DE2842635C3 - Process for the production of hydrochloric acid - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung vor. Chlorwasserstoffsäure. Bei vielen chemischen Verfahren werden große Mengen Chlorwasserstoffsäure verwendet und ein Verfahren, das die Herstellung von Chlorwasserstoffsäure aus im wesentlichen Abfallmaterialien und ohne besonders großen Energieaufwand ermöglicht, ist technisch interessant.The invention relates to a method for producing before. Hydrochloric acid. With many chemical Process, large amounts of hydrochloric acid are used and one process that is the manufacture of hydrochloric acid from essentially waste materials and without a particularly large expenditure of energy is technically interesting.
Bei vielen Verfahren, beispielsweise dem Solvay-Verfahren, das mit wasserfreiem Natriumcarbonat arbeitet, oder bei Verfahren, bei denen man Chlorwasserstoffsäure als Reaktionspartner einleitet, fallen große Mengen an Kalziumchlorid als Abfall an, dessen Beseitigung wegen seiner großen Löslichkeit Schwierigkeiten bereitet. Deshalb ist ein Verfahren, das es ermöglicht, Chlorwasserstoffsäure aus solchen Abfall-CaCI2 herzustellen, und wodurch gleichzeitig Kalziumchlorid in ein unschädliches und unter Umständen sogar brauchbares Material überführt wird, sehr attraktiv.In many processes, for example the Solvay process, which uses anhydrous sodium carbonate, or processes in which hydrochloric acid is introduced as a reactant, large amounts of calcium chloride are produced as waste, which is difficult to dispose of because of its high solubility. Therefore, a process which makes it possible to produce hydrochloric acid from such waste CaCl 2 , and which at the same time converts calcium chloride into a harmless and possibly even usable material, is very attractive.
Es ist bereits bekannt, daß Kalziumchlorid durch Erhitzen auf Temperaturen oberhalb HOO0C in Gegenwart von Wasserdampf unter Bildung von HCI-GaE behandelt werden kann. Die Wärmeenergie und die für diese Verfahren erforderliche Temperatur kann man erheblich vermindern durch eine Pyrohydrolyse von CaCI; in Gegenwart von Siliziumdioxyd. Die Umsetzung von CaO mit SiO2 ist exotherm, so daß die Einführung von Siliziumdioxyd in die Reaktion eine Verminderung der Energieerfordernisse bewirkt. Bei der praktischen technischen Verwirklichung dieses anscheinend so attraktiven Verfahrens durch Erhitzen einer Mischung von CaCI. und zermahlenem Quarz in Gegenwart von Wasser auf hohe Temperaturen waren die erzielten Ergebnisse wirtschaftlich enttäuschend. Die Reaktionsgeschwindigkeit war zu niedrig und das Quarz, das in dem Abgasstrom enthalten war, verursachte einen hohen Abrieb in der Vorrichtung. Deshalb wurde dieses Verfahren zur Herstellung von Chlorwasserstoffsäure als technisch noch nicht ausreichend entwickelt angesehen.It is already known that calcium chloride can be treated by heating to temperatures above HOO 0 C in the presence of water vapor with the formation of HCl-GaE. The thermal energy and the temperature required for this process can be reduced considerably by pyrohydrolysis of CaCl; in the presence of silicon dioxide. The reaction of CaO with SiO 2 is exothermic, so that the introduction of silicon dioxide into the reaction causes a reduction in the energy requirements. In the practical engineering of this apparently so attractive process by heating a mixture of CaCl. and ground quartz in the presence of water at high temperatures, the results obtained were economically disappointing. The reaction rate was too slow and the quartz contained in the exhaust gas flow caused high wear in the device. Therefore, this process for the production of hydrochloric acid has not been considered to be sufficiently technically developed.
