DE4305802A1

DE4305802A1 - Verfahren zur Erzeugung von Soda

Info

Publication number: DE4305802A1
Application number: DE19934305802
Authority: DE
Inventors: Bodo Dr Ing Wolf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1993-02-25
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2013-02-26
Also published as: DE4305802B4

Description

Das Verfahren zur Erzeugung von Soda kann angewendet werden in Sodawerken, die nach dem Solvay-Prozeß arbeiten und die den Stoffaustausch zwischen Kochsalz und Kalkstein mit Hilfe von Ammoniak und den Prozeßstufen

- Brennen von Kalkstein mit organischen Brennstoffen und Luft unter Abgabe von kohlendioxidreicher Kalk brenngase und Kalziumoxid
- stufenweises Auswaschen von Kohlendioxid aus dem Kalk brenngas im Naßteil des Sodaprozesses mit Hilfe von ammonikalischer Kochsalzlösung
- Abscheiden von Natriumhydrogenkarbonat aus der Bikarbonat suspension durch Fällen und Filtern
- Waschen des aus dem Naßteil austretenden Endgases und der Filterabluft mit Kochsalzreinsole

realisieren.

Der Stand der Technik des Verfahrens zur Herstellung von Soda nach dem Solvay-Verfahren wurde von Z. Rant in "Die Erzeugung von Soda nach dem Solvay-Prozeß", F.-Enke-Verlag, Stuttgart 1968 [1] beschrieben sowie stofflich und energetisch bilanziert.

Demnach ist der Stand der Technik der Sodaproduktion gekennzeichnet durch einen schlechten energetischen Wirkungsgrad, verbunden mit einer großen Menge von Abgasen, die die Umwelt insbesondere mit Kohlendioxid und Ammoniak belasten. Je 1000 kg verkaufsfähiger Soda werden zum Beispiel allein aus der Prozeßstufe "Kalkbrennen" direkt und indirekt über den Endgaswäscher 260 kg Kohlendioxid an die Umgebung abgeführt. Die Erzeugung des erforderlichen Prozeßdampfes und der Elektroenergie sorgt außerdem für die Abgabe weiterer 300 kg Kohlendioxid an die Umgebung. Während in der Kältetechnik sorgsam die Verwendung von Ammoniak geprüft wird, emittiert eine Sodafabrik nach dem Solvay-Verfahren mit dem Endgas und der Filterabluft mindestens 0,4 kg Ammoniak je 1000 kg Soda. Bei einer Jahresproduktion von 500 kt sind das 200 t Ammoniak, die jährlich an die Umgebungsluft abgegeben werden.

Das Ziel dieser Erfindung ist die Vermeidung der Ammoniakemission in die Umgebungsluft durch Endgas aus dem Naßteil und Filterabluft der Sodaproduktion nach dem Solvay-Prozeß.

Aus dem erfinderischen Ziel leitet sich die zu lösende technische Aufgabe ab, die darin besteht, verfahrenstechnische Maßnahmen vorzuschlagen, die zur Reduzierung der ammoniakhaltigen Abgase führen, und deren thermische Nachbehandlung, verbunden mit einer Umwandlung von Ammoniak in Stickstoff und Wasser, ermöglichen.

Die technische Aufgabe wird gelöst und das Ziel erreicht, indem erfindungsgemäß der Teil des Kalkbrenngases, der mit Hilfe von Kompressoren dem Naßteil des Sodaprozesses zugefahren wird, nicht durch Verbrennen von organischen Brennstoffen mit Luft, sondern mit technischem Sauerstoff, vorzugsweise mit einem Anteil von reinem Sauerstoff von 95 Masse % in der Prozeßstufe Kalkbrennen hergestellt wird.

Damit wird dem Naßteil gegenüber dem Stand der Technik in bezug auf Kohlendioxid von 53 auf größer 95 Masse % angereichertes und im Massestrom auf 54% reduziertes Kalkbrenngas zugefahren.

Zur Vermeidung von negativen Auswirkungen auf die chemischen Prozesse im Naßteil, insbesondere lokaler Art und auf die Ausbildung der Natriumhydrogenkarbonatkristalle wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, gegebenenfalls einen Teilstrom des Abgases aus dem Endgaswäscher zu rezirkulieren und diesen den Sorptionsstufen des Naßteiles selektiv zuzuführen.

