CN101367531A - 一种将表面工程技术应用于天然碱生产领域的联合制碱法 - Google Patents

Abstract

本发明是表面工程技术在天然碱生产领域的应用。使用依附结晶分离法在含盐、碱、硝的混合溶液中提取溶解度较小的碳酸钠，对得到的十水碳酸钠进行加热自溶、沸腾结晶，析出一水碳酸钠，再经煅烧干燥，制得重质颗粒纯碱；将残留溶液高压雾化，与通入的CO₂反应，使剩余碳酸钠转化为碳酸氢钠，使其结晶分离，再经煅烧分解制得轻质纯碱，或打成料浆送入高压雾化干燥塔干燥分解，制成球形轻质颗粒纯碱；余下的含盐、硝的溶液，经过高压雾化浓缩，使用依附结晶分离法提取硝，经自然风化干燥制得元明粉；剩下的以氯化钠为主的溶液采用雾化吸氨、雾化碳化技术，转化为碳酸氢钠，再经煅烧分解制得纯碱；最终废液排入溶解池循环利用。

Description

一种将表面工程技术应用于天然碱生产领域的联合制碱法

技术领域：

本发明涉及化工生产方法，特别是应用表面工程技术，使用依附结晶分离法、雾化浓缩法、雾化碳化法、雾化吸氨法对盐、碱、硝混合溶液进行分步分离；使用刷撒风送煅烧管对碳酸钠、碳酸氢钠半成品进行煅烧分解等为主体的联合制碱法。

背景技术：

纯碱生产，目前采用的是常规氨碱法和多效蒸发浓缩法。氨碱法使用精制盐为原料，经氨化、碳酸化制得碳酸氢钠，再经煅烧制得纯碱。多效蒸发浓缩法是使用含碳酸钠纯度极高的天然碱原料经常规蒸发浓缩析出无水碳酸钠，再经煅烧制得纯碱。这两种方法生产纯碱设备投资高、能耗大、程序多、技术要求繁杂，而且用人多、劳动强度大、生产周期长，废水、废气对环境的污染也极其严重，更重要的是对原料的选择性强。如果要生产高纯度纯碱必须选用精制盐水或含碳酸钠单一成份较高的原料。这种选择性决定了其生产的局限性。从全世界天然碱储藏的状况来看，大部分天然碱为伴生矿物质，盐、碱、硝混合并存，以原有的生产方法提纯分离难度很大，致使天然碱原料的利用价值大大降低。盐、碱、硝的分离至今仍是天然碱领域的一大难题，以致影响到全世界天然碱加工工业的发展。

发明内容：

本发明的做法在于对传统生产工艺进行改进，通过依附结晶分离法、高压雾化浓缩法、雾化碳化法、雾化吸氨法对天然碱伴生矿物中的盐、碱、硝进行分离、提纯、转化。通过刷撒风送煅烧热风炉对无水碳酸钠的煅烧制得重质颗粒碱；通过风送煅烧热风炉对碳酸氢钠的煅烧使其分解为轻质纯碱；通过高压雾化干燥塔对碳酸氢钠料浆的雾化、煅烧制得球形轻质纯碱；通过自然干燥法对结晶器上的晶体进行风化干燥制得纯碱、元明粉；通过对常规氨碱法的改进，将雾化技术应用于蒸氨、吸氨、碳化，制得纯碱。依此可达到如下目的：扩大了纯碱生产中原料的选择性，实现了伴生矿物的分离、提纯，提高了资源的利用价值；将表面工程技术引入纯碱的生产，加快了物质物理转化和化学转化的速度，提高了转化率；简化了生产工艺，缩短了生产流程，降低了生产成本，节约了能源和人力，并充分利用了自然能源，使高污染的生产环境变为环保生产环境。

