DE2613101A1

DE2613101A1 - Verfahren zur gewinnung von reiner natronlauge und reinem natriumchlorid

Info

Publication number: DE2613101A1
Application number: DE19762613101
Authority: DE
Inventors: Daniel Fournier; Jean-Marie Guichard; Guy Zabotto
Original assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Current assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Priority date: 1975-03-28
Filing date: 1976-03-26
Publication date: 1976-09-30
Also published as: DE2613101B2; US4087253A; FR2305393A1; NO761044L; SE7602694L; CH601107A5; BE839995A; AT342619B; JPS51120997A; ATA224676A; FR2305393B1; ES446383A1; CA1059063A; NL7603204A; BR7601854A; GB1493796A

Description

betreffend

Verfahren zur Gewinnung von reiner Natronlauge und reinem

Natriumchlorid

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von reiner Natronlauge und reinem Natriumchlorid ausgehend von einer bei der Chloralkalielektrolyse erhaltenen rohen Natronlauge, die Natriumchlorid und Sulfationen enthält.

Die von einer Elektrolysezelle gelieferte Natronlauge enthält verhältnismäßig wenig, nämlich 10 bis 15 Gew.-?a NaOH sowie etwa 15 Gew.-% Natriumchlorid sowie allgemein kleine Mengen anderer Verbindungen, die Verunreinigungen oder Begleitstoffe darstellen. Zu diesen Verunreinigungen gehören an erster Stelle Sulfationen, die sich bei der Gewinnung von reiner Natronlauge und reinem Natriumchlorid störend auswirken.

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Es wurden bereits verschiedene Verfahren entwickelt, um die Natronlauge sowie Natriumchlorid zu gewinnen. Ein Verfahren besteht darin, daß man die Rohlauge durch Abdampfen eines Teiles des Wassers einengt, die konzentrierte· Lauge abkühlt und schließlich den dabei erhaltenen Niederschlag von der NaOH-Lösung abtrennt. Ss gibt verschiedene Methoden der Dur einführung- eines solchen Verfahrens.

Gemäß der FR-PS 2 158 301 wird die konzentrierte Lösung durch unmittelbaren Kontakt mit einem flüssigen Kühlmittel wie flüssigem Butan abgekühlt; diese Arbeitsweise setzt aber voraus, daß eine am eigentlichen Verfahren nicht beteiligte Verbindung verbraucht wird. Außerdem wird beim Konzentrieren durch Eindampfen des in der Lösung enthaltenen Wassers viel Wärmeenergie verbraucht. Bekanntlich wird bei ähnlichen Fällen aus wirtschaftlichen Gründen die Arbeitsweise des Mehrfacheffektes angewandt, die darin besteht, daß man den in einem Verdampfer oder Eindicker erzeugten Dampf zum Beheizen eines weiteren gMchen Verdampfers oder Eindickers verv/endet, der bei einer niedereren •Temperatur arbeitet. Man kann auf diese Weise mehrere Verdampfer hintereinander schalten und erreicht erhebliche Einsparungen an verbrauchtem Dampf und damit an Wärmeenergie.

Der praktischen Durchführung sind aber durch die Kosten der Anlagen Grenzen auferlegt, die zu einem Kompromiß zwischen Investitionskosten und Betrieb führen. Außerdem müssen auch die bei der Durchführung des Verfahrens beteiligten unterschiedlichen Phasen in Betracht gezogen werden.

Die bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse anfallende Rohlauge soll häufig in Natronlauge und Natriumchlorid aufgetrennt werden. Das Natriumchlorid kann in Form eines reinen Salzes oder in Form eines sulfathaltigen Salzes, das noch Natrium-

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sulfat enthält, gewonnen. Dieses sulfathaltige Salz ist aber uninteressant und man ist daher bestrebt, die anfallende Menge eines solches Salzes so weit wie möglich zurückzudrängen.

Es müssen somit die in jeder Verfahrensstufe sich einstellenden Gleichgewichtsverhältnisse oder -bedingungen in Betracht gezogen werden und die Konzentrationen der verschiedenen Komponenten der Lösung sowie die Temperatur der Lösung beeinflußt werden, um für jede Phase des Verfahrens die Betriebsbedingungen festzulegen.

