CN102198953A - 以蜜胺尾气和芒硝联合生产纯碱和硫酸铵的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以蜜胺尾气和芒硝联合生产纯碱和硫酸铵的方法。一种生产纯碱的方法，包括以下步骤：a)提供硫酸钠水溶液；b)将蜜胺尾气通入硫酸钠水溶液中，形成碳酸铵-硫酸钠水溶液；c)向碳酸铵-硫酸钠水溶液中通入二氧化碳，得到碳酸氢钠晶体的悬浮浆液；d)悬浮浆液进行固液分离，得到碳酸氢钠和母液I，将碳酸氢钠固体煅烧，获得纯碱。本发明的方法进一步包括：e)将母液I加入蒸氨塔，加热，在塔顶形成含氨气、二氧化碳的塔顶混合气，在塔釜内生成脱氨液；f)将脱氨液蒸发脱水，得到硫酸钠结晶和母液II；g)将母液II冷却结晶，得到Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O盐结晶和母液III；h)将母液III蒸发脱水，析出硫酸铵结晶。本发明的方法原料利用率高、能耗低。

Description

以蜜胺尾气和芒硝联合生产纯碱和硫酸铵的方法

技术领域

本发明涉及一种生产纯碱和/或硫酸铵的方法，特别是利用以蜜胺尾气和芒硝联合生产纯碱和硫酸铵的方法。

背景技术

蜜胺((NH₂)₃C₃N₃)也称三聚氰胺，是一种用途广泛的有机化工原料。其可用于制造三聚氰胺-甲醛树脂(蜜胺塑料)，制造日用器皿、装饰贴面板、织物整理剂等，还可与乙醚配合作纸张处理剂，此外还可用作涂料交联剂以及阻燃化学处理剂等。最原始的蜜胺生产方法是双氰胺法，到二十世纪八十年代以后，工业化生产蜜胺开始以尿素为原料，在一定温度和一定压力作用下进行如下反应：

6(NH₂)₂CO→C₃H₆N₆+6NH₃+3CO₂

上述合成工艺根据反应条件的不同，分为高压液相淬冷法(7-10MPa，370-450℃)、低压液相淬冷法(0.5-1MPa，380-440℃)和低压气相淬冷法(＜0.3MPa，390℃)三种。上述工艺的实现，是在反应器中将颗粒或者无水液态尿素于一定温度、压力或者催化剂作用下转化为蜜胺，上述反应在生成蜜胺的同时还会放出大量的氨和二氧化碳混合气，即蜜胺尾气。

纯碱化学名为碳酸钠(Na₂CO₃)，又名苏打、碱灰(Soda Ash)，是一种重要的、大吨位的基本无机化工原料。纯碱的用途很广泛，可用于制造玻璃，如平板玻璃、瓶玻璃、光学玻璃和高级器皿等；还可利用脂肪酸与纯碱反应制肥皂；此外，在硬水软化、石油和油类物质的精制、冶金工业脱除硫磷杂质、选矿、以及铜、铅、镍、锡、铀、铝等金属的制备、化学工业制取钠盐和金属碳酸盐、漂白剂、填料、洗涤剂、催化剂及染料中均得到广泛利用。所以，纯碱具有大量的市场需求。目前，纯碱的生产方法有索尔维法，侯氏制碱法和天然碱加工法等，所用原料因加工方法不同而异；常用的主要原料为原盐(包括海盐、池盐、矿盐及地下卤水)、天然碱、石灰石、氨等。在大规模工业化生产中，纯碱的制备一般是以二氧化碳(CO₂)和食盐(NaCl)为原料进行的。

