專利名稱：由含碳酸氫鹽的溶液制備重蘇打、輕蘇打、碳酸氫鈉和硅酸鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出由含碳酸氫鹽的溶液制備重蘇打灰、碳酸氫鈉、輕蘇打灰和硅酸鈉的方法，含碳酸氫鹽的溶液通過溶液開采天然堿(Trona)、蘇打石(Nahcolite)或碳酸氫鈉石(Wegscheiderite)礦藏以及含碳酸氫鹽的湖水獲得；并且也提出這種方法的優(yōu)化，即通過將廢物和尾料回收作為最終產(chǎn)品來減少廢物和尾料的量。
背景技術(shù)：
由含碳酸氫鹽的溶液通過一水合物和倍半碳酸鹽法制備重蘇打灰是已知的技術(shù)且被廣泛應(yīng)用。美國專利6,589,497中已解釋了通過一水合物法制備重蘇打灰。根據(jù)該發(fā)明，包括碳酸氫鹽的溶液用已知的技術(shù)提純，碳酸氫鈉在汽提塔(單級或兩級)中轉(zhuǎn)化為碳酸鈉。
在汽提塔中不能被轉(zhuǎn)化的剩余碳酸氫鹽通過在中和過程中使用苛性堿被轉(zhuǎn)化。
除去碳酸的溶液在蒸發(fā)器中濃縮后進(jìn)料到一水合物結(jié)晶器中。在結(jié)晶器中形成的漿料送至離心過程。此處，一水合物餅和濾液相互分離。由于溶液濃度增加，溶液中的雜質(zhì)也被濃縮。為了獲得可市售的產(chǎn)品質(zhì)量，必須保持雜質(zhì)的濃度恒定。為了此目的，定期地清洗部分濾液。清洗速度根據(jù)包含碳酸氫鹽的溶液中雜質(zhì)的量和可市售的產(chǎn)品質(zhì)量決定。來自離心過程的一水合物餅流出物在旋轉(zhuǎn)或流化床干燥器中干燥(可使用直接火焰接觸或間接蒸汽干燥器)，從而獲得重蘇打灰。使用清洗以在十水合物結(jié)晶體系中制備十水合碳酸鈉晶體。這些晶體熔融并送回一水合物結(jié)晶過程。來自十水合物離心機(jī)的濾液流出物是來自體系的最終清洗液。十水合物晶體將雜質(zhì)從它們的晶體結(jié)構(gòu)中去除。由于這一性質(zhì)，實現(xiàn)回收產(chǎn)品和減少最終廢物量。然而在此發(fā)明公開的方法中，溶液中的碳酸氫鹽含量被完全中和，從而消耗大量的苛性堿。然而，根據(jù)相圖，為了在結(jié)晶相中只獲得一水合碳酸鈉晶體，將碳酸氫鹽含量降低到恰好低于固定點(diǎn)的值就足夠了，而不是完全中和。從而可降低苛性堿的消耗。
美國專利6,576,206中解釋了通過另一類似的方法制備重蘇打灰。然而此專利聲稱，碳酸氫鹽濃度低于固定點(diǎn)的溶液可進(jìn)料到結(jié)晶器中，并仍能獲得一水合物晶體。此專利沒有指出任何中和過程。但是在此專利中，沒有考慮從體系中丟棄清洗液而損失的大量產(chǎn)品。如我們的發(fā)明中解釋，將清洗液流送至十水合物過程能使產(chǎn)品損失和最終過程廢物最小化。另一方面，如本發(fā)明所解釋，考慮含碳酸氫鹽溶液和體系中雜質(zhì)的濃度，能改變十水合物過程的操作參數(shù)，并轉(zhuǎn)換到倍半碳酸鹽晶體制備。隨后，倍半碳酸鹽晶體可在一水合物過程中熔融和回收，或進(jìn)料到輕蘇打灰過程并作為輕/中蘇打灰產(chǎn)品回收。用此方法，能在同一設(shè)備中應(yīng)用兩種不同的方法，從而增加產(chǎn)品的種類。
美國專利6,609,761和6,699,447中解釋了通過高溫溶解、碳酸化方法由蘇打石礦藏獲得的溶液來制備碳酸氫鈉。在全世界，自從1800年代以來，通過除去碳酸、提純、碳酸化和干燥過程步驟來進(jìn)行碳酸鈉的生產(chǎn)。
碳酸氫鈉制備過程的已知方法應(yīng)用于由蘇打石礦藏獲得的溶液。在該現(xiàn)有技術(shù)中沒有解釋將此方法應(yīng)用于由溶液開采天然堿、蘇打石和碳酸氫鈉石礦藏獲得的溶液以及含碳酸氫鹽的湖水。
