Chem-Anorg\NaOH(Amalgam)-DE-2000

Referenzen

# 1 Tötsch 1990
# 2 Ullmann 1993b
# 3 BUWAL 1991

Metadaten

Datenqualität mittel (sekundäre/abgeleitete Daten)
Dateneingabe durch Wolfgang Jenseit
Quelle Öko-Institut
Review Status Review in Arbeit
Review durch Wolfgang Jenseit
Letzte Änderung 07.06.2010 23:53:26
Sprache Deutsch
Ortsbezug Deutschland
Technologie Chemie - Prozesse
Technik-Status Bestand
Zeitbezug 2000
Produktionsbereich 24.13 Herstellung von sonstigen anorganischen Grundstoffen und Chemikalien
SNAP Code 4.4 Prozesse in der anorganischen chemischen Industrie
GUID {0E0B2736-9043-11D3-B2C8-0080C8941B49}

Verknüpfungen

Produkt liefernder Prozess Bedarf   Transport mit Länge
Hauptinput
Steinsalz Xtra-Abbau\Steinsalz-DE-2000    
Hilfsmaterial
Wasser (Stoff) Xtra-generisch\Wasser 45,410000 kg/kg
Soda Chem-Anorg\Soda-DE-2000 24,000*10-3 kg/kg
Hilfsenergie
Elektrizität Netz-el-DE-2000-Grundlast 1,5000*10-3 MWh/kg
Hauptoutput
NaOH
Verwendete Allokation Allokation durch Gutschriften
Koppelprodukt Menge   Gutschrift bei
Prozesswärme 350,00*10-6 MWh/kg H2-Kessel-DE-2000

Kenndaten

Leistung 1,0000000 t/h
Auslastung 5,00000*103 h/a
Lebensdauer 20,000000 a
Flächeninanspruchnahme 0,0000000 m²
Beschäftigte 0,0000000 Personen
Nutzungsgrad 131,93000 %
Leistung von 10,000*10-6 bis 1,00000*109 t/h
Benutzung von 1,0000000 bis 8,76000*103 h/a