硫酸铵((NH₄)₂SO₄)又称硫铵，俗称肥田粉，是一种速效氮素化学肥料(复合肥必用品)，其适用于小麦、玉米、水稻、棉花、甘薯、麻类、果树、蔬菜等农作物；硫酸铵同样是一种用途广泛的化工原料，主要用于制造氯化铵，氨明矾、焊药、矿山沉淀剂、防火剂、耐火材料、电镀、食品酱色催化剂、酵母培养剂、染色助剂、蓄电池等。同样地，硫酸铵的市场需求量也很大。在工业化生产中硫酸铵一般从炼焦工业、石油炼制工业和合成纤维的副产品中回收。

利用芒硝(硫酸钠，Na₂SO₄)制碱已有200多年历史。芒硝制碱的主要工艺是路布兰法。此法需要用煤还原煅烧，存在以下问题：

(1)能耗大，每吨碱耗煤在2吨以上；

(2)产品质量不佳，原料利用不充分，其主要反应过程在熔融的固相中进行，需要高温，设备生产能力小，反应不完全，钠利用率约在60％～80％之间；

(3)设备腐蚀严重，工人劳动条件恶劣。由于主要设备如反射炉或回转炉始终在高温下作业，受碱的腐蚀严重的耐火砖等要经常更换，每吨碱要消耗的耐火材料50kg左右；

(4)污染大。在生产过程中的浸取、过滤等工序每吨碱就产生1吨左右的沉渣，几乎每道工序中都有污染环境的粉尘或气体排出，碳酸化时还有大量的硫化氢气体排放；

以上原因影响了以路布兰制碱法主的芒硝制碱工业的发展。近几十年来有人研究了以苯酚为置换载体芒硝制碱工艺。但该工艺由于使用有机物苯酚为载体循环使用，用量大，每吨纯碱需要1.8吨苯酚；回收时需要用大量有机溶剂经行多级萃取精馏，操作时控制要求高，工业化困难。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是克服如上所述的各种芒硝制碱工艺原料利用率低、消耗高、污染大、单线产能小等弊病，进而提供一种利用芒硝和蜜胺尾气为原料的大型化生产纯碱和/或硫酸铵的先进工艺。

本发明所要解决的第二个技术问题是现有技术中对蜜胺尾气的处理无法将蜜胺制备工艺中大量的余热蒸汽充分利用的问题，进而提供一种可以将上述余热蒸汽得以充分利用的蜜胺生产纯碱和/或硫酸铵工艺。

本发明所要解决的第三个技术问题是将滤出重碱后的母液中的硫酸钠和硫酸铵分离开来，得到纯净优质的硫酸铵，以提高芒硝中硫酸根的利用率和经济价值。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种生产纯碱的方法，其包括如下步骤：

a)提供硫酸钠水溶液；

b)蜜胺尾气吸收

将含有氨和二氧化碳的蜜胺尾气通入步骤a)中的所述硫酸钠水溶液中，形成碳酸铵-硫酸钠水溶液；

c)重碳酸化

向步骤b)中得到的所述碳酸铵-硫酸钠水溶液中通入二氧化碳气体，反应生成碳酸氢钠结晶沉淀，得到碳酸氢钠晶体的悬浮浆液；

d)碳酸氢钠的分离、煅烧

对步骤c)所得到的所述碳酸氢钠晶体的悬浮浆液进行固液分离，得到碳酸氢钠固体和母液I，将得到的所述碳酸氢钠固体进行煅烧，获得纯碱。

优选地，在步骤b)中控制温度为30～50℃，可选在步骤b)中形成的所述碳酸铵-硫酸钠水溶液中氨含量为7wt％～10wt％。

优选地，在步骤c)中控制反应温度为60～80℃，可选反应后进一步降低温度至15～42℃。

优选地，在步骤d)中煅烧温度为160～250℃，可选将步骤d)中煅烧所述碳酸氢钠固体所产生的二氧化碳返回到所述c)重碳酸化步骤中进行循环利用。

优选地，步骤a)中的所述硫酸钠水溶液是钙镁离子总浓度低于10ppm的精制硫酸钠水溶液，优选地精制硫酸钠水溶液是通过除去粗芒硝水溶液中的钙、镁以及固体悬浮物制备得到的，进一步优选地利用两碱法对所述粗芒硝水溶液进行精制。