美國專利5,283,054解釋了由溶液開采獲得的含碳酸氫鹽的溶液制備十水合物晶體。在此專利中，在十水合物結(jié)晶之前，溶液中的所有碳酸氫鹽通過加入苛性鈉中和。用于此目的苛性鈉通過用氧化鈣處理一部分由碳酸氫鹽組成的原溶液來制備。由于十水合物晶體會去除雜質(zhì)，將要在此方法中使用的苛性鈉溶液的純度并不重要。為此目的，考慮到成本和廢物處理問題，能由一水合物清洗液代替原溶液制備苛性鈉是有利的。
歐洲、中東和北非市場上的玻璃制造商主要使用重蘇打灰。相同市場的紡織品和清潔劑工業(yè)通常更喜歡輕蘇打灰。通過合成方法為此市場制備輕蘇打灰。雖然重蘇打灰和輕蘇打灰具有相同的化學(xué)性質(zhì)，但是考慮堆積密度和顆粒結(jié)構(gòu)，它們是不同的。重蘇打灰的堆積密度為0.90～1.3gr/cm3，而輕蘇打灰的堆積密度為0.45～0.65gr/cm3。輕蘇打灰為粉末形式。重蘇打灰的粒度分布為0.15mm～1mm。
通過已知方法(碳酸化)在合成和天然蘇打處理中均進(jìn)行碳酸鈉的制備。在這些方法中，進(jìn)料到碳酸氫鈉制備過程中的溶液被提純并送至碳酸化塔。由碳酸化塔獲得的碳酸氫鈉晶體進(jìn)行離心、干燥，從而獲得碳酸氫鈉產(chǎn)品。
商業(yè)的重蘇打灰產(chǎn)品在粒度上是規(guī)則的。在重蘇打篩選分析中，小于75μm的顆粒比率通常希望低于1％。為了制備這種產(chǎn)品，在干燥過程中(150)使用振動篩。由于由碳酸氫鹽組成的進(jìn)料溶液(109)中的雜質(zhì)和結(jié)晶器(130)操作條件的改變，一水合碳酸鈉晶體在粒度分布上可能變化。通常，小于75μm的顆粒比率為約2～5％。在已知技術(shù)中，篩子下面的重蘇打灰和除塵系統(tǒng)中保留的輕和重蘇打灰被再次溶解并進(jìn)料到一水合物結(jié)晶器。
在技術(shù)水平上，由于粒度而具有較低經(jīng)濟(jì)價值的蘇打灰細(xì)粒被溶解并返回到制備過程中。然而，考慮到最終產(chǎn)品成本，此方法是不經(jīng)濟(jì)的。
另一方面，美國專利5,759,507解釋了為獲得一水合碳酸鈉晶體，在高溫下與十水合碳酸鈉晶體一起熔融輕蘇打灰或蘇打灰細(xì)粒，并通過干燥這些晶體來制備重蘇打灰的方法。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是實現(xiàn)由含碳酸氫鹽的溶液制備重蘇打灰、碳酸氫鈉、輕蘇打灰和硅酸鈉的方法，含碳酸氫鹽的溶液通過溶液開采天然堿、蘇打石或碳酸氫鈉石礦藏以及含碳酸氫鹽的湖水獲得。
本發(fā)明提出了制備上述化學(xué)品的一體化方法，這種方法所需消耗的苛性堿被最小化，從而降低了生產(chǎn)成本。并且本發(fā)明中表示的一體化方法具有高的方法靈活性，從而降低生產(chǎn)成本并滿足堿消費(fèi)者的多樣性需求。
本發(fā)明的另一目的是方法的優(yōu)化和減少十/倍半過程的廢物量，并將它們作為產(chǎn)品回收。
本發(fā)明的另一目的是在提到的方法中增加重蘇打的粒度。


圖1本發(fā)明的流程圖。
圖2結(jié)晶進(jìn)料中鈣的濃度與重蘇打灰中大于600微米的顆粒的百分比之間的關(guān)系。
圖3結(jié)晶進(jìn)料中鈣的濃度與重蘇打灰中大于425微米的顆粒的百分比之間的關(guān)系。
圖4結(jié)晶進(jìn)料中鈣的濃度與重蘇打灰中小于75微米的顆粒的百分比之間的關(guān)系。
發(fā)明描述通過本發(fā)明主題的方法，由含碳酸氫鹽的溶液制備重蘇打灰、碳酸氫鈉、輕蘇打灰和硅酸鈉，含碳酸氫鹽的溶液通過溶液開采天然堿、蘇打石或碳酸氫鈉石礦藏以及含碳酸氫鹽的湖水獲得，通過將廢物和尾料作為最終產(chǎn)品回收來減少它們的量，以及方法的優(yōu)化。
