專(zhuān)利名稱(chēng)：制取碳酸氫鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制取碳酸氫鈉的方法，特別是在氨堿法中制取碳酸氫鈉 的方法。
背景技術(shù)：
日本特開(kāi)平1一208315對(duì)傳統(tǒng)的以氨鹽水作為碳化供給液的氨堿法進(jìn)行 了改進(jìn)。由于氨鹽水的NaCl飽和濃度即其總氯濃度Tcl (為4.4-4.5mol/l) 和NH40H濃度即其總氨濃度TNH3(為4. 8-5. 3mo1/1 )都低，碳化度Rc(30-60%) 更低，因此，碳化反應(yīng)完成液(下稱(chēng)出堿液)的Tcl (為4.7-5.0mol/l)、 TNH3 (為4. 9-5. lmo1/1)、氮氯比A (T鵬/Tcl為1. 0-1. 05)也都低，即 使在出堿液的碳化度Rc高達(dá)190%的條件下，氯化鈉的轉(zhuǎn)化率只有73-75%， 而碳化塔底的晶漿濃度卻高達(dá)290-310Kg/m3，重堿結(jié)晶質(zhì)量也差，平均粒徑 僅為80-90II m，同時(shí)，由于碳化單位容積碳化供給液——氨鹽水析出的重堿 量多，放熱量大，為移除反應(yīng)熱以保持適合的碳化反應(yīng)終溫就需要設(shè)置冷卻 器，而冷卻的又是重堿飽和溶液，所以，又會(huì)帶來(lái)冷卻器結(jié)疤易堵、需編組 交替作業(yè)、操作復(fù)雜、維修量大的缺點(diǎn)；日本特開(kāi)平1一208315對(duì)上述傳統(tǒng) 氨堿法提出的改進(jìn)方案，將部分重堿分離母液返回與氨鹽水或預(yù)碳化后的中 和氨鹽水按0.2-1.5的體積比混合，再冷卻至18r后作為碳化供給液，在 18-4(TC下以二段進(jìn)氣方式進(jìn)行碳化反應(yīng)，此改進(jìn)方案使該碳化供給液的Tcl 為4.6mo1/1， TNH3為5. 3mo1/1， Rc提高到93%，因而，相對(duì)于傳統(tǒng)的氨堿 法，對(duì)降低末段反應(yīng)區(qū)的重堿晶漿濃度，減少晶核的發(fā)生量，提高重堿結(jié)晶 質(zhì)量，對(duì)減少碳化單位容積碳化供給液的重堿析出量和反應(yīng)熱都會(huì)有所改 善，如可減少碳化反應(yīng)熱的冷卻量，只需在碳化塔的末段反應(yīng)區(qū)裝設(shè)強(qiáng)制循 環(huán)冷卻器抽出部分反應(yīng)液冷卻即可，但是，按此改進(jìn)方案， 一是重堿分離母 液的兌入量不多，二是沒(méi)有增加吸氨量，對(duì)碳化供給液的組成的改變并不明 顯，因此，對(duì)碳化反應(yīng)條件的改變也不明顯，由其實(shí)施例可見(jiàn)，即使在較佳 的實(shí)施環(huán)境(混合比為0.5)下，其塔底的晶漿濃度卻仍高(190Kg/m3)，重 堿結(jié)晶質(zhì)量無(wú)明顯的改進(jìn)，其平均粒徑只有100 ii m，氯化鈉轉(zhuǎn)化率沒(méi)有提高，
按其重堿分離母液的NH4C1/ (NH4Cl+NaCl)計(jì)也僅74.596，加之，碳化塔仍需 要設(shè)置冷卻器，而且冷卻的仍是重堿飽和溶液，傳統(tǒng)氨堿法中存在冷卻器結(jié) 疤易堵、需編組交替作業(yè)等缺點(diǎn)仍然存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制取碳酸氫鈉的方法，該方法通過(guò)提供一種 大量?jī)度胫貕A分離母液，能使碳化反應(yīng)在高總氨濃度、高碳化度進(jìn)料、低晶 漿濃度和無(wú)需冷卻重堿飽和溶液條件下完成的碳化供給液，從而可使氨堿法 純堿生產(chǎn)成為一種碳化操作簡(jiǎn)易、原料氯化鈉利用率高、能量消耗低、能制 得優(yōu)質(zhì)的純堿。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種制取碳酸氫鈉的方法，以部分重堿分離 母液作為碳化供給液的組分，在15-42'C下以二段進(jìn)氣的方式進(jìn)行碳化反應(yīng)， 其特征在于該重堿分離母液經(jīng)吸氨、冷卻、補(bǔ)加固體氯化鈉后的鹽氨母液與 原料液按體積比B二3-6混合成半母液作為碳化供給液，其總氨濃度 TNH3=5.8-7.3 mol/l，總氯濃度Tcl二4, 5-5. 3 mol/l，碳化反應(yīng)完成液的碳 化度Rc=170-188%。