本发明目的的实现通过下述方法来完成：

原碱通过溶解、澄清制得浓度为30％左右的清碱液，其方法采用常规法。

将清碱液注入深度为1米左右的地下冷析池(冷析池的规格根据生产需求量而定，地下冷析池的目的是为了减小环境温度对液体的影响，便于操作)，使碱液液面在冷析池内由下而上缓慢上升，缓慢上升的碱液与池内结晶器上的纤维绳接触，溶解度最小的碳酸钠溶液首先迅速着附于绳体，成为晶种，晶种不断吸引同类介质向其着附，使结晶绳上的晶体不断长大。在结晶的同时，由于结晶池为地下池，结晶池内液体的温度会不断下降，溶液中溶质的溶解度也随着液体温度的降低而降低，更加便于晶体析出。为了控制不让其它溶质结晶，当溶液中碳酸钠含量降低到一定程度时即需迅速将溶液排出，排出的溶液再经雾化转化器将残留的碳酸钠转化为碳酸氢钠。

在结晶器上结晶的碳酸钠晶体为十水碳酸钠，十水碳酸钠晶体在环境温度大于34℃时会溶解于自身水中成为含碳酸钠37％左右的溶液，将碳酸钠溶液经雾化浓缩结晶器加温沸腾结晶，析出一水碳酸钠晶体。

将一水碳酸钠晶体送刷撒风送煅烧管煅烧，蒸发掉水分，制得重质颗粒纯碱。

从冷析池排出的低浓度溶液由于碳酸钠含量降低，不便于用冷析分离法和浓缩分离法精确分离，则采用化学转化法，利用高压雾化碳化法将剩余碳酸钠转化为碳酸氢钠。由于碳酸氢钠溶解度偏低，极易与硝、盐分离，由此实现碱与其它介质的分离。

从雾化转化器转化而制得的碳酸氢钠，经刷撒风送煅烧管的煅烧分解，便制得轻质纯碱。

从雾化转化器而制得的碳酸氢钠不经过离心脱水工序，将其在高速搅拌器内制成料浆再经高压泥浆泵打入高压雾化干燥塔经对流干燥煅烧分解后制成球形颗粒纯碱。

与碳酸氢钠分离后的盐硝溶液经雾化蒸发器快速浓缩后再经依附结晶分离法将硝提出，完成盐硝分离。

由于硝的价值关系不适于耗能生产，可将结晶器上的晶体硝置于环境温度小于34℃，大于10℃的空间使其自然风化干燥制得成品元明粉。

经分离后的氯化钠溶液采用雾化技术使其吸氨、碳化，转化为碳酸氢钠，经煅烧制得轻质纯碱。

以本改进方法进行联合制碱，实现了盐碱硝的单质分离，根据市场的不同需求同时制得了轻质粉状纯碱、轻质球形颗粒纯碱、重质颗粒纯碱和无明粉，产品品种全，纯度高，而且整个生产过程可实现循环连锁利用，无烟、无尘、无废液排放等污染环境的问题。

附图说明：

图1本发明所述的联合制碱法工艺流程

图2本发明所述的雾化浓缩结晶器装置示意图

图3本发明所述的刷撒风送煅烧管装置示意图

具体实施方式：

一、进行盐、碱、硝的冷析分离处理。其处理装置为1、地下冷析池：所述地下冷析池深度1米左右(因为结晶过程受液体压力的影响故结晶池不宜过深)，宽3米左右，长20米左右，便于操作，也能扩大容量；2、依附结晶器：所述依附结晶器为1m×1m×2.7m左右的角钢框架，框架的上部和底部每间隔1cm焊接1条细钢筋，上下的钢筋互相平行、一一对应，上部每条钢筋每间隔1cm系1条细纤维绳与底部相对应的钢筋连接。每一个结晶器所系纤维线的总长度约2.5万米，依此扩大依附结晶的表面积。每一个结晶器在8—12个小时内能结到晶体的重量大于1000kg。结晶器栉比排列。3、滑动天吊(电葫芦)所述滑动天吊为结晶池顶部固定跑道可来回滑动的电葫芦，以此完成结晶器的送进送出作业。按日产重质纯碱100吨以上计算，需10个结晶池，200个结晶器，纤维绳的总长度达到500万米以上。其处理过程是：将清碱液注入冷析池，使碱液液面在池内由下而上缓慢上升，上升的碱液与结晶器的纤维绳接触，溶解度最小的碳酸钠溶质迅速着附于绳体成为晶种，晶种不断吸收到同类介质向其着附，使结晶绳上的晶体不断长大。晶体长到一定程度时，放出池内的液体，利用滑动天吊将结晶器吊出，送入下一道工序。(此晶体主要为十水碳酸钠)。

