DE954414C

DE954414C - Process for the production of anhydrous alkali carbonates in gritty form

Info

Publication number: DE954414C
Application number: DEB32614A
Authority: DE
Inventors: Dr Ewald Wygasch
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1954-09-16
Filing date: 1954-09-16
Publication date: 1956-12-20

Description

Verfahren zur Herstellung von wasserfreien Alkalicarbonaten in grießiger Form Es ist bekannt, Alkalicarbonate dadurch herzustellen, daß man wäßrige Alkalilaugen mit Kohlendioxyd oder kohlendioxydhaltigen Gasen behandelt und die so erhaltenen Alkalicarbonatlösungen entweder zu festen Alkalicarbonaten eindampft oder aus den gewonnenen Lösungen feste Carbonathydrate abtrennt und diese anschließend durch Erhitzen in wasserfreie Produkte überführt. Es ist auch bekannt, die Carbonisierung der Alkalilauge bis zur Bicarbonatstufe durchzuführen, das entstandene Bicarbonat abzutrennen und aus ihm durch thermische Abspaltung von Kohlendioxyd das entsprechende Carbonat herzustellen. Gewöhnlich wird dabei das abgespaltene Kohlendioxyd zurückgewonnen und zur Begasung frischer Lauge wiederverwendet. Für die genannten Herstellungsweisen sind somit mehrere Arbeitsgänge notwendig. Außerdem bedarf es eines Korrosionsschutzes -der Apparatur gegen die bei höheren Temperaturen aggressiven Laugen, um zu eisenfreien Produkten zu gelangen.Process for the production of anhydrous alkali carbonates in gritty Form It is known that alkali metal carbonates can be prepared by using aqueous alkali lye solutions treated with carbon dioxide or gases containing carbon dioxide and the thus obtained Alkali carbonate solutions either evaporated to solid alkali carbonates or from the obtained solutions separating solid carbonate hydrates and then through Heating converted into anhydrous products. It is also known the carbonization carry out the alkali up to the bicarbonate stage, the resulting bicarbonate to be separated and from it by thermal elimination of carbon dioxide the appropriate Manufacture carbonate. Usually the split off carbon dioxide is recovered and reused for fumigation of fresh lye. For the manufacturing methods mentioned therefore several work steps are necessary. Corrosion protection is also required -the apparatus against the alkalis, which are aggressive at higher temperatures, in order to be iron-free Products to arrive.

Bekannt ist auch der Vorschlag, wasserfreies Natriumcarbonat in Grießform dadurch herzustellen, daß man Natriumbicaronat in einer Schicht von bereits calcinierter Soda, die durch einen aufwärts gerichteten Kohlendioxydstrom in auf- und abwirbelnder Bewegung gehalten wird,. in calcinierte Soda, Kohlendioxyd und Wasserdampf überführt und das Fertigprodukt aus der Schicht abzieht, worauf zwecks Aufrechterhaltung der Zersetzungstemperatur in der Wirbelschicht ein Teil dieses Fertigprodukts auf wesentlich höhere Temperaturen als die Temperatur in der Reaktionsschicht erhitzt und in die Reaktionsschicht zurückgeführt wird.The proposal to use anhydrous sodium carbonate in semolina form is also known prepare by placing sodium bicaronate in a layer of already calcined Soda that is swirled up and down by an upward stream of carbon dioxide Movement is kept. converted into calcined soda, carbon dioxide and steam and the finished product is withdrawn from the layer, whereupon in order to maintain the decomposition temperature in the fluidized bed, part of this finished product is heated to significantly higher temperatures heated as the temperature in the reaction layer and returned to the reaction layer will.

Es wurde nun gefunden, daß man wasserfreie Alkalicarbonate in grießiger Form unter Verwendung einer durch kohlensäurehaltige Verbrennungsgase in auf- und abwirbelnder Bewegung gehaltenen Schicht von körnigem Natriumcarbonat herstellen kann, wenn man die dem herzustellenden Alkalicarbonat entsprechende Alkalilauge kontinuierlich oder periodisch in die Alkalicarbonatschicht einsprüht und das Fertigprodukt aus der Schicht abzieht.It has now been found that anhydrous alkali metal carbonates can be used in gritty Form using a carbonated combustion gases in up and down Make a layer of granular sodium carbonate held in a swirling motion can, if the alkali metal solution corresponding to the alkali metal carbonate to be produced is used continuously or periodically sprayed into the alkali carbonate layer and the finished product withdraws from the layer.