Bei Verfahren zur Gewinnung von Aluminiumoxyd aus kieselsäurehaltigen Mineralien durch Einwirkung von starken wäßrigen Säuren, wie Schwefelsäure oder Chlorwasserstoffsäure werden große Mengen der so zersetzten Silikate in sehr feinteiliges und poröses amorphes Siliziumdioxyd überführt Es wurde festgestellt, daß dieses Abfall-Siliziumdioxyd, das man normalerweise als inert bezeichnen würde, wesentlich reaktiver mit alkalischen Materialien bei hohen Temperaturen ist, aJs gemahlenes Quarz, wie es in den vorher erwähnten nicht erfolgreichen Verfahren verwendet wurde, und daß diese Abfälle im wesentlichen => nicht kristallin sind und die Teilchen so klein sind, daß sie eine viel geringere Abriebwirkung zeigen, wenn sie in den Luftstrom, der als Träger für den Wasserdampf bei der Pyrohydrolyse von Kalziumchlorid verwendet wird, enthalten wird. Die Abfall-Siliziumdioxydmassen haben auch eine große innere Oberfläche (Porosität) während die Quarzkristalle nur an ihrer äußeren Oberfläche aktiv sind.In the process of extracting aluminum oxide from silicic acid-containing minerals by the action of strong aqueous acids such as sulfuric acid or hydrochloric acid, large amounts of the so decomposed silicates are converted into very finely divided and porous amorphous silicon dioxide.It has been found that this waste silicon dioxide, which is normally considered inert is much more reactive with alkaline materials at high temperatures, as ground quartz, as used in the previously mentioned unsuccessful processes, and that these wastes are essentially => non-crystalline and the particles are so small that they are a show much less abrasion when included in the air stream used as a carrier for the water vapor in the pyrohydrolysis of calcium chloride. The waste silica masses also have a large inner surface (porosity) while the quartz crystals are only active on their outer surface.
Der gemahlene Quarz (Korngröße kleiner als 0,08 mm), der bei den früheren Verfahren verwendet wurde, hatte eine Oberfläche von etwa 0,5 m2 bis 1,0 mVg. Dagegen haben die Siliziumdioxydrückstände aus Säureverfahren, beispielsweise solche, die man bei der Säurebehandlung von Anorthosit (zermahlen auf 0,08 mm) oder von Ton erhält, eine Oberfläche vonThe ground quartz (grain size less than 0.08 mm) used in the earlier processes had a surface area of about 0.5 m 2 to 1.0 mVg. On the other hand, the silicon dioxide residues from acid processes, for example those obtained from the acid treatment of anorthosite (ground to 0.08 mm) or of clay, have a surface area of
jo wenigstens 20 m2/g und mehr und gewöhnlich von 30 bis 60m2/g, je nach dem Ursprung des behandelten Siliziumdioxyd-haltigen Minerals und den während der Säureeinwirkung angewendeten Bedingungen. Oberfläche/g und Teilchengröße stehen selbstverständlichjo at least 20 m 2 / g and more usually from 30 to 60m 2 / g, depending on the origin of the treated silica-containing mineral, and the applied during the acid exposure conditions. Surface / g and particle size are of course included
i! zueinander in Beziehung.i! in relation to each other.
Im allgemeinen ist es schwierig, die Siliziumdioxydrückstände aus sauren Verfahren zu waschen und diese müssen daher sorgfältig für eine sichere Abfall-Lagerung neutralisiert werden. Durch das erfindungsgemäßeIn general, it is difficult to remove the silica residue Wash from acidic processes and these must therefore be carefully used for safe waste storage be neutralized. By the invention
•10 Verfahren erübrigt sich die Notwendigkeit einer vollständigen Waschung und Neutralisation.• 10 procedures eliminates the need for one complete washing and neutralization.
