SE466103B - Saett foer framstaellning av aktivt natriumkarbonat - Google Patents

Description

466 103 2 Föremålet för föreliggande uppfinning är sålunda ett sätt att framställa aktivt natriumkarbonat bestående av gradvis dehyd- ratiseríng genom en torkningsprocess av ett utgångsmaterial innefattande natriumkarbonat-dekahydrat eller dess blandning med vatten av kompositionen Na2C03.l0 H20, där 10 H20 representerar en krístallvattenfraktion, som är kemiskt bunden till natriumkarbonatet, varvid torkningsprocessen, som ger gradvis reduktion av kristallvattenfraktionen upp till den slutliga kompositionen för det aktiva natriumkarbonatet Na2C03.n H20, där n = 0 - 1. genomföres från början till en halt av kristallvattenfraktionen motsvarande en komposition av Na2C03.n H20. där n = 0 - 5. vid en temperatur under 32°C.

Temperaturgränsen 32°C representerar smältpunkten för natrium- karbonat-dekahydrat i sitt eget kristallvatten. Ett av de' grundläggande fakta, på vilket uppfinningen baseras, är minsk- ningen av kristallvattenfraktionen genom den gradvisa omvand- lingen av dekahydratet till lägre hydrater under temperaturbe- tingelser under den angivna gränsen 32°C. Genom denna procedur* är det möjligt att erhålla aktivt natriumkarbonat eller dess monohydrat med en specifik ytarea av ca 10 m2/g och med en skrymdensítet av ca 0,4 g/cm3. Den på detta sätt framställda fasta substansen kännetecknas av en hög reaktivitet gentemot svaveldioxid, varigenom omvandlingen av stökiometríska mängder av de ingående substanserna är högre än 90 2.

I motsats därtill inträffar genom dehydratísering av dekahyd- ratet över dess smältpunkt (32°C) i sitt kristallvatten en fullständig nedbrytning av den ursprungliga kristallstruktu- ren. Den på detta sätt bildade fasta fasen är ett sintrat ma- terial med en miniminärvaro av porer, en ytarea under l m2/g och är dessutom praktiskt taget inaktivt med avseende på sva- veldioxid.

En ytterligare utveckling av det ursprungliga ändamålet med uppfinningen är upptäckten att de ovannämnda betingelserna för dehydratiseríngen av natriumkarbonat-dekahydrat vid temperatu- 3 466 105 rer under dess smältpunkt är nödvändiga att upprätthålla åt- minstone ned till den komposition som motsvarar pentahydratet (Na2CO3.5 H20). varigenom det därefter är möjligt att öka desickationstemperaturen utan begränsning, och sålunda öka hastigheten för torkningsprocessen, och på detta sätt undvika nedbrytningen av den porösa strukturen. Det aktiva natriumkar- bonatet eller dess monohydrat uppvisar framställt även genom denna metod de ovannämnda fysikaliska egenskaperna och samma kemiska aktivitet.

Det är därför möjligt att med fördel genomföra torkníngspro- cessen i ett första steg vid ett temperaturomräde av 10 - 31.9°C upp till en komposition motsvarande pentahydratet Na2C03.5 H20 och i ett efterföljande andra steg vid ett temperaturområde av 33 - l50°C.

Den undre temperaturgränsen för torkning vid lO°C bestämmes av kinetiska betingelser vid torkningsprocessen, under vilka de- hydratiseringsprocessen fortfarande fortskrider inom rimlig tid.

Den övre temperaturgränsen, l50°C. vid det andra torkningsste- get bestämmes med avseende på den sedvanliga temperaturen för rökgaserna, som alstras under förbränningsprocesser. Dessa ga- ser kan med fördel användas för detta ändamål.

Torkningsprocessen kan genomföras under reducerade tryckbe- tingelser eller i vakuum. i fria luften. eller i en fluidise- rad bädd i en ström av en inert gas, vars fukthalt är under 3.2 volymprocent. Vid framställningsproceduren är det möjligt att med fördel använda det upphettade natriumkarbonatet för den efterföljande avsvavlíngsreaktionen av rökgaser utan spe- ciella energibehov. Under torkningsprocessen är det möjligt att öka temperaturen hos torkningsmediet.