优选地，还包括以下步骤：

e)蒸氨

将步骤d)中固液分离得到的所述母液I加入蒸氨塔，加热，使得所述母液I中的碳酸氢铵、碳酸铵以及水合氨分解并逸出，在塔顶形成含氨气、二氧化碳以及饱和水蒸汽的塔顶混合气，在塔釜内生成含有硫酸铵和硫酸钠的脱氨液，可选地将所述塔顶混合气返回步骤b)中用所述硫酸钠水溶液吸收利用。

优选地，进一步包括以下生产硫酸铵的步骤：

f)硫酸钠的分离

将步骤e)中得到的所述脱氨液蒸发脱水，浓缩析出硫酸钠结晶，固液分离得到硫酸钠固体和母液II；

g)冷却结晶以及Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O分离

将步骤f)中的得到的所述母液II冷却，得到Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O结晶，固液分离得到Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O固体和母液III；

h)硫酸铵的分离

将步骤g)中得到的所述母液III蒸发脱水，浓缩析出硫酸铵结晶，固液分离，得到硫酸铵固体和母液IV。

优选地，步骤f)和/或h)中所述蒸发脱水是低压蒸汽加热多效蒸发脱水，优选所述低压蒸汽加热多效蒸发脱水在65～125℃及相应温度的饱和压力下进行，更优选在75～115℃及相应温度的饱和压力下进行。

优选地，步骤g)中的冷却温度为15～42℃，优选15～38℃，可选地将步骤g)中分离出的所述Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O固体循环返回步骤f)，溶解到所述脱氨液中后，进行所述蒸发脱水。

优选地，将步骤h)中分离出的所述母液IV循环回到步骤g)，与所述母液II混合后，进行所述冷却。

本发明的方法原料利用率高、消耗低、污染小、单线产能高。具体而言，本发明具有如下优点：

(1)本发明生产纯碱和/或硫酸铵的工艺，实现了对蜜胺尾气和芒硝的双重高效利用。

(2)本发明的方法在生产的过程中，无需另外再加入氨和大量的二氧化碳，只需要以尾气中的氨量为物料平衡基准来补充适量的二氧化碳即可，该方法不需要额外加入氨，经济效益更好。

(3)本发明的工艺充分利用了相应蜜胺装置的各种工艺余热蒸汽，节能降耗效果明显，经济效益显著。

(4)我国是全球的芒硝资源大国，本发明以芒硝为原料生产纯碱和/或硫酸铵，拓展了芒硝的大规模利用途径，提高了芒硝的经济价值。

(5)本发明的方法不需要加入有机载体，主要过程均在水溶液中进行，硫酸铵分离工序中产生的冷凝液可用于开采芒硝矿，降低了采矿成本，减少了废水排放。

附图说明

图1为本发明的一种优选实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

本发明的方法包括以下步骤：

a)提供硫酸钠水溶液；

b)蜜胺尾气吸收

将蜜胺尾气通入步骤a)中的硫酸钠水溶液中，形成碳酸铵-硫酸钠水溶液；

c)重碳酸化

向步骤b)中制备得到的碳酸铵-硫酸钠水溶液中通入一定量的二氧化碳气体，使得碳酸铵-硫酸钠水溶液和二氧化碳反应生成碳酸氢钠结晶沉淀，得到碳酸氢钠晶体的悬浮浆液；

d)碳酸氢钠的分离、煅烧

对步骤c)所得到的碳酸氢钠晶体悬浮浆液进行固液分离，得到碳酸氢钠固体和母液I，将得到的碳酸氢钠固体进行煅烧，即可制得纯碱。

本发明的方法可以进一步包括以下步骤：

e)蒸氨

将步骤d)中固液分离得到的母液I加入蒸氨塔，加热，使得母液I中的碳酸氢铵、碳酸铵以及水合氨(NH₄OH)分解并逸出，在塔顶形成含氨气、二氧化碳以及饱和水蒸汽的塔顶混合气，在塔釜内生成含有硫酸铵和硫酸钠的脱氨液。

