DE3536022C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Chemikalien
aus verbrauchten Aufschlußlösungen unter Erhalt eines von Schwefelverbindungen
freien Produktgases, wobei gleichzeitig die während des Verfahrens
freiwerdende Energie ausgenutzt wird.
Ein Verfahren der vorgenannten Art ist bereits bekannt, bei welchem die
anorganischen Bestandteile hauptsächlich in Form einer Schmelze oder
einer wäßrigen Lösung und organische Teile in Form eines Gases,
welches hauptsächlich H₂ und CO enthält, abgenommen werden. Die verbrauchte
Aufschlußlösungen werden einem Reaktor zwecks Vergasung und
partieller Zersetzung zusammen mit verbrennungsunabhängiger externer
Wärmeenergie zugeführt, woraufhin das dabei entstandene Produkt abgeschreckt
wird und in der im Reaktor ausgebildeten Abschreck- und
Kühlzone abgekühlt wird. Die Temperatur und das Sauerstoffpotential
werden durch geregelte Zufuhr von Wärmeenergie und eventuellen Zusatz
von kohlenstoffhaltigen und/oder sauerstoffhaltigem Gas unabhängig voneinander
im Verfahren gesteuert.
Die externe Energiezufuhr zur Reaktionszone des Reaktors sichert eine
hohe Temperatur bei niedrigem Sauerstoffpotential, und man bemüht sich,
sicherzustellen, daß der Natriumgehalt hauptsächlich in Form eines einatomigen
Gases vorhanden ist. Infolge der sorgfältigen Regelung des
Sauerstoffpotentials und der Temperatur, welche bei diesem bekannten
Verfahren vorzugsweise dadurch erreicht wird, daß ein in einem Plasmagenerator
erhitztes energiereiches Gas für die Zufuhr von externer
Wärmeenergie verwendet wird, sind die Hauptchemikalien, welche beim
Kühlen erhalten werden, NaOH und Na₂S, d. h. Weißlauge-Chemikalien,
während die Bildung von Na₂CO₃ gleichzeitig gedämmt wird.
Durch Temperatursteuerung erhält man ein weiteres wertvolles Gas,
welches im wesentlichen nur H₂ und CO enthält und daher zur Erzeugung
von Dampf, als Synthesegas usw. verwendet werden kann.
Bei diesem Verfahren ergeben sich jedoch in den Endprodukten gewisse
Nachteile, da diese derart große Mengen an Schwefel enthalten, daß
sie im Prinzip nur zu erneuten Herstellung von Weißlauge-Chemikalien
verwendet werden können.
Außerdem läßt die relativ große Menge an Schwefel das Gleichgewicht
zu H₂S hin ausschlagen, was einmal im Hinblick auf Umweltbetätigung
nachteilig ist und außerdem Probleme bei einer Verwendung dieses sonstwie
wertvollen Produktgases ergibt.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die vorgenannten
Nachteile dieses bekannten Verfahrens auszuschalten und die Rückgewinnung
eines Produktgases, welches im wesentlichen keine Schwefelverbindungen
enthält und im wesentlichen aus H₂ und CO besteht, sowie
eines Alkaliproduktes mit hohen Sulfidgehalt und eines im wesentlichen
sulfidfreien Alkaliproduktes, welches einen geringen Na₂CO₃-Gehalt
aufweist, zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies bei dem vorgenannten Verfahren dadurch
erreicht, daß eine durch Vergasung und partielle Zersetzung von zusammen
mit verbrennungsunabhängiger externer Wärmeenergie in die
Reaktionszone eines Reaktors eingebrachter verbrauchter Aufschlußlösung
entstandene Schmelze bei der im wesentlichen bei Verbrennung herrschender
Temperatur zerlegt wird und das dabei gebildete gasförmige Produkt
in einer Abschreck- und Kühlzone auf eine Temperatur von unter 950°C
abgekühlt wird.
Der Schwefelgehalt findet sich dann fast vollkommen in der
zerlegten Schmelze in Form von Na₂S, und auf diese Weise wird
eine wesentliche Verringerung der Schwefelmenge im nachfolgenden
Abschreckschritt erreicht. Dies ergibt eine äußerst
günstige Auswirkung auf das Gleichgewicht und man erhält eine
im wesentlichen sulfidfreie Alkaliverbindung sowie ein Produktgas,
welches im wesentlichen keine Schwefelverunreinigungen
enthält.