二、进行十水碳酸钠的自溶与重结晶(沸腾结晶)。其处理装置为：1、自溶器：所述自溶器是根据十水碳酸钠在环境温度大于34℃时会溶解于自身水中的特性而采用的一种装置，此装置的规格根据结晶器的大小而定，为密封热蒸室，以通入的热气将其溶解。2、雾化浓缩结晶器(如图2)：所述雾化浓缩结晶器为一个竖立的塔罐，罐体外表加保温层。根据功能的不同分为两个区域：上部、中部为强制蒸发区，设两个环形进风口；下部为沸腾结晶区，设一个进风口，为结晶区内的导热管提供热源(底部加热管总截面积大于热风炉送风管截面积)。其具体处理的过程是：第一热风炉的热量经过结晶器底部的导热管对溶液加温后的余热导入上部的第一环形进风口(图示2.1)，第二热风炉的热量直接送入第二环形进风口(图示2.2)，两个环形进风口的热风在热风炉送风机的吹力作用和结晶器顶部引风机的引力作用下成上升热气流，上升的热气流与顶部高压喷枪(图示2.3)雾化下落的碳酸钠溶液雾滴呈对流趋势，产生热交换，水分迅速蒸发，使溶液快速浓缩，浓缩的溶液在热交换过程中温度升高蓄于沸腾结晶区，在结晶区内由于三排加热管的加热作用，温度迅速升高，达到109℃以上时无水碳酸钠晶体析出。析出的无水碳酸钠沉积于底部锥形体(图示2.4)经出料口(图2.5)放出。当雾化浓缩结晶器内溶液的液面超出溢流管(图示2.6)的位置时，溶液通过溢流管自行流入高位储料罐(图示2.7)。

三、进行盐、碱、硝混合溶液中碳酸钠的化学转化。其处理装置为高压雾化碳化器。所述高压雾化碳化器为一个直径1.5米、高15米的竖塔，底部设二氧化碳气体进气口。其处理过程是：分解碳酸氢钠的尾气二氧化碳气体(见实施过程四)经引风机送入碳化器底部进气口，由于碳化器的直径大于引风管道的直径，二氧化碳气体流速减慢呈缓慢上升趋势。竖塔内部从上至下每隔3米安装一个高压雾化喷枪，碱液经喷枪雾化后呈雾状下落，与上升的二氧化碳气体接触，二氧化碳迅速溶解于碳酸钠溶液，产生如下反应：Na₂CO₃+CO₂+H₂O→2NaHCO₃+59.789kj/mol。(由于碳酸钠溶液是在雾化状态下与二氧化碳气体反应，所以一方面气液接触面积扩大，另一方面雾态液滴对上升气流阻力减小，极利于二者的迅速吸收转化，而且从底部上升的二氧化碳气体在反应过程中不停地向上流动，所以放热不会影响碳酸钠液滴溶解二氧化碳)。最后这种含碳酸氢钠的溶液落入转化器下部的锥形体，通过出料口放出，经冷却槽冷却，因碳酸氢钠溶解度极小，所以迅速结晶，与其它介质分离。