Es wurde gefunden, daß CaCI2 in einem großen Ausmaß, beispielsweise zu 90% oder mehr, schneller oder bei niedrigeren Temperaturen pyrohydrolysiertIt has been found that CaCl 2 pyrohydrolyzes to a large extent, for example 90% or more, faster or at lower temperatures
4i werden kann als bei einer Pyrohydrolyse in Gegenwart von zermahlenem Quarz. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung von HCI, bei dem man Kalziumchlorid mit einem molaren Überschuß an SiO2 mit einer Oberfläche von wenigstens 15m2/g bei4i can be compared to a pyrohydrolysis in the presence of ground quartz. The process according to the invention relates to the production of HCl, in which calcium chloride is added with a molar excess of SiO 2 with a surface area of at least 15 m 2 / g
->(i einer Temperatur oberhalb 6000C in Gegenwart von Wasserdampf erhitzt. Die Verfahrenstemperatur liegt vorzugsweise nic!;t erheblich oberhalb 1000°C, weil sonst die Anlage- und Energieerfordernisse zu hoch werden. Je nach der Temperatur, der Oberfläche des-> (i heated to a temperature above 600 0 C in the presence of steam The process temperature is preferably nic; t significantly above 1000 ° C, because otherwise the investment and energy requirements are too high Depending on the temperature, the surface of.!.
ν-, SiO2 und dem Überschuß an verwendeten Wasserdampf ist es im allgemeinen möglich, eine 90%ige Umwandlung von CaCI2 in HCI in einer Verfahrenszeit im Bereich von 20 bis 100 Minuten in einem Festbettverfahren und schneller in einem Fließbettverfahren zu ν-, SiO 2 and the excess steam used, it is generally possible to achieve a 90% conversion of CaCl 2 to HCl in a process time in the range of 20 to 100 minutes in a fixed bed process and faster in a fluidized bed process
Wi erzielen,Wi achieve,
Bei einer zweckmäßigen technischen Verfahrensweise wird eine Mischung aus Kalziumchlorid und aktivem Siliziumdioxyd-haltigen Abfallmaterial der vorher angegebenen Art brikettiert und mit einem Dampfstrom inIn a suitable technical procedure, a mixture of calcium chloride and active Waste material containing silicon dioxide of the type specified above is briquetted and with a stream of steam in
h> einem Fließbettreaktor umgesetzt, oder in einem Tunnel-, Dreh- oder anderem Ofentyp. Das Molverhällnis von CaCb: SiOj in dieser Mischung liegt im allgemeinen im Bereich von 0,25 bis 0,90, wobei 0,90 aush> implemented in a fluidized bed reactor, or in one Tunnel, rotary or other type of furnace. The molar ratio of CaCb: SiOj in this mixture is in generally in the range of 0.25 to 0.90, with 0.90 off
wärmeökonomischen Gründen bevorzugt wird. Eine typische Verweilzeit des Materials bei den genannten Reaktionstemperaturen beträgt 30 Minuten, wobei man die Temperatur so einstellt, daß man eine wenigstens 90%ige und bevorzugterweise wenigstens 95%ige Umwandlung von Kalziumchlorid in HCl erzielt Alternativ kann die Verweilzeit der CaCl2/aktives SiO2-Mischung bei der Reaktionstemperatur in bezug zu einer vorbestimmten Reaktionszeit gewählt werden, um eine vorbestimmte prozentuale Umwandlung oder ein vorbestimmtes HCI/H2O-Verhältnis im Produktgas zu erzielen.is preferred for thermal economic reasons. A typical residence time of the material at the reaction temperatures mentioned is 30 minutes, the temperature being adjusted so that at least 90% and preferably at least 95% conversion of calcium chloride into HCl is achieved. Alternatively, the residence time of the CaCl 2 / active SiO 2 Mixture can be selected at the reaction temperature in relation to a predetermined reaction time in order to achieve a predetermined percentage conversion or a predetermined HCl / H2O ratio in the product gas.
