Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einheit und ein Verfahren zur Rückgewinnung von Chlorwasserstoff (HCl) aus chlorwasserstoffsauren, mit schwer- oder nichtflüchtigen Verun reinigungen belasteten, wässrigen Flüssigkeiten, die insbesondere bei der Herstellung von Aluminiumoxid als Nebenproduktstrom, anfallen.

Beschreibung

Aluminiumoxid kann aus Bauxit gewonnen werden. Überwiegend wird dazu der Bayer-Pro zess angewendet, wobei Bauxit unter Druck mit Natriumhydroxid (z.B. 7 bar, 180°C) aufge schlossen wird, unlösliche Verunreinigungen abgetrennt und Aluminiumhydroxid aus dem Überstand ausgefällt wird. Das Aluminiumhydroxid wird durch Calcination zu Aluminiumoxid umgesetzt. Dieser Prozess benötigt sehr viel Energie. Als dieser Prozess entwickelt wurde, standen Erze mit hohen Aluminiumgehalten in ausreichender Menge zur Verfügung.

Die heute verbleibenden aluminiumhaltigen Erze weisen teils einen deutlich geringeren Alu miniumgehalt auf. Es werden alternative, effiziente Prozesse entwickelt, mit denen Alu miniumoxid aus den verbliebenen Erzen in der gewünschten Reinheit gewonnen werden kann.

In AU 2014 253 487 A1 und AU 2018 101 228 A4 sind Prozesse beschrieben, die von Kaolin ausgehen. Dabei wird in unterschiedlichen Prozessschritten Chlorwasserstoff in Form von Gas und in Form von Salzsäure eingesetzt. Aus dem zerkleinerten und calcinierten Erz wird das Aluminium mit Salzsäure herausgelöst. Dabei gehen auch andere, im Erz enthaltenen Metalle in Lösung. Unlösliche Bestandteile, wie z.B. S1O2, werden von der Lösung anschließend durch fest-flüssig-Trennung abgetrennt. Der dabei erhaltene Über stand enthält neben großen Mengen an gelöstem Aluminium auch andere gelöste Metalle, z.B. Spuren von Eisen, Magnesium, Mangan, Calcium, Natrium und/oder Kalium. Die Ab trennung des Aluminiums von den anderen gelösten Metallen erfolgt, indem man den HCI- Gehalt des ohnehin salzsauren Überstands steigert (z.B. durch Einleiten von HCI-Gas), wodurch Aluminiumchlorid-Hexahydrat ausfällt. Das Aluminiumchlorid-Hexahydrat wird vom Überstand der Aluminiumchlorid-Hexahydrat-Fällung abgetrennt und durch Erhitzen auf bis zu 1300 °C zu alpha-Aluminiumoxid umgesetzt, wobei chlorwasserstoffhaltiges Röstgas ausgetrieben wird.

Bei derartigen, HCI-getriebenen Prozessen zur Aluminiumoxidgewinnung fallen HCI-reiche Nebenprodukte bzw. Nebenproduktströme an. Zu diesen gehört der Überstand der Alu- miniumchlorid-Hexahydrat-Fällung, der eine hohe HCI-Konzentration aufweist und zudem nicht mitausgefälltes Aluminium und andere nicht mitausgefällte Metalle enthält. Zusätzlich fällt das chlorwasserstoffhaltige Röstgas an. Es ist sehr schwer zu handhaben, da es sehr heiß und hochgradig korrosiv ist. Es wurde noch kein vollends zufriedenstellender Vorschlag gemacht zur Handhabung dieser HCI-reichen Nebenproduktströme.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einheit für die beschriebenen, HCI-getriebenen Prozesse zur Aluminiumoxidgewinnung bereitzustellen, mit deren Hilfe eine hohe Reinheit des Aluminiumoxids gewährleistet und zugleich eine besonders effiziente Pro zessführung erzielt wird. Insbesondere soll die Einheit im Zusammenwirken mit dem HCI- getriebenen Prozess einem Verschleppen von im Erz mitenthaltenen Metallen ins Alu miniumoxid effektiv entgegenwirken. Dies soll im Wesentlichen ohne die Zufuhr von frisch- HCI von außen und mit möglichst geringem Entsorgungsaufwand für chlorwasserstoffbe lastete Nebenprodukte erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einheit zur Rückgewinnung von Chlorwasserstoff aus einer chlorwasserstoffsauren, mit schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen belasteten, wässrigen Flüssigkeit, aufweisend

eine Verdampfungseinheit zur Bildung eines chlorwasserstoffhaltigen Dampfes und eines, mit den schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen belasteten Flüssigkon zentrats aus der Flüssigkeit,

eine erste Destillationseinheit zur Trennung des chlorwasserstoffhaltigen Dampfes in ein erstes Kopfprodukt und eine erstes Sumpfprodukt, und

eine zweite Destillationseinheit zur Trennung eines chlorwasserstoffhaltigen wässrigen Fluids in ein zweites Kopfprodukt und ein zweites Sumpfprodukt,

wobei eine dieser beiden Destillationseinheiten ausgelegt ist, um eine Destillation darin ober halb des Umgebungsdrucks durchführen zu können und die andere dieser beiden Destil lationseinheiten ausgelegt ist, um eine Destillation darin unterhalb des Umgebungs drucks durchführen zu können, und

die erste Destillationseinheit fluidleitend so mit der zweiten Destillationseinheit verbun den ist, dass mindestens ein Teil des ersten Sumpfprodukts mindestens einen Teil des chlorwasserstoffhaltigen wässrigen Fluids zu bilden vermag.