Theoretisch können diese Bedingungen ausgehend von Gleichgewicht sdiagrammen erhalten werden, die die Komponenten des Systems berücksichtigen, d.h. im vorliegenden Falle Wasser, Natriumchlorid, Natriumsulfat und natürlich Natronlauge bzw. NaOH. Diese Digramme zeigen, daß im Verlauf der Einengung oder Konzentrierung von wäßrigen Natronlaugen komplexe Salze ausfallen und zwar Verbindungen von Natriumchlorid, Natriumsulfat sowie NaOH als Tripelsalze oder Doppelsalze. Außerdem hat man beobachtet, daß diese Salze und vor allem das Tripelsalz sich in NaOH-Lösungen nur schwer oder gar nicht zersetzen infolge von Nebenerscheinungen in bestimmten Verfahrensstufen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von Natronlauge, Natriumchlorid und sulfathaltigem Salz bereitzustellen, das die bekannten Nachteile vermeidet.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von einer mehrstufigen Verdampfung, ' erreicht auf diese Weise eine Einsparung an Wärmeenergie, umfaßt aber eine begrenzte Anzahl von Teilstufen, damit die benötigten Anlagen hinsichtlich Investition und Unterhalt nicht zu teuer werden.

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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine optimale Ausbeute an Natriumchlorid bei gleichzeitig minimaler Extraktion an sulfathaltigem, von Tripelsalz freiem Salz, wodurch die Verluste an Natronlauge stark verringert werden. Außerdem sind die erfindungsgemäß gewonnene Natronlauge und das Natriumchlorid außerordentlich rein; ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt in der außerordentlichen Anpassungsfähigkeit.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von reiner Natronlauge und reinem Natriumchlorid aus einer bei der Chloralkalielektrolyse erhaltenen Rohlauge, die Sulfationen enthält, bei dem die Rohlauge mittels Mehrfachverdampfung eingeengt und die erhaltene Konzentrierte Lösung abgekühlt, das ausgefallene Natriumchlorid und sulfathaltige Salz abgetrennt und die Natronlauge zurückgewonnen wird ist dadurch gekennzeichnet, daß man im Verlauf einer ersten Verfahrensstufe die Rohlauge unter solchen Bedingungen der Temperatur und der Konzentration behandelt, daß lediglich Natriumchlorid ausfällt, welches abgetrennt wird, ,daß man in einer zweiten Stufe eine feste Phase aus Natriumchlorid, Natriumsulfat und Tripelsalz aus Ätznatron, Natriumchlorid und Natriumsulfat bildet und diese feste Phase mit einer Natronlauge behandelt, die weniger als 35 Gew.-% NaOH enthält, so daß das Tripelsalz zersetzt wird, daß man das sulfathaltige Salz abtrennt und schließlich in einer dritten Stufe die aus der zweiten Stufe erhaltene Lösung abkühlt, das ausgefallene Tripelsalz aus Ätznatron, Natriumchlorid und Natriumsulfat von der Natronlauge abtrennt und letztere gewinnt und daß man die feste Phase aus einer Stufe behandelt, in der sie gelöst wird.

Vorteilhafterweise wird die feste Phase in eine Verfahrensstufe zurückgeführt, wo sie unter den dort vorherrschenden

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Bedingungen gelöst wird.

Im Rahmen der Erfindung kann die feste Phase aber auch in einer weiteren vierten Stufe in einem beliebigen Lösungsmittel, beispielsweise Wasser gelöst werden,und dann in die Rohlauge zurückgeführt werden. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein Teil dieser festen Phase in einen Punkt des Verfahrens zurückgespeist, an dem die Lauge hinsichtlich Natriumsulfat und Natriumchlorid nicht gesättigt ist. Man beobachtet hierbei eine geringere Verkrustung auf den Heizflächen. In einfacher Weise wird die feste Phase in die ursprünglich eingesetzte Rohlauge zurückgeführt.

Man weiß weiterhin, daß die Natronlauge am Ende der ersten Stufe fast mit Natriumsulfat gesättigt sein soll, damit man so viel wie möglich vorhandendes Natriumchlorid sowie Natronlauge zurückgewinnt.

