DE2016633C3 - Verfahren zur Herstellung von Natriumhydrogencarbonat - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Natriumhydrogencarbonat aus nach dem Natriumamalgamverfahren elektrolytisch gewonnener Natronlauge durch Umsetzung mit Kohlendioxid bei erhöhter Temperatur. 5a

Wenn man eine konzentrierte Natriumhydroxidlösung. wie sie bei der Chloralkalielektrolyse nach dem Amalgamverfahren anfällt, durch Einleiten von Kohlendioxid zu Natriumhydrogencarbonat umsetzen will, bi'dct sich ein dicker wasserhaltiger Kristallbrei, der Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat und Mischkristalle beider Carbonate enthält. Dieses kristalline Gemisch nimmt nur noch sehr langsam Kohlendioxid auf, so daß eine quantitative Umsetzung zu Nalriumhydrogencarbonat praktisch kaum möglieh ist. Außerdem läßt sich die kristalline Masse nur schwierig von der Mutterlauge trennen.

Aus der schweizerischen Patentschrift 253 010 ist die Umsetzung einer Natronlauge mit einem Gehalt von 80 bis 150 g/l NaOH mit Kohlendioxid zu Natriumhydrngencarbonat bekannt, bei der die von dem gebildeten Natriumhydrogencarbonat abgetrennte Mutterlauge in die Natriumamalgamzcrsetzung zurückgefUhrt wird. Das in der Mutterlauge enthaltene Natriumhydrogencarbanat setzt sich dort mit frisch gebildeter Natronlauge zu Soda um, so daß aus den Elektrolysezellen eine sodahaltige Natronlauge abfließt. Dieses Verfahren hat den Nachteil der engen Bindung an eine Chloralkalielektrolyse.

Auch aus der deutschen Offenlegungsschrift I 567 922 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Mutterlauge der Natriumhydrogencarbonatfällung zwar nicht in die Amalgamzersetzung, wohl aber in die Fällstufe zurückgeführt wird. Dadurch entfällt die nachteilige Bindung des Verfahrens an die. Elektrolyse; der Anfall des nicht rückführbaren Teils der Mutterlauge verursacht aber auch in diesem Fall einen Verlust an Natriumhydrogencarbonat von etwa 5⁰O. Dieser Verlust wäre nur dann unbeachtlich, wenn diese Lösung in einen anderen Prozeß, beispielsweise beim Ammoniak-Soda-Verfahren eingesetzt werden kann, was jedoch in seltenen Fällen möglich ist.

Bei dem aus der deutschen Auslegeschrift i 141 627 bekannten Verfahren zur Herstellung von Natriumcarbonat-Monohydrat aus Natronlauge erfolgt die Monohydratherstellung in zwei Stufen. In einer ersten Stufe wird carbonatiert, und in einer zweiten Stufe wird in dem Verdampfer-Kristallisator Wasser verdampft und Natriumcarbonat-Monohydrat auskristallisiert. Außer der Trennung in zwei Stufen hat die bekannte Monohydratherstellung auch den Nachteil, daß die Kristallisation in Gegenwart der Natronlauge erfolgt, denn diese wird nicht der Carbonaticrungsstufe, sondern kurz vor dem Verdampfer-Kristallisator zugesetzt. Das feuchte Monohydrat is,t infolgedessen Natronlaugc-haltig und muß zur Erzielung eines nichthygroskopischen Produktes gut gewaschen werden. Die Waschwassermenge erhöht die im Kreislauf befindliche Lösung, so daß eine höhen; Wasserverdampfung, d. h. zusätzliche Eingabe von Wärmeenergie erforderlich ist.

Schließlich ist aus der USA.-Pa,entschrift 1 674474 die Carbonatierung einer Sodalösung zu festem Bicarbonat bekannt. Das Verfahren arbeitet zweistufig, wobei zunächst Sesquicarbonat gefällt und erst bei einer stark verringerten Sodakonzentration das Sesquicarbonat zum größten Teil zu Bicarbonat umgesetzt und aus der restlichen Sodalösung Bicarbonat ausgefällt wird. Diese Arbeitsweise der Zwischenfällung von Scsquicarbonat ist umständlich und der Grund dafür, daß in der zweiten Stufe für die Umwandlung in Bicarbonat eine erhebliche Zeit benötigt wird. In der zweiten Stufe fällt nach Abtrennung des Bicarbonats eine salzhaltige Lösung an, die im Prozeß nicht verwertet werden kann.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens zur prakti:>ch 100ⁿ,Oigcn Umwandlung von nach dem Natriumamalgamverfahren gewonnener Natronlauge zu Natriumhydrogencarbonat bei möglichst geringer Verwendung von Fremdwärme.

Erfindungsgcmäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer ersten Stufe in einem Temperaturbereich von 70 bis 110° C die Natronlauge mit Kohlendioxid zu einem Natriumcarbonat-Monohydrat-halligen Kristallisat umgesetzt wird, das Kristallisat von der Mutterlauge abgetrennt und diese in die erste Stufe zurückgeführt wird und in einer zweiten Stufe das Natriumcarbonat-Monohydrathaltigc Kristallisat gelöst und in einem Temperatur-

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hereich von 20 bis 70° C mit Kohlendioxid zu Na- erreicht. Di

SÄSUcwiwn« umgesetzt wird und das feste ™*™^_s™SffiS^SSK«m Ende

Natriumhydrogencarbonat von der Mutterlauge abge- sats f'jX'ÄJÄShlnde Abscheidung des

trennt und diese als Lösungsmittel in die zweite Stufe der Kaskade bewrktwertgeneiia

zurückgeführt wird. Nach dem erfindungsgemaSen . 5 ^Ν^ΓςΑηΓ5_βΓ m der ersten Stufe üenöügten

Verfahren wird in der ersten Stufe durch die frei Zur Senkung _n ^d _n ^er _d'ⁿ^_ronliauge mit den aus der

werdende Neutralisationswärme und die in dieser Fremdwarme ^nn die Nat^augero

Stufe gegebenenfalls von außen zugeführte Wärme ersten S^_n««»J^^'ÄSi^ A^

das mit der Natronlauge eingebrachte Wasser bis auf Darüber 1hinaus st ««*«£ _{der Muttprlauge}

weise zu Verlusten an Natriumhydrogencarbonat in einem Bereich von

oder zusätzlichem Verbrauch an Wärmeenergie für t, ^^^^^^SS^^^^ **

die Eindampfung d* Lösung führt. Bei dem neuen zudem £atnmna^J£^y R&rkessel

Verfahren beträgt die Ausbeute an festem Natrium- stalbsat in _der JJJf" ^^tUI _we\_{se ist we}„i_gstens ein

hydrogencarbonat bei minimalem Aufwand an Fremd- ^^^^Γ^^β««^ ^aüS^

wärme nahezu 100%, Die in der ersten Stufe zuzu- Teil ^Lj¹JS*"** _d* co in die flüssige Phase

gebildete Natriumcarbonat-Monohycuat-haltige Kri- diese «eise beschleunig^ _rogencarbonats

stallisat kann praktisch nur aus Natriumcarbonat- *5 Nach Abtrennung,des ^J^ / _hd ^B _{ti Mutter}.

Monohydrat bestehen, wenn das NaOH-Angebot kann die *™.^Η*^

genügend groß ist. Es kann jedoch in der ersten Stufe 'auge ™\^™™^*™^rtteri vorgewärmt auch'Tiona, Na.CO, · H₂O · NaHCO, · H₃O gebildet aus der ersten St e autretend en » _ßj ^B _ise werden, wenn das Mengenverhältnis der Reakt.ons- werden. Du _ zweite' ^ *^ir^_nat._Suspenston mit partner NaOHZCO₂ im faktor geringer .Is bei der 30 von der Na^yJ™^»^ _dam ^P _{it am} Aus-Bildung von Natriumcarbonat-Monohydrat ist. Vor- ^fal'^en^^r I₁^JmI möglichst weitgehende Natriumzugsweise wird jedoch in der ersten Stufe Natrium- gang der »^™g " _erf_{eicht wird}. Zur cafbonat-Monohydrat gewonnen. Das in der ersten hydrc^rb^t^h«dwg e^ _efhohte Stufe gewonnene Kristallisat wird in der zwe.ten ^^V^..^^",^ _ZWeiten Stufe werden Stufe mit CO., unter Kühlung in der als Lösungs- 35 Wiedereintr„tst^_inipe»tur der ™* ^ _diesem mittel zurückgeführten Mutterlauge dieser Stufe zu ^Brüden der ernten SU« _erforferIich, _So Natriumhydrogencarbonat weiter umgesetzt. In dieser Falte urt kein M remd _{für das gesamte} Stufe ist die Temperatur n.edng zu halten, um eine daJ sicn Line: tuns i_b