在本發(fā)明描述的方法中，在一水合物結(jié)晶器(131)的進(jìn)料溶液中碳酸氫鹽的濃度低于固定點(diǎn)。在此物流中，碳酸氫鹽的濃度低于2％。濾液(142)的碳酸氫鹽濃度可高達(dá)4.6％。送至十/倍半過程(311)中的清洗液流通過加入苛性鈉(531)中和，并在十/倍半冷卻結(jié)晶器(310)中于15～30℃結(jié)晶，得到包含十水和碳酸鈉晶體的漿料(312)。漿料(312)在十水合物離心機(jī)(320)中被分離為十水合物餅(321)和最終清洗液(322)。在30～70℃操作且不加入任何苛性堿，在十/倍半結(jié)晶器中得到倍半碳酸鈉晶體。
包含礦石體的碳酸氫鹽可能包括各種雜質(zhì)?？紤]到由碳酸氫鹽組成的溶液(109)中雜質(zhì)的量，在十/倍半過程中可制備十水合物或倍半碳酸鹽晶體。十水合物晶體(321)在熔融過程(330)中通過一部分來自蒸發(fā)-汽提過程的溶液(331)流出物熔融。另一方面，倍半碳酸鹽晶體在熔融過程(330)中通過一部分來自蒸發(fā)-汽提過程的溶液(331)流出物熔融；或者作為本發(fā)明范圍內(nèi)的可選擇方案，倍半碳酸鹽晶體(433)進(jìn)料到煅燒過程(430)中，從而提供輕/中蘇打灰(421)的制備。所以，實現(xiàn)了高的方法靈活性、根據(jù)市場需求的產(chǎn)品多樣性和生產(chǎn)成本的降低。通過十水合物晶體(332)的熔融獲得的溶液返回到一水合物結(jié)晶過程(130)；通過倍半碳酸鹽晶體(333)的熔融獲得的溶液送至蒸發(fā)-汽提過程(120)。在本發(fā)明中，通過只改變操作參數(shù)，由相同的冷卻型結(jié)晶器獲得兩種不同類型的晶體(十水合物或倍半碳酸鹽)。在由碳酸氫鹽組成的原溶液(109)中雜質(zhì)率過高的情況下，在十/倍半過程中制備十水合物晶體，而在雜質(zhì)率相當(dāng)?shù)偷那闆r下制備倍半碳酸鹽晶體。倍半碳酸鹽晶體的制備相對于十水合物過程是消耗較少能量的過程?？紤]到投資成本，在同一設(shè)備中通過只改變操作參數(shù)來制備不同的晶體是非常有利的。
在本發(fā)明中，為了增加重蘇打灰的粒度，由石灰制備過程(510)獲得的一部分石灰乳液(514)進(jìn)料到一水合物結(jié)晶過程的進(jìn)料溶液(131)中，使得此溶液中的Ca+2濃度為約20～60ppm。
在本發(fā)明中，由取自一水合物過程的一部分清洗液流(521)完成苛性鈉(531)的制備。由于十水合物晶體會去除雜質(zhì)，將要用于此方法的苛性鈉溶液的純度并不重要。為此目的，考慮到成本和廢物處理問題，能由一水合物清洗液代替原溶液制備苛性鈉是有利的。
在本發(fā)明中，在碳酸氫鈉制備方法中省略了預(yù)純化步驟。一部分具有一些雜質(zhì)的清洗液(411)或任何其它具有高雜質(zhì)率的碳酸氫鹽溶液(109)直接進(jìn)料到碳酸化過程(410)中，由離心(420)獲得的碳酸氫鈉晶體(421)被煅燒(430)，并由此制備輕蘇打灰(431)。
在本發(fā)明中，為了制備硅酸鈉(2模數(shù)或3模數(shù))(613)，一部分較小粒度的蘇打灰(811)在1400～1600℃與石英砂(812)一起煅燒(610)。由此，為了獲得具有更高經(jīng)濟(jì)價值的新產(chǎn)品，將具有較低經(jīng)濟(jì)價值的細(xì)粒投入使用，而不是將它們返回到過程中。
在本方法中，一部分篩子下面的重蘇打灰和除塵系統(tǒng)(711)中保留的輕和重蘇打灰通過在60～100℃下噴霧過程冷凝物(712)在旋轉(zhuǎn)結(jié)晶器(710)中重結(jié)晶。重結(jié)晶反應(yīng)如下。由于溫度是重要的參數(shù)，在本方法中使用溫度為60～150℃的蘇打細(xì)粒。
噴入旋轉(zhuǎn)結(jié)晶器(710)的熱水量(712)約為一水合物結(jié)晶制備需要的理論量的兩倍。獲得的一水合碳酸鈉晶體(713)送至一水合物干燥過程(150)，并作為重蘇打灰產(chǎn)品回收。小于75μm的蘇打灰細(xì)粒通過此方法加工，并獲得大于100μm的蘇打晶體。
