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Verfahren zur Herstellung von sehr reinem Natriumcarbonat Nach dem
bekannten Leblanc- oder Solvay-Verfahren erhält man ebenso wie nach dem nicht vorveröffentlichten
Verfahren, bei welchem durch Behandeln von C 02-haltigen Synthesegasen mit N H3,
Wasser und Natriumsalzen Soda gewonnen wird, eine technisch reine Soda. Diese Soda
weist jedoch einen Reinheitsgrad von nur 98 bis 99% Nag C 03 auf, da sie aus verhältnismäßig
konzentrierten Rohsalzlösungen, z. B. Na Cl- oder Na NO.-Lösungen, hergestellt wird
und es nicht gelingt, die Fremdsalze restlos aus dem Zwischenprodukt Natriumbicarbonat
zu entfernen. Ein intensives Auswaschen des Natriumbicarbonats ist nicht möglich,
da sich das Bicarbonat bei Verwendung großer Wassermengen löst; ein schwächeres
Auswaschen führt aber nicht zu einem äußersten Reinheitsgrad der später daraus erzeugten
Soda.
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Es ist jedoch für gewisse Zwecke, z. B. für die Herstellung von Waschhilfsmitteln,
von Ätznatron, von Glas oder für die Textilveredlung, sehr wichtig, eine möglichst
reine Soda zu erhalten.
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So wurde bereits vorgeschlagen, bei der Bicarbonatherstellung eine
niedrigerprozentige Sole zu verwenden. Dieses Verfahren führt jedoch nur zu einer
Soda, deren Reinheitsgrad nicht wesentlich höher liegt als beim Solvay- oder Leblanc-Prozeß.
Ihre Reinheit ist daher für die obengenannten Zwecke ebenfalls nicht ausreichend.
Es
sind auch bereits Verfahren bekannt, um die nach. den obigen Prozessen hergestellte
Soda zu reinigen, beispielsweise durch anschließendes Urnkristalliisieren. Hierbei
nimmt aber die Soda io Moleküle Kristallwasser auf und erhält damit ein bedeutend
größeres Gewicht und Volumen, wodurch ihr Transport unwirtschaftlich wird.
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Man könnte eine weitere Reinigung der nach den obengenannten Prozessen
erhaltenen Soda auch dadurch erzielen, daß man sie z. B. zur Entfernung von Kohlendioxyd
aus Gasen, insbesondere aus Synthesegasen, verwendet, sie zu diesem Zweck in einem
gesonderten Natriumcarbonat-Natriumbicarbonat-Kreis.laufverfahren einsetzt und das
dabei neu anfallende Natriumbiearbonat zu Soda calciniert. Ida die Lauge .bei, diesem
Verfahren jedoch ebenfalls im Kreislaui verwendet wird, reichert sie sich .mit :der
Zeit an Fremdsalzen;, z. B. NaCl, Na N03 usw., an und erreicht schließlich die gleiche
Konzentration an diesen, wie. bei den obengenannnten Sodaherstellungsverfahren,
die konzentrierte Rohsalzlösungen verwenden. Das. zu Soda weiterverarbeitete Natriumhicarbonat
wird also nur zu Beginn des Verfahrens hohe Reinheit besitzen, da die Lösungen,
aus denen es hergestellt wird, nur anfangs eine geringe Konzentration, an Fremdsalzen
aufweisen, die jedoch im Laufe des Verfahrens ansteigt.
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Es wurde nun gefunden, daß man aus einem Natriumcarbonat - Natriumbicarbonat
- Verfahren durch Einsatz eines durch Fremdsalze verunreinigten Natriumcarbonats
eine besonders reine Soda gewinnen kann, wenn man die bei diesem Prozeß anfallende,
die Fremdsalze der Soda enthaltende Mutterlauge (Sole) mit von CO.-Gehalt zu befreienden
Gasen behandelt und das .ausfallende Natriumbicarbonat in bekannter Weise calciniert.