möglichst weitgehende Abscheidung des Natrium- ^V^^fah^ⁿ _fi^ _{wjrd an Hand der} Zeichnung näher

hydrogencarbonats zu ern chen. ^ beschrieben in der das Fließschema einer Anlage

Vorzugsweise erfolgt die Umsetzung in der erst η teschneben. in de ^ ^ _ejner _

Stufe bei Temperaturen zwischen 95 und 105 Cn ^«J^J erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet,

diesem Temperaturbereich ist es möglich, das durch rungsi _ή* ζ _einrr vorlage 1 mit einer

die Natronlauge in die erste Stufe eingetragene Wasser ^^⁰^^^ _{in ei}nen mit einem Begasungsweitgehend zu verdampfen. Im allgemeinen werden 45 T^^J^"^ Rührkessel 2 ein. Das CO₂-

meh, als 60·/,, vorzugsweise 80 bis 95»/., des mit der rührer ausgestalte »κ ^ _d£r ^.^

Natronlauge eingetragenen Wassers .n der ersten haltige Gas kommt durcn l* 8 ,. _{und setzt}

Stufe verdampft. Die Temperatur in der ersten Stufe Stufe, vv.rd in ta » »^ _der ^g _Natronlauge zu

hängt weitgehend von der CO₂-Konzentrat,on im s**^lg_a^™£*_dZ_um. Die Temperatur

Carbonatierungsgas ab und ist um so geringer, je 50 N*"^^ ^ _{]Qßt Q} ^

kleiner die CO.,-Kon7entrat,on im Gas ist. n™ £n Kc'sel 2 durch Leitung 10 verlassende Ab-

In der zweiten Stufe erfolgt die Umsetzung zweck- Das den Kc^eU.ώ. reh Lt « ^„,^ _{der Rest}

mäßigerweise bei Temperaturen zwischen 30 uno gas bestem zu üb Reaktionsgemisch des

40 C. Aus dem Reakt.onsmed.um der zweiten Stufe R_üh7keU"ls 2 wird in einer Zentrifuge 3 in ein

wird die bei der Umsetzung des eingetragenen Kn- 55 ^rkes,üs Z wira _Mutterlauge getrennt,

stallisats mit Kohlendioxid frei werdende Reakt.ons- feuchte KmUllisJ una _mpvor,_age 4 gc-

^W"^re '"T ^Ül^Unf """ ^{WaSSerVCrdampfUng} '" sammt"t „ίαί von dort über Leitung 8 in den Rühr-

zSäßigcrweLerfolgt die Umsetzung des kessel_ς ^Jg^^^ri^carbMat-Monohydrat

Natriumcarbonat-Monohydrat-haUigen Knsta.hsats 60 Das-J^»^ ^ _{dnc Zellen}schleuse 5 in

zu Natriumhydrogencarbonat m c.ncr Ruhrkesstl- aus Zc:n^e ·» _dem ,_{eich durch}

kaskadc. die von dem Umsct/.ungsgcm.sch .m Gegen- ™ ^J^f'⁶ _sä \_ü ⁸ _te N^riumhydrogencarbonat-

strom zum CO., durchströmt wird und m der die Lctung " eme «esa | _Rüh;_kessel 6 ist ein

Temperatur in Fließrichtung des Umsetzungen..- tosung^«8J^ ₇ ^W _na ^d _chge_Schaltct, der von dem Re-

sches von Behälter zu Behälter gesenkt wird. Auf 65 we lere ""⁰J^ ⁷ _Veriassen des Kessels 6 durch-

S2S S ästj

gibt dabei einen Teil seines Kohlendioxids an die Lösung ab, der durch die Umsetzung der gelösten Soda zu Natriumhydrogencarbonat verbraucht wird. Das Reaktionsgemisch aus dem Behälter 7 wird in eine Zentrifuge 9 eingetragen und dort in eine Mutterlauge, bestehend aus gesättigter Natriumhydrogencarbonatlösung, und einen Feststoff getrennt, der nur noch etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Wasser enthält. Db Mutterlauge aus der Zentrifuge 9 gelangt durch Leitung 13 in den Rührkessel 6 der zweiten Stufe zurück und wird ständig im Kreislauf gefahren. Das feuchte Natriumhydrogencarbonat aus der Zentrifuge 9 wird in einem Trockner 11 bei etwa 60° C getrocknet.

