DE19526202B4 - Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat, wobei man einen Trocknungsofen verwendet, der eine sich drehende Trommel umfasst, das Natriumcarbonat-Monohydrat in einen stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel einführt, das wasserfreie Natriumcarbonat in einem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel gewinnt und in den stromaufwärts gelegenen Bereich einen Teil des wasserfreien Natriumcarbonats aus dem stromabwärts gelegenen Bereich zurückführt, dadurch gekennzeichnet, dass das Zurückführen des wasserfreien Natriumcarbonats im Inneren der Trommel erfolgt und ein Eintreten von Luft verhindert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft die Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat durch Entwässerung von Natriumcarbonat-Monohydrat in einem Trommel-Trocknungsofen.
• Die Entwässerung von Natriumcarbonat-Monohydrat ist eine Technik, die breit angewendet wird zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat. Sie wird vor allem eingesetzt zur Herstellung von Natriumcarbonat durch Raffination von Trona (Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology – Band 1 – John Wiley & Sons – 1978 – Seiten 875 bis 876). Man verwendet bei dem Herstellungsverfahren für Soda auch Ammoniak, um das leichte Natriumcarbonat (oder leichte Soda) in schweres Natriumcarbonat (oder schwere Soda) umzuwandeln (Manufacture of Soda – Te-Pang Hou – Hafner Publishing Company – 1969 – Seite 221).
• Die US-A 4,639,217 offenbart einen Drehrohrofen, der innen eine Rohrwendel aufweist, zwischen deren einzelnen Windungen Leitbleche angebracht sind. Im Inneren der Rohrwendel werden Feststoffpartikel bergauf in der Art einer archimedischen Schraube gefördert. Ein weiterer Partikelstrom wird immer wieder von den Leitblechen aufgeworfen und bewegt sich als Gegenstrom bergab. Zwischen den Strömen wird Wärme getauscht.
• Die US 3,336,104 offenbart ebenfalls eine Feststoffrückführung zum Eintrag von Wärme. Es wird ein vielstufiges Verfahren für den Wärmeeintrag über die Aufheizung des zum Ausgangsmaterial rückgeführten Produktes beschrieben.
• Die US 3,838,189 beschreibt einen zweistufigen Calcinierungsprozess zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat aus Trona. Es erfolgt zunächst eine Niedertemperaturcalcinierung zur Umwandlung des Sesquicarbonats zu Natriumcarbonat und nachfolgend eine Hochtemperaturcalcinierung von kurzer Dauer, um organische Bestandteile zu zerstören und die Silikatflüssigkeit herab zu setzen.
• Die GB 799,251 offenbart ein Verfahren, mit dem Natriumcarbonat getrocknet werden kann. Bei dem Verfahren wird ein teilweise getrocknetes Material einem Trockner an einer Stelle entnommen, an dem der Trocknungsprozess noch nicht vollständig ist und dem Ausgangsmaterial wieder zugeführt. Das übrige, nicht rückgeführte Material, das teilweise getrocknet ist, wird dann einem anderen Bereich des Trockners zugeführt, in dem die Trocknung vervollständigt wird.
• Die Entwässerung von Natriumcarbonat-Monohydrat wird üblicherweise in Trommel-Trocknungsöfen durchgeführt. Diese bestehen aus einer zylindrischen Trommel, die zur Horizontale etwas geneigt ist und erwärmt wird. Wenn das Natriumhydrat-Monohydrat am stromaufwärts gelegenen Ende der Trommel eingeführt wird, kreist es fortlaufend in dieser unter der Einwirkung der Drehung und entwässert sich, sobald es eine Temperatur erreicht, die höher ist als die Temperatur des Übergangs von Natriumcarbonat-Monohydrat in wasserfreies Natriumcarbonat; das wasserfreie Natriumcarbonat wird am stromabwärts gelegenen Ende der Trommel gewonnen. Das Erwärmen der Trommel erfolgt von außen durch Erwärmung der Wand oder mit Hilfe von in einem Rohrleitungsnetz, das im Inneren der Trommel angeordnet ist; zirkulierendem Dampf.
• Um die Dichte des wasserfreien Natriumcarbonatproduktes in dieser Art von Trocknungsofen zu erhöhen, wird empfohlen, stromaufwärts des Ofens einen Teil des stromabwärts des Ofens gewonnenen Natriumcarbonats zurückzuführen (Manufacture of Soda – Te-Pang Hou – Hafner Publishing Company – 1969 – Seite 221).