Das Kopfprodukt der Destillationseinheit, die für eine Destillation oberhalb des Umgebungs drucks ausgelegt ist, ist sehr reich an Chlorwasserstoff und enthält z.B. mindestens 90 Gew.-% Chlorwasserstoff. Es ist (quasi) frei von schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigun gen, wie z.B. Metallen. Dieses Kopfprodukt kann also bevorzugt verwendet werden, um ein Aluminiumchlorid-Hexahydrat aus einer aluminiumhaltigen Lösung auszufällen, z.B. aus dem Überstand, der im Prozess der AU 2018 101 228 A4 nach der Abtrennung von S1O2 er halten wird. Das Kopfprodukt ersetzt frisch-HCI, das andernfalls zugeführt werden müsste. Bei bestimmten erfindungsgemäßen Einheiten ist ein Tropfenabscheidevorrichtung integriert, durch die das Kopfprodukt der Destillationseinheit, die für eine Destillation oberhalb des Umgebungsdrucks ausgelegt ist, geführt wird. Dadurch wird es möglich, einen Gesamtgehalt an metallischen Verunreinigungen unter 10 ppmw zu erreichen.

Als chlorwasserstoffsaure, mit schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen belastete, wässrige Flüssigkeit kann z.B. jeder Überstand einer durch Steigerung der HCI-Konzentra- tion bewirkten Aluminiumchlorid-Hexahydrat-Fällung dienen, z.B. der in HCI-getriebenen Prozessen zur Gewinnung von Aluminiumoxid anfallende Überstand der Aluminiumchlorid- Hexahydrat-Fällung. Die schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen umfassen dann das nicht mitausgefällte Aluminium und die nicht mitausgefällten anderen Metalle. Jedoch kann mit Hilfe der erfundenen Einheit auch jede andere chlorwasserstoffsaure, mit schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen belastete, wässrige Flüssigkeit behandelt werden. Z.B. jede chlorwasserstoffsaure, wässrige Flüssigkeit die in einem sauren Aufschluss mit einem Erz in Kontakt gebracht worden ist.

Überraschenderweise zeigte sich, dass das erste und/oder zweite Sumpfprodukt, das sich beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einheit in den Destillationseinheiten unten sammeln, je ideale Absorptionsflüssigkeiten zur Aufnahme weiteren Chlorwasserstoffs darstellen. Bei spielsweise entstehen im Prozess von AU 2018 101 228 A4 chlorwasserstoffhaltige Röst gase, aus denen sich Chlorwasserstoffgas durch Absorption in mindestens eines der Sumpf produkte mindestens teilweise abtrennen lässt. Somit eignet sich die erfindungsgemäße Ein heit gleichermaßen für die Behandlung von chlorwasserstoffsauren, mit schwer- oder nicht flüchtigen Verunreinigungen belasteten, wässrigen Flüssigkeiten und für die Behandlung chlorwasserstoffbelasteter Gase.

Die Erfindung ist universell in Verbindung mit jedem Prozess einsetzbar, bei dem HCl und/oder Salzsäure benötigt werden und chlorwasserstoffsaure, mit schwer- oder nichtflüch tigen Verunreinigungen belastete, wässrige Nebenprodukte anfallen.

Die vorliegende Erfindung ist bezüglich der Art der Verdampfungseinheit nicht beschränkt. Zur Bildung des chlorwasserstoffhaltigen Dampfes aus der wässrigen Flüssigkeit können die dem Fachmann bekannten, gegenüber Chlorwasserstoff und Salzsäure hinreichend korro sionsfesten Verdampfungseinheiten eingesetzt werden können. Gute Ergebnisse werden insbesondere erzielt, wenn der chlorwasserstoffhaltige Dampf aus der wässrigen Flüssigkeit in einer Verdampfungseinheit gebildet wird, welche wenigstens einen Verdampfer aus gewählt unter Naturumlaufverdampfern, Zwangsumlaufverdampfern, Kettle-Verdampfern, Fallfilmverdampfern und beliebigen Kombinationen der vorstehenden Verdampfer umfasst. Besonders bevorzugt sind Zwangsumlaufverdampfer. Darin tritt besonders wenig Kristalli sation (Fouling) auf. Das sich bildende Flüssigkonzentrat kann dann weiter aufkonzentriert werden, so dass ein besonders kleines Volumen, nachzubehandelnder, mit den schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen, z.B. Metallen, belasteter Flüssigkeit anfällt. Sofern die Verdampfungseinheit einen Zwangsumlaufverdampfer umfasst, kann diesem auch ein Flashverdampfer nachgeschaltet sein.

Obwohl es im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich möglich ist, dass die Ver dampfungseinheit mehrstufig ausgebildet ist, sind einstufige Verdampfungseinheiten beson ders bevorzugt.

In Abgrenzung zu einstufig bedeutet mehrstufig im Zusammenhang mit der Verdampfungs einheit, dass mindestens eine vorgelagerte und eine nachgelagerte Verdampferstufe beste hen. In der vorgelagerten Verdampferstufe wird ein Teil des chlorwasserstoffhaltigen Dampfes gebildet. Dieser Teil des chlorwasserstoffhaltigen Dampfes stellt mindestens einen Teil der thermischen Energie für den Betrieb der nachgelagerten Verdampferstufe bereit. In der nachgelagerten Verdampferstufe wird ein Teil der Flüssigkeit verdampft, die in der ersten Verdampferstufe noch nicht verdampft wurde. Die nachgelagerte Verdampferstufe wird im Allgemeinen bei niedrigerem Druck und/oder bei niedrigerer Temperatur betrieben, als die vorgelagerte Verdampferstufe.

Die einstufige Verdampfungseinheit ist wegen der apparativen Einfachheit bevorzugt.

Außerdem verwirklicht die Erfindung die einer zweistufigen Verdampfung innewohnende Energierückgewinnung auch mit einstufiger Verdampfungseinheit. Denn der chlorwasser stoffhaltige Dampf trägt zur Beheizung des Sumpfes der ersten Destillationseinheit bei.