Die Temperatur wird vorzugsweise beim Vergasungs- und Verbrennungsschritt
auf wenigstens 1100°C gesteuert.
Die Außenenergie wird, unabhängig von der Verbrennung, in
Form von Energie seitens eines Plasmagenerators zugeführt,
und die verbrauchten Aufschlußlösungen werden durch Leitungen
eingebracht, deren Mündungen unmittelbar vor dem Plasmagenerator
liegen.
Die Zerlegung der Schmelze erfolgt im Prinzip daher bei
Verbrennungstemperatur und kein besonderes Abschrecken wird
vorher durchgeführt. Die abgeschiedene Schmelze enthält
hauptsächlich Na₂S.
Die Kühlung in der Abschreckstufe erfolgt auf unter etwa 950°C
und kann durch indirekte Kühlung oder durch Wasser, eine wäßrige
Lösung und/oder eingespritzte Schmelze erreicht werden.
Nach einem bevorzugten Durchführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die
Kühlung mittels einer Flüssigkeit auf eine derart niedrige Temperatur,
daß die Alkaliverbindungen in wäßriger Lösung, d. h. bei einer Temperatur
von unter 200°C vorhanden sind.
Die abgetrennte Alkaliverbindung besteht hauptsächlich aus NaOH, einer
geringen Menge von Na₂CO₃ und Na₂S, wobei die letztgenannte Verbindung
eine wäßrige Lösung NaHS ergibt.
Das energiereiche Gas, welches hauptsächlich H₂ und CO enthält, wird
durch einen Gasauslaß abgezogen, um zur Energieerzeugung beispielsweise
in einem Dampfkessel verwendet zu werden. Dank seines niedrigen
Schwefelgehaltes eignet sich dieses Gas jedoch auch als Synthesegas usw.
Während des Abschreckvorganges laufen eine Reihe von Parallel-Reaktionen
ab, deren vier wichtigste die folgenden sind:
- 1) NaOH(g) → NaOH(l)
2) Na(g) + H₂O(g) → NaOH(g) + 1/2 H2(g)
3) 2NaOH(l.g) + CO2(g) → Na2CO3(l) + H2O(g)
4) 2Na(g) + CO2(g) + H2O(g) → Na2CO3(l) + H2(g)
wenn der Index (g) den gasförmigen und (l) den flüssigen Aggregatzustand
bezeichnet.
Die Aufgabe des Abschreckens besteht in der Förderung oder
Beschleunigung der Reaktionen 1 und 2, d. h. in einer Eindämmung
der Bildung von Na₂CO₃.
Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen anhand der
Zeichnung erläutert, welche eine Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer
Darstellung zeigt.
Der Reaktor 1 besitzt eine Reaktionszone 2, eine Trennzone 3
und eine Abschreck- und Kühlzone 4. Die verbrauchten Aufschlußlösungen
werden, eventuell zusammen mit kohlenstoffhaltigem
und/oder sauerstoffhaltigem Material, durch Leitungen
5, 6 zugeführt und die externe Energie wird über eine Leitung
8 mittels in einem Plasmagenerator 7 erhitzten Gases zugeführt.
Die Vergasung und partielle Zersetzung erfolgen in
der Reaktionszone. Die Energiezufuhr wird derart gesteuert,
daß die Temperatur in der Reaktionszone mindestens 1100°C
beträgt. Die Vergasung wird vorzugsweise so weit durchgeführt,
daß praktisch kein Soda (Na₂CO₃) übrig bleibt. Vom Gleichgewichtsaspekt
ist Na in gasförmiger Form sowohl als einatomiges
Na-Gas und als NaOH vorhanden.
Die auf diese Weise erhaltenen Produkte werden der Trennzone 3
des Reaktors zugeleitet, wo die Schmelze durch einen Auslaß 9
abgezapft wird. Die Schmelze besteht hauptsächlich aus Na₂S.