Die so hergestellten Alkalicarbonate sind praktisch eisenfrei, auch bei Verwendung einer Apparatur aus gewöhnlichem Schmiedeeisen.The alkali carbonates so produced are virtually iron free, too when using an apparatus made of ordinary wrought iron.

Dabei kann man die Lauge in beliebiger Konzentration anwenden. Um die zu verdampfende Wassermenge und damit den Wärmeaufwand möglichst gering zu halten, wendet .man vorzugsweise höherkonzentrierte Alkalilaugen an, beispielsweise solche mit einer Konzentration von 5o% und mehr, wie sie bei der technischen Chloralkalielektrolyse erhalten werden. .The lye can be used in any concentration. Around to keep the amount of water to be evaporated and thus the heat consumption as low as possible, use .man preferably more highly concentrated alkaline solutions, for example those with a concentration of 5o% and more, as in technical chlor-alkali electrolysis can be obtained. .

Die Korngröße des erfindungsgemäß hergestellten Alkalicarbonats ist von der Konzentration -und der in der Zeiteinheit zugeführten Menge der Alkalilauge, von der lichten Weite der Düsen, der Höhe dzr Schicht und der Menge und Temperatur der eingeführten Gase abhängig und läßt sich durch entsprechende Wahl dieser Faktoren variieren. Bei einer durchschnittlichen Korngröße des Alkälicarbonats von o,o5 bis 2 mm fallen nur etwa 5 bis io% der Gesamtmenge als feines Pulver an. Dieses Pulver wird in einem nachgeschalteten Staubabscheider abgeschieden.The grain size of the alkali metal carbonate produced according to the invention is on the concentration - and the amount of alkali lye added in the unit of time, on the clear width of the nozzles, the height of the layer and the amount and temperature depends on the imported gases and can be determined by appropriate choice of these factors vary. With an average grain size of the alkali carbonate from 0.05 to 2 mm, only about 5 to 10% of the total amount is obtained as a fine powder. This powder is separated in a downstream dust collector.

Das zur Umsetzung erforderliche Kohlendioxyd und die zur Trocknung des Carbonats benötigte Wärme erzeugt man zweckmäßig durch Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Materialien, wie Kohlenstaub, Kohle, Koks, Heiz- oder Abfallölen oder Heizgasen, mit Luft. Bei Verwendung von Heizstoffen mit einem zu geringen Kohlenstoffgehalt muß man gegebenenfalls Kohlendioxyd anderer Herkunft zugeben. Die Temperaturen, die in der Schicht aufrechterhalten werden müssen, um eine vollständige Umsetzung der Lauge und eine vollkommene Trocknung des Umsetzungsproduktes zu erreichen, sind von der Natur der Lauge und den gewählten Betriebsbedingungen, wie Konzentration der eingedüsten Lauge und ihrer Menge pro Flächeneinheit des Schichtquerschnittes, außerdem von der Höhe der Schicht und der Menge der zugeführten heißen kohlendioxydhaltigen Gase abhängig. Für die Überführung von Kalilauge in Kaliumcarbonat benötigt man eine niedrigere Schichttemperatur als für die Umsetzung von Natronlauge zu Natriumcarbonat. Während für die Erzeugung von Natriumcarbonat Temperaturen von etwa 3oo bis 45o° erforderlich sind, genügen für die Herstellung von Kaliumcarbonat Temperaturen von etwa 25o bis 400° - je nach dien gewählten Betriebsbedingungen.The carbon dioxide required for conversion and that for drying The heat required for the carbonate is expediently generated by burning carbonaceous Materials such as coal dust, coal, coke, heating or waste oils or heating gases, with air. When using heating materials with a carbon content that is too low it may be necessary to add carbon dioxide from a different source. The temperatures, which must be maintained in the shift for full implementation the lye and complete drying of the reaction product are to be achieved on the nature of the lye and the selected operating conditions, such as concentration the lye injected and its amount per unit area of the layer cross-section, also on the height of the layer and the amount of hot carbon dioxide fed in Gases dependent. For the conversion of potassium hydroxide into potassium carbonate you need a lower layer temperature than for the conversion of sodium hydroxide solution to sodium carbonate. While for the production of sodium carbonate temperatures of about 3oo to 45o ° are required, temperatures of around 25o to 400 ° - depending on the selected operating conditions.

Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch und beispielsweise wiedergegeben.A device suitable for carrying out the method is shown schematically and for example in the drawing.

Im Ofen i werden mittels Frischluft, die durch Leitung 2 dem Wärmeaustauscher 3 zugeführt, in diesem vorerhitzt und durch Leitung 4 in den Ofen eingeleitet wird, kohlenstoffhaltige Brennstoffe verbrannt. Die dabei gebildeten kohlendioxydhaltigen Verbrennungsgase gelangen durch die Leitung 5 und einen als Verteiler wirkenden Rost 6 in den Wirbelofen 7, in dem sie pulvriges oder feinkörniges Alkalicarbonat 8 in auf- und abwirbelnde Bewegung versetzen. Durch die Düse 9 wird Alkalilauge in das aufgewirbelte Alkaiicarbonat eingesprüht. In dem Staubahscheider io werden die geringen Mengen Alkalicarbonatstaub, die mit dem Wasserdampf au-9 dem Wirbelofen weggeführt werden, niedergeschlagen. Der Wasserdampf wird anschließend durch den Wärmeaustau!scher 3 geleitet, in dem er seine fühlbare Wärme an die dem Ofen 1 zuzuführende Frischluft abgibt. Durch die Leitung i i gelangen Brüden und Abgas ins Freie. Durch die Leitung 12 wird das in der Wirbelschicht gebildete grießförmige Alkalicarbonat wasserfrei in den Behälter 11, abgezogen, während der im Abscheider io niedergeschlagene pulverförmige Anteil durch die Leitung 14 dem Behälter 13b zugeführt wird. Die Schaugläser 15 mit einer Beleuchtungseinrichtung' gestatten, die Wirkungsweise der Düsen zu verfolgen und die Wirbelschicht zu: beobachten.In the furnace i, carbonaceous fuels are burned by means of fresh air which is fed to the heat exchanger 3 through line 2, preheated in the latter and introduced into the furnace through line 4. The resulting carbon dioxide-containing combustion gases pass through the line 5 and a grate 6 acting as a distributor into the whirling furnace 7, in which they set powdery or fine-grain alkali carbonate 8 in a swirling motion. Alkali hydroxide solution is sprayed through the nozzle 9 into the whirled-up alkali carbonate. The small amounts of alkali carbonate dust that are carried away with the steam from the vortex furnace are precipitated in the dust collector. The water vapor is then passed through the heat exchanger 3, in which it gives off its sensible heat to the fresh air to be supplied to the furnace 1. Vapors and exhaust gas pass through line ii to the outside. The gritty alkali metal carbonate formed in the fluidized bed is drawn off anhydrous into the container 11 through the line 12, while the powdery fraction precipitated in the separator is fed through the line 14 to the container 13b. The sight glasses 15 with a lighting device allow the operation of the nozzles to be followed and the fluidized bed to be observed.

Statt des indirekten Wärmeaustausches der heißen Abgase mit der Frischluft kann man auch den größten Teil der heißen Abgase mit Hilfe eines Gebläses direkt in den Ofen i zurückführen und nur den restlichen Anteil zur Entfernung der Brüden über einen indirekten Wärmearastauscher, in dem eine entsprechende, zur Verbrennung der Brennstoffe erforderliche Menge Frischluft vorgewärmt wird, abblasen. Beispiele i. In der in der Zeichnung veranschaulichten Vorrichtung werden in eine Schicht von 15 kg grießig-pulvrigem Kaliumcarbonat, das durch etwa ioo ms/h eines durch Verbrennung von Heizgas erhitzten Gemisches von Luft mit Verbrennungsgasen auf einem Rost von 22o mm Durchmesser in wirbelnder Bewegung gehalten wird, durch eine Düse 12 1/h 4o0/nige Kalilauge eingesprüht. Die Temperatur der Schicht wird auf 28o° gehalten. Der Vordruck unter dem Rost beträgt 250 bis 28o mm Wassersäule.Instead of the indirect heat exchange of the hot exhaust gases with the fresh air, the majority of the hot exhaust gases can also be fed back directly into the furnace i with the help of a fan and only the remaining part to remove the vapors via an indirect heat exchanger, in which a corresponding one is used for combustion the required amount of fresh air is preheated to the fuel, blow off. Examples i. In the device illustrated in the drawing, a layer of 15 kg of granular, powdery potassium carbonate is kept in a whirling motion by about 100 ms / h of a mixture of air and combustion gases heated by combustion of fuel gas on a grate of 220 mm diameter, Sprayed through a nozzle 12 1 / h 40 / nige potassium hydroxide solution. The temperature of the bed is kept at 280 °. The pre-pressure under the grate is 250 to 28o mm water column.