所述的原料液按體積比B二4-5混合成半母液，半母液總氨濃度 TNH3=5.9-7.0mol/l，總氯濃度Tcl=4. 6-5. 0 mol/l，碳化反應(yīng)完成液的碳化 度Rc=176_186%。
把本實(shí)施方案返回的重堿分離母液先進(jìn)行吸氨，以制得TNH3高的氮母 液，然后，為了彌補(bǔ)吸氨過(guò)程中因母液體積變大而降Tcl濃度，向氨母液中 補(bǔ)加固體鹽(NaCl)成為鹽氨母液，將此鹽氨母液與原料液按體積比B二3-6 混合成半母液即為本實(shí)施方案的碳化供給液，此供給液在碳化塔中于15-42 'C下以二段進(jìn)C02氣方式完成碳化反應(yīng)，出堿液經(jīng)分離重堿后的重堿分離母 液按照上述B值需要的量返回供本法循環(huán)使用，其余的去蒸餾回收其中的NH3 和C02。由于用重堿分離母液吸氨可以多吸收制堿反應(yīng)所需要的氨，而且在 氨母液中可以補(bǔ)加固體鹽以調(diào)節(jié)總氯濃度，所以，本發(fā)明方法可以將碳化供 給液——半母液的TNH3控制到5. 8-7. 3mo1/1， Tcl調(diào)節(jié)到4. 5-5. 3mo1/1， 因此，按照制堿反應(yīng)式，再將出堿液的碳化度控制在170-188%適中的范圍內(nèi)， 就可以使出堿液的Tcl為4.65-5.45mol/l，氨氯比A值為1. 10-1. 60，就可 以獲得高的氯化鈉轉(zhuǎn)化率；在此B值范圍內(nèi)，碳化塔中單位容積反應(yīng)液的重 堿析出量和反應(yīng)熱量少得多，所以，只要提前冷卻重堿不飽和溶液--半母液， 控制好半母液的進(jìn)塔溫度(15-22°C)，這些反應(yīng)熱量完全可以由出堿液以顯 熱的方式全部移除，而不需要碳化塔附設(shè)冷卻水箱或外部冷卻器以冷卻重堿 飽和溶液，而且，在此B值和TNH3、 Tcl范圍內(nèi)，半母液的碳化度Rc高， 為135-155%,碳化塔底重堿晶漿濃度m低，為60-115Kg/m3，晶核的發(fā)生量 小，因此可以制得顆粒粗大、分離性能好的重堿結(jié)晶。本發(fā)明使用的原料液， 具體是指精制鹽水(又稱(chēng)二次鹽水)、氨鹽水、中和氨鹽水等。
本發(fā)明中當(dāng)B值低于3.0時(shí)，重堿分離母液的返回量小，碳化塔中單 位容積反應(yīng)液的重堿析出量大，就難以通過(guò)出堿液顯熱帶出全部碳化反應(yīng) 熱，而且，由于需要控制更低的半母液進(jìn)塔溫度，工程上經(jīng)濟(jì)性差；當(dāng)B值 大于6.0時(shí)，會(huì)過(guò)多地增加循環(huán)過(guò)程輸送液體的動(dòng)力消耗，而且使氨母液和 半母液中游離氨濃度FNH3和二氧化碳濃度C02的比值降低到2以下，將在冷 卻過(guò)程中析出重碳酸鹽，造成氨母液冷卻器和半母液冷卻器結(jié)垢。本發(fā)明中 增加重堿分離母液的吸氨量，可以提高半母液的TNH3和氯化鈉的轉(zhuǎn)化率， TNH3低于5.8 mo1/1時(shí)，氯化鈉的轉(zhuǎn)化率低；當(dāng)TNH3高于7.3 mo1/1時(shí)， 循環(huán)過(guò)程諸母液中的游離氨FNH3濃度高，碳化塔和吸氨器尾氣帶氨多，重堿 結(jié)晶中的碳酸氫銨(NH4HC03)含量也會(huì)增高。