本發(fā)明提出的方法在圖1中說明。
下面詳細(xì)解釋本發(fā)明中限定的由含碳酸氫鹽的溶液制備重蘇打灰、碳酸氫鈉、輕蘇打灰和硅酸鈉的方法，含碳酸氫鹽的溶液通過溶液開采天然堿、蘇打石或碳酸氫鈉石礦藏以及含碳酸氫鹽的湖水獲得。
對通過溶液開采天然堿、蘇打石或碳酸氫鈉石礦藏以及含碳酸氫鹽的湖水獲得的含碳酸氫鹽的溶液(109)進(jìn)行提純，并在30～80℃(110)預(yù)熱。溶液(109)的濃度可為5～20％?？倝A度(相對于碳酸鈉)和碳酸氫鹽的濃度可為1～7％。優(yōu)選溶液的濃度為14～17％的總堿度(相對于碳酸鈉)。在通過已知技術(shù)(粉末或顆?；钚蕴刻幚砗蛪毫驗V筒過濾)進(jìn)行的提純過程后，原溶液被過程冷凝物(123和133)預(yù)熱到40～90℃。在提純(110)中，除去溶液(109)中的不溶物和有機(jī)碳。在某些情況下，表面活性物質(zhì)如硅藻土或沸石可用作吸附介質(zhì)。
提純和預(yù)熱的溶液(111)與來自碳酸氫鈉離心過程(220)的濾液(222)流出物和來自十/倍半體系熔融過程(330)的倍半碳酸鹽溶液(333)流出物混合，并送(121)至蒸發(fā)-汽提過程(120)。在此過程(120)中，存在第一級蒸發(fā)器、第一級汽提器、第二級汽提器和第二級蒸發(fā)器。在此系統(tǒng)(120)中，使用機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)。系統(tǒng)中使用的熱源為低壓蒸汽(絕對壓力1.5～2.5bar)?？紤]到工藝條件(發(fā)電廠中的能量-蒸汽平衡)，熱蒸汽壓縮機(jī)可代替機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)使用。來自蒸發(fā)-汽提過程(120)的溶液(122)流出物總堿度為24～28％，碳酸氫鈉濃度為0.5～2％；其溫度為100～105℃。一部分濃縮溶液(211)送至碳酸氫鈉碳酸化過程(210)，另一部分(331)送至十/倍半熔融過程(330)。剩余的濃縮溶液與來自十/倍半熔融過程(330)的十水合物溶液(332)混合，并進(jìn)料(131)到一水合物結(jié)晶過程(130)。
在一水合物結(jié)晶體系(130)中使用低壓蒸汽(1.5～2.5bara)作為熱源，出于節(jié)省能量的目的，使用機(jī)械蒸汽再壓縮機(jī)。為了改變結(jié)晶中的晶體尺寸，取自石灰乳液制備過程(510)的石灰乳液(514)通過計量泵注入進(jìn)料溶液(131)。調(diào)整注入的速度使得進(jìn)料溶液(131)中的鈣濃度為30～60ppm。
來自蒸發(fā)-汽提(120)和一水合物結(jié)晶(130)過程的冷凝物(123和133)流出物在過程的不同點(diǎn)、發(fā)電廠的去離子水制備中和作為溶液開采溶劑注射流體中使用。來自蒸發(fā)-汽提(120)過程的一部分二氧化碳?xì)怏w(212)流出物用于制備碳酸氫鈉，另一部分(413)用于輕蘇打灰制備過程。包括20～30％晶體、總堿度為30～33％和溫度為100～105℃的來自一水合物結(jié)晶過程(130)的漿料(132)流出物進(jìn)料到離心過程(140)。大部分來自離心過程(140)的濾液(142)流出物返回到一水合物結(jié)晶體系(130)中。
在離心過程(140)中，包含20～30％晶體的漿料(132)首先在旋液分離器中被濃縮到45～60％的晶體含量，然后送至兩級推動式離心機(jī)以分離水含量為0.5～5％的一水合物餅(141)和總堿度為29～31％、晶體含量為1～3％的濾液(142和143)。來自離心過程的一水合物餅(141)流出物進(jìn)料到干燥和包裝過程(150)。在此過程中，使用旋轉(zhuǎn)或流化床干燥器。通常使用間接蒸汽作為加熱介質(zhì)。在某些情況下也使用直接接觸干燥器(燃油、天然氣或LPG)。在干燥器中，干燥溫度為130～180℃，優(yōu)選為150～160℃。