Um die Verdampfungseinheit vor einem korrosiven Angriff durch die chlorwasserstoffsaure, wässrige Flüssigkeit zu schützen, sind mit der Flüssigkeit und/oder mit dem chlorwasser stoffhaltigen Dampf in Kontakt kommende Innenflächen der Verdampfungseinheit zumindest abschnittsweise bevorzugt aus Graphit, Siliciumcarbid, kohlenstofffaserhaltigen Verbund werkstoffen, fluorierten Polymeren, Emaille, Glas, glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) und/oder gummierten Stählen gebildet, wobei Graphit, Siliciumcarbid und/oder Poly tetrafluorethylen besonders bevorzugt sind. Dies steigert die Langlebigkeit der Ver dampfungseinheit. Das Graphit ist vorzugsweise mit Harz, wie beispielsweise Phenolharz, imprägniert. Polytetrafluorethylen kann als Beschichtung oder als Folie auf Innenflächen aufgebracht sein.

Beim Betrieb der Verdampfungseinheit wird die Flüssigkeit zu dem Flüssigkonzentrat aufkonzentriert. Vorzugsweise weist die Verdampfungseinheit einen Flüssigkeitsabzug zur Abfuhr des sich bildenden Flüssigkonzentrats auf. Der Begriff Flüssigkonzentrat bringt zum Ausdruck, dass die schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen darin in höherer Kon zentration (d.h. mit einem höheren Massenanteil) vorliegen, als in der Flüssigkeit. Das Flüssigkonzentrat kann auch Feststoff enthalten, z.B. dispergierte Metallsalze. Mit Abfuhr des sich bildenden Flüssigkonzentrats ist gemeint, dass schwer- bzw. nichtflüchtige

Substanzen, z.B. darin gelöste Metallionen oder dispergierte Metallsalze über den

Flüssigkeitsabzug nicht in eine der Destillationseinheiten geführt werden. Das ermöglicht letztlich, ein hochreines HCl Gas zu generieren. Die Verdampfungseinheit kann einen Phasenabscheider aufweisen. In den Phasenab scheider strömt der bei der Verdampfung entstehende Dampf. Im Phasenabscheider sam melt sich Flüssigkeit, die vom Dampf in Form von Tröpfchen mitgerissen wird. Der Phasen abscheider weist vorzugsweise eine Rückführleitung auf, um die sich sammelnde Flüssigkeit erneut der Verdampfung zuzuführen. Dies hat den Vorteil, dass noch weniger schwer- bzw. nichtflüchtige Substanzen, z.B. gelöste Metallionen, in die erste Destillationseinheit getragen werden, in deren Sumpf sie sich andernfalls sammeln würden. Die erfindungsgemäße Ein heit wird dadurch noch effizienter, da keine oder nur ein sehr geringer Anteil an Sumpfpro dukten ausgeschleust werden muss, um einer unerwünschten Akkumulation von schwer- bzw. nichtflüchtige Substanzen, wie z.B. gelösten Metallionen in den Sumpfprodukten entge genzuwirken.

Die Verdampfungseinheit ist erfindungsgemäß fluidleitend so mit der ersten Destillationsein heit verbunden, dass mindestens ein Teil des chlorwasserstoffhaltigen Dampfs, vorzugs weise der gesamte chlorwasserstoffhaltige Dampf, in die erste Destillationseinheit gelangen kann. Die fluidleitende Verbindung der beiden Einheiten kann beispielsweise durch eine Lei tung gegeben sein, die von der Verdampfungseinheit zu der ersten Destillationseinheit führt. In die fluidleitende Verbindung kann eine Tropfenabscheidevorrichtung integriert sein. In der Tropfenabscheidevorrichtung werden Tröpfchen abgeschieden, die andernfalls gewisse Mengen an schwer- bzw. nichtflüchtige Substanzen, z.B. gelöste Metallionen, in die erste Destillationseinheit tragen würden. Es kann auch eine Abzweigung eines Teils des chlorwasserstoffhaltigen Dampfes erfolgen.

Die fluidleitende Verbindung der Verdampfungseinheit mit der ersten Destillationseinheit mündet bevorzugt in einen unteren Bereich der ersten Destillationseinheit. Es zeigte sich, dass Wärme, die in der Verdampfungseinheit zur Verdampfung eingesetzt wurde mit dem Dampf in die erste Destillationseinheit eingetragen und zur Beheizung des Sumpfes heran gezogen werden kann, wenn die fluidleitende Verbindung in den unteren Bereich der ersten Destillationseinheit mündet. Überraschenderweise lässt sich dadurch ein Großteil der Ener gie einsparen, die anderenfalls zur Beheizung des Sumpfes der ersten Destillationseinheit von außen zugeführt werden müsste.

Die erfindungsgemäße Einheit weist eine erste Destillationseinheit auf. Jede Destillations einheit, mit der der chlorwasserstoffhaltige Dampf in das erste Kopfprodukt und das erste Sumpfprodukt getrennt werden kann, eignet sich als die erste Destillationseinheit. Das erste Kopfprodukt ist eine niedriger siedende gasförmige Fraktion und das erste Sumpfprodukt eine höher siedende flüssige Fraktion. Vorzugsweise ist die erste Destillationseinheit eine erste Kolonne.

Die erfindungsgemäße Einheit weist darüber hinaus eine zweite Destillationseinheit auf. Als zweite Destillationseinheit eignet sich jede Destillationseinheit, mit der das chlorwasserstoff haltige wässrige Fluid in das zweite Kopfprodukt und das zweite Sumpfprodukt getrennt wer den kann. Das zweite Kopfprodukt ist eine niedriger siedende gasförmige Fraktion und das zweite Sumpfprodukt eine höher siedende flüssige Fraktion. Vorzugsweise ist die zweite Destillationseinheit eine zweite Kolonne.