本發(fā)明半母液的Tcl低于4.5 mo1/1，循環(huán)母液量大，還會(huì)在氨母液和半母液的冷卻器中造成重碳酸鹽結(jié) 街；Tcl高于5.3mo1/1，對(duì)提高氯化鈉轉(zhuǎn)化率而言是不必要的，而且，需要 控制較高的半母液進(jìn)塔溫度，存在碳化塔的出堿液溫度過(guò)高的缺點(diǎn)。本發(fā)明 中碳化塔出堿液的碳化度Rc高于188%時(shí)，要求碳化塔的高度和碳化壓力都 高，碳化反應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)，工程上實(shí)施難度大；Rc低于170%時(shí)，需要控制高 TNH3濃度，也有與上述TNH3高于7. 3 mo1/1時(shí)相同的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下措施達(dá)到本發(fā)明方法用于氨堿法制取重 堿時(shí)，控制鹽氨母液和原料液的混合比B二4-5,半母液總氨濃度 TNH3二5. 9-7. 0mo1/1 ,總氯濃度Tcl二 4.6-5.0 mo1/1 ，出堿液碳化度 Rc=176-186%,塔底晶漿濃度m=70-82 Kg/m具體實(shí)施方式
，這對(duì)于獲得高的 氯化鈉轉(zhuǎn)化率，提高原料氯化鈉的利用率，降低蒸餾過(guò)程能耗，以及對(duì)于提 高重堿結(jié)晶質(zhì)量，使用離心機(jī)代替真空過(guò)濾機(jī)分離重堿晶漿，降低煅燒過(guò)程 能耗，節(jié)省設(shè)備投資和減少生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用等都更有好處。
經(jīng)吸氨、補(bǔ)鹽的重堿分離母液與所指定的任何一種原料液混合都可以獲 得本發(fā)明的效果。但是，在與中和氨鹽水混合時(shí)，流程上增加了一次吸氨。
仍要使用預(yù)碳化系統(tǒng)，循環(huán)母液當(dāng)量也大，而且由于混合后半母液的C02濃 度過(guò)高，會(huì)給冷卻操作帶來(lái)困難，是不利的；與氨鹽水混合也有多一次吸氨 和循環(huán)母液當(dāng)量大的缺點(diǎn)；與精制鹽水混合是最好的，只需一次吸氨，不設(shè) 預(yù)碳化系統(tǒng)，循環(huán)母液當(dāng)量也比較小。
本發(fā)明方法中提及的C02氣、NH3、氯化鈉和精制鹽水、氨鹽水、中和氨 鹽水等原料都是現(xiàn)有技術(shù)中常用的，如補(bǔ)加的固體氯化鈉，可以使用洗滌鹽， 或者使用一、二級(jí)真空精制鹽，也可以用蒸餾廢液回收氯化鈣時(shí)副產(chǎn)的氯化 鈉，方案中設(shè)置過(guò)濾器K的目的是進(jìn)一步除去原料鹽帶入的雜質(zhì)微粒。本發(fā) 明可使用中國(guó)專(zhuān)利ZL91106256.4中提出的C式塔，也可在任何一種不附設(shè) 任何形式冷卻器的碳化塔中實(shí)施。本發(fā)明方法用于現(xiàn)有氨堿法純堿生產(chǎn)裝置 改造時(shí)，不改變?cè)}水、煅燒、蒸餾、石灰等工序的工藝、設(shè)備和操作。
本發(fā)明方法與背景技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 氯化鈉轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)80-84。％，平均提高8%，按鹽耗1500kg/t計(jì)， 可節(jié)省原料氯化鈉約120kg/t，而且，大量重堿分離母液返回到原料液系統(tǒng)， 減少了重堿過(guò)濾損失，按過(guò)濾損失純堿16kg/t計(jì)，可以減少純堿產(chǎn)品損失 13kg/t，蒸餾母液當(dāng)量小，還可以降低蒸餾工序的低壓蒸汽消耗。