Man erzielt eine vollständige Umsetzung der Lauge zu wasserfreiem Kaliumcarbonat, das man zu 92% in grießiger Form kontinuierlich aus dem Ofen -abziehen kann, während etwa 8% staubförmig in dem Staubabscheider anfallen und diesem entnommen werden. 2. In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel i werden in eine Schicht von 27 kg Kaliumcarbonat 30 1/h 5o%ige Kalilauge eingesprüht. Für die Erhitzung der einzuführenden Luft wird ein Abfallöl verbrannt. Die Menge des durch die Schicht geleiteten heißen Gasgemisches beträgt etwa i 8o m3/h, die Temperatur der Schicht q.20°, der Vordruck unter dem Rost 350 bis 39o rrim Wassersäule.A complete conversion of the alkali to anhydrous potassium carbonate is achieved, 92% of which can be continuously withdrawn from the furnace in gritty form, while about 8% is obtained in dust form in the dust separator and is removed from it. 2. In the same device as in Example i, 30 l / h of 50% potassium hydroxide solution are sprayed into a layer of 27 kg of potassium carbonate. A waste oil is burned to heat the air to be introduced. The amount of hot gas mixture passed through the layer is about 18o m3 / h, the temperature of the layer is 20 °, the pressure under the grate is 350 to 39 ° per column of water.

.Es werden in vollständiger Umsetzung 94% grießiges und 6% staubförmiges wasserfreies Kaliumcaxbonat gewonnen.In complete implementation, 94% grainy and 6% powdery obtained anhydrous potassium caxbonate.

3. In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel i werden in eine Schicht von 24 kg grießförmigem Natriumcarbonat 15 1/h 5o%ige Natronlauge eingesprüht. Die Menge der verbrannten Heizgase und der durch sie erhitzten Luft wird auf .etwa i5o m3/h gehalten. Die Temperatur der Schicht beträgt 4io°, der Vordruck unter dem Rost 27o bis 320 mm Wassersäule.3. In the same device as in Example i, 15 l / h of 50% sodium hydroxide solution are sprayed into a layer of 24 kg of granular sodium carbonate. The amount of burned heating gases and the air heated by them is kept at about 150 m3 / h. The temperature of the layer is 4io °, the pre-pressure under the grate 27o to 320 mm water column.

In vollständiger Umsetzung der zugeführten Lauge werden 95% des gebildeten wasserfreien Natriumcarbonats grießförmig und 5% als Staub erhalten.When the caustic supplied is fully converted, 95% of the lye is formed anhydrous sodium carbonate in gravel form and 5% obtained as dust.

Für die vollständige Umsetzung der Alkalilauge zu Alkalicarbonat unter den in den vorstehenden Beispielen angegebenen Versuchsbedingungen reicht das diuTch die Verbrennung des Gases oder Öls gebildete Kohlendioxyd vollkommen aus. Ein Zusatz von Kohlendioxyd anderer Herkunft zu dem bei dieser Verbrennung gebildeten Gasgemisch ist daher nicht erforderlich.For the complete conversion of the alkali to alkali carbonate under The diuTch is sufficient for the test conditions given in the preceding examples the combustion of the gas or oil completely eliminates the carbon dioxide formed. An addition of carbon dioxide of other origin to the gas mixture formed during this combustion is therefore not required.

Claims

PATENT CLAIMS :. i. Process for the production of anhydrous alkali metal carbonates in gritty form, using a layer of granular alkali metal carbonate kept in swirling up and down motion by carbonated combustion gases, characterized in that the alkali metal hydroxide solution corresponding to the alkali metal carbonate to be produced is continuously or periodically sprayed into the alkali metal carbonate layer and that Finished product pulls out of the layer.

2. Procedure according to claim i, characterized in that alkali solutions with a concentration of 500/0 and more applies.

3. The method according to claim i and 2, characterized in that that one brings sodium hydroxide solution at about 3oo to 45o ° to implement.

4. Procedure according to Claims' i and 2, characterized in that potassium hydroxide solution is used at about 25o to 400 ° References considered: U.S. Patent No. 2459414.