Framställningsproceduren för det aktiva natriumkarbonatet. som visats ovan, kan även användas för reaktivering av ett mindre aktivt natriumkarbonat, t.ex. genom blandning av kalcinerad 466 103 4 soda i form av fint pulver med vatten i massförhållandet l:1,7 eller mera. varigenom den bildade massaliknande blandningen därefter torkas i enlighet med uppfinningen.

Följande exempel beskriver på ett mera detaljerat sätt fram- ställningen av aktivt natriumkarbonat enligt uppfinningen, liksom även metoder för tillämpning och effekter av substan- sen, som framställts enligt uppfinningen.

Exempel 1 Natriumkarbonat-dekahydrat med partikelstorleken 0,25 - 0.33 mm dehydratiserades i vakuum vid tryck mindre än 2 Pa under 1 timme vid en laboratorietemperatur av 24°C. Nat- riumkarbonat-hemihydrat, Na2CO3.l/2 H20, som bildats på detta sätt, infördes i en reaktor vid l50°C i kontakt med en gasblandning av följande komposition: 0,2 volymprocent svavel- dioxid, 2 volymprocent vattenånga. resten kväve. vid en total gasflödeshastighet av 100 ml/min. och med ett stökiometriskt förhållande av l för den inmatade svaveldioxiden till natrium- karbonatet, var den genomsnittliga reningsgraden av gasen frän svaveldioxid högre än 98 %. varigenom den slutliga omvand- lingsgraden av den fasta substansen låg över 99 2.

Exempel 2 Natriumkarbonat-dekahydrat av en partíkelstorlek av 0,25 - 0,33 mm utsattes för en process av torkning i fria luf- ten i ett tunt skikt vid temperaturen 24°C under ca 24 timmar.

Genom kemisk analys efter avslutande av experimentet visade sig kompositionen vara Na2C03.l.2 H20. Detta monohydrat infördes i en reaktor vid l52°C i kontakt med en gasblandning av följande komposition: 0,2 volymprocent svaveldioxid, 2 volymprocent vattenånga, resten kväve. Efter 32 minuter med en gasflödeshastighet, som uppgår till totalt 100 ml/min. motsva- rande ett stökiometriskt förhållande av 1 för den inmatade svaveldioxiden till natriumkarbonatet, var den genomsnittliga reníngsgraden för gasen från svaveldioxid 94 2, varigenom den slutliga graden av omvandling av den fasta substansen uppgick till 96 %. 5 466 105 Exempel 3 Natriumkarbonat-dekahydrat av partikelstorleken 0,25 - 0,33 mm dehydratiserades i en fluidiserad bädd med luft innehållande 2 volymprocent av fuktighet vid en temperatur av 30°C. Den lin- jära hastigheten för luften i det fria tvärsnittet av reaktorn var 0,44 m/sek. Efter l timmes torkning bildades dihydratet Na2CO3.2 H20. Efter 2 timmar av torkning var processen avslutad och den fasta fasen analyserades. Den färdiga produk- ten från dehydratiseringen var monohydratet Na2CO3.H20.

Detta monohydrat infördes i en reaktor vid l51°C i kontakt med en gasblandning av följande komposition: 0.077 volymprocent svaveldioxid, 2 volymprocent vattenånga. resten kväve. Vid en total flödeshastíghet för gasen av 50 ml/min. och för ett stö- kiometriskt förhållande av l för den inmatade svaveldioxiden till natriumkarbonatet. var den genomsnittliga reningsgraden för gasen från svaveldioxid högre än 92 %, varigenom den fär- diga omvandlingsgraden av den fasta substansen var 93 t.

Exempel 4 Natriumkarbonat-dekahydrat (massa 17 g) av partikelstorleken 0,25 - 0,33 mm dehydratiserades i en fluidiserad bädd vid 20°C. Flödeshastigheten för luften med en ursprunglig fukthalt av 0,32 volymprocent var 0,18 m3/timme. Den linjära hastig- heten för luften i det fria tvärsnittet var 0,44 m/sek. Efter 30 min. torkning i det fluidiserade tillståndet erhölls en produkt med en komposition av Na2CO3.5 H20. Denna pro- dukt torkades ytterligare i en reaktor med stationär bädd i en ström av kväve genom ökning av temperaturen upp till 130°C med ett tidsintervall av 15 min. Den genomsnittliga upphettnings- hastigheten var 7°C/min. Slutprodukten från torkningen var vattenfritt natriumkarbonat. Jämvikttrycket för vattenånga över fast natriumkarbonat-monohydrat är lika med atmosfärs- trycket vid ll0°C.