四、进行无水碳酸钠的风送煅烧与碳酸氢钠的风送煅烧分解。其处理装置为一个刷撒风送式煅烧管道(图3)。所述刷撒风送煅烧管是由高温送风机(图示3.1)、高速搅拌刷(图示3.2)、立式罗旋送料机(图示3.3)、物料暂存仓(图示3.4)、底料槽(图示3.5)、积料仓(图示3.6)和旋风除尘器组成。其具体处理的过程是：热风在高温送风机的作用下给煅烧管提供提供风压为5000Pa、温度为200℃以上的热风，物料从料斗由立式螺旋输送机向煅烧管匀速提供，进入煅烧管的物料经高速搅拌刷刷撒以扩大受热面积，刷撒的物料在风力的作用下向前吹送并释放水分，部分水分含量高、粒度大的物料因风力无法负重而积于暂存仓，并经斜槽滑向料槽，再经第二组螺旋输送机送入煅烧管，经过次第的刷撒受热，物料的水分不断蒸发，当积存于积料仓时物料已达到成品要求，而且积存的物料均为比重大的颗粒重质纯碱，比重小的粉尘体经旋风分离器分离后包装。此煅烧法同样适用碳酸氢钠的煅烧分解，分解后排出的二氧化碳气体可为高压雾化碳化器提供，实现循环利用。

五、进行碳酸氢钠料浆的高压雾化煅烧分解及碳酸钠半成品、碳酸氢钠半成品在干燥塔内的煅烧、分解。其处理装置是一个进行热交换的竖立的干燥塔。为达到充分煅烧干燥，高度要高一些，按日产100吨以上的规模考虑一般高度在25-30m、直经为5-7m，外加保温层。此种装置可一式二用，既可用高压雾化法经高压喷枪雾化浓稠状碳酸氢钠料浆，又可用刷撒扩散法干燥半成品固体，其具体处理过程是：1、经高速搅拌机搅拌成的碳酸氢钠料浆经高压喷枪喷入干燥塔呈雾化状态，受喷出压力推动和自重作用向下降落，同时受到自下而向上运行的热气流作用，产生热交换，碳酸氢钠受热分解成碳酸钠、二氧化碳和水，(2Na₂HCO₃→Na₂CO₃+CO₂+H₂O)水分迅速蒸发，碳酸钠受热膨胀干燥成空心颗粒落入底部授粉漏斗成为定型产品。二氧化碳与水蒸气经引风机抽入旋风分离器分离出碱尘后导入另一道碳化工序。2、无水碳酸钠、碳酸氢钠离心脱水后由斗式提升机输送至干燥塔顶，经物料分配器向刷撒盘匀速供料，刷撒盘为直径2米以上的圆形筛底盘，物料在刷撒盘中经高速搅拌刷的作用均匀刷撒向下洒漏，洒漏的物料与自底而上运行的高热气流产生热交换，水分迅速蒸发，物料快速干燥分解，落入底部授粉漏斗成为定型产品。二氧化碳气体及水蒸气经引风机抽入旋风分离器后导入另一道工序。

六、进行残卤的浓缩与利用。其处理装置与上述雾化浓缩装置相同。残卤经雾化与热气流产生热交换，水分快速蒸发，浓缩后的饱和溶液再经依附结晶分离法将硫酸钠晶体析出，在结晶器上析出的硫酸钠晶体置于通风干燥处通过风化作用实现自然干燥，成品为无水硫酸钠(即元明粉)。最后剩下的液体为以氯化钠为主的溶液。

七、进行氯化钠溶液的转化：其处理装置有一个高压雾化吸氨器和一个高压雾化碳化器。根据反应式Na₂Cl+NH₃+CO₂+H₂O→NaHCO₃↓+NH₄CL的反应原理。使氯化钠溶液吸收氨和二氧化碳生成碳酸氢钠。由于吸氨和碳化的过程不能同时进行，必须先吸氨后吸二氧化碳，因此需通过两个装置处理。所述高压雾化吸氨器与上述的高压雾化碳化器相同。但是由于氨盐水受热会分解的原故，因此氨盐水的碳化应在常温下进行。其具体处理过程是：精盐水经雾化与底部环形风口送入上升的氨气产生反应生成氨盐水，再将氨盐水在碳化器内部雾化使之与底部进风口送入上升的二氧化碳气体产生反应生成碳酸氢钠，反应后的溶液经冷却析出碳酸氢钠晶体，晶体经大于160℃温度的煅烧分解为轻质碳酸钠。