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Dies geschieht zweckmäßigerweise so, daß die das zu reinigende Natniumoarbonat
enthaltende Mutterlauge in mehreren Stufen mit den vom Kohlendioxydgehalt zu befreienden
Gasen behandelt wird. Die aus dem Natriumcarbonat-Natriumbicarbonat-Verfahren abgegebene
Mutterlauge (Sole) dient dabei wegen ihres Gehaltes an Salzen für das Verfahren,
welches Synthesegase vom C02-Gehalt befreit, als Einsatzprodukt. Bei Verwendung
von . Na Cl oder Na N 03 usw. enthaltender Soda zur Sodaherstellung nach dem Nag
C 03 NaH C 03 Verfahren kann der Fremdsalzgehalt (NaCl, NaN03 USW') in der
Mutterlauge beispielsweise auf 5 bis io o/o Na Cl, Na N 03 usw. oder noch niedriger
gehalten werden. Bei der Weiterverarbeitung des so erhaltenen Natriu:mbicarbonats
.auf Soda entsteht dann ein Produkt, das der handelsüblichen technischen Soda, wie
sie aus dem Leblanc-, dem Solvay-Verfahren oder auch bei dem oben angeführten C
02 Reini.gungsverfahiren für Synthesegase mit NH3 und Sal-zen gewonnen wird, an
Reinheit überlegen ist.
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Durch diese Maßnahme in Verbindung mit dem oben, besagten C 02 Reinigungsverfahren
mittels N H., Wasser und Salzen wird gleichzeitig ermÖglicht, das gesamte
Kohlendioxyd aus den Synthesegasen in wirtschaftlicher Weise auszuwaschen, da das
zuletzt angegebene Verfahren mit N H3, Wässer .und Salzen von der eingesetzten Ammoniakmenge
abhängig ist und mit ihm. allein das Kohlendioxyd daher nur so weit ausgewascb,en
werden kann, wie es die vorhandene Ammoniakmenge zuläßt. Zur Durchführung des vorliegenden
Verfahrens wird eine Vorrichtung gemäß der schematischen Abb. i vorgeschlagen.
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Das zu reinigende kohlendioxydhaltige Gas wird mittels des Gebläses
i durch die Türme 2, 3 und 4 gedrückt. Im Turm :2 wird durch Düse 5 eine Waschlauge,
enthaltend Nag CO, und, entsprechend der Löslichkeit, Na H C 03, umgepumpt,
die das kohlendioxydhaltige Gas teilweise von CO, befreit. Da die Reinigung
in einem Turm allgemein rund 5o o/o des im Gas. enthaltenden C 02 beträgt, gelingt
es im Turm 2, einen Teil des C 02 zu binden:. Es bildet sich hierbei nach, dem allgemeinen
Prozeß N ' a 2 CO 3 T C 02 + HE O = 2 Na H C @03 Natriumbicarbonat,
das sich abscheidet. Die Waschlauge geht nun vom Turm 2 durch einen Siphon. in den
Behälter 6, der einen Überlauf 7 aufweist. Das Bicarbonat setzt sich am Boden: des
Behälters 6 ab, während durch den Überlauf 7 eine Waschlauge in den Behälter 8 läuft,
der dort mittels der Eintragevorrichtung g frische Soda zugeführt wird. Der Rührer
io bezweckt, daß die zugeführte .Soda schneller gelöst wird. Durch die Pumpe i i
wird die Waschlauge im Kreislauf gepumpt. Die für die Bicarbonatbildung notwendige
Wassermenge wird durch den Überlauf 12. aus dem Behälter 13 ergänzt. Im Behälter
13 befindet sich die vom Bicarbonat befreite Waschlauge aus Behälter 14, die durch
die Eintragevorrichtung i5 mit Na2C03 wieder aufkonzentriert wird; und die durch
die Pumpe 16 auf den Turm .3 gepumpt und durch Düse 17 in letzteren eingespritzt
wird. Sie nimmt C 02 auf und läuft durch den Ablaufsiphon @in den Behälter 14 zurück.
Durch den Rührer 18 wird die Lösung der zugeführten Soda in der Waschlauge beschleunigt.