Exempel 5 Natriumkarbonat-dekahydrat (massa 17 g) av partikelstorleken 0,25 - 0.33 mm dehydratiserades i en fluidiserad bädd vid 30°C. Flödeshastigheten för luften med en ursprunglig fukthalt 466 103 s av 2 volymprocent var 0,26 m/sek. Efter 60 min. torkning i en fluidiserad bädd erhölls en produkt av kompositionen Na2C03.4 H20. Efter detta följde en ökning av fluidise- ringsgastemperaturen upp till 40°C. Efterföljande 30 minuter av torkning vid denna temperatur resulterade i natriumkarbo- nat-monohydratet (Na2C03.l H20).

Exempel 6 Produkten från torkning, framställd enligt exempel 4, infördes i en reaktor vid l5l°C i kontakt med en gasblandning av föl- jande komposition: 870 ppm (=0,087 volymprocent) svaveldioxid. 2 volymprocent vattenånga. resten kväve. Vid en total flödes- hastighet för gasen av 50 ml/min. och för ett stökiometrískt förhållande av 1 för inmatad svaveldioxid till natriumkarbona- tet, var den genomsnittliga reningsgraden för gasen från sva- veldioxid högre än 92 %, varigenom den slutliga omvandlings- graden för den fasta substansen var 94.7 %.

För att demonstrera avsvavlingseffektiviteten hos det reaktiva natriumkarbonatet, som framställts enligt uppfinningen. genom- fördes en jämförelsemätning. vars resultat visas i bifogade diagram. Diagrammet visar genombrottskurvorna för svaveldioxid för en bädd av natriumkarbonat.

W betecknar graden av stökiometrisk belastning av bädden, som även har betydelsen dimensionslös tid; E betecknar avsvav- lingseffektiviteten.

Kurvorna 2 och 3 innesluter omrâdet för genombrottskurvorna vid användning av aktivt natriumkarbonat. som framställdes från prover av lågreaktivt natriumkarbonat. för vilket kurvan l gäller. Kurvorna erhölls vid identiska reaktionsbetingelser; temperaturen 150°C; komposition för gasblandningen: 0,2 volym- procent svaveldioxid. 2 volymprocent vattenånga, resten kväve: partikelstorleken 0,25 - 0.33 mm. För provet av lågreaktivt natriumkarbonat var den slutliga omvandlingsgraden 7,7 %. medan för prover av de höggradigt reaktiva natriumkarbonaterna omvandlingsgrader för den fasta substansen uppnåddes i inter- vallet 90 - 93 %.

Claims (5)

UI 10 15 20 25 466 103 i Patentkrav k ä n - n e t e c k n a t av att ett utgångsmaterial innefattande natriumkarbonat-dekahvdrat av en komposition av Na2C03. 10 H20 eller dess blandning med vatten där 10 H20 rep- resenterar vattenmolekyler vilka är kemiskt bundna till natriumkarbonatkristallerna, dehvdreras gradvis genom en torkningsprocess. vilket resulterar i gradvis reduktion av kemiskt bundna vattenmolekvler till en slutlig komposition för det aktiva natriumkarbonatet av Na2C03.n H20, där n = O - 1, varvid torkningen av utgångsmaterialet genomföras ned till en halt av de kemiskt bundna vattenmolekylerna som mot-

1. sätt för framställning av aktivt natriumkarbonat, svarar en komposition Na2C03.n H20, där n = 0 - 5, vid en temperatur under 32°C.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att tork- ningsprocessen genomföras i ett första steg vid ett temperatur- område av 10 - 3l,9°C upp till en komposition motsvarande pen- tahydratet Na2CO .5 H20 och i ett efterföljande andra 3 steg vid ett temperaturområde av 33 - 150°C.

3. Sätt enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att tork- ningsprocessen genomföras genom en gasström, vars fukthalt är mindre än 3.2 volymprooent.

4. Sätt enligt krav l. k ä n n e t e c k n a t av att torkníngsprocessen genomföras i en fluidiserad bädd.

5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att temperaturen för torkning gradvis ökas.