為了調(diào)節(jié)產(chǎn)品的粒度分布，在干燥和包裝過程(150)中使用兩級篩選體系。篩子上面的大顆粒蘇打灰直接進(jìn)料到十/倍半熔融過程(330)并返回到過程中。一部分篩子下面的蘇打灰細(xì)粒(611)進(jìn)料到硅酸鈉體系(610)，剩余的(711)在旋轉(zhuǎn)結(jié)晶體系(710)中被消耗。
來自干燥和包裝過程的重蘇打灰產(chǎn)品(151)流出物的典型規(guī)格給出如下。
堆積密度 0.95-1.06g/cm3粒度分布+1000微米％ 0+600微米最多5％+425微米最多30％+150微米最少85％-75微米最多1％Na2CO3最少99.5％游離水分 最多0.05％NaCl 最多0.2％SO4-2最多％400ppmFe+3最多10ppm不溶物 最多0.05％Pb 最多5ppmAs 最多3ppmHg 最多1ppmCu 最多30ppmTOC最多40ppm為了控制過程中積累的雜質(zhì)，清洗來自一水合物離心系統(tǒng)(140)的部分濾液(143)流出物。雖然與雜質(zhì)一起濃縮，但由于清洗液流也具有高的總堿度，所以其用于進(jìn)一步的過程。一部分總堿度為29～31％的清洗液(311)被送至十/倍半結(jié)晶過程(310)。在冷卻型結(jié)晶器中得到的由十水合物或倍半碳酸鹽晶體組成的漿料(312)進(jìn)料到離心過程(320)。
當(dāng)在十/倍半過程中進(jìn)行十水合物晶體的制備時，苛性鈉(531)通過計量泵注入冷卻結(jié)晶進(jìn)料溶液(311)中，從而濃度為2～4.5％的碳酸氫鹽濃縮物被部分中和。在中和之后，溶液用水稀釋到20～25％的總堿度。中和的溶液在十/倍半冷卻結(jié)晶器(310)中15～30℃下冷卻，從而得到十水合物晶體漿料。溫度為5～7℃的冷水用作冷卻介質(zhì)。漿料(312)被送至離心過程(320)，并分離為含有1～3％游離水分的十水合物晶體(321)和濾液(322)。來自離心過程的濾液(322)流出物作為方法的最終清洗液被丟棄，然而十水合物晶體(321)進(jìn)料到熔融過程(330)。此處，十水合物晶體與取自蒸發(fā)-汽提過程的熱溶液(331)一起熔融。所得的富溶液(332)返回到一水合物結(jié)晶過程(130)。
當(dāng)在十/倍半過程中制備倍半碳酸鹽晶體時，對進(jìn)料至十/倍半結(jié)晶器的溶液不進(jìn)行中和和稀釋?？倝A度為25～31％的溶液(311)在十/倍半結(jié)晶器(310)中30～70℃冷卻，從而得到由倍半碳酸鹽晶體組成的漿料。溫度為5～7℃的冷水用作冷卻介質(zhì)。漿料(312)被送至離心過程(320)，并分離為含有3～8％游離水分的倍半碳酸鹽晶體(321)和濾液(322)。來自離心過程的濾液(322)流出物作為方法的最終清洗液被丟棄，然而十水合物晶體(321)進(jìn)料到熔融過程(330)。此處，十水合物晶體與取自蒸發(fā)-汽提過程的熱溶液(331)一起熔融。所得的溶液(333)返回到蒸發(fā)-汽提過程(120)，因為它具有高的碳酸氫鹽濃度。
作為本發(fā)明范圍內(nèi)的可選擇方案，由十/倍半結(jié)晶過程獲得的倍半碳酸鹽晶體可進(jìn)料到輕/中蘇打灰生產(chǎn)線上的煅燒過程(430)，從而作為輕蘇打灰產(chǎn)品被回收。本發(fā)明中提出的物料衡算沒有考慮此可選擇方案而制定。