Direkte Emissionen

Produktionsabfall 67,000*10-3 kg/kg

Kosten


Kommentar

Natronlaugeherstellung (Amalgamverfahren); Natronlauge (NaOH) wird heute elektrochemisch dargestellt. In dieser Prozeßeinheit wird die Herstellung der Natronlauge durch Elektrolyse von Natriumchlorid (Chlor/Alkali-Elektrolyse) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozeß liefert neben Natronlauge stets Chlor (Cl2) und Wasserstoff (H2). Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid (NaCl) in Wasser gelöst. Der Elektrolyt wird im Kreis geführt. Das Kernstück des Verfahrens ist die Quecksilberzelle, in der an einer Graphit- oder Titan-Elektrode aus der Kochsalzlösung reines gasförmiges Chlor abgezogen werden kann. An der flüssigen Quecksilberkathode bildet sich eine Natrium-Quecksilberverbindung (Amalgam), aus der im Amalgamzersetzer eine sehr reine 50 %ige Natronlauge gewonnen wird. Die Hauptnachteile des Verfahrens liegen in den Quecksilberemissionen und dem hohen Stromverbrauch. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Prozeßsituierung Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren zur Herstellung von Natronlauge aus NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. Die weltweite Verteilung der Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren kann für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1993). In der BRD entfielen 1985 ca. 63 % der gesamten Chlorproduktion auf das Amalgamverfahren, ca. 31 % auf das Diaphragmaverfahren und ca. 6 % auf sonstige Verfahren (HCl, Schmelzfluß) (#1). Das Membranverfahren stellt das derzeit modernste Verfahren dar. In der Bundesrepublik sind jedoch nur Versuchsanlagen bei der Hoechst AG und der Bayer AG in Betrieb (UBA 1991). Die Produktion an NaOH betrug 1990 in Europa ca. 8,67 Mio. Tonnen. Die Weltproduktion belief sich 1990 auf 38,43 Mio. Tonnen pro Jahr (#2). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Natronlaugeherstellung in Deutschland Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 Produktionskapazitäten 1990 in Prozent (#2). Prozeß USA Kanada Westeuropa Japan Amalgam 18 15 65 0 Diaphragma 76 81 29 20 Membran 6 4 6 80 Allokation: Bei der Elektrolyse entstehen Cl und NaOH im molaren Verhältnis von 1 zu 1. Entsprechend diesem Verhältnis werden die Gesamtwerte der Elektrolyse (Massenbilanz, Energiebedarf, Emissionen, Wasser) zwischen Chlor und Natriumhydroxid zu gleichen Anteilen aufgeteilt. Rechnet man das molare Verhältnis auf Massen um, so enstehen pro Tonne NaOH (100 %ig) 0,887 Tonnen Cl2. Die Kennziffern werden für 100 %iges Natriumhydroxid berechnet. Das verkaufsfertige Produkt des Prozesses stellt 50 %ige Natronlauge (wässrige Lösung) dar. Um diesem Unterschied zwischen der Bilanzierung und dem tatsächlichen Produkt Rechnung zu tragen, wird der hier bilanzierten Prozeßeinheit der Natronlaugeherstellung eine fiktive Verdünnung der 100 %igen NaOH zu wässriger 50 %iger Natronlauge nachgeschaltet (Prozeßeinheit: Chem-Anorg\NaOH 50 %). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 24,8 kg Wasserstoff (H2)/t NaOH. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift berechnet (siehe „H2-Kessel-D“), die zu jeweils 50 % der Chlor- und der Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne NaOH (und gleichzeitig 0,887 t Cl2) werden als Rohstoff 1516 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten vor der Elektrolyse zu entfernen werden 48 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (134 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 24,8 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS). [Aus #1 , umgerechnet auf 1 t NaOH]. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel der Natronlauge 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung von Chlor. Energiebedarf Der Energiebedarf für den Gesamtprozeß der Herstellung einer Tonne Natriumhydroxid und 0,887 Tonnen Chlor für die verschiedenen Verfahren kann nach (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % des Mittelwerts der Werte aus Tabelle 2 - 1500 kWh/t NaOH - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t NaOH und 0,887 t Cl2 Energie [kWh] Amalgam Diaphragma Membran elektr. Energie 2800-3200 2500-2600 2300-2500 Dampf(äquivalent) 0 700-900 90-180 Summe 2800-3200 3200-3500 2390-2680 Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf in #1 mit 3280 kWh/t NaOH + 0,887 t Cl2 elektrischer Energie - nach Allokation: 1640 kWh/t NaOH - angegeben (Werte wurden von der Chlorherstellung auf die Herstellung von NaOH umgerechnet). Da die Werte aus #2 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Emissionen: Die Quecksilber(Hg)-Emissionswerte (Luft, Wasser und Deponie) wurden auf der Grundlage von Daten aus dem Jahr 1985 berechnet [#1, siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) pro Tonne für die Natronlaugenherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor bzw. 2,48 Mio. t NaOH) aufgelistet. Tabelle 3 Hg-Gesamtemissionen bei der Chlorherstellung in Tonnen für das Jahr 1985. Wasser Luft Produkte Deponie Summe [t] 0,20 4,20 1,10 36,30 [g Hg/t NaOH] 0,04 0,85 0,22 7,32 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (#1). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten in #3, die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t NaOH (Anteil für NaOH an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,417 g (Luft) und 0,0248 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden in #3 mit 0,222 g/t NaOH beziffert. Weiterhin wird in #3 für das Abwasser eine Fracht von 0,510 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne NaOH angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (450 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (24 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (222 kg), dem Prozeßwasser (1463 kg) und dem Kühlwasser (88652 kg) zusammen [aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH und 0,887 t Cl2]. Die Abwassermenge wird in #1 mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produzierten Chlor angegeben. Der Wasserbedarf wurde anteilig unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugenherstellung aufgeteilt.