本发明的方法可以进一步包括以下步骤：

f)硫酸钠的分离

将步骤e)中得到的脱氨液蒸发脱水，浓缩析出硫酸钠结晶，固液分离得到硫酸钠和母液II；

g)冷却结晶以及Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O分离

将步骤f)中的得到的母液II冷却，得到Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O(为了表述方便，下文中简称D盐)结晶，固液分离得到D盐固体和母液III；

h)硫酸铵的分离

将步骤g)中得到的母液III蒸发脱水，使得母液III浓缩析出硫酸铵结晶，固液分离，得到硫酸铵和母液IV。

下面对各个步骤进行详细说明。

a)提供硫酸钠水溶液

此处优选以粗芒硝水溶液作为原料，是由于将分离芒硝和硫酸铵时产生的大量热水注入芒硝矿就可以得到粗芒硝水溶液，以其为原料，成本较低。

优选提供精制硫酸钠水溶液。精制主要是除去粗芒硝中的钙、镁以及固体悬浮物。优选制备无钙镁离子的精制硫酸钠水溶液，钙镁离子总浓度优选低于10ppm，更优选低于8ppm，最优选低于5ppm。可利用两碱法对粗硫酸钠水溶液或者芒硝进行精制。例如，向粗芒硝或粗芒硝水溶液中加入Na₂CO₃和NaOH，除去钙镁离子，得到钙镁离子总浓度低于10ppm的精制硫酸钠水溶液。

硫酸钠水溶液中的Na₂SO₄含量优选为20wt％～32wt％，更优选20wt％～30wt％，最优选22wt％～28wt％。

b)蜜胺尾气吸收

将蜜胺尾气(含氨和二氧化碳的混合气)通入步骤a)中的硫酸钠水溶液中，形成碳酸铵-硫酸钠水溶液。

化学反应如下：

NH₃+H₂O→NH₄OH

2NH₄OH+CO₂→(NH₄)₂CO₃

该反应为放热反应，为了控制反应温度，需要使用冷却手段去维持反应温度。控制温度优选为30～50℃，更优选30～45℃，最优选30～40℃。在30～50℃温度范围内，可以使前述的化学吸收过程得以持续进行。该处的冷却手段可以是现有技术中可以实现温度降低并保持基本恒定的任何手段，本发明优选为冷却水降温。

形成的碳酸铵-硫酸钠水溶液中氨含量优选为7wt％～10wt％，更优选7wt％～9wt％。在该氨含量范围内，兼顾了氨和Na₂SO₄的单程转化率。在本发明中为了保持上述氨含量，需要根据蜜胺尾气的量来调整硫酸钠水溶液的加入量。

蜜胺尾气中的二氧化碳在此也被吸收，通常完全吸收。

c)重碳酸化(重碳酸化析碱)

向步骤b)中制备得到的碳酸铵-硫酸钠水溶液中通入一定量的二氧化碳气体，使得碳酸铵-硫酸钠水溶液和二氧化碳反应生成碳酸氢钠结晶沉淀，得到碳酸氢钠晶体的悬浮浆液。

该过程中反应如下：

(NH₄)₂CO₃+CO₂+H₂O→2NH₄HCO₃

2NH₄HCO₃+Na₂SO₄→(NH₄)₂SO₄+2NaHCO₃↓

需要将制得的碳酸铵-硫酸钠水溶液中通入一定量的二氧化碳气体，使得碳酸铵-硫酸钠水溶液和二氧化碳反应生成碳酸氢钠(重碱)。碳酸铵-硫酸钠水溶液和二氧化碳经过重碳酸化和复分解反应从而生成碳酸氢钠，其中，二氧化碳的量是以碳酸铵盐水的量作为平衡基准进行补充添加或者释放的。其中进行补充添加的二氧化碳可以来自合成氨厂的脱碳气或者变换气等多种以二氧化碳作为尾气或者废气的来源。