取自一水合物離心機(jī)(140)的另一部分清洗液(411)進(jìn)料至碳酸化過程(410)用于制備輕蘇打灰。此處，用過程水(412)稀釋至14～17％總堿度的溶液直接與來自蒸發(fā)-汽提過程(120)的二氧化碳?xì)怏w(413)流出物反應(yīng)，并得到碳酸氫鈉晶體。包含碳酸氫鈉晶體比率為14～15％的漿料(414)送至離心過程(420)，游離水分含量3～8％的碳酸氫鹽晶體(421)與濾液(422)分離。濾液(422)被設(shè)置為最終清洗液，為了進(jìn)行輕蘇打灰的制備(431)，碳酸氫鈉晶體(421)被送至煅燒過程(430)。在使用高壓(絕對壓力10～28bar)間接蒸汽的旋轉(zhuǎn)煅燒爐中，在150～220℃(優(yōu)選180℃)下進(jìn)行煅燒。
從一水合物離心機(jī)(140)中分離的另一部分清洗液(521)用于制備將在十/倍半結(jié)晶器中消耗的苛性鈉。60～90℃進(jìn)料到苛性化-澄清過程(520)的溶液(521)稀釋至10～20％的總堿度，并與石灰乳液制備過程(510)所得的石灰乳液(513)反應(yīng)以使其苛性化。過程廢物(523)在澄清器中與苛性鈉溶液(522)分離，為了除去剩余的不溶物(532)，過濾(530)溶液，從而得到濃度為8～15％的苛性鈉溶液(531)。
來自蒸發(fā)-汽提過程的一部分溶液(211)流出物冷卻至70℃，并進(jìn)料至碳酸氫鈉碳酸化過程(210)中的冷卻型板式碳酸化塔。冷卻的溶液在碳酸化塔中與來自蒸發(fā)-汽提過程(120)的二氧化碳?xì)怏w(212)流出物反應(yīng)，從而得到碳酸氫鈉晶體。碳酸化塔(210)為60～75℃，其中位于塔出口的碳酸氫鹽晶體漿料(213)為55～65℃。所得的漿料(213)進(jìn)料至碳酸氫鹽離心機(jī)(220)，其中分離碳酸氫鹽晶體(221)和碳酸氫鹽濾液(222)。濾液(222)送回至蒸發(fā)-汽提過程(120)。碳酸氫鹽晶體(221)送至干燥-包裝過程(230)。在板式或流化床干燥器中于80℃下進(jìn)行干燥。因為碳酸氫鹽晶體在高于75℃的溫度分解，因此干燥過程中停留時間盡可能短是很重要的。在干燥過程后，使用級式篩選系統(tǒng)以根據(jù)市場設(shè)定的規(guī)格將不同尺寸的碳酸氫鹽晶體分級。由此，獲得三種不同等級的精制碳酸氫鈉產(chǎn)品，即藥物級、飼料級和技術(shù)級(231)。
一部分篩子下面的重蘇打以及在除塵系統(tǒng)(611)中保留的輕和重蘇打灰灰塵與石英砂(612)在立窯中于1400～1600℃下反應(yīng)，從而獲得硅酸鈉(613)。向窯中進(jìn)料不同比例的石英砂和蘇打灰從而制備不同模數(shù)的硅酸鈉。2模數(shù)的硅酸鈉是用摩爾比為2∶1的SiO2-Na2O制備，3模數(shù)的硅酸鈉是用進(jìn)料中摩爾比為3∶1的SiO2-Na2O制備。來自窯的硅酸鈉流出物通過滾筒和金屬線傳送帶冷卻為小球，并裝入產(chǎn)品倉。燃油、LPG或天然氣用作煅燒過程的燃料。
另一部分篩子下面的重蘇打以及來自一水合物干燥和包裝過程(150)的除塵系統(tǒng)(711)流出物中保留的輕和重蘇打灰灰塵在旋轉(zhuǎn)結(jié)晶器(710)中通過噴霧熱過程冷凝物(712)在60～100℃重結(jié)晶。此處，小于75μm的蘇打細(xì)粒被加工為大于100μm的蘇打顆粒。這樣制備的一水合物晶體(713)被送至重蘇打干燥和包裝過程(150)并干燥。
實施例-1在Eti Soda Inc.Soda Ash Pilot Production Plant研究結(jié)晶器進(jìn)料溶液中的鈣濃度對重蘇打灰粒度分布的影響。為此目的，向結(jié)晶器進(jìn)料溶液中注入石灰乳液。關(guān)系如圖所示。
如圖2、圖3和圖4中觀察到的，隨著結(jié)晶器進(jìn)料溶液(131)中的鈣離子濃度增加，在重蘇打灰產(chǎn)品中，大于600μm和425μm的顆粒百分比增加，而小于75μm的顆粒百分比降低。清楚的是，結(jié)晶器進(jìn)料溶液(131)中存在鈣離子增加了重蘇打灰產(chǎn)品(151)的粒度。
