CN101538056A

CN101538056A - 离子交换法生产碳酸钾的工艺方法

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Publication number: CN101538056A
Application number: CN200910068696A
Authority: CN
Inventors: 刘鸿雁; 赵斌; 胡柏松; 赵景利
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: CN101538056B

Abstract

本发明涉及一种离子交换法生产碳酸钾的生产工艺。该工艺主要包括解吸、蒸发、吸收、碳酸化、结晶、干燥等单元，工艺步骤为：离子交换完成液预热后在解吸塔中分解，然后进入三效蒸发单元，蒸发完成液进入二氧化碳吸收塔，碳酸钾全部被碳酸化为碳酸氢钾。碳酸化所用的二氧化碳气来自解吸塔和干燥器，解吸塔分解的氨气被氨吸收塔吸收为氨水做配液使用。碳酸氢钾结晶经离心机甩干，干燥包装为成品碳酸钾。本发明取消现有灰窑工段，减少环境污染，除不凝气彻底，提高了传热系数，二氧化碳集中收集浓度高，减少碳酸化时间，提高生产效率，节约原料，降低成本，显著提高了经济效益和社会效益。

Description

离子交换法生产碳酸钾的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种离子交换法生产碳酸钾的工艺方法。

背景技术

目前，生产碳酸钾的方法主要有离子交换法和离子膜-流化床法。虽然离子膜-流化床工艺有着质量高、节约能源、无三废污染等优点，但是需要引进设备，投资基数大，回收期长，在短期内不会被大面积推广应用。同时，随着生产企业不懈的努力，离子交换法生产技术水平和离子膜-流化床法的差距不断在缩小，离子交换法生产工艺具有很强的生命力，在国内碳酸钾生产中占主导作用。

中国专利CN 101186317A公开了一种碳酸钾的制备方法，提供一种工艺设备投资少，能耗低，无污染排放的碳酸钾的制备方法，将燃煤烟道气或石灰窑气经水除尘脱硫后通入按水中，制成(NH₄)₂CO₃溶液，加入Ni(OH)₂和KCl，通入NH₃分离出Ni(NH₃)₆Cl₂沉淀的K₂CO₃氨水溶液，再转移到容器，加压通NH₃或加液氨，溶液分层，上层为过饱和氨水，下层为饱和K₂CO₃含氨溶液，用萃取法得K₂CO₃含氨饱和溶液；将K₂CO₃含氨溶液加热蒸发，脱氨后过滤掉残留的NiCO₃后蒸干得K₂CO₃产品；将Ni(NH₃)₆Cl₂溶于水，加石灰，加热蒸发脱氨完全后，过滤出Ni(OH)₂循环使用，滤液浓缩的CaCl₂产品。该工艺操作复杂，难以实现工业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的离子交换法生产碳酸钾的工艺方法，是对现有工艺进行改进，可以克服现有技术的不足。本发明工艺能耗降低、投资少、对环境友好、产品质量高。

本发明提供的离子交换法生产碳酸钾的工艺方法主要包括将解吸工艺与氨吸收、二氧化碳吸收工艺相结合，最终制备出碳酸钾。具体包括以下步骤：

1)含有碳酸氢铵的碳酸氢钾溶液(例如，含0.5～1％的碳酸氢铵)的主物料走向：液储罐4中的碳酸氢钾溶液由进液泵5经乏汽预热器2和冷凝水预热器3预热后，进入解吸塔8中，在该装置中过量的碳酸氢铵全部分解，碳酸氢钾部分分解，处理后的液体经由泵12依次进入I效蒸发器13，II效蒸发器14，III效蒸发器15。蒸发过程中碳酸氢钾分解，转换为碳酸钾，为了要得到更纯的碳酸钾，先将碳酸钾碳酸化成碳酸氢钾。故蒸发浓缩后的液体由泵18进入二氧化碳吸收塔17，充分碳酸化后碳酸氢钾溶液被送到结晶器19，冷却结晶，液固混合物在离心机20中分离，碳酸氢钾晶体进入干燥器21，碳酸氢钾分解成碳酸钾、水和二氧化碳。干燥后碳酸钾成品装袋包装。