Probleme können sich auch durch den Austausch der Luft durch technischen Sauerstoff im Kalkbrennprozeß ergeben, insbesondere die Brenntemperatur und die Temperaturführung im Kalkbrennprozeß betreffend.

Erfindungsgemäß wird dem begegnet, indem ein Teilstrom des mit technischem Sauerstoff hergestellten Kalkbrenngases, der dem Massestrom des bei der Herstellung des technischen Sauerstoffes aus Luft abgetrennten Stickstoff annähernd entspricht, kann, rezirkuliert und dem technischen Sauerstoff vor Eintritt in den anteiligen Kalkbrennprozeß zugemischt wird.

Aus den von Z. Rant (1) erstellten Bilanzen für Kohlendioxid und Kalziumoxid ergibt sich, daß nur rund 65% des beim Stand der Technik erzeugten Kalkbrenngases mit Hilfe von Kompressoren dem Naßteil des Sodaprozesses zugefahren, während 100% des gebrannten Kalkes im Prozeß benötigt werden.

Der Bilanzbedarf an Kohlendioxid kann somit gedeckt werden, wenn nur 65% des Kalkbrenngases erfindungsgemäß mit technischem Sauerstoff hergestellt werden, während 35% des Kalkbrenngases weiterhin konventionell mit Luft hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird dieser Teil des Kalkbrennens oder ein anderer thermischer Prozeß, wie eine Kessel- oder Gasturbinenfeuerung, zur thermischen Nachbehandlung der ammoniakhaltigen Abgase aus dem Endwäscher des Naßteiles und dem Wäscher für Abluft aus der Bikarbonatsuspensionsfilterung benutzt. Bei einem für das Kalkbrennen und die Kessel- oder Gasturbinenfeuerungen üblichen Temperaturniveau von über 1000 Grad C wird Ammoniak thermisch gespalten zu Stickstoff und Wasserstoff mit nachfolgender Reaktion des Wasserstoffes mit Luftsauerstoff zu Wasser.

Das erfinderische Ziel, Senkung der Ammoniakemission, gebunden an die verfahrenstechnischen Abgase der Sodaproduktion nach dem Solvay-Verfahren auf praktisch "Null" wird mit den erfinderischen Maßnahmen erreicht.

Der volkswirtschaftliche Vorteil der Erfindung liegt in der Senkung der Umweltbelastung durch Ammoniak sowie in der Erschließung von Möglichkeiten zur Leistungssteigerung des Naßteiles in bestehenden Sodafabriken durch Anhebung des Kohlendioxidpartialdruckes in dem Teil des Kalkbrenngases, der für den Stoffaustausch bei der Sodaproduktion verwendet wird.

Ausführungsbeispiel

Die Beschreibung des Ausführungsbeispieles erfolgt mit Hilfe des vereinfachten technologischen Schemas aus Fig. 1, indem drei zueinander parallel arbeitende Kalkbrennöfen (1) und (5) mit ihren Zuführungen für Kalkstein (KS) 2, Koks (K) 3 technischen Sauerstoff (O₂tech.) 4, Luft (L) 5 und Abgas aus dem Endgaswäscher (EG) 6, über die auch Filterabluft (FL) 7 aus dem Sodaprozeß dem Kalkbrennen zugefahren werden kann, den Leitungen für die Rückführung von Kalkbrenngas (RG) 8 sowie die Abführung des Brennkalkes (CaO) 9 dargestellt wird.

Für die quantitative Beschreibung des Ausführungsbeispieles werden die von Z. Rant in "Die Erzeugung von Soda nach dem Solvay-Prozeß", F. Enke Verlag, Stuttgart 1968, veröffentlichten Bilanzen der Stoff- und Energieströme des Sodaprozesses verwendet. Demnach werden zur Herstellung von 1000 kg verkaufsfähigem Soda z. B. ca.

1140 kg Kalkstein
90 kg Koks (67 kg Kohlenstoff)
810 kg Luft (188 kg Sauerstoff) für das Kalkbrennen
2800 KWh Brennstoffwärme für Dampf und Elektroenergie im Dampfkraftwerk
2000 kg Luft für die Dampfkesselfeuerung

benötigt.

Für die Beschreibung der Erfindung ist relevant, daß das Kalkbrennen 720 kg gebrannten Kalk und 1350 kg Kalkbrenngas produziert, wovon ca. 870 kg mit Hilfe von Kompressoren dem Naßteil des Sodaprozesses zugefahren und 480 kg, also rund 35,5 Masse % über die Abgasleitung 10 an die Umgebung abgegeben werden.