2. 重堿結(jié)晶質(zhì)量好，結(jié)晶顆粒大(>120um)，如使用C式塔時(shí)，平均 粒徑可達(dá)150 um，且粒度均勻，分離和洗滌性能好，可以采用離心機(jī)代替 真空過(guò)濾機(jī)分離重堿晶漿，濾餅水份可以由18-20%減少到12%以下，顯著 降低煅燒工序的中壓蒸汽消耗，而且純堿產(chǎn)品質(zhì)量好，鹽份低于0.4%，松 密度可達(dá)600kg/m3，具有良好的包裝和使用性能。
3. 碳化塔用碳鋼制造，不設(shè)預(yù)碳化塔系統(tǒng)，碳化反應(yīng)可一步完成，而 且吸氨的溫升小，氨母液的游離氨濃度低，能夠用小巧的噴射吸氨器代替高 大的吸氨塔，顯著節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用，日常維修費(fèi)用亦低。
4. 碳化塔露天布置，也不用設(shè)水箱維修框架，離心機(jī)廠房比真空過(guò)濾 廠房矮，噴射吸氨器不用單獨(dú)設(shè)置廠房，因此，碳(化)濾(過(guò))和蒸(餾) 吸(氨)廠房矮小得多，土建工程投資可以明顯減少。
5. 碳化塔不設(shè)冷卻器冷卻重堿飽和溶液，結(jié)疤輕，作業(yè)周期長(zhǎng)，不用 編組進(jìn)行頻繁的倒塔或倒換外冷器輪作清洗；日常操作不用進(jìn)行精心的冷卻 水調(diào)節(jié)，也不必設(shè)置精確的溫度控制系統(tǒng)，操作十分簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)操作自 動(dòng)化。
6.用于現(xiàn)有氨堿法純堿生產(chǎn)裝置改造的投資更省，見(jiàn)效更快。
從上述可見(jiàn)本發(fā)明解決近一個(gè)半世紀(jì)以來(lái)在氨堿法純堿生產(chǎn)中氯化鈉 轉(zhuǎn)化率低、重堿結(jié)晶質(zhì)量差、碳化塔操作復(fù)雜、冷卻器結(jié)疤易堵而需多臺(tái)編 組作業(yè)等技術(shù)難題。


附圖為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖所示，將鹽氨母液13和精制鹽水14在混合器I中按比例混合成半 母液1，再經(jīng)冷卻器J冷卻和過(guò)濾器K凈化后送到碳化塔D的上部，分別在 塔中部通入石灰窯氣3和在塔下部通入煅燒爐氣2進(jìn)行碳酸化，完成重堿結(jié) 晶析出過(guò)程，碳化尾氣5從塔頂排出去尾氣凈化系統(tǒng)，出堿液(重堿晶漿) 4經(jīng)離心機(jī)E分離和加入洗水7洗滌成重堿6和分離母液8，重堿6送煅燒 工序，分離母液8的小部分8i去蒸餾工序蒸氨，大部分送吸氨器F吸收蒸氨 塔來(lái)的氨混合氣9，同時(shí)補(bǔ)加過(guò)程消耗的氨10，氨母液11經(jīng)冷卻器G冷卻 后去補(bǔ)鹽器H補(bǔ)加固體氯化鈉12成為鹽氨母液13，然后在混合器I中與來(lái) 自鹽水工序的精制鹽水14混合成半母液1，如此循環(huán)實(shí)施本發(fā)明。
實(shí)施例1
重堿分離母液(組分TNH36. 48mol/l， Tcl4. 83 mol/l， C02l. 81 mol/1) 加氨1. 63 mol/1和補(bǔ)加固體鹽0. 21rnol/l的鹽氨母液(組分TNH37. 70mo1/1， Tcl4. 75mol/l， C02l. 89 mol/1) 24. 5m3/h與精制鹽水(組分:T鵬O. 60mol/l， Tcl5.25mo1/1， CO2O. 24mol/l) 4. 9m3/h按混合比B=5混合成半母液，其成 分TNH36. 52mol/l， Tcl4.83mo1/1， CO2I. 61mol/l，碳化度Rc為148%,將 其冷卻到2(TC加入4) 1600mm C式塔進(jìn)行碳化，塔底碳酸氫鈉晶漿濃度75 Kg/m3，出堿液溫度38. 6°C，碳化度Rcl82%，組分C鵬(NH4C1) 4. 18mol/l， Tcl4.95mo1/1， C02l. 85 mol/l，氨氯比A為l. 34。氯化鈉轉(zhuǎn)化率為84. 4%。 重堿結(jié)晶平均粒徑159ym，其形狀多為球形和圓柱形，粒度比較均勻，離心 機(jī)分離的重堿水分9. 5%,純堿鹽分0. 32%。碳化尾氣含C025. 3%，帶NHs7. 0g/ Nm3。去蒸餾的重堿分離母液當(dāng)量4.89m3/t。
