PL196412B1 - Sposób przetwarzania siarczanu sodu na kwas siarkowy i wodorotlenek sodu - Google Patents

Abstract

Sposób przetwarzania roztworu siarczanu sodu na roztwory kwasu siarkowego i wodorotlenku sodu z zastosowaniem elektrolizera z membraną anionoselektywną, przy czym roztwór siarczanu sodu doprowadza się do komory katodowej elektrolizera, znamienny tym, że roztwór siarczanu sodu i wodorotlenku sodu odpływający z komory katodowej kieruje się do wyparki, w której zatęża się go korzystnie do 50% wag. a następnie oddziela się kryształy wytrąconego siarczanu sodu, korzystnie na gorąco, w znany sposób.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)196412 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 356620 ^{(51) Int.Cl.}

C25B 1/46 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 14.10.2002 (54) Sposób przetwarzania siarczanu sodu na kwas siarkowy i wodorotlenek sodu

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 19.04.2004 BUP 08/04	(73) Uprawniony z patentu: Instytut Chemii Nieorganicznej,Gliwice,PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.12.2007 WUP 12/07	(72) Twórca(y) wynalazku: Bożenna Pisarska,Gliwice,PL Rafał Dylewski,Gliwice,PL

⁽⁵⁷⁾ 1. Sposób przetwarzania roztworu siarczanu sodu na roztwory kwasu siarkowego i wodorotlenku sodu z zastosowaniem elektrolizera z membraną anionoselektywną, przy czym roztwór siarczanu sodu doprowadza się do komory katodowej elektrolizera, znamienny tym, że roztwór siarczanu sodu i wodorotlenku sodu odpływający z komory katodowej kieruje się do wyparki, w której zatęża się go korzystnie do 50% wag. a następnie oddziela się kryształy wytrąconego siarczanu sodu, korzystnie na gorąco, w znany sposób.

PL 196 412B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób przetwarzania siarczanu sodu, zwłaszcza w postaci roztworu o niskim stężeniu powstającego ubocznie w różnych procesach chemicznych, na kwas siarkowy o dużej czystości i na roztwór wodorotlenku sodu o czystości produktu technicznego, przy czym oba te produkty lub jeden z nich albo mogą być przeznaczone na zbyt, albo zawrócone do procesu, w którym powstaje ubocznie siarczan sodu, poprawiając charakterystykę ekonomiczną i ekologiczną tego procesu.

Znane są wielkotonażowe procesy chemiczne, w których zużywane są, jako czynniki pomocnicze, kwas siarkowy i wodorotlenek sodu. Chemikalia te wywołują pożądane przemiany głównych surowców, przy czym przereagowują między sobą z wytworzeniem siarczanu sodu. Odpadowe, często zanieczyszczone roztwory siarczanu sodu przedstawiają małą wartość i z reguły odprowadzane są do ścieków. Do takich znanych procesów zalicza się produkcję włókien wiskozowych, produkcję syntetycznych kwasów tłuszczowych, kompleksową (to znaczy obejmującą wszystkie składniki) przeróbkę zużytych akumulatorów ołowiowych, finalną absorpcję tlenków siarki z procesu Clausa lub z produkcji kwasu siarkowego, produkcję białych napełniaczy krzemionkowych i niektóre procesy syntezy organicznej. Przeróbka odpadowych roztworów w celu otrzymywania z nich krystalicznego siarczanu sodu nie jest opłacalna, ponieważ jest to produkt o niewielkiej wartości i niskiej cenie. Ekonomikę produkcji można by poprawić i zanieczyszczenie środowiska zmniejszyć, gdyby się udało przerobić odpadowe roztwory siarczanu sodu ponownie na kwas siarkowy i wodorotlenek sodu i albo zawracać do zasadniczego procesu produkcyjnego (tworząc w ten sposób układ sprzężony, zwany też zintegrowanym), albo do innych zastosowań. Zainteresowanie budzi zwłaszcza pierwszy z wymienionych kierunków, ponieważ układ sprzężony może być niemal bezodpadowy. Znane metody przerobu siarczanu sodu na kwas siarkowy i wodorotlenek sodu opisano w artykule R. Dylewskiego w czasopiśmie Chemik 2001,

54, nr 1, 8-12; są to wyłącznie metody elektrochemiczne: elektroliza rtęciowa, elektroliza membranowa, elektro-elektrodializa oraz proces prowadzony w wielokomorowym aparacie z membranami bipolarnymi. Metody te mają wady ograniczające możliwość ich praktycznego stosowania. W elektrolizie rtęciowej stosuje się toksyczną rtęć. W elektrolizie membranowej tylko jeden produkt (kwas siarkowy albo wodorotlenek, zależnie od rodzaju użytej membrany) cechuje się wysoką czystością, a drugi zawiera duże ilości nieprzereagowanego siarczanu sodu, przy czym dążenie do zwiększania stopnia przereagowania siarczanu sodu nieuchronnie prowadzi do spadku wydajności prądowej i pogarszania wskaźników techniczno-ekonomicznych. Wadami elektro-elektrodializy są: wysokie zużycie energii elektrycznej oraz tworzenie się odpadowego dializatu -rozcieńczonego roztworu siarczanu sodu zawierającego wolny kwas siarkowy lub wodorotlenek sodu, który trudno jest zagospodarować. Proces z użyciemmembran bipolarnych ma podobne wady jak elektro-elektrodializa, a dodatkową niedogodnością jest wysoka cena i niezadawalająca jakość współczesnych membran bipolarnych.