Der Fachmann kennt gegen den Einfluss von Salzsäure und chlorwasserstoffhaltige Gase hinreichend korrosionsfeste Einbauten, Füllkörper und Auskleidungen und stattet die erste und zweite Destillationseinheit bzw. Kolonne entsprechend aus, z.B. durch Auskleidung mit PTFE.

Erfindungsgemäß ist die erste Destillationseinheit fluidleitend so mit der zweiten Destil lationseinheit verbunden, dass mindestens ein Teil des ersten Sumpfprodukts mindestens einen Teil des chlorwasserstoffhaltigen wässrigen Fluids zu bilden vermag. Die fluidleitende Verbindung der beiden Einheiten kann beispielsweise durch eine Leitung gegeben sein, die vom Sumpf der ersten Destillationseinheit zu der zweiten Destillationseinheit führt. Dann bildet das erste Sumpfprodukt das chlorwasserstoffhaltige wässrige Fluid. Vorzugsweise ist in die Leitung ein Tank integriert, wobei ein Abschnitt der Leitung aus einem unteren Bereich des Tanks zur zweiten Destillationseinheit führt. Dies gewährleistet, dass der zweiten Destil lationseinheit ein konstanter Strom chlorwasserstoffhaltigen wässrigen Fluids zugeführt werden kann, auch wenn in vorgelagerten Verfahrensschritten Schwankungen auftreten. Die Angabe, dass mindestens ein Teil des ersten Sumpfprodukts mindestens einen Teil des chlorwasserstoffhaltigen wässrigen Fluids zu bilden vermag, bringt jedoch zum Ausdruck, dass die fluidleitende Verbindung z.B. eine Abzweigung aufweisen kann und ein abzweig barer Teil des ersten Sumpfprodukts nicht der zweiten Destillationseinheit zugeführt wird, sondern aus der Einheit abgeführt wird, z.B. zum Entfernen von (beim Verdampfen in der Verdampfungseinheit mitgerissenen) schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen. Alter- nativ oder zusätzlich kann der fluidleitenden Verbindung ein weiteres Fluid zugeführt wer den, z.B. über eine in die Leitung oder den Tank mündende Zufuhrleitung, so dass ein weite rer, nicht aus dem ersten Sumpfprodukt gebildeter Teil des chlorwasserstoffhaltigen wässrigen Fluids auf eine zuführbare Flüssigkeit, zurückgeht.

Erfindungsgemäß sind die beiden Destillationseinheiten unterschiedlich ausgelegt. Eine der beiden Destillationseinheiten ist ausgelegt, um eine Destillation darin oberhalb des Umge bungsdrucks durchführen zu können und die andere dieser beiden Destillationseinheiten ist ausgelegt, um eine Destillation darin unterhalb des Umgebungsdrucks durchführen zu kön nen.

Destillationseinheiten, wie z.B. Kolonnen, die für Betrieb oberhalb des Umgebungsdrucks ausgelegt sind, müssen gegen ein Ausströmen von Fluid von innen nach außen abgedichtet sein. Zusätzlich müssen deren Wände überall so beschaffen sein, dass sie die mit dem Überdruck einhergehenden Zugbelastungen aufnehmen können, ohne sich zu verformen.

Hingegen müssen Destillationseinheiten, wie z.B. Kolonnen, die für Betrieb unterhalb des Umgebungsdrucks ausgelegt sind, gegen ein Einströmen von Umgebungsluft in die Kolonne abgedichtet sein. Zusätzlich müssen deren Wände überall so beschaffen sein, dass sie die mit dem Unterdrück einhergehenden Druckbelastung ohne Verformung standhalten.

Die erste Destillationseinheit kann zur Trennung eines in die Destillationseinheit rückführba- ren Fluids und des chlorwasserstoffhaltigen Dampfes in das erste Kopfprodukt und das erste Sumpfprodukt ausgebildet sein. Sie weist dann neben dem Einlass für den chlorwasserstoff haltigen Dampf einen zusätzlichen Einlass für das rückführbare Fluid auf, der vorzugsweise oberhalb des Einlasses für den chlorwasserstoffhaltigen Dampf angeordnet ist. Im Allgemei nen ist dann die zweite Destillationseinheit fluidleitend so mit der ersten Destillationseinheit verbunden, dass mindestens ein Teil des zweiten Sumpfprodukts mindestens einen Teil des rückführbaren wässrigen Fluids zu bilden vermag. Die fluidleitende Verbindung der beiden Einheiten kann beispielsweise durch eine Leitung gegeben sein, die vom Sumpf der zweiten Destillationseinheit zu der ersten Destillationseinheit führt. Dann bildet das zweite Sumpf produkt das rückführbare wässrige Fluid. Vorzugsweise ist in die Leitung ein Tank integriert, wobei ein Abschnitt der Leitung aus einem unteren Bereich des Tanks zur ersten Destilla tionseinheit führt. Dies gewährleistet, dass der ersten Destillationseinheit ein konstanter Strom des wässrigen Fluids zugeführt werden kann, auch wenn in der zweiten Destillations einheit Schwankungen auftreten. Die Angabe, dass mindestens ein Teil des zweiten Sumpf produkts mindestens einen Teil des rückführbaren wässrigen Fluids zu bilden vermag, bringt jedoch zum Ausdruck, dass die fluidleitende Verbindung z.B. eine Abzweigung aufweisen kann und ein abzweigbarer Teil des zweiten Sumpfprodukts nicht der ersten Destillationsein heit zugeführt wird, sondern aus der erfindungsgemäßen Einheit abgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der fluidleitenden Verbindung ein weiteres Fluid zugeführt werden, z.B. über eine in die Leitung oder den Tank mündende Zufuhrleitung, so dass ein weiterer, nicht aus dem zweiten Sumpfprodukt gebildeter Teil des rückführbaren wässrigen Fluids auf eine zuführbare Flüssigkeit zurückgeht.