2)蒸汽走向：锅炉1来的生蒸汽分别提供给解吸塔8的塔底再沸器和I效蒸发器13，I效蒸发器13的二次蒸汽作为II效蒸发器14的加热蒸汽，II效蒸发器14的二次蒸汽作为III效蒸发器15的加热蒸汽，III效蒸发器15的二次蒸汽进入乏汽预热器2作为预热热源。未冷凝下来的二次蒸汽进入真空系统23。其中，解吸塔8的塔底再沸器和I效蒸发器13中的冷凝水在闪蒸罐6中闪蒸出的蒸汽也同时作为III效蒸发器15的部分加热蒸汽。其中，解吸塔8中分解出的氨气和二氧化碳气经冷凝冷却器9和气水分离器10后，同时干燥器21中碳酸氢钾分解的二氧化碳也被收集进气水分离器10，由压缩机11加压后进氨吸收塔16，氨气被软水26吸收，二氧化碳进入二氧化碳吸收塔17，蒸发完成液被碳酸化。

3)冷凝水走向：解吸塔8的塔底再沸器和I效蒸发器13的冷凝水除部分闪蒸外，剩余由泵7打到冷凝水预热器3中预热后回锅炉1。另外，II效蒸发器14和III效蒸发器15的冷凝水及NH₃吸收塔16的氨水均用于配液。其中，NH₃吸收塔16的吸收剂为软水26，冷却水来自凉水塔27，也作为结晶器19冷却和冷凝冷却器9的冷却水源。

所说的碳酸氢钾溶液的质量浓度为14～16％。

所说的解吸塔8的塔底再沸器温度为60～90℃，解吸时间为1.5～2.5个小时。

所说的二氧化碳吸收塔中二氧化碳的压力为0.4～0.8MPa，碳酸化时间为2～4小时。

所说的干燥器的温度为100～350℃。

所说的I效蒸发器溶液沸点控制在120～126℃，浓度达到16～18％；II效蒸发器溶液沸点控制在95～102℃，浓度达到26～30％；III效蒸发器溶液沸点控制在65～75℃，浓度达到45～50％。

本发明工艺的突出特点是：

1、解吸塔8可以使碳酸氢铵完全分解、碳酸氢钾部分分解，这样就可以解决蒸发过程传热系数降低的问题。当不凝性气体大于5％(体积比)，换热系数将大大降低。故现有工艺中蒸发工段的传热效果很差，使得热量消耗增大。本工艺在蒸发之前用解吸塔除掉碳酸氢铵，减少蒸发中不凝气氨气与二氧化碳气的含量，提高蒸发过程的传热系数。

2、现有工艺中碳酸化是通过灰窑煅烧石灰石产生二氧化碳气实现的，但该工艺存在污染严重、能耗高。本发明工艺中使用解吸过程碳酸氢铵和碳酸氢钾分解产生的二氧化碳气体和干燥器中碳酸氢钾分解的二氧化碳气体，二氧化碳气体浓度高，可集中收集，无污染。同时，减少碳酸化时间，提高生产效率。

3、氨吸收塔16的氨水用于离子交换液的配制，节约原料，降低产品成本。

总之，本发明取消现有灰窑工段，减少环境污染，除不凝气彻底，提高了传热系数，二氧化碳气集中收集浓度高，减少碳酸化时间，提高生产效率，节约原料，降低成本，产品质量高，显著提高了经济效益和社会效益。本工艺是一种绿色生产工艺，既减少能耗，又对环境无污染。