Dies kann dadurch erreicht werden, unabhängig von der Konzentration der Rohlauge an Sulfationen und unter Berücksichtigung der Zurückführung von Tripelsalz und Natriumchlorid iⁿ die erste stufe, indem ein Teil des am Ende der ersten Stufe ausgefallenen sulfathaltigen Salzes entnommen und beispielsweise in der zweiten Stufe zusammen mit dem Tripelsalz extrahiert wird, für den Fall, daß die Rohlauge zu reich ist an Sulfationen. Man kann auch einen Teil des in der zweiten Stufe ausgefallenen sulfathaltigen Salzes in das Ende der ersten Stufe zurückführen und zwar dann, wenn die Rohlauge nicht ausreichend SuIfationen enthält.

Die Bedingungen der Konzentration der Komponenten sowie der Temperatur können vom Fachmann aufgrund seiner Kennt-

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nis der Gleichgewichtsdiagramrne festgelegt werden. Diese Gleichgewichtsdiagramme wurden bereits untersucht, beispielsweise von IKTINA und in der wissenschaftlichen Literatur veröffentlicht, beispielsweise in Izv. Sik Kora Fia KMm. Anal., Inst. Obshch Neorg Khim Akad., Nauk SSSR, 23, 284 1963.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem mehrstufigen Verdampferapparat im Gegenstrom durchgeführt werden. In diesem Falle entspricht die letzte Phase der ersten Verdampferstufe, bei der der Dampf die höchste Temperatur hat.

Jede Stufe des Verfahrens kann einer oder mehreren Teilstufen des Verdampfers entsprechen,, In einfacher Weise umfaßt ein solcher Apparat zwei bis vier Teilstufen; selbstverständlich kann man diese Teilstufen multiplizieren, wenn die Kosten für den Dsmpfverbrauch verringert werden sollen, allerdings dann zu Lasten der Investitionskosten,

Die mehrstufige Verdampfung kann auf beliebig bekannte We i-•se durchgeführt werden. Sie ist allgemein verbreitet und wird in einer Reihe von Veröffentlichungen beschrieben, beispielsweise in Techniques de 1'Ingenieur (5 - 1951, S. J 2652 - 1 ff.).

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung und ein Beispiel näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch den Verfahrensablauf. Der dreistufige Verdampferapparat umfaßt die Einzelverdampfer 1, 2 und 3. Die Heiζdampfleitung umfaßt einen nicht gezeigten Kocher, der Heißdampf über die Leitung 4 in den ersten Einzelverdampfer liefert. Von hier wird der Dampf über die Leitungen 5, 6 und 7 im Gegenstrom zu der Rohlauge geführt,

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die eingeengt werden soll. Das Leitungssystem für die Rohlauge wird durch die Bezugszeichen 8, 9, 10, 11, 12, 13 und 14 wiedergegeben.

Die Rohlauge wird über die Speiseleitung 8 in einen Auflöser 15 gespeist und von diesem über die Leitung 9 in den Einzelverdampfer 3; aus diesem wird über die Leitung 16 ausgefallenes Natriumchlorid abgezogen. Die verbleibende Lauge fließt dann über die Leitung 10 in den Einzelverdampfer 2. Hier wird erneut ausgefallenes Natriumchlorid über die Leitung 17 abgezogen. Dann strömt die Lauge über die Leitung 11 in den Zersetzer 18; hier wird das Tripelsalz zersetzt. Das sulfathaltige Salz wird über die Leitung 19 aus dem Zersetzer abgezogen. Die Lauge fließt über die Leitung 12 in den Einzelverdampfer 1. Aus diesem wird die konzentrierte Lauge über die Leitung 13 abgezogen, anschließend abgekühlt, von dem beim Abkühlen ausfallenden Salzgemisch, insbesondere dem auskristallisierenden Tripelsalz (in 20) abgetrennt und über die Leitung abgezogen.

Zusätzlich zu diesem Hauptkreislauf der Lauge umfaßt die Gesamtanlage eine Rückleitung 21, über die das Gemisch aus in 20 beim Abkühlen ausgefallenem Tripelsalz und Natriumchlorid in den Kessel 15 zurückgespeist wird sowie eine Rücklaufleitung 22 für die gesamte feste Phase aus dem Einzelverdampfer 1 zum Zersetzer 18. Weiterhin kann eine Rücklaufleitung 23 für die feste Phase aus dem Einzelverdampfer 2 zum Einzelverdampfer 3 vorgesehen sein sowie eine Rücklaufleitung 24 für das im Zersetzer 18 gewonnene sulfathaltige Salz zum Einzelverdampfer 2; schließlich eine Abzugsleitung 25 für das im Einzelverdampfer 2 ausgefallene Salz zum Zersetzer 18.