Gemäß einer bestimmten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einheiten zur Rückge winnung von Chlorwasserstoff kann eine Salzsäureentnahmeeinheit vorgesehen sein, durch die ein Teil eines der Sumpfprodukte oder des chlorwasserstoffhaltigen Dampfes angeführt werden kann. Geeignete Salzsäureentnahmeeinheiten sind die hierin genannten Abzwei gungen oder die Tanks. Die entnommene Salzsäure kann in einen HCI-getriebenen Prozess zur Gewinnung von Aluminiumoxid recycliert werden und dort z.B. zum Herauslösen von Aluminium aus dem zerkleinerten und calcinierten Erz eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist es jedoch, sämtliche Salzsäure und sämtliches Chlorwasserstoffgas, das in den HCI-getriebenen Prozess zur Gewinnung von Alu miniumoxid recycliert werden soll, aus dem Kopfprodukt der auf Betreib oberhalb des Um gebungsdrucks ausgelegten Destillationseinheit zu gewinnen, wenn notwendig unter Zufuhr von Wasser zur Bildung der Salzsäure. Dies gewährleistet, dass quasi keine schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen in die Aluminiumoxidgewinnung recycliert werden. Dadurch wird eine besonders hohe Reinheit des Aluminiumoxids gewährleistet.

Es wurde oben schon betont, dass das erste und/oder das zweite Sumpfprodukt, das sich beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einheit in den Destillationseinheiten unten sammelt, je ideale Absorptionsflüssigkeiten zur Aufnahme weiteren Chlorwasserstoffs darstellen. Hierauf aufbauend wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einheit vor geschlagen, die zusätzlich zur Rückgewinnung von Chlorwasserstoff aus chlorwasser stoffhaltigem Gas geeignet ist, aufweisend eine Absorptionseinheit zur Absorption von io

Chlorwasserstoffgas aus dem Gas in ein Absorptionsmittel unter Erhalt eines chlorwasser stoffangereicherten Absorptionsmittels und eines chlorwasserstoffabgereicherten Gases. Bei dem chlorwasserstoffhaltigen Gas kann es sich z.B. um ein bei HCI-getriebenen Prozessen zur Aluminiumoxidgewinnung entstehendes Röstgas handeln. Vorzugsweise ist mindestens eine der Destillationseinheiten fluidleitend so mit der Absorptionseinheit verbunden, dass mindestens ein Teil von mindestens einem der beiden Sumpfprodukte in der Absorptions einheit als Absorptionsmittel zu dienen vermag.

Als Absorptionseinheit kommt jede Einheit in Betracht, die eine messbare Absorption von Chlorwasserstoff in eine Absorptionsflüssigkeit ermöglicht. Dies ist regelmäßig immer dann der Fall, wenn auch nur ein wenig intensiver Kontakt zwischen dem chlorwasserstoffhaltigen Gas und einem der Sumpfprodukte hergestellt wird. Als Absorptionseinheit kann also z.B. auch ein Quencher dienen. Bevorzugte Absorptionseinheiten weisen Einbauten und/oder Packungen auf, die einen innigen Stoffaustauschkontakt zwischen Gas und Flüssigkeit bewirken.

Die Absorptionseinheit kann eine Absorptionseinheit mit Gegenstromführung von Röstgas und Absorptionsmittel oder mit Gleichstromführung von Röstgas und Absorptionsmittel sein.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft somit die Verwendung von Salzsäure zur Absorp tion von Chlorwasserstoff aus einem bei einer thermischen Zersetzung entstehenden chlor wasserstoffhaltigen Gas. Vorzugsweise enthält die zur Absorption eingesetzte Salzsäure mindestens 21 Gew.-%, insbesondere mindestens 22 Gew.-% Chlorwasserstoff. Diese An gabe bezieht sich auf die vor der Absorption vorliegende Salzsäure. Die thermische Zerset zung umfasst z.B. eine thermische Zersetzung eines Metallchlorids, z.B. in Gegenwart von Wasser, vorzugsweise eine thermische Zersetzung eines Metallchlorid-Hydrats,

insbesondere die thermische Zersetzung von Aluminiumchlorid-Hexahydrat. Die gemäß der jeweiligen Stöchiometrie für die vollständige Umsetzung der Chloridionen zu HCl

erforderlichen Protonen können also z.B. vollständig oder teilweise aus Wassermolekülen stammen, die in Hydrathüllen bestimmter Metallchlorid-Hydrate koordiniert sind. Die

Absorption kann in einer Absorptionseinheit mit Gegenstromführung von Gas und Salzsäure oder mit Gleichstromführung von Gas und Salzsäure, erfolgen. Vorzugsweise ist die zweite Destillationseinheit fluidleitend so mit der Absorptionseinheit verbunden, dass mindestens ein Teil des zweiten Sumpfprodukts in der Absorptionseinheit als Absorptionsmittel zu dienen vermag. Die zweite Destillationseinheit kann z.B. fluidleitend über die Absorptionseinheit so mit der ersten Destillationseinheit verbunden sein, dass das zweite Sumpfprodukt als Absorptionsmittel zu fungieren vermag und das chlorwasserstoff angereicherte Absorptionsmittel mindestens einen Teil des rückführbaren wässrigen Fluids zu bilden vermag.