Ausführungsbeispiel

In einer zweistufigen Versuchsanlage entsprechend der Zeichnung werden 1190 kg/h 50%>ige Natronlauge mit einer Eingangstemperatur von 85° C dem Rührkessel 2 zugeführt. Die Natronlauge wird mit 276 Nm₃Zh über Leitung 12 zugeführtem, CO₂-haltigem Gas, das 65 kg/h H₂O mitführt, bei 100° C zu Natriumcarbonat-Monohydrat umgesetzt. Aus dem Rührkessel 2 entweichen 650 Nm₃/h Endgas, die 448 kg'h Wasserdampf abführen.

Aus dem Rührkessel 2 wird Maische mit einer Temperatur von 100⁰C abgezogen, von der in einer Zentrifuge 3 1086 kg/h feuchtes Natriumcarbonat-Monohydrat, enthaltend 830 kg Feststoff, abgetrennt wird. Die Mutterlauge wird in den Rührkessel 2 zurückgepumpt. Das feuchte Natriumcarbonat-Monohydrat wird in der aus den Behältern 6 und 7 bestehenden zweiten Stufe in auf etwa 50^c C vorgewärmter, etwa 10%iger Natriumhydrogencarbonatlösung gelöst und mit über Leitung 14 zugeführtem CO.,-Gas zu Natriumhydrogencarlxmat umgesetzt. In den Behältern 6 und 7 wird mit einer von etwa 65 auf 30° C fallenden Temperatur gearbeitet. In den Behälter 7 treten 373 Nm₃/h CO₂-GaS mit einer Temperatur von etwa 20° C ein. Die Maische aus dem Behälter 7 wird in der Zentrifuge 9 in 1364 kg/h feuchtes Natriumhydrogencarbonat und gesättigte Natriumhydrogencarbonatlösung getrennt. Das feuchte Natriumhydrogencarbonat wird in dem Trockner 11 getrocknet. Bei 15 fallen 1250 kg/h Natriumhydrogencarbonat an entsprechend einer Ausbeute von 100%. Ferner verlassen 114 kg/h Wasserdampf den Trockner bei 16.

Vergleichsbeispiel

Es wurde mit den gleichen Stoffmengen wie beim Ausführungsbeispiel gearbeitet, wobei jedoch die Umso setzung der Natronlauge und des CO₂ zu Natriumhydrogencarbonat in einer Stufe unter Kühlung und Rückführung von Mutterlauge bei 65 bis 70° C ohne wesentliche Wasserverdampfung erfolgte.

Die gebildeten Kristalle wurden durch Zentrifugie-

»5 ren von der Mutterlauge abgetrennt. Man erhielt 1416ig/h feuchtes Natriumhydrogencarbonat mit 9 Gewichtsprozent anhaftender Feuchte und neben der in den Prozeß zurückgeführten Mutterlauge noch einen Überschuß von 522 kg/h Mutterlauge in Form von 10%iger Natriumhydrogencarbonatlösung. Nach dem Trocknen des feuchten Bicarbonats verbleiben 1 !98 kg/h NaHCO₃ entsprechend einer Ausbeute von etwa 95,6%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Natriumhydrogencarbonat aus nach dem Natriumamalgamverfahren elektrolytisch gewonnener Natronlauge durch Umsetzung mit Kohlendioxid bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe in einem Temperaturbereich von 70 bis 110° C die Natron lauge mit Kohlendioxid zu einem Natriumcarbonat-Monohydrat-haltigen Kristallisat umgesetzt wird, das Kristallisat von der Mutterlauge abgetrennt und diese in die erste Stufe zurückgeführt wird und in einer zweiten Stufe»das Natriumcarbonat-Monohydrat-haltige Kristallisat gelöst und in einem Temperaturbereich von 20 bis 70° C mit Kohlendioxid zu Natriumhydrogencarbonat umgesetzt wird und das feste Natriumhydrogencarbonat von der Mutterlauge abgetrennt und diese als Lösungsmittel in die zweite Stufe zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in der ersten Stufe bei Temperaturen zwischen 95 und 105° C erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in der zweiten Stufe bei Temperaturen zwischen 30 und 40° C erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Natronlauge zu dem Natrii'mcarbonat-Monohydrat-haltigen Kristallisat in einem Rührkesscl mit Begasungsrührer durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Natriumhydrogencarbonat-haltige Mutterlauge vor Rückführung in die zweite Stufe mit den aus der ersten Stufe austretenden Brüden vorgewärmt wird.