Istota wynalazku polega na tym, że roztwór siarczanu sodu przetwarza się na roztwory kwasu siarkowego i wodorotlenku sodu z zastosowaniem elektrolizera z membraną anionoselektywną przy czym roztwór siarczanu sodu doprowadza się do komory katodowej elektrolizera, a roztwór siarczanu sodu i wodorotlenku sodu odpływający z komory katodowej kieruje się do wyparki, w której zatęża się go korzystnie do 50% wag. NaOH, a następnie oddziela się kryształy wytrąconego siarczanu sodu. Oddzielony krystaliczny siarczan sodu zawraca się do korekty stężenia roztworu siarczanu sodu przeznaczonego do zasilania elektrolizera, korzystnie bez przemywania.

Sposób według wynalazku opisano posługując się rysunkiem, który przedstawia schemat instalacji.

Istota procesu polega na tym, że roztwór siarczanu sodu poddawany przeróbce ze zbiornika 1 kierujesię do elektrolizera membranowego 2 z membraną anionoselektywną MA; roztwór ten dozujesię do komory katodowej, a do komory anodowej dozuje się czystą wodę. Wpolu elektrycznym jony SO4²przechodzą przez membranę anionoselektywną z komory katodowej do anodowej. Na anodzie wydziela się gazowy tlen. W komorze anodowej otrzymuje się kwas siarkowy o dużej czystości, który odpływa do zbiornika 7 i pompą 6 może być przesyłany do wykorzystania. W komorze katodowej otrzymuje się katolit, to jest mieszany roztwór siarczanu sodu i wodorotlenku sodu o stosunku Na2SO4:NaOH zależnym od warunków prowadzenia procesu. Przeciwnie niż w znanej metodzie elektrolizy membranowej nie dąży się do zmniejszania stosunku Na2SO4:NaOH (co powoduje pogorszenie wydajności prądowej elektrolizy), lecz prowadzi sięproces w najkorzystniejszym zestawie parametrów i wskaźników. Katolit, zbierający się w zbiorniku 3, kieruje się do aparatu wyparnego 4, korzystnie kilkustopniowego, w którym przez odparowanie wody zatęża się go do stężenia bliskiego 50% NaOH. Podczas zatężania roztworu znacznie obniża się rozpuszczalność siarczanu sodu, do 0,10-0,12%

PL 196 412 B1

Na2SO4 w roztworze 50% NaOH, zatem z wyparki odpływa zawiesina kryształów siarczanu sodu w roztworze wodorotlenku sodu. Zawiesinę tę kieruję się do wirówki 5 lub na filtr; korzystnie bez ochłodzenia, ponieważ rozpuszczalność siarczanu sodu maleje ze wzrostem temperatury. Przesącz, to jest roztwór 50% NaOH zawiera tylko ok. 0,1% Na2SO4 i spełnia wymagania na produkt techniczny. Krystaliczny siarczan sodu może być albo przemywany i przeznaczony do wytwarzania produktu handlowego (co też jest przedmiotem wynalazku), albo zawracany przenośnikiem do zbiornika 1, w którym rozpuszcza się on w doprowadzanym odpadowym roztworze Na2SO4. Jest to korzystne, ponieważ wydajność elektrolizy rośnie ze wzrostem stężenia siarczanu sodu dozowanego do komory katodowej.

Przedstawiony sposób, będący przedmiotem wynalazku, ma w porównaniu ze znanymi sposobami następujące zalety:

1. Umożliwia otrzymywanie kwasu siarkowego o bardzo dużej czystości i wodorotlenku sodu o jakości produktu technicznego, a więc obu produktów o czystości handlowej (tej cechy nie ma znana zwykła elektroliza membranowa),

2. Nie wytwarza odpadowych roztworów (tej cechy nie ma elektro-elektrodializa oraz proces z użyciem membran bipolarnych),

3. Pozwala kierować do elektrolizy membranowej roztwór siarczanu soduo korzystnym wysokim stężeniu nawet gdy roztwór odpadowy jest rozcieńczony, przez użycie wypadowego krystalicznego siarczanu sodu z wirówki do korekty stężenia roztworu kierowanego do elektrolizy (tej cechy nie ma żadna ze znanych metod),

4. Pozwala prowadzić elektrolizę w optymalnych dla niej warunkach, bez dążenia do powiększania stopnia przereagowania pogarszającego wskaźniki elektrolizy (tej cechy nie ma żadna ze znanych metod),

5. Pozwala przerobić cały siarczan sodu obecny w roztworze na produkty o wysokiej wartości (tej cechy nie ma żadna ze znanych metod).

Do zalet metody należy także możliwość oddzielnego wykorzystywania czystego kondensatu pary wodnej z wyparki (jako wody przemysłowej lub pitnej).

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób przetwarzania roztworu siarczanu sodu na roztwory kwasu siarkowego i wodorotlenku sodu z zastosowaniem elektrolizera z membraną anionoselektywną, przy czym roztwór siarczanu sodu doprowadza się do komory katodowej elektrolizera, znamienny tym, że roztwór siarczanu sodu i wodorotlenku sodu odpływający z komory katodowej kieruje się do wyparki, w której zatęża się go korzystnie do 50% wag. a następnie oddziela się kryształy wytrąconego siarczanu sodu, korzystnie na gorąco, w znany sposób.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oddzielony krystaliczny siarczan sodu, zawraca się do korekty stężenia roztworu siarczanu sodu przeznaczonego do zasilania elektrolizera, korzystnie bez przemywania.