• Die zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat durch Entwässerung von Natriumcarbonat-Monohydrat verwendeten Trommelöfen sind manchmal einer erheblichen Korrosion ausgesetzt, was ein Nachteil dieser Technik ist.
• Es wurde nun gefunden, dass der erwähnte Nachteil mit der Rückführung des wasserfreien Natriumcarbonats vom stromabwärts gelegenen Ende zum stromaufwärts gelegenen Ende des Ofens zusammenhängt.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Mittel bereitzustellen, um diesen Nachteil zu überwinden.
• Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat, bei dem man einen Trocknungsofen verwendet, der eine sich drehende Trommel umfasst, Natriumcarbonat-Monohydrat in einen stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel einführt, das wasserfreie Natriumcarbonat in einem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel gewinnt und in den stromaufwärts gelegenen Bereich einen Teil des wasserfreien Natriumcarbonats aus dem stromabwärts gelegenen Bereich zurückführt, wobei das Zurückführen des wasserfreien Natriumcarbonats im Inneren der Trommel erfolgt.
• Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Trocknungsofen ist ein üblicherweise bei Techniken zur Trocknung von festen Materialien im Zustand eines Pulvers oder von Körnchen verwendeter Trocknungsofen. Allgemein umfasst er eine Drehtrommel, deren Achse leicht zur Horizontale geneigt ist, z.B. mit einer Neigung im Bereich von 0,10 bis 4 %. Die Trommel wird einer leichten Drehung um ihre Achse unterzogen und wird in an sich bekannter Weise erwärmt, um eine Temperatur zu erreichen, die höher ist, als die Temperatur des Übergangs von Natriumcarbonat-Monohydrat in wasserfreies Natriumcarbonat, z.B. eine Temperatur, die 2 bis 10°C höher ist, als die Übergangstemperatur. Man führt das Natriumcarbonat-Monohydrat in einen stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel ein. Man versteht unter stromaufwärts gelegenem Bereich einen Bereich der Trommel, der direkt benachbart dem stromaufwärts gelegenen Ende der Trommel angeordnet ist, entsprechend z.B. 10 % der Länge der Trommel, gerechnet vom stromaufwärts gelegenen Ende davon. Unter der Einwirkung der Drehung der Trommel wandert das Natriumcarbonat in der Trommel von stromaufwärts nach stromabwärts und erwärmt sich fortlaufend, bis eine Temperatur erreicht ist, die höher ist als die vorher erwähnte Übergangstemperatur, bevor es in den stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel gelangt. Auf diese Weise ist in dem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel das Natriumcarbonat im Wesentlichen in wasserfreiem Zustand. Per definitionem ist der stromabwärts gelegene Bereich der Trommel ein Bereich der Trommel, der direkt benachbart dem stromabwärts gelegenen Ende angeordnet ist, entsprechend z.B. 10 % der Länge der Trommel gerechnet vom stromabwärts gelegenen Ende. Bevorzugt wird das Natriumcarbonat-Monohydrat in die Trommel mit einer Temperatur von mehr als 50°C, z.B. 80 bis 100°C eingeführt und das wasserfreie Natriumcarbonat wird aus der Trommel mit einer Temperatur von mehr als 107°C entnommen, bevorzugt jedoch nicht mehr als 200°C, z.B. 120 bis 180°C.
• Erfindungsgemäß wird ein Teil des Natriumcarbonats aus dem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel in den stromaufwärts gelegenen Bereich zurückgeführt und das Zurückführen wird im Inneren der Trommel durchgeführt. Der Teil des Natriumcarbonats, der aus dem stromabwärts gelegenen Bereich in den stromaufwärts gelegenen Bereich zurückgeführt wird, ist nicht kritisch, um das erfindungsgemäß gewünschte Ergebnis zu erreichen. Er ist allgemein mindestens 50 Vol.-% (bevorzugt 75 Vol.-%) bezogen auf den Volumendurchfluss an Natriumcarbonat-Monohydrat, das in den stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel eingeführt wird. Er überschreitet im Allgemeinen 250 % (bevorzugt 200 %) bezogen auf diesen Volumendurchfluss nicht, wobei die am besten geeigneten Volumenanteile 75 bis 150 % sind.
• Es wurde beobachtet, dass dann, wenn alle anderen Bedingungen gleich sind, bei Durchführung der Rückführung des wasserfreien Natriumcarbonats im Inneren der Trommel die Korrosion der Trommel stark vermindert wird bezogen auf den Fall, in dem das Rückführen von außen in die Trommel bewirkt wird. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, nehmen die Erfinder an, dass in den Verfahren des Standes der Technik die Korrosion des Ofens mit der hygroskopischen Natur des wasserfreien Natriumcarbonats und der im Ofen herrschenden Temperatur zusammenhängt und dass man, wenn man das Rückführen des wasserfreien Natriumcarbonats im Inneren des Ofens durchführt, ein unerwünschtes Eintreten von Luft vermeidet und dadurch eine Oxidation der Ofenwand.