Mehr als 46 Masse % des Kalkbrenngases sind Stickstoff mit geringem Anteil Sauerstoff. Bezogen auf Stickstoff beträgt der Sauerstoffanteil 1,5 Masse %.

Ersetzt man nun erfindungsgemäß ca. 525 kg Luft durch 130 kg technischen Sauerstoff mit einem Stickstoffanteil von ca. 9 kg und verwendet diesen zum Brennen von ca. 65% des Kalksteines, dann reduziert sich die Menge des Kalkbrenngases (KBG), die dem Naßteil (2) zugeführt werden muß, von 870 auf 470 kg. Das erforderliche Kohlendioxidangebot von 450 kg/1000 kg Soda wird gesichert, da der Kohlendioxidanteil im mit technischem Sauerstoff hergestellten Kalkbrenngas gegenüber dem Stand der Technik von 53 auf 95 Masse % durch das erfindungsgemäße Verfahren steigt.

Wenn beim Stand der Technik ca. 567 kg Gas aus dem Endgaswäscher (3) an die Umgebung abgegeben werden, dann reduziert sich dieser Massestrom durch das erfinderische Verfahren auf unter 120 kg und damit der Ammoniakausstoß aus dem Endgaswäscher von 0,3 bis 1,5 auf ca. 0,06 kg.

Diese Reduzierung des Massestromes ermöglicht die Zuführung des Abgases aus dem Endgaswäscher (3) zur Verbrennungsluft, die verwendet wird im konventionellen Teil des Kalkbrennens. Der an die Umgebung abzuführende Massestrom konventionellen Kalkbrenngases erhöht sich damit von 480 kg auf annähernd 600 kg. Es ist auch denkbar, die 120 kg Gas aus dem Endgaswäscher (3) mit der Abluft des Filterluftwäschers (4) zu vermischen, deren Masse Rant in [1] mit 560 kg angibt, und dieses Gemisch zum Kalkbrennen im konventionellen Teil zu verwenden.

Das Ammoniak im Endgas und in der Filterabluft wird in den heißen Zonen des Kalkbrennens sicher zersetzt, so daß das Ziel der Erfindung, Senkung der Ammoniakemission durch verfahrensbedingte Abgase des Solvay-Prozesses zur Sodaproduktion auf praktisch "Null", erreicht wird.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Soda mit Hilfe von Ammoniak nach dem Solvay-Prozeß, bei dem zur Sicherung des Stoffaustausches zwischen Kochsalz und Kalkstein die Prozeßstufen

- Brennen von Kalkstein zur Erzeugung von Kalziumoxid und kohlendioxidreichem Kalkbrenngas (1) und (5),
- stufenweises Auswaschen von Kohlendioxid aus dem Kalkbrenngas mit ammoniakalischer Kochsalzlösung im Naßteil (2), einschließlich Waschen des Endgases mit Kochsalzreinsole im Endgaswäscher (3),
- Abscheiden von Natriumhydrogenkarbonat aus der Bikarbonatsuspension durch Fällen und Filtern und Waschen der Filterabluft mit Hilfe von Kochsalzreinsole (4)

verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Kalkbrenngases, der dem Naßteil (2) des Sodaprozesses zugefahren wird durch Verbrennen von organischem Brennstoff mit technischem Sauerstoff, vorzugsweise mit einem Sauerstoffanteil von 95 Masse %, in der Prozeßstufe Kalkbrennen (1) hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des Abgases aus dem Endgaswäscher (3) in die Waschstufen des Naßteiles (2) rückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des mit technischem Sauerstoff hergestellten Kalkbrenngases dem technischen Sauerstoff vor Eintritt in den anteiligen Kalkbrennprozeß (1) zugemischt, d. h. zum Kalkbrennprozeß rückgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas aus dem Endgaswäscher (3) des Naßteiles (2) dem anteiligen Kalkbrennprozeß (5) zugegeben wird, der das Kalkbrenngas an die Umgebung abgibt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Umgebungsluft Abluft der Bikarbonatfilterung (4) zum Kalkbrennen (5) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffpartialdruck des Gasgemisches, bestehend aus Abgas des Endgaswäschers (3), Luft bzw. Filterabluft, das dem Kalkbrennprozeß (5) zugefahren wird, durch Zumischung von technischem Sauerstoff angeboten wird.