Die erste Verfahrensstufe läuft in den Einzelverdampfern 3 und 2 ab, der zweiten Verfahrensstufe entspricht der Einzelverdampfer 1 und der Zersetzer 18; die dritte Verfahrensstufe umfaßt den Kühlreaktor 20 und die Austragsleitung 14; die Rücklaufleitung 21 und der Auflöser 15 können der oben erwähnten vierten Stufe zugerechnet werden.

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Diese verschiedenen Leitungen oder Kreisläufe ermöglichen die Gewinnung einer optimalen Menge reines Natriumchlorid, indem die Salze wie Tripelsalz oder Gemisch dieser Salze über die Leitungen 24 und 21 oder 25 zurückgeführt werden.

Es wurden folgende Betriebsbedingungen eingehalten:

Rohlauge	NaOH	11,3	Gew.	-%
	NaCl	14,5	Gew.	-%
	Na₂SO₄	0,6	Gew.
	H₂O	73,6	Gew.	-%

In den Einzelverdampfern 1, 2 und 3 wurden folgende NaOH-Konzentrationen und Arbeitstemperaturen eingehalten:

Einzelverdampfer 1 44 % NaOH/i43°C Einzelverdampfer 2 22 % NaOH/ 85⁰C Einzelverdampfer 3 16 % NaOH/ 50⁰C

"Die bei 14 abgezogene reine Natronlauge enthielt 50 Gew.-% NaOH; das gewonnene reine Natriumchlorid enthielt weniger als 0,05 % Na₂SO₄.

Dieses Beispiel erläutert die Bedeutung der vorliegenden Erfindung. Diese ermöglicht die Gewinnung von reinem Natriumchlorid unter Optimierung der Ausbeuten und bei Vermeidung der Schwierigkeiten, die auf der Anwesenheit von Tripelsalz beruhen und die bisher nicht behoben werden konnten.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

(j) Verfahren zur Gewinnung von reiner Natronlauge und reinem Natriumchlorid aus einer bei der Chloralkalielektrolyse erhaltenen, Sulfationen enthaltenden Rohlauge, durch mehrstufiges Eindampfen der Rohlauge und Abkühlen des erhaltenen Konzentrats, Abtrennen des Natriumchlorids und sulfathaltigen Salzes und Gewinnung der Natronlauge, dadurch gekennzeichnet , daß man die Rohlauge in einer ersten Stufe unter solchen Bedingungen der Temperatur und der Konzentration behandelt, daß nur Natriumchlorid ausfällt, welches isoliert wird, daß man in einer zweiten Stufe eine feste Phase aus Natriumchlorid, Natriumsulfat und dem Tripelsalz aus Ätznatron, Natriumchlorid

_# und Natriumsulfat bildet und mit einer Natronlauge behandelt, die eine Konzentration von weniger als 35 Gew.-% aufweist, so daß sich das Tripelsalz zersetzt, worauf man das sulfathaltige Salz abtrennt und schließlich in einer dritten Stufe die aus der zweiten Stufe erhaltene Lösung abkühlt, das ausgefallene Tripelsalz aus Ätznatron, Natriumchlorid und Natriumsulfat von der Natronlauge abtrennt und letztere abzieht und die feste Phase in den Kreislauf zurückführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man die in der dritten Stufe erhaltene feste Phase in eine der vorausgehenden Stufen zurückführt.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die in der dritten Stufe erhaltene feste Phase in einer vierten Stufe auflöst.
4·_ Verfahren nach Anspruch 1oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß man die in der dritten Stufe erhaltene feste Phase zumindest teilweise in einen Punkt des Verfahrens zurückführt, wo die Lauge mit Bezug auf Natriumsulfat und Natriumchlorid ungesättigt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß man die in der dritten Stufe erhaltene feste Phase zumindest teilweise in die Rohlauge zurückführt .
6, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß man die am Ende der ersten Stufe erhaltene Natronlauge praktisch mit Natriumsulfat gesättigt hält.
Jl, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Teil des am Ende der ersten Stufe ausgefällten sulfathaltigen Salzes abzieht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Teil des in der zweiten Stufe ausgefällten sulfathaltigen Salzes in das Ende der ersten Stufe zurückführt.

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