控制反应温度优选为60～80℃，更优选60～75℃，最优选62～75℃。在上述反应中，控制反应温度为上述范围，从而实现了生产效率和纯碱质量的最优化。

优选进一步降低温度并恒定，这可以进一步保证生产效率和纯碱质量的最优化。优选进一步降低温度至15～42℃，更优选至15～38℃，最优选至15～30℃。在该步骤中，保持上述恒定温度所使用的冷却手段可以是现有技术中可以实现温度降低并保持恒定的任何手段，本发明优选为循环冷却水降温。

经进一步降低温度后，得到的悬浮浆液中碳酸氢钠晶体含量优选为12wt％～22wt％，更优选15wt％～22wt％，最优选18wt％～22wt％。

d)碳酸氢钠的分离、煅烧：分离纯碱

对步骤c)所得到的碳酸氢钠晶体悬浮浆液进行固液分离，得到碳酸氢钠固体和母液I，将得到的碳酸氢钠固体进行煅烧，即可制得纯碱。

固液分离可以是任何常规的手段，例如，离心、过滤等。优选采用过滤，例如减压过滤(真空过滤)。

煅烧反应如下：

2NaHCO₃→CO₂+H₂O+Na₂CO₃

煅烧温度优选160～250℃，更优选170～250℃，最优选180～220℃。在该步骤中，选择碳酸氢钠的煅烧温度是为了更好地保证碳酸氢钠分解速度及其完全分解。在该煅烧过程中，分解碳酸氢钠生成二氧化碳和水蒸汽，并伴随有热量的释放，上述分解后的热二氧化碳气体和热水蒸汽经热量回收、洗涤净化和压缩升压后，可以返回上述c)重碳酸化步骤中，作为二氧化碳气体源参与碳酸铵盐水之间的重碳酸化和复分解反应，这样就实现了反应尾气的充分利用。

e)蒸氨：重碱母液分解精馏脱氨

将步骤d)中固液分离得到的母液I加入蒸氨塔，加热，使得母液I中的碳酸氢铵、碳酸铵以及水合氨(NH₄OH)分解并逸出，在塔顶形成含氨气、二氧化碳以及饱和水蒸汽的塔顶混合气，在塔釜内生成含有硫酸铵和硫酸钠的脱氨液。

蒸氨塔可以采用任何常规的方法加热，优选利用蜜胺装置产生的余热蒸汽加热，这样可以进一步提高热量的利用效率，节省成本。加热是为了使得滤液中的碳酸氢铵、碳酸铵以及水合氨(NH₄OH)分解并逸出，在塔顶形成含氨气、二氧化碳以及饱和水蒸汽的塔顶混合气，在塔釜内生成含有硫酸铵和硫酸钠的脱氨液。蒸氨塔的塔釜(塔底)温度优选为100～120℃，更优选100～115℃，最优选100～110℃。蒸氨塔的塔顶绝对压力优选为90～105kPa，更优选90～100kPa，最优选95～100kPa。

上述条件可以使得母液I中的碳酸氢铵、碳酸铵以及水合氨(NH₄OH)尽可能地进行分解并逸入气相，在塔顶形成氨气、二氧化碳以及饱和水蒸汽的塔顶混合气，在塔釜内生成硫酸铵和硫酸钠混合水溶液。优选将分解得到的氨气、二氧化碳以及饱和水蒸汽的塔顶混合气返回步骤b)中用硫酸钠水溶液吸收利用，这进一步提高了蜜胺尾气利用率，同时也免除了直接排放造成的污染。

