Während des Solvay-Verfahrens werden Ammoniumbicarbonat und Natriumchlorid in Natriumbicarbonat und Ammoniumchlorid umgewandelt. Durch Erhitzen entsteht Natriumcarbonat (Soda), ein wichtiger Rohstoff, der zur Herstellung mehrerer häufig verwendeter Produkte verwendet wird. Ammoniak wird durch die Umwandlung von Ammoniumchlorid mit Kalkmilch (Ca(OH)2) fast vollständig zurückgewonnen.
Diese Process Application Note beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen Online-Überwachung des Ammoniakgehalts in der gesättigten Natriumchlorid-Solelösung nach der Absorptionskolonne und garantiert so eine optimale Produktausbeute in der Karbonisierungskolonne. Der 2035 Process Analyzer von Metrohm Process Analytics ist die ideale Lösung zur Überwachung u. A. von Ammoniak im Solvay-Prozess sowie z. B. Alkalität, Karbonat, Chlorid, Calciumoxid und Kohlendioxid.
Soda, auch bekannt als Natriumcarbonat (Na2CO3), ist eine Schlüsselchemikalie bei der Herstellung vieler Produkte wie Glas, Seife und Papier sowie beim Auswaschen von Schwefelverbindungen aus Rauchgasen. Soda kann auf zwei Wegen gewonnen werden: das industrielle Solvay-Verfahren oder den Abbau aus Erzen (Trona und Nahcolit). In Europa, wo die Gewinnung von Erzen nicht wirtschaftlich ist, wird das Solvay-Verfahren eingesetzt [1].
Die wichtigsten Komponenten, die für den Solvay-Prozess neben Wasser benötigt werden, sind Kalkstein (CaCO3), Sole (gesättigtes NaCl(aq)), Ammoniak (NH3, 10-35%) und Kohlenstoff (Koks) für den Kalkbrennofen (Ofen) (Abbildung 1). Zunächst wird Ammoniakgas in eine konzentrierte Solelösung absorbiert. Der Kalkstein wird erhitzt, wobei CaO(s) (das in einem letzten Schritt verwendet wird) und CO2(g) entstehen , das mit der ammoniakthaltigen Sole in einer Karbonisierungskolonne zu Ammoniumbicarbonat ((NH4)HCO3) umgewandelt wird. Dieses Zwischenprodukt zerfällt sehr leicht, reagiert aber in Gegenwart der Solelösung weiter zu NH4Cl (Ammoniumchlorid) und NaHCO3 (Natriumbicarbonat). Das Natriumbicarbonat wird dann durch Filtration entfernt und erhitzt, um das Endprodukt herzustellen: Soda (Na2CO3). Das CaO(s) (Restprodukt von der Kalkerhitzung) wird mit Wasser gemischt (gelöscht), um Ca(OH)2 zu bilden, das zur Rückgewinnung von NH3 durch Reaktion mit der NH4Cl-Lösung verwendet wird. Ammoniak wird dann innerhalb des Prozesses zurückgewonnen (Abbildung 1).
Eine engmaschige und kontinuierliche Überwachung des Ammoniak-Gehalt in der gesättigten Lauge nach der Absorptionskolonne ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Effizienz und Sicherheit des Prozesses. Eine manuelle Analyse der Sole ist unerwünscht, da die gewonnenen Daten nicht die tatsächlichen Prozessbedingungen darstellen. Metrohm Process Analytics Prozessanalysatoren sind in der Lage, die Menge an Ammoniak in gesättigter Sole nach der Absorptionskolonne zu überwachen und die Konzentrationen anzupassen, um eine gute Produktausbeute in der Karbonisierungskolonne zu gewährleisten. Darüber hinaus kann sofort ein Alarm an die Leitwarte gesendet werden, wenn die Ammoniakkonzentrationen außerhalb der Spezifikation liegen.
Die mit HCl angesäuerte Probe wird mit einer NaOH-Maßlösung genau titriert. Die Endpunktindikation wird mit einer kombinierten pH-Elektrode durchgeführt, und das Ergebnis wird als Ammoniak mit einem 2035 Process Analyzer - Potentiometrie berechnet (Abbildung 2).
Table 1. Measured parameter in saturated brine streams.
| Parameters | Concentration [g/L] |
|---|---|
| NH4+ | 55–135 |
Other online applications are available for soda ash manufacturers such as alkalinity, carbonate, chloride, calcium oxide, carbon dioxide, and hardness.
Metrohm Process Analytics offers automated online process solutions to monitor ammonia in saturated brine around the clock. The 2035 Process Analyzer - Potentiometric can measure not only ammonia, but it is also suitable for monitoring alkalinity, carbonate, chloride, calcium oxide, carbon dioxide, and hardness to optimize process efficiency.
- Erhöhte Endproduktqualität durch ständige Online-Überwachung
- Sicherere Arbeitsumgebung durch automatisierte Probenahme und Analyse
- Vollautomatische Diagnose – automatische Alarme alarmieren Prozessbediener sofort für Korrekturmaßnahmen, wenn Soleströme außerhalb der eingestellten Spezifikationsparameter liegen
- Jones, T.; Dunwoodie, M.; Boucher-Ferte, V.; Reiff, O. Chemicals for Beginners; Vth edition; Deutsche Bank, 2011.
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