Kalilauge zu Pottaschelauge möglich ist, wenn der pH-Wert als Steuerungsgröße eingesetzt wird, wobei gleichzeitig die Dichte der Umwälzlauge und deren Temperatur sehr exakt gemessen werden. Voraussetzung ist hier allerdings eine sehr zuverlässige und sehr genaue Erfassung des pH-Wertes (± 0,005 pH). Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei vorgegebener KOH-Zulaufmenge (Führungsgröße) die Rauchgasmenge über Klappensteuerung so geregelt, daß die Pottaschelauge in der erwünschten Qualität und Menge vollautomatisch anfällt. Die Produktqualität wird gleichzeitig verbessert. Die pH-Messung erfolgt redundant, d. h. in zweifacher Ausführung parallel mit pH-Elektroden mit Druckausgleich (Verhinderung der Diffusion von Reaktionslösung in den Referenzteil der Elektrode) und eventuell temperaturkompensiert. Die Dichtemessung erfolgt z. B. nach der Schwingungsmethode nach Parr. Die Meßflüssigkeit durchströmt dabei ein fest eingespanntes U-Rohr, welches durch einen elektromagnetischen Erreger zu Schwingungen in Resonanzfrequenz angeregt wird. Aus der Schwingungsdauer kann die Dichte der Flüssigkeit bis auf ± 0,0001 g/cm³ genau bestimmt werden.

Die Regelung selbst ist nach dem bekannten Prinzip "Festwertregelung mit Störgrößenaufschaltung am Ausgang" gestaltet. Aus der gemessenen, temperaturkorrigierten Dichte und dem eingestellten Soll-pH-Wert wird die Stellgröße "CO₂-Menge" berechnet. Die KOM-Zulaufsmenge wird mit einem Faktor bewertet und zum Ausgangssignal additiert. Als Vergleich dienen pH- und Dichtediagramme von Pottaschelösungen mit KOH- bzw. KHCO₃-Anteilen (Unter- bzw. Über-Karbonisierung) in relevanten Temperaturbereichen.

Diese Diagramme müssen zunächst für die entsprechenden Pottasche-Anlagen erstellt werden. Die entsprechenden Meßwerte werden entweder experimentell ermittelt oder, falls vorhanden, Tabellenwerken entnommen.

Eine zweigeteilte Absorptionskolonne im technischen Maßstab wird von einem Rauchgas mit einem CO₂-Gehalt von 8 bis 13 % von unten nach oben durchströmt. Die am Kopf aufgegebene Kalilauge besitzt eine Konzentration von 44 bis 48 %. Die Kalilauge rieselt zunächst durch den mit einer geordneten Packung versehenen oberen Durchströmungsteil der Kolonne und gelangt dann in den ebenfalls mit einer geordneten Packung versehenen unteren Umlaufteil, über welchen der Kolonnensumpf umgepumpt wird.
Die Messung von Dichte und pH-Wert findet in einem Flüssigkeitsstrom des Sumpfumlaufes statt. Dieser Teilstrom wird – aus Gründen der Lebensdauer der Glaselektroden für die pH-Messung – auf 40 °C thermostatisiert. Die pH-Messung ist redundant ausgeführt. Für eine 50 %ige Kaliumcarbonatlösung liegt der Soll-pH-Wert bei 40 °C bei 13,36.
Der Dichtebereich der fertigen KCO₃-Lösung beträgt: 1 520 bis 1 600 g/cm³ je nach Temperatur.
Die Temperatur im Reaktionsteil liegt zwischen 60 und 80 °C, vorzugsweise 65 bis 75 °C. Die Produktmenge wird standhöhengeregelt aus dem Sumpfumlauf abgezogen. Nach Einbau der erfindungsgemäßen Regelung konnte der Kalilaugezulauf von 50 bis 100 % der Auslegungsmenge bei gleichzeitiger Änderung der KOH-Konzentration variiert werden, ohne daß die maximalen Konzentrationen von KOH bzw. K₂HCO₃ im Produkt den vorgegebenen Grenzwert von maximal 0,1 % überschritten.
Die Gesamtalkalität der eingesetzten Kalilauge, gerechnet als KOH schwankt mit dem geringen Natronlaugeanteil (im allgemeinen 0,3 bis 0,5 %) in dieser Lauge. Daher ist es – zur Erreichung der gewünschten Pottaschenlauge-Qualität – empfehlenswert, die Datenfelder für den Pottaschegehalt als Funktion von Dichte und pH-Wert in Abhängigkeit von der Temperatur für den Schwankungsbereich der Qualität der eingesetzten Kalilauge zu erstellen.

Claims

Verfahren zur vollautomatischen Regelung der Karbonisierung von Kalilauge zu Pottaschelauge, bei dem als Steuerungsgröße der pH-Wert, bei gleichzeitiger Messung der Dichte der Umwälzlauge und deren Temperatur, eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pH-Wert-Messung im Genauigkeitsbereich ± 0,005 pH erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pH-Messung redundant mit pH-Elektroden mit Druckausgleich und temperaturkompensiert durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorgegebener KOH-Zulaufmenge die Rauchgasmenge über Klappensteuerung geregelt wird.