Durch den Überlauf i9 läuft nun wieder Lauge aus dem Behälter 2o zu, die dort wiederum
vom Bicarbonat, das sich eventuell in Turm 4 noch bilden kann, befreit und im allgemeinen
aus der ,durch die Vorrichtung 21 eingebrachten Soda und Kondensat aus Behälter
22 erzeugt wird. Rührer 23 dient wieder zur Beschleunigung der Lösung der zugeführten
Soda. Durch Pumpe 24 wird die Waschlauge im Kreislauf gepumpt und durch die Düse
25 in,den Turm 4 gespritzt, wo sie C 02 aufnimmt und dann in den Behälter 26 zurückläuft,
aus dem eventuell gebildetes Bicarbonat ausgeschieden wird. Der Bdcarbonataustrag
geschieht jeweils durch die Vorrichtungen 27, 28 und 29. Durch die Ablaßvorrichtung
3o kann je nach Bedarf laufend oder interimistisch Lauge abgelassen werden. Auf
diese Weise wird erreicht, daß die Konzentration an Fremdsalzen, die als Verunreinigungen
auftreten, sehr gering ist, so daß das in, den Behältern abgeschiedene Bicarbonat
von hoher Reinheit ist. Das von C 02 gereinigte Gas geht durch Abgang
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zu dem folgenden Fabrikation sprozeß. Die Füllung .der Türme kann die allgemein
übliche Füllung für Waschtürme, wie Horden, Metallringe usw., sein, die .in verschiedenen
Lagen .eingebaut wird.
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Bei höheren C02-Gehalten der Gase kann zur Erzielung einer genügenden
Reinigung des Gases von Kohlendioxyd die Zahl der Waschtürme vermehrt werden.
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Das Verfahren kann in einer zweiten Ausführungsform (Abb.2) auch so
betrieben werden, daB man das vom Kohlendioxyd zu befreiende Gas mit dem Gebläse
i durch die Waschtürme 2, 3, 4 usw. drückt und im Gegenstrom dazu die Nag C03 Lösung
schickt, so daß das Gas in Turm 4 z. B. mit einer Nag C 03-Lösung, die durch die
Berieselungsvorrichtung 5 eingebracht wird, beschickt wird. Die Nag C 03 Lösung
nimmt dann Kohlendioxyd aus dem Gas auf und läuft in einen Behälter 6 ab. Aus diesem
Behälter wird zur Intensivierung der Beaufschlagung ein Teil der Lauge durch Drosselung
des Schiebers 7 auf den Turm zurückgegeben, der andere Teil wird auf den Turm 3
durch die Vorrichtung 8 eingespritzt und dient zur weiteren Aufnahme von Kohlendioxyd
aus dem zu reinigenden, Gas. Die Lauge aus Turm 3 läuft in den Behälter 9 und wird
von dort wieder zu einem Teil durch den Einlauf io in den Turm 3 und zum anderen
Teil durch die Vorrichtung i i in den Turm 2 eingespritzt. Sie läuft von dort durch
den Ablauf in den Behälter 12, wo eine Abscheidung von Bicarbonat stattfindet, das
durch die Vorrichtung 13 ausgetragen wird. Die verbleibende Lauge wird dann
zur Intensivierung der Waschung wieder auf den Turm 2 gepumpt und kann nach genlügender
Anreicherung an Fremdsalz (Verunreinigungen der Soda) über den Schieber 14 abgeführt
werden, um in einem der C 02 Reinigung von Synthesegasen mit NH3, Wasser und Salzen
dienenden Verfahren Verwendung zu finden. Die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen
Pumpen sind durch 15, 16, 17 dargestellt. Durch den Vorgang der Bicarbonatbildung
wird ständig Wasser verbraucht, das durch die bei der Berieselung 5 eingebrachte
Sololösung ergänzt wird. Die Temperaturen, die bei der Bindung des Kohlendioxyds
auftreten, richten sich im allgemeinen nach der Menge des aus denn Gas ans.zuwaschen:den
Kghlendioxyds. Es ist anzustreben, die Temperatur so zu halten, daß eine möglichst
körnige Abscheidung des Bicarbonats erreicht wird. Das Bicarbonat wird dann ausgewaschen,
getrocknet und calciniert, was in den. Abbildungen nicht dargestellt ist. Ebenfalls
ist zeichnerisch nicht dargestellt, daß bei Verwendung konzentrierterer Sodalösungen
und bei Ausfall von Bicarbonat in den Behältern 6 und 9 dort eine Austragevorrichtung
für Bicarbonat vorgesehen werden kann. Das gereinigte Gas wird dann seiner weiteren
Verwendung zugeführt. Um das Kohlendioxyd aus den den Türmen zugeführten Gasen möglichst
vollständig zu entfernen, kann die Anzahl der Waschtürme beliebig vergrößert werden.