• In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt man, um das wasserfreie Natriumcarbonat zurückzuführen, dieses von dem stromabwärts gelegenen Bereich zu dem stromaufwärts gelegenen Bereich in einem in der Trommel koaxial angeordneten Rohr kreisen. In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt die Zirkulation des wasserfreien Natriumcarbonats im Inneren des Rohrs vorteilhafterweise mit Hilfe einer archimedischen Schnecke bewirkt. Hierzu wird die archimedische Schnecke vorteilhafterweise mit dem Rohr verbunden, das wiederum selbst mit der Trommel verbunden ist, wobei die Entnahme der Natriumcarbonat-Fraktion in dem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel und das Überführen in das Rohr mit Hilfe mindestens einer an der Rohrwand befestigten Schaufel oder einem Trog erreicht werden, die/der bezogen auf das Ende des Rohrs stromabwärts angeordnet ist. Ein für diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter Trocknungsofen ist der in US-A-2 851 792 beschriebene.
• Die Einzelheiten der Erfindung werden nun genauer gezeigt durch die folgende Beschreibung der einzigen Figur der beigefügten Zeichnung, die eine Längsansicht eines Trocknungsofens im Querschnitt, teilweise aufgebrochen, ist, der an die Durchführung der speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst ist.
• Der in der Zeichnung dargestellte Trocknungsofen entspricht dem in US-A-2 851 792 beschriebenen. Er umfasst eine Trommel 1, die an den Sockeln 2 befestigt ist, unter Zwischenschaltung von Wälzlagern 3, so dass er sich um seine longitudinale Achse unter Einwirkung eines Motors, nicht gezeigt, drehen kann. Die Trommel hat eine Neigung von ungefähr 0,25 %. Am stromaufwärts gelegenen Ende 4 ist die Trommel 1 in Verbindung mit einer festen Einfassung 5, die einerseits mit einer Zuführvorrichtung (nicht gezeigt) für pulverförmiges Natriumcarbonat-Monohydrat und andererseits mit einer Rohrleitung (nicht gezeigt) zum Auslass von Wasserdampf verbunden ist. Am stromabwärts gelegenen Ende 6 tritt die Trommel 1 in eine Einfassung 7 ein, die mit einer Vorrichtung (nicht gezeigt) zur Entnahme von wasserfreiem Natriumcarbonat aus der Trommel versehen ist. Die Zuführvorrichtung für Natriumcarbonat-Monohydrat in der Trommel 1 und die Vorrichtung zur Entnahme von wasserfreiem Natriumcarbonat sind wohlbekannt.
• Ein zylindrisches Rohr 8 ist im Inneren der Trommel 1 in solcher Weise angeordnet, dass seine Achse genau mit der Achse der Trommel zusammenfällt. Das Rohr 8 ist an den beiden Enden offen und enthält eine archimedische Schnecke 9. Die archimedische Schnecke 9 ist mit der Rohrwand 8 verbunden und diese ist mit der Wand der Trommel 1 durch Stege 10 verbunden. Nahe dem stromabwärts gelegenen Ende der Trommel 1 trägt das Rohr 8 eine Reihe von peripher angeordneten Schaufeln 11.
• Der Ofen weist außerdem im Inneren der Trommel 1 ein Rohrsystemnetz, nicht gezeigt, auf, das benachbart zur Wand der Trommel angeordnet ist und dazu bestimmt ist, dass Wasserdampf und dessen Kondensat zur Erwärmung der Atmosphäre der Trommel durchgeleitet wird.
• Wenn das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe des in der Zeichnung dargestellten Ofens durchgeführt wird, lässt man den Wasserdampf durch das Rohrleitungssystem in solcher Weise zirkulieren, dass die Trommel eine Temperatur bekommt, die höher ist als die Temperatur des Übergangs von wasserfreiem Natriumcarbonat zu Natriumcarbonat-Monohydrat und man bringt die Trommel in Rotation. Man führt das Natriumcarbonat-Monohydrat in die Trommel 1 über die Einfassung 5 stromaufwärts ein. Während des Drehens der Trommel wandert das Natriumcarbonat-Monohydrat zum stromabwärts gelegenen Ende der Trommel und wird in wasserfreies Natriumcarbonat umgewandelt, sobald seine Temperatur in der Trommel die Temperatur des vorher angegebenen Übergangs übersteigt. Am stromabwärts gelegenen Ende der Trommel läuft das wasserfreie Natriumcarbonat durch die Einfassung 7, von wo es entnommen und gewonnen wird. Da die Trommel etwas geneigt gehalten wird, steigt der in der Trommel gebildete Wasserdampf von stromabwärts nach stromaufwärts und wird in der Einfassung 5 entnommen.