Alternativ kann die Absorptionseinheit so in einen Sumpfumlauf einer Destillationseinheit (bevorzugt der zweiten Destillationseinheit) integriert sein, dass ein Teil des Sumpfprodukts dieser Destillationseinheit (bevorzugt des zweiten Sumpfprodukts) als Absorptionsmittel zu fungieren vermag.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Absorptionseinheit fluidleitend so mit derjenigen Destillationseinheit verbunden, die ausgelegt ist, um eine Destillation darin unterhalb des Umgebungsdrucks durchführen zu können, dass das chlorwasserstoffabge- reicherte Gas aus der Absorptionseinheit in diese Destillationseinheit abziehbar ist. Die fluid leitende Verbindung der Absorptionseinheit mit dieser Destillationseinheit besteht vorzugs weise gasseitig, so dass der in der Destillationseinheit herrschende verminderte Druck einen stetigen Gasstrom aus der Absorptionseinheit in diese Destillationseinheit gut ermöglicht, z.B. über ein Ventil. Dies führt wiederum zu einem Nachströmen chlorwasserstoffhaltigen Gases (z.B. Röstgases) in die Absorptionseinheit. Diese besonders bevorzugte Aus führungsform hat den überraschenden Vorteil, dass Röstgasaustritte in die Umgebung be sonders zuverlässig vermieden werden können. Jeder röstgasbildende und röstgasführende Anlagenteil einer Anlage zur Herstellung von Aluminiumoxid kann dann auf Betrieb unter Umgebungsdruck ausgelegt werden. Dies erfolgt auf besonders wirtschaftliche Weise unter Ausnutzung des Unterdrucks, der in der unter Umgebungsdruck betriebenen Destillations einheit vorherrscht.

In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Einheit ist die erste Destillationseinheit ausgelegt, um eine Destillation darin oberhalb des Umgebungsdrucks durchführen zu können und die zweite Destillationseinheit ausgelegt, um eine Destillation darin unterhalb des Umgebungs drucks durchführen zu können. In einer anderen erfindungsgemäßen Einheit ist die zweite Destillationseinheit ausgelegt, um eine Destillation darin unterhalb des Umgebungsdrucks durchführen zu können und die erste Destillationseinheit ausgelegt, um eine Destillation darin unterhalb des Umgebungs drucks durchführen zu können.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Rückgewinnung von Chlorwasserstoff aus einer chlorwasserstoffsauren, mit schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen belasteten wässrigen Flüssigkeit, wobei

aus der Flüssigkeit in einer Verdampfungseinheit ein chlorwasserstoffhaltiger Dampf und ein mit den schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen belastetes Flüssigkonzentrat gebildet wird,

der chlorwasserstoffhaltige Dampf in einer ersten Destillationseinheit in ein erstes Kopf produkt und ein erstes Sumpfprodukt getrennt wird,

ein chlorwasserstoffhaltiges wässriges Fluid in einer zweiten Destillationseinheit in ein zweites Kopfprodukt und ein zweites Sumpfprodukt getrennt wird,

wobei

in einer dieser beiden Destillationseinheiten eine Destillation oberhalb des Umgebungs drucks durchgeführt wird und in der anderen dieser beiden Destillationseinheiten eine Destillation unterhalb des Umgebungsdrucks durchgeführt wird, und

das erste Sumpfprodukt mindestens einen Teil des chlorwasserstoffhaltigen wässrigen Fluids bildet.

Im Allgemeinen wird mindestens ein Teil des zweiten Sumpfprodukts in die erste

Destillationseinheit zurückgeführt.

Vorzugsweise ist das Verfahren kein Extraktivdestillationsverfahren. Die Sumpfprodukte beider Destillationseinheiten sind im Wesentlichen frei von Zusätzen, wie z.B. Salzen oder beinhalten deutlich geringere Konzentrationen an Salzen bezogen auf die Ausgangsströme. Der Anteil an von Chlorwasserstoff und Wasser verschiedenen Zusätzen beträgt in beiden Sumpfprodukten bevorzugt höchstens 20 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 6 Gew.- % und ganz besonders bevorzugt höchstens 3 Gew.-%. Dies bewirkt, dass das HCI- Kopfprodukt der über Umgebungsdruck betriebenen Destillationseinheit nahezu vollkommen frei von verschleppten, auf Zusätze zurückgehenden Verunreinigungen ist und es zeigte sich überraschend, dass Aluminiumoxid nur deshalb zuverlässig in den gewünschten Reinheitsgraden erhalten werden kann.

Bei bestimmten erfindungsgemäßen Verfahren wird das Kopfprodukt der Destillationseinheit, in der die Destillation oberhalb des Umgebungsdrucks durchgeführt wird, durch eine

Tropfenabscheidevorrichtung geführt. Dadurch kann der Gesamtgehalt an metallischen Verunreinigungen in diesem Kopfprodukt auf unter 10 ppmw verringert werden.

Die chlorwasserstoffsaure, mit schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen belasteten wässrigen Flüssigkeit weist im Allgemeinen mindestens 0,5 Gew.-%, z.B. mindestens 1 Gew.-% an gelösten Metallen auf und einen Chlorwasserstoffgehalt von mindestens 10 Gew.-%, insbesondere mindestens 15 Gew.-%, bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, z.B. min destens 25 Gew.-%.

Die chlorwasserstoffsaure, mit schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen belasteten wässrigen Flüssigkeit kann 0, 1 bis 12 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 9 Gew.-%, z.B. 0,5 bis 7 Gew.-% Aluminium; und 0,1 bis 12 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 9 Gew.-%, z.B. 0,5 bis 7 Gew.-% an anderen Metallen; und 10 bis 37 Gew.-%, insbesondere 15 bis 35 Gew.-%, z.B. 20 bis 35 Gew.-% Chlorwasserstoff enthalten. In der Flüssigkeit liegen die Metalle jeweils als Ionen, z.B. mit Hydrathülle oder mit koordinierten oder anders assoziierten Chlorid-Ge- genionen vor.