以本发明实现的联合制碱工艺，经实际生产对比不但降低了生产设施的投资(设备投资为常规生产法投资的1％)，而且大大降低了能耗，简化了生产工艺，缩短了生产周期，并充分利用了自然能源，使生产成本大幅度降低，用工人数仅为常规生产法的十分之一，且能达到环保生产要求。

Claims (8)

1.一种将表面工程技术应用于天然碱生产领域的联合制碱法，其工艺流程为：

a、使用依附结晶分离法在含盐、碱、硝的混合溶液中首先提取溶解度较小的碳酸钠；

b、对结晶得到的十水碳酸钠进行加热自溶、沸腾结晶，析出无水碳酸钠晶体；

c、对无水碳酸钠晶体进行煅烧干燥，制得重质颗粒纯碱；

d、将流程a余下的溶液在高压雾化碳化器内雾化，同时通入CO₂气体，将溶液中的剩余碳酸钠转化为碳酸氢钠，使其结晶分离；

e、将流程d得到的碳酸氢钠用立体螺旋输送机送刷撒风送煅烧管煅烧分解制得轻质纯碱，或经高速搅拌器打成料浆送入高压雾化干燥塔雾化干燥分解，制成球形轻质颗粒纯碱；

f、将流程d余下的含盐、硝的溶液，经过高压雾化浓缩，使用依附结晶分离法提取硝，经自然风化干燥制得元明粉；

g、将流程f余下的以氯化钠为主的溶液采用雾化吸氨、雾化碳化技术，转化为碳酸氢钠，再经煅烧分解制得纯碱，最终废液排入溶解池循环利用。

2.根据权利1所述的联合制碱法，其特征是：盐、碱、硝的混合溶液通过依附结晶分离法依次提取出碳酸钠、硫酸钠。

3.根据权利1所述的联合制碱法，其特征是：将高压雾化技术应用于纯碱生产领域，主要包括高压雾化干燥分解、高压雾化浓缩、高压雾化碳化和高压雾化吸氨。

4.根据权利1或2所述的联合制碱法，其特征是：依附结晶分离法所使用的依附结晶器为线间距1cm的立体网状纤维结构。

5.根据权利1或2所述的联合制碱法，其特征是：依附结晶分离碳酸钠所需的混合溶液温度为0℃—35℃，其中以碳酸钠溶质为主的混合溶液的浓度为6％—32.9％；依附结晶硫酸钠所需的溶液温度为0℃—32.4℃，溶液浓度为8％—56.7％。

6.根据权利1或3所述的联合制碱法，其特征是：高压雾化所需的喷枪压力为20kg/cm²—60kg/cm²。

7.根据权利1所述的联合治碱法，其特征是：无水碳酸钠的风送煅烧与碳酸氢钠的风送煅烧分解的具体处理的过程是：

a、高温送风机为刷撒风送煅烧管提供风压为5000Pa、温度为200℃以上的热风；

b、物料从料斗由立式螺旋输送机匀速送入煅烧管；

c、进入煅烧管的物料受到高速搅拌刷的刷撒、热风的煅烧、吹送，快速干燥、分解；

d、部分水分含量高、粒度大的物料因风力无法负重而积于暂存仓，经斜槽滑入下一螺旋输送机所在的料槽，再次被送入煅烧管刷撒、煅烧、吹送；

e、干燥后的重质纯碱会被风吹送到积料仓，成为成品；

f、粉尘状物料经旋风分离器分离后即为轻质纯碱。

8.根据权利5所述的联合治碱法，其特征是：立式螺旋输送机为3组，每组2台，每组沿管道间隔2m。

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