• Eine Stufe (nicht gezeigt), die am stromabwärts gelegenen Ende der Trommel vorgesehen ist, hält das Niveau des Materials in der Trommel ziemlich konstant, so dass unter der Einwirkung des Drehens die Schaufeln 11 in regelmäßigen Intervallen das wasserfreie Natriumcarbonat aus der Trommel schöpfen und es in das Rohr 8 leiten. Das so in das Rohr 8 geleitete wasserfreie Natriumcarbonat wird dort eingefangen mit der archimedischen Schnecke und bis zum stromaufwärts gelegenen Ende der Trommel geleitet, wo es mit dem Natriumcarbonat-Monohydrat, das in die Trommel aus der Einfassung 5 eintritt, vereinigt wird. Die Schaufeln 11 sind z.B. so dimensioniert, dass der Volumendurchfluss an wasserfreiem Natriumcarbonat, das in dem Rohr 8 stromaufwärts geleitet wird und dann wieder absinkt ungefähr gleich ist dem Volumendurchfluss an Natriumcarbonat-Monohydrat, das in die Trommel 1 von der stromaufwärts gelegenen Einfassung 5 her eintritt. Insbesondere wird das Temperaturprofil in der Trommel vorteilhafterweise so gesteuert, dass das Natriumcarbonat-Monohydrat mit einer Temperatur von ungefähr 100°C in die Trommel eingeführt wird und dass das wasserfreie Natriumcarbonat am Ausgang eine Temperatur von ungefähr 150°C hat.
• Das Verfahren, das hier unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben wurde, findet eine vorteilhafte Anwendung bei der Behandlung von Natriumcarbonat-Monohydrat, das als Zwischenprodukt bei der Herstellung von Natriumcarbonat durch Raffination von Trona erhalten wurde. Es findet auch Anwendung bei der Herstellung von schwerem Soda durch Entwässerung von Natriumcarbonat-Monohydrat, das ausgehend von leichtem Soda erhalten wurde, das mit dem Ammoniak-Verfahren zur Soda-Herstellung hergestellt wurde.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat, wobei man einen Trocknungsofen verwendet, der eine sich drehende Trommel umfasst, das Natriumcarbonat-Monohydrat in einen stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel einführt, das wasserfreie Natriumcarbonat in einem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel gewinnt und in den stromaufwärts gelegenen Bereich einen Teil des wasserfreien Natriumcarbonats aus dem stromabwärts gelegenen Bereich zurückführt, dadurch gekennzeichnet, dass das Zurückführen des wasserfreien Natriumcarbonats im Inneren der Trommel erfolgt und ein Eintreten von Luft verhindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das wasserfreie Natriumcarbonat, um es zurückzuführen, von dem stromabwärts gelegenen Bereich zum stromaufwärts gelegenen Bereich durch ein Rohr zirkulieren lässt, das koaxial in der Trommel angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Natriumcarbonat in dem Rohr durch Drehung einer archimedischen Schnecke, die in dem Rohr angeordnet ist, zirkulieren lässt, wobei die archimedische Schnecke mit dem Rohr verbunden ist, das wiederum mit der Trommel verbunden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man den Anteil des wasserfreien Natriumcarbonats mit mindestens einer an der Rohrwand befestigten Schaufel hochhebt, die in dem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel angeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Natriumcarbonat-Monohydrat in die Trommel mit einer Temperatur von 80 bis 100°C eingeleitet wird und dass das wasserfreie Natriumcarbonat der Trommel mit einer Temperatur von 120 bis 180°C entnommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des wasserfreien Natriumcarbonats, der zurückgeführt wird, 75 bis 150 Vol.-% bezogen auf den Volumendurchfluss des Natriumcarbonat-Monohydrats, das in den stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel eingeleitet wird, beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Natriumcarbonat-Monohydrat einsetzt, das als Zwischenprodukt bei der Herstellung von Natriumcarbonat durch Raffination von Trona erhalten wurde.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Natriumcarbonat-Monohydrat einsetzt, das ausgehend von leichtem Soda erhalten wurde, das hergestellt wurde mit dem Ammoniak-Soda-Verfahren.