Das Ammoniak-Soda-Verfahren
Das Sodawerk Staßfurt produziert seit 1883 Soda nach dem Ammoniak-Soda-Prozess. Die Ausgangsstoffe sind Natriumchlorid (Kochsalz) und Calciumcarbonat (Kalkstein), die Herstellung erfolgt im wesentlichen nach folgender Bruttogleichung:
2 NaCl + CaCO3
=
Na2CO3 + CaCl2
Auf diesem direkten Weg ist die Umsetzung nicht durchführbar. Sie wird jedoch über die Zwischenprodukte Ammoniumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat ermöglicht. Das Ammoniak ist nur ein Hilfsstoff, der an der Bruttoreaktion nicht beteiligt ist und im ständigen Kreislauf geführt wird. Durch den auf den Grundprozess aufgeschalteten Ammoniakkreislauf wird die Sodaproduktion sowohl apparatemäßig als auch betrieblich kompliziert und in technologisch realisierbare Einzelschritte zerlegt.
1. Herstellung der Salzsole
In sogenannten Kavernen wird Wasser in die Lagerstätte des Salzes geleitet, das NaCl bis zur Sättigung gelöst und die so gewonnene Rohsole zur Solereinigung gefördert. Aus der Rohsole werden dort die härtebildenden Elemente Calcium und Magnesium entfernt. Die dabei entstehende Reinsole gelangt in die nächste Verfahrensstufe Absorption.
2. Absorption des Ammoniaks
Das in der Destillation zurückgewonnne Ammoniak wird in der Reinsole absorbiert und es entsteht eine ammoniakalische Salzsole, die anschließend mit dem Restgas der Carbonisierung carbonisiert wird.
Die Reinsole wäscht zunächst das Restgas der Carbonisierung (NH3, CO2), das noch erhebliche Anteile an CO2 enthält, nahehezu ammoniakfrei und wird anschließend in der Absorptionsstufe mit Ammoniak der Destillationsstufe nachgesättigt.
NaCl + NH3 + H2O | -------> | NaCl + NH4OH |
2 NH4OH + CO2 | -------> | (NH4)2CO3 + H20 |
3. Carbonisierung der ammoniakalischen Salzsole
Die ammoniakalische Salzsole wird mit CO2, das bei dem Kalkbrennen und der Calcination entsteht, versetzt. Zuerst entsteht Ammoniumhydrogencarbonat, das anschließend mit dem Natriumchlorid zu Natriumhydrogencarbonat reagiert. Aufgrund der Löslichkeitsverhältnisse fällt dieses als Kristall aus.
(NH4)2CO3 + CO2 + H2O | -------> | 2 NH4HCO3 |
NH4HCO3 + NaCl | -------> | NaHCO3 + NH4Cl |
4. Filtration
Mit Hilfe von Vakuumtrommelfiltern erfolgt die Trennung der aus der Carbonisation zugeführten Suspension in festes Natriumhydrogencarbonat und Mutterlauge.
5. Calcination
In dampfbeheizten Drehrohröfen zersetzt sich das Natriumhydrogencarbonat in Soda und Co2. Das dabei entstehende hochkonzentrierte CO2-Gas (> 95 %) wird nach der Mischung mit Kalkofengas (40 %) und anschließender mechanischer Verdichtung als Mischgas in den Fällkolonnen zur Carbonisation der ammoniakalischen Sole eingesetzt.
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6. Destillation
Die Mutterlauge aus der Filtrationsstufe enthält das in der Absorption eingeführte Ammoniak in Form des Ammoniumchlorids. Durch Einsatz von Kalkmilch wird in der Destillation das Ammoniak zurückgewonnen. Das gebildete Calciumchlorid ist nicht weiter verwendbar und bildet mit dem nicht umgesetzten NaCl die Endlauge.
2 NH4Cl + Ca(OH)2 | Q | 2 NH3 + CaCl2 + 2 H2O |
7. Kalkbrennen
Die thermische Spaltung des im Kalkstein enthaltenen Calciumcarbonat erfolgt in Kalköfen mit Hilfe von Koks. Das frei werdende Kohlendioxidgas wird komprimiert und anschließend als sogenanntes Armgas oder, wie in der Calcinationsstufe beschrieben, als Mischgas an den Fällkolonnen zur Carbonisation eingesetzt.
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8. Kalklöschen
Der beim Kalkbrennen gebildete Branntkalk (CaO) wird in Löschtrommeln mit Wasser versetzt und gelöscht.
CaO + H2O | -------> | Ca(OH)2 |
Die dabei entstehende Kalkmilch dient der Rückgewinnung des Ammoniaks in der Destillationsstufe.