附图说明

图1为现有生产工艺流程局部示意图。

图2为本发明生产工艺流程局部示意图。

图3为本发明主要生产工艺流程图。

具体实施方式

如图所示，1、锅炉，2、乏汽预热器，3、冷凝水预热器，4、液储罐，5、进液泵，6、闪蒸罐，7、冷凝水泵，8、解吸塔，9、冷凝冷却器，10、气水分离器，11、压缩机，12、进液泵，13、I效蒸发器，14、II效蒸发器，15、III效蒸发器，16、氨吸收塔，17、二氧化碳吸收塔，18、过液泵，19、结晶器，20、离心机，21、干燥器，22、碳酸钾成品包装，23、真空系统，24、交换车间，25、凉水，26、软水，27、凉水塔，28、挥氨器，29、碳酸化塔，30、灰窑工段。

实施例1

液储罐4中为含有0.5％碳酸氢铵的碳酸氢钾溶液(质量浓度为14％)，该溶液由进液泵5经乏汽预热器2和冷凝水预热器3预热后，进入解吸塔8中，解吸塔8的塔底再沸器温度为65℃，解吸时间为2.5个小时，碳酸氢铵完全分解，碳酸氢钾分解率为12.5％，解吸液进入经由泵12依次进入I效蒸发器13，II效蒸发器14，III效蒸发器15。I效蒸发器溶液沸点控制在120℃，碳酸钾浓度达到15％，II效蒸发器溶液沸点控制在101℃，碳酸钾浓度达到28％，III效蒸发器溶液沸点控制在75℃，碳酸钾浓度达到50％。蒸发完成液进入二氧化碳吸收塔，其中二氧化碳的压力为0.6MPa，碳酸化4个小时。碳酸钾碳酸化成碳酸氢钾送到结晶器19，冷却结晶，冷却水液固混合物在离心机20中分离，碳酸氢钾晶体进入干燥器21，碳酸氢钾在340℃分解成碳酸钾、水和二氧化碳。干燥后碳酸钾成品装袋包装。碳酸钾含量为99.10％，按国家标准为优等品。

实施例2

液储罐4中为含有0.8％碳酸氢铵的碳酸氢钾溶液(质量浓度为15％)，该溶液由进液泵5经乏汽预热器2和冷凝水预热器3预热后，进入解吸塔8中，解吸塔8的塔底再沸器温度为75℃，解吸时间为2.5个小时，碳酸氢铵完全分解，碳酸氢钾分解率为22％，解吸液进入经由泵12依次进入I效蒸发器13，II效蒸发器14，III效蒸发器15。I效蒸发器溶液沸点控制在125℃，碳酸钾浓度达到16％，II效蒸发器溶液沸点控制在100℃，碳酸钾浓度达到29％，III效蒸发器溶液沸点控制在70℃，碳酸钾浓度达到47％，蒸发完成液进入二氧化碳吸收塔，其中二氧化碳的压力为0.5MPa，碳酸化3.0个小时。碳酸钾碳酸化成碳酸氢钾送到结晶器19，冷却结晶，冷却水液固混合物在离心机20中分离，碳酸氢钾晶体进入干燥器21，碳酸氢钾在300℃分解成碳酸钾、水和二氧化碳。干燥后碳酸钾成品装袋包装。碳酸钾含量为98.60％，按国家标准为一等品。

实施例3

液储罐4中为含有1％碳酸氢铵的碳酸氢钾溶液(质量浓度为16％)，该溶液由进液泵5经乏汽预热器2和冷凝水预热器3预热后，进入解吸塔8中，解吸塔8的塔底再沸器温度为85℃，解吸时间为2.0个小时，碳酸氢铵完全分解，碳酸氢钾分解率为33.8％，解吸液进入经由泵12依次进入I效蒸发器13，II效蒸发器14，III效蒸发器15。I效蒸发器溶液沸点控制在125℃，碳酸钾浓度达到17％，II效蒸发器溶液沸点控制在100℃，碳酸钾浓度达到27％，III效蒸发器溶液沸点控制在65℃，碳酸钾浓度达到45％，蒸发完成液进入二氧化碳吸收塔，其中二氧化碳的压力为0.5MPa，碳酸化2.0个小时。碳酸钾碳酸化成碳酸氢钾送到结晶器19，冷却结晶，冷却水液固混合物在离心机20中分离，碳酸氢钾晶体进入干燥器21，碳酸氢钾在320℃分解成碳酸钾、水和二氧化碳。干燥后碳酸钾成品装袋包装。碳酸钾含量为99.20％，按国家标准为优等品。