Das übrigbleibende gasförmige Produkt wird von der Trennzone 3
in die Abschreck- und Kühlzone 4 des Reaktors weitergeleitet,
wo es abgeschreckt wird, und zwar vorzugsweise durch eine durch
den Einlaß 10 eingeführte Flüssigkeit, und das flüssige Produkt
wird durch einen Auslaß 11 abgezapft. Das Abschrecken in der
Abschreck- und Kühlzone wird derart gesteuert, daß die Temperatur
höchstens etwa 950°C beträgt, vorzugsweise jedoch so
niedrig ist, daß die restliche Alkaliverbindung in Form einer
wäßrigen Lösung vorhanden ist, d. h. eine Temperatur von unter
etwa 200°C besitzt.
Das energiereiche Gas wird durch einen Gasauslaß 12 abgenommen
und besteht hauptsächlich aus H₂ und CO.
Eine weitere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Beispiels, welches das
Resultat einer langen Reihe von Versuchen bildet.
Die für den Versuch verwendete verbrauchte Aufschlußlösung
besaß einen Feststoffgehalt von 67%, wobei die Trockensubstanz
(DS) folgende Zusammensetzung hatte:
C35%
H 4%
Na19%
S 5%
O37%
Über den Plasmagenerator wurden dem Reaktor als externe Wärmeenergie
2100 kWh/to Trockensubstanz zugeführt, wodurch die vollständige Vergasung
der gesamten Soda gewährleistet wurde. Die Temperatur in der
Reaktionszone wurde auf annähernd 1300°C gehalten. Im wesentlichen
wurde der gesamte Schwefel in Form von Na2S(l) ausgeschieden. Anschließend
wurde die restliche Alkaliverbindung in Form einer wäßrigen
Lösung nach Abschrecken abgetrennt. Die Schmelze, die wäßrige Lösung
und das entstandene Gas hatten folgende Zusamensetzungen:
Schmelze, kg/to DS
Na₂120
NaOH 10
Na₂CO₃ 20
Wäßrige Lösung, kg/to DS
NaOH164
NaHS 1
Na₂CO₃ 24
Übergeführt auf Normaldruck und -temperatur enthielt das Gas nachstehende
Raumteile in m³/to DS:
CO₂105
CO443
H₂O353
H₂650
H₂S 0,3
Die erhaltene Schmelze enthält daher nur 13% Na₂CO₃, was im Vergleich
zu den 25% Na₂CO₃ bei einem Produkt herkömmlicher Kaustifizierung
einen guten Wert darstellt.
Die erhaltene Alkaliverbindung kann daher mit einer guten Sicherheitsmarge
direkt zur Herstellung von Weißlauge verwendet werden, ohne
daß dazu kaustifiziert werden müßte und der Kalkschlamm gebrannt
werden müßte.
Claims (7)
1. Verfahren zur Rückgewinnung von Chemikalien aus verbrauchten
Aufschlußlösungen unter Erhalt eines von Schwefelverbindungen freien
Produktgases, dadurch gekennzeichnet, daß eine
durch Vergasung und partielle Zersetzung von zusammen mit verbrennungsunabhängiger
externer Wärmeenergie in die Reaktionszone (2) eines
Reaktors (1) eingebrachter verbrauchter Aufschlußlösung entstandene
Schmelze bei der im wesentlichen bei Verbrennung herrschender Temperatur
zerlegt wird und das dabei gebildete gasförmige Produkt in
einer Abschreck- und Kühlzone (6) auf eine Temperatur von unter 950°C
abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur
beim Vergasungsschritt auf wenigstens 1100°C gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
externe Wärmeenergie als Energie von einem Plasmagenerator (7) zugeführt
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abkühlung beim Abschreckschritt mittels Wasser, wäßriger
Lösung und/oder eingespritzter Schmelze vorgenommen wird und dabei
die Temperatur auf einen Wert gesenkt wird, bei welchem der Alkaligehalt
in flüssiger Form vorhanden ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abkühlung durch Wasser oder eine wäßrige Lösung erfolgt
und die Temperatur dabei auf unter 200°C gesenkt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß kohlenstoffhaltiges und/oder sauerstoffhaltiges Material in die
Vergasungszone (2) eingebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die verbrauchten Aufschlußlösungen und irgendwelches kohlenstoff-
und/oder sauerstoffhaltiges Material in die Reaktionszone (2) des
Reaktors (1) durch Rohrleitungen (5, 6) eingebracht werden, welche unmittelbar
vor dem Plasmagenerator (7) münden.
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