Die Wirtschafttichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von technisch
sehr reiner Soda sei nachstehend näher erläutert: Bei der Synthesegaserzeugung für
Ammoniak, Benzin und. Alkohol sind in den Synthesegasen große Mengen Kohlendioxyd
enthalten. Es gelingt jedoch bei einer gegebenen Am@mon.iakmenge, die der N H.-Produktion
entsprechen kann, aus den Gasen nur einen Teil des Kohlendioxyds auszuwaschien;
der andere müßte durch Druckwasserwäsche entfernt werden. Sollen z. B. aus 28o -
ooo cbm Kontaktgas etwa iooooo cbm Kohlendioxyd ausgewaschen werden, so kämen z.
B. nach dem C 02-Reinigungsverfahren für Synthesegase mit NH3, Wasser lind Salzen
nur etwa 53 00o cbm/h C 02 in Frage, die restlichen 47 ooo cbm Kohlendioxyd/h müßten
mittels einer Druckwasserwäsche ausgewaschen werden. Die Auswaschung dieser Menge
C 02 kann nun erfindungsgemäß nach. dem obengenannten N atriumcarbonat-I`Tatriumbicarbonat-Verfahren
unter gleichzeitiger Gewinnung von sehr reiner Soda erfolgen. Es treten dabei außer
dem Wegfall der Druckwasserwäsche bei dem vorliegenden Verfahren, verbunden mit
dem besagten CO.-Reinigungsverfahren mit NH3' Wasser und Salzen, noch weitere Vorteile
für die Reinigung der Synthesegase auf. So kann diese Kohlendioxydentfernung aus
den Gasen z. B. teilweise bereits vor die CO-Konvertierung der Synthesegase geschaltet
werden. Dann erhält man große Vorteile für die CO-Konvertierung, die Kompression
und die C 02 Druckwasserwäsche. Es kann aber auch, nachdem bei der CO-Konvertierung
Kohlendioxyd entsteht, der Teil des entstandenen Kohlendioxyds erst nach . der Konvertierung
ausgewaschen werden. Dann erhält man Vorteile für die Kompression und die Druckwasserwäsche.
Durch das Zusammenwirken des vorliegenden Verfahrens mit dem bereits erwähnten C
02 Reinigungsverfahren für Synthesegase mittels NH3, Wasser und Salzen kann man
also die gesamte Kohlensäure aus den Synthesegasen auswaschen, und zwar bei stark
kohlensäurehaltigen Gasen, wie den Braunkohlegasen, bereits vor der Konvertierung
und aus den Kontaktgasen nach der Konvertierung. Dadurch wird es möglich, z. B.
in der Kompression statt der 28o ooo cbm pro Stunde Kontaktgas bei derselben Frischgasmenge
für die Hochdrucksynthese nur i8o ooo cbm/h zu verarbeiten, d. h. es werden etwa
ioo ooo cbm, also über ein Drittel der Kompressionskosten von der ersten bis zur
dritten Stufe des Synthesegasverfahrens, eingespart. Außerdem fallen die bei der
Druckwasserwäsche entstehenden Kohlenoxyd-und Wasserstoffverluste weg, was einen
weiteren großen wirtschaftlichen Nutzen .bringt. Schließlich wird dadurch die C
02 Druckwasserwäsche hinfällig.
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Es treten bei der Synthesegaserzeugung aber nicht nur Betriebsersparnisse
ein, sondern es wird außerdem ein großer Gewinn an Kapazität der betreffenden Betriebe
erzielt, da mit derselben Kompressionsapparatur, wie aus obigen Ausführungen
hervorgeht,
über ein Drittel der Synthesegaserzeugung mehr komprimiert werden kann. Der gesamte
wirtschaftliche Nutzen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also bedeutend.