實(shí)施例2
重堿分離母液加氨2. 34mol/l，補(bǔ)鹽0. 31 mol/1的鹽氨母液按B=3和精 制鹽水混合成半母液，組分T歸.01mol/l， Tcl4. 97mol/l， CO2I. 30 mol/l，
Rcl37%，將其冷卻到15.(TC加入4)1200mm不設(shè)冷卻水箱的笠帽塔進(jìn)行碳化， 塔底晶漿濃度107 Kg/m3，出堿液溫度41. 8°C， Rcl86%，組分CMM. 20mol/l， Tcl5. 15mol/l， C02l. 55 mol/l，氨氯比A為1, 20。氯化鈉轉(zhuǎn)化率為4%。 重堿結(jié)晶平均粒徑122 u m，精制鹽水當(dāng)量4. 00m3/t，蒸餾母液當(dāng)量4. 91m3/t。 實(shí)施例3
重堿分離母液加氨1. 64mol/l和補(bǔ)鹽0. 18 mol/1的鹽氨母液與精制鹽 水按B二6混合成半母液，其組分TNH37. 33mol/l， Tcl4. 55mol/l， C022. 08 mol/l， Rcl41%，冷卻到22'C加入cH60mm C式塔進(jìn)行碳化，塔底晶漿濃度 64 Kg/m3，出堿液溫度39.4。C， Rcl70%，組分CNH33. 94mol/l， Tcl4. 65 mol/l， C022. 39mol/l， A為1. 60。氯化鈉轉(zhuǎn)化率為84. 5%，重堿結(jié)晶平均 粒徑127ixm。精制鹽水當(dāng)量3. 76m3/t ，蒸餾母液當(dāng)量5. 21m3/t 。
權(quán)利要求
1、一種制取碳酸氫鈉的方法，以部分重堿分離母液作為碳化供給液的組分，在15-42℃下以二段進(jìn)氣的方式進(jìn)行碳化反應(yīng)，其特征在于該重堿分離母液經(jīng)吸氨、冷卻、補(bǔ)加固體氯化鈉后的鹽氨母液與原料液按體積比B＝3-6混合成半母液作為碳化供給液，其總氨濃度TNH3＝5.8-7.3mol/l，總氯濃度Tcl＝4.5-5.3mol/l，碳化反應(yīng)完成液的碳化度Rc＝170-188％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制取碳酸氫鈉的方法，其特征在于所述的原 料液按體積比B=4-5混合成半母液，半母液總氨濃度TNH3=5. 9-7. 0mol/l， 總氯濃度Tcl=4. 6-5. 0 mol/l,碳化反應(yīng)完成液的碳化度RC=176_186%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在氨堿法中制取碳酸氫鈉的方法，以部分重堿分離母液作為碳化供給液的組分，在15-42℃下以二段進(jìn)氣的方式進(jìn)行碳化反應(yīng)，其特征在于該重堿分離母液經(jīng)吸氨、冷卻、補(bǔ)加固體氯化鈉后的鹽氨母液與原料液按體積比B＝3-6混合成半母液作為碳化供給液，其總氨濃度TNH₃＝5.8-7.3mol/l，總氯濃度Tcl＝4.5-5.3mol/l，碳化反應(yīng)完成液的碳化度Rc＝170-188％。本發(fā)明的特點(diǎn)是氯化鈉轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)80-84％，能夠制取平均粒徑120-150μm的重堿結(jié)晶，可使用離心機(jī)分離重堿晶漿，裝置投資、原材料和能量消耗均低，碳化操作簡(jiǎn)單，特別是可避免因冷卻重堿飽和溶液而帶來(lái)的諸多弊病。
文檔編號(hào)C01D7/00GK101357770SQ20071001235
公開(kāi)日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者全 王 申請(qǐng)人:全 王