Die Massenanteile an Aluminium und anderen Metallen beziehen sich jeweils auf das als Chlorid vorliegende Aluminium bzw. Metallsalz, in der höchsten, stabilen Oxidationsstufe des jeweiligen Metalls (Eisen wird also als FeC berücksichtigt). Der Massenanteil an an deren Metallen bezieht sich auf die Summe der Massenanteile aller von Aluminium verschie denen Metalle. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge mäßen Verfahrens, wird die chlorwasserstoffsaure, mit schwer- oder nichtflüchtigen Verun reinigungen belastete, wässrige Flüssigkeit gebildet, indem der Chlorwasserstoffgehalt einer aluminiumreichen wässrigen Lösung gesteigert wird, z.B. durch Einleiten eines HCI-haltigen Gases, und das dabei ausfallende Aluminiumchlorid durch fest-Flüssig-Trennung abgetrennt wird. Das HCI-haltige Gas ist vorzugsweise mindestens teilweise aus Kopfprodukt der Destil lationseinheit gebildet, in der die Destillation oberhalb des Umgebungsdrucks durchgeführt wird. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Einheit hierin beschriebenen Ausgestal tungen der Erfindung gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfah ren und umgekehrt.

Vorzugweise dient das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Rückgewinnung von Chlor wasserstoff aus einem chlorwasserstoffhaltigen Gas, z.B. chlorwasserstoffhaltigem Röstgas, wobei in einer Absorptionseinheit das chlorwasserstoffhaltige Gas mit einem Absorptionsmit tel in Kontakt gebracht wird. Das Absorptionsmittel kann dann z.B. mindestens teilweise aus mindestens einem Teil mindestens einer der beiden Sumpffraktionen gebildet werden. Es versteht sich, dass Sumpffraktion hier gleichbedeutend ist mit Sumpfprodukt.

Vorzugsweise wird die erste Destillationseinheit oberhalb des Umgebungsdrucks betrieben und die zweite Destillationseinheit unterhalb des Umgebungsdrucks betrieben. Alternativ kann die zweite Destillationseinheit oberhalb des Umgebungsdrucks betrieben werden und die erste Destillationseinheit unterhalb des Umgebungsdrucks betrieben werden. Der Fach mann weiß, wie die jeweilige Destillationseinheit für Überdruck- bzw. Unterdruckbetrieb aus gelegt werden kann.

Die Erfindung betrifft auch ein Set, z.B. eine Baugruppe, zur Errichtung einer

erfindungsgemäßen Einheit zur Rückgewinnung von Chlorwasserstoff aus einer

chlorwasserstoffsauren, mit schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen belasteten, wässrigen Flüssigkeit; umfassend

die Verdampfungseinheit (30), aufweisend

einen Einlass,

einen Auslass und

einen Flüssigkeitsabzug,

die erste Destillationseinheit (10), aufweisend

einen Einlass,

einen oberen Auslass und

einen unteren Auslass,

die zweite Destillationseinheit (20), aufweisend

einen Einlass,

einen oberen Auslass und einen unteren Auslass,

wobei eine dieser beiden Destillationseinheiten ausgelegt ist, um eine Destillation darin oberhalb des Umgebungsdrucks durchführen zu können und die andere dieser beiden Destillationseinheiten ausgelegt ist, um eine Destillation darin unterhalb des Umgebungs drucks durchführen zu können, und das Set, z.B. die Baugruppe, zu einer Verschaltung der Verdampfungseinheit und der beiden Destillationseinheiten ausgebildet ist, wie für die erfindungsgemäße Einheit beschrieben. Das Set, z.B. die Baugruppe, kann ein

Verbindungselement, z.B. eine Leitung, zur Herstellung einer fluidleitenden Verbindung von dem Auslass der Verdampfungseinheit zu dem Einlass der ersten Destillationseinheit und/oder ein Verbindungselement zur Herstellung einer fluidleitenden Verbindung von dem unteren Auslass der ersten Destillationseinheit zu dem Einlass der zweiten

Destillationseinheit umfassen.

Es versteht sich, dass das Set, z.B. die Baugruppe, auch die hierin beschriebene

Absorptionseinheit umfassen kann. Die Absorptionseinheit weist dann typischerweise einen Flüssigkeitseinlass, einen Flüssigkeitsauslass, einen Gaseinlass und einen Gasauslass auf. Das Set, z.B. die Baugruppe, mit Absorptionseinheit ist dann zu einer Verschaltung mit der Verdampfungseinheit und den beiden Destillationseinheiten ausgebildet, wie für eine erfindungsgemäße Einheit mit Absorptionseinheit beschrieben. Das Set, z.B. die Baugruppe, kann außerdem mindestens ein Verbindungselement umfassen, mit dem sich eine fluidleitende Verbindung von mindestens einem unteren Auslass von einer der

Destillationseinheiten zu dem Flüssigkeitseinlass der Absorptionseinheit hersteilen lässt.

Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Einheit hierin beschriebenen Ausgestal tungen der Erfindung gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Set, z.B. im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Baugruppe, und umgekehrt.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Figuren veranschaulicht, ohne darauf be schränkt zu sein.