Es wurde festgestellt, daß das Reaktionsprodukt ausIt was found that the reaction product made
der Umsetzung zwischen CaCl2 und SjO2 alpha-CaSiOj ist, das in sehr poröser Form anfällt und für Wärmeisolierungen bei Temperaturen bis zu seinem Schmelzpunkt (etwa 1500° C) geeignet ist. Seine Eignung für diese und andere Zwecke hängt von der Menge an freiem SiO2 ab, die wiederum von dem molaren Überschuß an bei dem Verfahren verwendeten SiO2 abhängtthe conversion between CaCl 2 and SjO 2 is alpha-CaSiOj, which is obtained in a very porous form and is suitable for thermal insulation at temperatures up to its melting point (about 1500 ° C). Its suitability for this and other purposes depends on the amount of free SiO 2 , which in turn depends on the molar excess of SiO 2 used in the process
In der folgenden Tabelle 1 werden die Ergebnisse einer Versuchsreihe gezeigt, die man erzielte beim Erhitzen von CaCl2/aktives SiO2-Abfallmateria! in Brikettform in einem Glimmofen in einer mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre.The following table 1 shows the results of a series of tests which were achieved when CaCl 2 / active SiO 2 waste material was heated! in briquette form in a glow furnace in an atmosphere saturated with water vapor.
Abfall A ist ein Abfall aus aktivem Siliziumdioxyd, das beim Aufschluß von Anorthosit mit Chlorwasserstoffsäure in Gegenwart von Kalzium- und Fluorionen erhalten wurde (s. Britische Patentanmeldung Nr. 41 916/77).Waste A is waste of active silicon dioxide produced when anorthosite is digested with hydrochloric acid in the presence of calcium and fluorine ions (see British patent application No. 41 916/77).
Abfallmaterial B ist ein Abfall aus aktivem Siliziumdioxiyd, das beim Aufschließen von Kaolin mit Schwefelsäure zur Gewinnung von Aluminiumoxyd erhalten wurde.Waste material B is active silica waste, that is when kaolin is broken down with sulfuric acid to produce aluminum oxide was obtained.
Im Gegensatz zu der fast vollständigen Umwandlung von CaCI: zu Chlorwasserstoffsäure unter den vorher angegebenen Bedingisngen wurde festgestellt, daß beim Erhitzen einer Mischung von NaCI und Abfall A im Molverhältnis von 0,25 während 60 Min. auf eine Temperatur von 900 bis HOO0C in Gegenwart eines feuchten Luftstromes die Umwandlung von NaCI nur 22 bis 32% betrug.In contrast to the almost complete conversion of CaCl: to hydrochloric acid under the conditions specified above, it was found that when a mixture of NaCl and waste A in a molar ratio of 0.25 was heated for 60 minutes to a temperature of 900 to HOO 0 C in In the presence of a humid air stream the conversion of NaCl was only 22 to 32%.
Das erfindungsgemäßc Verfahren stellt einen einfachen und billigen Weg zur Herstellung von Chlorwasserstoffsäure und zur Verwertung von Abfall-Kalziumchlorid dar. Es ist besonders geeignet, um Chlorwasserstoffsäure in Verfahren, wie sie in der britischen Patentanmeldung 41 916/77 beschrieben werden, wieder zu gewinnen, bei denen Abfallprodukt aus Kalziumchlorid und aktivem Siliziumdioxyd als Ergebnis des Aufschlusses von Siliziumdioxyd-haltigem Material mit Chlorwasserstoffsäure anfallen.The method according to the invention is a simple one and cheap way of producing hydrochloric acid and recycling waste calcium chloride It is particularly suitable to use hydrochloric acid in processes such as those used in the UK Patent application 41 916/77 are described to recover where waste product from Calcium chloride and active silicon dioxide as a result of the digestion of silicon dioxide-containing Accumulate material with hydrochloric acid.