f)硫酸钠的分离：脱氨液蒸发浓缩分离硫酸钠

将步骤e)中得到的脱氨液蒸发脱水(I段蒸发)，浓缩析出硫酸钠结晶，固液分离得到硫酸钠固体和母液II。

优选将步骤e)中得到的脱氨液和步骤g)中得到的D盐混合，然后蒸发脱水，浓缩析出硫酸钠结晶。

优选蒸发脱水采用低压蒸汽加热多效蒸发脱水技术，使得混合溶液浓缩析出硫酸钠结晶。低压蒸汽加热多效蒸发脱水优选在65～125℃及相应温度的饱和压力下进行，更优选在在65～120℃及相应温度的饱和压力下进行，最优选在在75～115℃及相应温度的饱和压力下进行。

采用低压蒸汽加热多效蒸发技术对硫酸铵和硫酸钠混合水溶液进行部分脱水，上述温度以及压力的设置保证了上述混合溶液可以首先浓缩析出硫酸钠结晶。对于上述蒸发温度，75～115℃是特别优选的，选择该蒸发温度，保证了在实现脱水的同时，可以尽可能地将更多的硫酸钠晶体充分结晶析出。其中，多效蒸发的级数的确定需要根据可利用的加热蒸汽压力来进行选择。

对上述析出硫酸钠结晶悬浮液进行固液分离，得到硫酸钠晶体和母液II，分离得到的母液II中包含硫酸铵和硫酸钠。分离得到的硫酸钠晶体可以返回步骤b)中用于制备碳酸铵-硫酸钠水溶液，也可以通过洗涤、干燥后作为各种用途的商业芒硝。

固液分离可以是任何常规的手段，例如，离心、过滤等。优选采用过滤，例如减压过滤。

g)冷却结晶及D盐分离：冷却结晶析出D盐

将步骤f)中的得到的母液II冷却，得到D盐结晶，固液分离得到D盐和母液III。

优选将步骤f)中的得到的母液II和以下步骤h)中得到的母液IV混合并冷却，得到D盐结晶，固液分离得到D盐和母液III。

冷却温度为15～42℃，优选为15～40℃，更优选15～38℃，最优选20～35℃。为了更好地实现D盐的结晶，特别优选设置冷却温度为20～35℃，该优选温度可以更经济地实现对D盐的充分结晶析出。优选将D盐返回步骤f)中与蒸氨液混合来循环处理。

固液分离可以是任何常规的手段，例如，离心、过滤等。优选采用过滤，例如减压过滤、离心过滤。

h)硫酸铵的分离：从母液III中分离出硫酸铵

将步骤g)中得到的母液III蒸发脱水(II段蒸发)，使得母液III浓缩析出硫酸铵结晶，固液分离，得到硫酸铵产品和母液IV。

蒸发脱水优选采用低压蒸汽加热多效蒸发脱水技术，使得母液III浓缩析出硫酸铵结晶。低压蒸汽加热多效蒸发脱水优选在65～125℃及相应温度的饱和压力下进行，更优选在在65～120℃及相应温度的饱和压力下进行，最优选在在75～115℃及相应温度的饱和压力下进行。

采用低压蒸汽加热多效蒸发技术对母液III进行蒸发浓缩，上述温度以及压力的设置保证了上述混合溶液可以首先析出硫酸铵结晶。对于上述蒸发温度，特别优选为75～115℃，选择该蒸发温度，在实现脱水的同时，可以尽可能地将更多的酸铵晶体充分结晶析出。其中，对于多效蒸发的级数的确定需要根据可利用的加热蒸汽压力来进行选择。对上述析出酸铵结晶的悬浮液进行固液分离，得到的产品硫酸铵和母液IV。