Figur 1 , Figur 2 und Figur 3 zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen der erfindungsge mäßen Einheit zur Rückgewinnung von HCl. Figur 1 zeigt eine Einheit 1 zur Rückgewinnung von Chlorwasserstoff aus einem chlorwas serstoffsauren, mit schwer- oder nichtflüchtigen Verunreinigungen (hier gelöstes Aluminium und andere Metalle) belasteten wässrigen Flüssigkeit 31. Die Einheit 1 weist eine Ver dampfungseinheit 30 zur Bildung eines chlorwasserstoffhaltigen Dampfes 32 und eines Flüs sigkonzentrats 33 aus der Flüssigkeit 31 auf. Details der Verdampfungseinheit, wie z.B. die Heizeinheit zur Bereitstellung der für die Verdampfung erforderlichen Hitze, ein Phasenab scheider zur Rückführung von mitgerissenen, metallhaltigen Flüssigkeitströpfchen, sind nicht gezeigt. Die Einheit 1 weist auch eine erste Destillationseinheit 10 zur Trennung des chlor wasserstoffhaltigen Dampfes 32 in ein erstes Kopfprodukt 12 und ein erstes Sumpfprodukt 13 auf. Die Einheit 1 weist außerdem eine zweite Destillationseinheit 20 zur Trennung eines zweiten chlorwasserstoffhaltigen wässrigen Fluids 21 in ein zweites Kopfprodukt 22 und ein zweites Sumpfprodukt 23 auf. Das chlorwasserstoffhaltigen wässrigen Fluid 21 ist aus dem ersten Sumpfprodukt 13 gebildet, wobei ein Teilstrom 19 des ersten Sumpfprodukts 13 aus geschleust wird, um einer Anreicherung von Metallverunreinigungen in den Destillationsein heiten entgegenzuwirken. Das in einen oberen Bereich der ersten Destillationseinheit 10 rückgeführte Fluid 11 ist aus dem zweiten Sumpfprodukt 23 gebildet. Die in den Figuren ge zeigten Destillationseinheiten 10, 20 sind Kolonnen. Zur Vereinfachung sind Heizeinheiten zur Beheizung der Kolonnensümpfe und Kühleinheiten zur Kühlung der Kolonnenköpfe nicht gezeigt. Im hier veranschaulichten Beispiel ist die erste Destillationseinheit 10 ausgelegt, um eine Destillation darin oberhalb des Umgebungsdrucks durchführen zu können. Die zweite Destillationseinheit 20 ist ausgelegt, um eine Destillation darin unterhalb des Umgebungs drucks durchführen zu können. Die Pumpe 18 fördert das Sumpfprodukt 23 gegen ein Druckgefälle. Die für den jeweiligen Betriebsdruck der jeweiligen Kolonne erforderlichen Dichtungen, Wandstärken und Kolonnenmaterialien sind nicht angedeutet. Ebenso sind auch die gegenüber der Einwirkung von Salzsäure bzw. Chlorwasserstoffgas resistenten Auskleidungen der verschiedenen Einheiten nicht gezeigt. Auch Tanks und Wärmetauscher sind nicht dargestellt.

In Figuren 2 und 3 haben dieselben Bezugszeichen dieselbe Bedeutung, wie in Figur 1. Die in Figuren 2 und 3 gezeigten, erfindungsgemäßen Einheiten 1 zur Rückgewinnung von Chlorwasserstoff weisen außerdem eine Absorptionseinheit 40 auf. Die Absorptionseinheit dient zur Absorption von Chlorwasserstoff aus einem chlorwasserstoffhaltigen Gas 41 (z.B. Röstgas) in ein Absorptionsmittel 42 unter Erhalt eines chlorwasserstoffangereicherten Ab sorptionsmittels 43 und eines chlorwasserstoffabgereicherten Gases 44. In der Einheit 1 der Figur 2 ist die zweite Destillationseinheit 20 fluidleitend so mit der Ab sorptionseinheit 40 verbunden, dass das zweite Sumpfprodukt 23 in der Absorptionseinheit 40 als Absorptionsmittel 42 dient. Die Absorptionseinheit 40 ist fluidleitend so mit der ersten Destillationseinheit 10 verbunden, dass das chlorwasserstoffangereicherte Absorptionsmit tels 43 das rückgeführte Fluid 11 bildet. Ein in der Absorptionseinheit 40 nicht ins chlorwas- serstoffabgereicherte Gas 44 übergegangener Teil des zweiten Sumpfprodukts 23 bildet hier also einen Teil des rückgeführten wässrigen Fluids 11 , wobei das Fluid 11 außerdem absor bierte Anteile des chlorwasserstoffhaltigen Gas 41 umfasst. In der Absorptionseinheit 40 wird das Absorptionsmittel 42 von oben nach unten im Gegenstrom zu dem aufsteigenden Gas 41 geführt.

In der Einheit 1 der Figur 3 ist die Absorptionseinheit 40 so in den Sumpfumlauf der zweiten Destillationseinheit 20 integriert, dass ein Teil des zweiten Sumpfprodukts 23 als Absorp- tionsmittel 42 fungiert. Das chlorwasserstoffabgereicherte Gas 44 wird in die zweite Destil lationseinheit 20 abgezogen, die - wie oben zu Figur 1 beschrieben - ausgelegt ist, um eine Destillation darin unterhalb des Umgebungsdrucks durchführen zu können.

Bezugszeichenliste:

Einheit zur Rückgewinnung von Chlorwasserstoff 1 erste Destillationseinheit 10 rückführbares Fluid 11 erstes Kopfprodukt 12 erstes Sumpfprodukt 13

Pumpe 18

Teilstrom 19 zweite Destillationseinheit 20 chlorwasserstoffhaltiges wässriges Fluid 21 zweites Kopfprodukt 22 zweites Sumpfprodukt 23 Verdampfungseinheit 30 chlorwasserstoffsaure, mit schwer- oder nichtflüchtigen

Verunreinigungen belastete, wässrige Flüssigkeit 31 chlorwasserstoffhaltiger Dampf 32 Flüssigkonzentrat 33 Absorptionseinheit 40 chlorwasserstoffhaltiges Gas 41 Absorptionsmittel 42 chlorwasserstoffangereichertes Absorptionsmittel 43 chlorwasserstoffabgereichertes Gas 44