In einer weiteren Versuchsserie wurden Siliziumdioxydhaltigc Rückstände, die durch Säurebehandlung von Anorthosit entsprechend dem in der britischen Patentanmeldung 41 916/77 beschriebenen Verfahren erhalten worden waren, in Gegenwart von Wasserdampf mil unreinem CaCIi, welches durch Erhitzen bis zur Trockne eines Teiles der verbrauchten Verfahrenslauge (nach dem Ausfällen von AICI3) erhalten worden war, erhitzt. Das unreine CaCI2 enthielt annähernd 10% MgCI2, 8% FeCl3 und 1% TiCl3. Die Wirksamkeit der Umwandlung wurde verglichen mit den Ergebnissen, die man beim Erhitzen von feinzermahlenem Quarz (kleiner als 0,08 mm) mit CaCI2 erzielte.In a further series of tests, residues containing silicon dioxide, which had been obtained by acid treatment of anorthosite in accordance with the process described in British patent application 41 916/77, were treated in the presence of steam with impure CaCli, which was heated to dryness in part of the process liquor used (according to after the precipitation of AICI 3 ), heated. The impure CaCl 2 contained approximately 10% MgCl 2 , 8% FeCl 3 and 1% TiCl 3 . The conversion efficiency was compared to the results obtained when heating finely ground quartz (less than 0.08 mm) with CaCl 2 .
Die Ergebnisse dieser Versuche werden in Tabelle 2 gezeigt, aus welcher ersichtlich wird, daß der Grad derThe results of these experiments are shown in Table 2, from which it can be seen that the degree of
•r> Umwandlung, den man bei der Umsetzung von Quarz mit CaCI2 erzielen kann, in der gleichen Behandlungszeit durch die Umsetzung von Anorthositrückständen mit unreinem CaCI2 bei Temperaturen, die annähernd 100° C niedriger liegen, erzielt wird.• r> Conversion, which can be achieved by reacting quartz with CaCl 2, is achieved in the same treatment time by reacting anorthosite residues with impure CaCl 2 at temperatures that are approximately 100 ° C lower.
Wegen der bekannten Vorteile von Fließbetten wurde eine solche Verfahrensweise im Laboratorium durchgeführt. Ein senkrechtes Rohr mit einem Durchmesser von 3,8 cm wurde von außen auf 600 bis 1000° C erhitzt. Das Bett wurde mit 50-g-Briketts aus Kalzi-Because of the known advantages of fluidized beds, such a procedure has been used in the laboratory carried out. A vertical tube with a diameter of 3.8 cm was heated from the outside to 600 to 1000 ° C heated. The bed was filled with 50 g briquettes of calcium
v> umchlorid-Siliziumdioxyd-Rückständen (Korngröße 0,8 χ 0,2 mm), wobei der Siliziumdioxydrückstand eine Oberfläche von mehr als 15mJ/g hatte. Das Fluidgas bestand aus Stickstoff, enthaltend 0,6 bis 3,6 Gew.% Wasser, und strömte mit 25 1 pro Minute.v> monium chloride-silica residues (particle size 0.8 χ 0.2 mm), the Siliziumdioxydrückstand g had a surface area of more than 15m J /. The fluid gas consisted of nitrogen containing 0.6 to 3.6% by weight of water and flowed at 25 liters per minute.
M) Die erzielte Gleichgewichtskonstante stimmte weitgehend mit dem Siedepunkt, berechnet aus den thermodynamischen Werten, überein. Die Umsetzung war bei 800°C in weniger als 30 Min. beendet. Geht man von festen, feuchten Materialien aus, so lassen sich dieM) The achieved equilibrium constant was largely correct with the boiling point calculated from the thermodynamic values. The implementation was completed in less than 30 minutes at 800 ° C. Assuming solid, moist materials, the
hi Wärmeerfordernisse ungefähr berechnen mit 550 bis 75OxIO6 Cal/t trockenen Kalziumchlorids, was einen sehr vorteilhaften Wert anzeigt.Calculate hi heat requirements approximately at 550 to 75OxIO 6 Cal / t dry calcium chloride, which indicates a very favorable value.
siOi (molar)CaO ,, Λ
siOi (molar)
hydro% pyro
hydro
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