實施例-2圖1所示的方法是能生產(chǎn)1,000,000公噸/年重蘇打灰、100,000公噸/年碳酸氫鈉、100,000公噸/年輕蘇打灰和30,000公噸/年硅酸鈉的方法。這種方法的物料衡算給出如下。
重蘇打灰制備過程100

碳酸氫鈉制備過程200

十/倍半過程500

輕蘇打灰制備過程400

硅酸鈉制備過程600

旋轉(zhuǎn)結(jié)晶器過程700

苛性鈉過程500

實施例-3在Eti Soda Inc.Dense Soda Ash Pilot Production Plant用“蘇打-石灰方法”進(jìn)行氫氧化鈉試驗性規(guī)模的生產(chǎn)。在此試驗性規(guī)模的生產(chǎn)中，7.05噸的石灰與Na2CO3總堿度為168.8g/lt的34.4m3天然堿溶液反應(yīng)。得到NaOH濃度為150.2g/lt(13.0％)的15.3m3苛性鈉溶液。在苛性化完成時總碳酸鈉轉(zhuǎn)化率為89.0％。此苛性溶液被蒸發(fā)，得到總堿度為666.7g/lt(46.2％)NaOH的2.1m3濃縮苛性溶液?？列曰?0℃進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種由含碳酸氫鹽的溶液制備鈉化學(xué)品的一體化方法，該含碳酸氫鹽的溶液通過溶液開采天然堿、蘇打石或碳酸氫鈉石礦藏以及含碳酸氫鹽的湖水獲得，該方法通過提純-預(yù)熱(110)、蒸發(fā)-汽提(120)、一水合物結(jié)晶(130)、離心(140)和干燥-包裝(150)過程；其特征在于，在十/倍半結(jié)晶過程(310)中，將一部分從系統(tǒng)中取出的清洗液轉(zhuǎn)化為雜質(zhì)含量低的十水合物或倍半碳酸鹽晶體，并在蒸發(fā)-汽提過程(120)、輕蘇打煅燒過程(430)和一水合物結(jié)晶過程(130)中回收這些晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于在旋轉(zhuǎn)結(jié)晶(710)中通過重結(jié)晶來自干燥-包裝過程(150)的蘇打灰細(xì)粒流出物將它們轉(zhuǎn)化為一水合物晶體，并在干燥-包裝過程(150)中干燥后作為重蘇打灰回收這些晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2制備鈉化學(xué)品的一體化方法，該方法包括十/倍半結(jié)晶過程(310)，其特征在于，通過加入苛性鈉得到十水合物晶體，并在15～30℃結(jié)晶，或者不加入苛性鈉通過在30～70℃結(jié)晶而得到倍半碳酸鹽晶體，由此通過改變過程參數(shù)，在單個結(jié)晶系統(tǒng)中制備兩種不同的晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，通過苛性化-澄清(520)和過濾(530)過程處理一部分從一水合物離心過程(140)取出的清洗液(521)以及石灰乳液來制備將在十/倍半結(jié)晶過程(310)中使用的苛性鈉(531)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，熔融過程(330)中來自十/倍半結(jié)晶過程(310)的晶體流出物熔融，得到的十水合物溶液(332)送至一水合物結(jié)晶過程(130)，并且得到的倍半碳酸鹽溶液(333)送至蒸發(fā)-汽提過程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，將來自蒸發(fā)-汽提過程(120)的濃縮溶液(331)流出物用于熔融過程(330)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，包括一水合物結(jié)晶過程(130)，其特征在于，在計量泵的幫助下將石灰乳液制備過程(510)中得到的石灰乳液(514)