Claims

1、一种离子交换法生产碳酸钾的工艺方法，其特征在于它主要包括：解吸、氨吸收、二氧化碳吸收，具体工艺步骤：

1)液储罐(4)中的含有碳酸氢铵的碳酸氢钾溶液经进液泵(5)进入乏汽预热器(2)和冷凝水预热器(3)预热后进入解吸塔(8)中，再经由泵(12)依次进入I效蒸发器(13)，II效蒸发器(14)，III效蒸发器(15)；蒸发浓缩后的液体由泵(18)进入二氧化碳吸收塔(17)，充分碳酸化后碳酸氢钾溶液被送到结晶器(19)，冷却结晶，液固混合物在离心机(20)中分离，碳酸氢钾晶体进入干燥器(21)，碳酸氢钾分解成碳酸钾、水和二氧化碳，干燥后碳酸钾成品装袋包装；

2)蒸汽走向：锅炉(1)来的生蒸汽分别提供给解吸塔(8)的塔底再沸器和I效蒸发器(13)，I效蒸发器(13)的二次蒸汽作为II效蒸发器(14)的加热蒸汽，II效蒸发器(14)的二次蒸汽作为III效蒸发器(15)的加热蒸汽，III效蒸发器(15)的二次蒸汽进入乏汽预热器(2)作为预热热源；未冷凝下来的二次蒸汽进入真空系统(23)，其中，解吸塔(8)的塔底再沸器和I效蒸发器(13)中的冷凝水在闪蒸罐(6)中闪蒸出的蒸汽也同时作为III效蒸发器(15)的部分加热蒸汽；其中，解吸塔(8)中分解出的氨气和二氧化碳气经冷凝冷却器(9)和气水分离器(10)后，同时在干燥器(21)中碳酸氢钾分解的二氧化碳也被收集进气水分离器(10)，由压缩机(11加压后进氨吸收塔(16)，氨气被软水(26)吸收，二氧化碳进入二氧化碳吸收塔(17)，蒸发完成液被碳酸化；

3)冷凝水走向：解吸塔(8)的塔底再沸器和I效蒸发器(13)的冷凝水除部分闪蒸外，剩余由泵7打到冷凝水预热器3)中预热后回锅炉(1)；II效蒸发器(14)和III效蒸发器(15)的冷凝水及氨吸收塔(16)的氨水均用于配液，其中，NH₃吸收塔(16)的吸收剂为软水(26)，冷却水来自凉水塔(27)，也作为结晶器(19)冷却和冷凝冷却器(9)的冷却水源。

2、按照权利要求1所说的工艺方法，其特征在于所说的碳酸氢钾溶液的质量浓度为14～16％。

3、按照权利要求1或2所说的工艺方法，其特征在于所说的碳酸氢钾溶液中含0.5～1％的碳酸氢铵。

4、按照权利要求1所说的工艺方法，其特征在于所说的解吸塔(8)的塔底再沸器温度为60～90℃，解吸时间为1.5～2.5个小时。

5、按照权利要求1所说的工艺方法，其特征在于所说的二氧化碳吸收塔中二氧化碳的压力为0.4～0.8MPa，碳酸化时间为2～4小时。

6、按照权利要求1所说的工艺方法，其特征在于所说的干燥器(21)的温度为100～350℃。

7、按照权利要求1所说的工艺方法，其特征在于所说的I效蒸发器(13)溶液沸点控制在120～126℃，浓度达到16～18％；II效蒸发器(14)溶液沸点控制在95～102℃，浓度达到26～30％；III效蒸发器(15)溶液沸点控制在65～75℃，浓度达到45～50％。