注入一水合物結(jié)晶器進(jìn)料溶液(131)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，將石灰乳液(514)注入結(jié)晶器進(jìn)料溶液(131)，足以保持結(jié)晶器進(jìn)料溶液中的鈣濃度為20～60ppm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，使用低壓蒸汽和機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)作為熱源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，通過在60～100℃噴霧熱過程冷凝物(712)，在旋轉(zhuǎn)結(jié)晶器(710)中將由干燥-包裝過程(150)得到的微細(xì)蘇打灰塵轉(zhuǎn)化為一水合物晶體。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，通過碳酸化過程(210)、離心過程(220)和干燥過程(230)處理一部分取自蒸發(fā)-汽提過程(120)的濃縮溶液(211)來制備碳酸氫鈉。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，用一部分來自蒸發(fā)-汽提過程(120)的二氧化碳(212)流出物進(jìn)行碳酸化過程(210)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11和權(quán)利要求12中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，將來自離心過程(220)的濾液(222)流出物進(jìn)料到蒸發(fā)-汽提過程(120)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，將來自十/倍半結(jié)晶過程(433)的倍半碳酸鹽晶體(433)流出物送入煅燒過程(430)用于制備輕/中蘇打灰(431)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，通過碳酸化(410)、過濾(420)和煅燒(430)過程處理一部分取自一水合物離心過程(140)的清洗液(411)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，用一部分來自蒸發(fā)-汽提過程(120)的二氧化碳(413)流出物進(jìn)行碳酸化過程(410)。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，通過將篩子下面的重蘇打和重蘇打干燥包裝過程(150)中在除塵系統(tǒng)內(nèi)保留的微細(xì)蘇打灰塵(611)與石英砂(612)一起送入爐(610)中來制備硅酸鈉。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中制備鈉化學(xué)品的一體化方法，其特征在于，由通過溶液開采天然堿、蘇打石或碳酸氫鈉石礦藏以及含碳酸氫鹽的湖水獲得的含碳酸氫鹽的溶液制備鈉化學(xué)品。
全文摘要
涉及鈉化學(xué)品制備的方法，包括通過提純、蒸發(fā)－除去碳酸、結(jié)晶、離心和干燥步驟，處理由溶液開采天然堿、蘇打石或碳酸氫鈉石礦藏以及含碳酸氫鹽的湖水獲得的含碳酸氫鹽溶液的過程。
文檔編號C01B33/00GK1772615SQ200510118190
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者伊斯梅勒·杰伊蘭, 阿里·烏烏雷爾利, 諾揚(yáng)·迪萊克 申請人:Eti化學(xué)和電氣產(chǎn)品制造有限公司