在一种优选的实施方式中，本发明提供了一种以蜜胺尾气和芒硝为原料联合生产纯碱和硫酸铵的工艺，包括如下步骤：

a)硫酸钠水溶液精制

向粗芒硝或粗芒硝水溶液中加入Na₂CO₃和NaOH，除去钙镁离子，得到钙镁离子总浓度低于10ppm的精制硫酸钠水溶液；

b)尾气吸收

将蜜胺尾气(含氨和二氧化碳的混合气)通入步骤a)中生产的Na₂SO₄含量为20～32wt％的精制硫酸钠水溶液中，并控制温度为30～50℃，形成氨含量为7～10wt％的碳酸铵-硫酸钠水溶液，蜜胺尾气中的二氧化碳在此也被完全吸收；

c)重碳酸化

向步骤b)中制备得到的碳酸铵-硫酸钠水溶液中通入一定量的二氧化碳气体，控制反应温度为60～80℃，使得碳酸铵-硫酸钠水溶液和二氧化碳反应生成碳酸氢钠结晶沉淀；之后进一步降低温度并恒定为15～42℃，得到碳酸氢钠晶体含量为12wt％～22wt％的悬浮浆液；

d)重碱分离、煅烧

对c)所述碳酸氢钠悬浮浆液进行过滤，将得到的碳酸氢钠滤饼于160～250℃进行煅烧，即可制得纯碱；

e)蒸氨

将步骤d)中过滤得到的滤液加入蒸氨塔，用蜜胺装置产生的余热蒸汽加热，塔釜温度为100～120℃，塔顶绝对压力为90～105KPa，使得滤液中的碳酸氢铵、碳酸铵以及水合氨(NH₄OH)分解并逸出，在塔顶形成含氨气、二氧化碳以及饱和水蒸汽的塔顶混合气，在塔釜内生成含有硫酸铵和硫酸钠的脱氨液；塔顶混合气返回步骤b)中进行处理；

f)D盐溶解及I段蒸发

将步骤e)中得到的脱氨液和步骤g)中得到的D盐混合，在65～125℃及相应温度的饱和压力下，采用低压蒸汽加热多效蒸发脱水，使得混合溶液浓缩析出硫酸钠结晶，过滤分离得到硫酸钠和母液II；

g)冷却结晶及D盐分离

设定冷却温度为15～38℃，将步骤f)中的得到的母液II和步骤h)中得到的母液IV混合并冷却，得到D盐结晶，过滤分离得到D盐和母液III；

h)II段蒸发

将步骤g)中得到的母液III，在65～125℃及相应温度的饱和压力下，采用低压蒸汽加热多效蒸发脱水，使得母液III浓缩析出硫酸铵结晶，过滤分离，得到硫酸铵和母液IV；

在步骤b)中的精制硫酸钠水溶液是通过除去粗硫酸钠水溶液中的钙、镁以及固体悬浮物制备得到的。可利用两碱法对粗芒硝水溶液或者芒硝进行精制。步骤b)和c)中的温度通过冷却水进行控制。可以将步骤d)中对碳酸氢钠滤饼进行煅烧时生成的二氧化碳和水蒸汽，经热量回收、洗涤净化和压缩升压后，返回步骤c)中进行循环利用。步骤f)和h)中的蒸发温度优选为65～125℃。步骤g)中的冷却温度优选为20～35℃。在步骤f)中将得到的D盐多次重复步骤g)，循环分离出其中的芒硝。在步骤h)中分离硫酸铵后的母液IV多次重复步骤g)和h)，循环分离出其中的硫酸铵。

根据蜜胺工序尿素和氨消耗不同，生产1吨蜜胺产生尾气2.1吨，尾气中含氨1.03～1.07吨，其余成分主要为二氧化碳。采用本发明的方法，该蜜胺尾气被全部作本发明的方法的原料可联产2.89～3.1吨纯碱，同时可以消耗1.3～1.4吨CO₂气体；1吨蜜胺可以联产3.6～3.9吨硫酸铵。如果步骤f)中的分离出来的Na₂SO₄不返回步骤b)，而作为各种用途的商业芒硝，则1吨蜜胺可以联产2.1～2.2吨Na₂SO₄产品。

本发明的方法具有如下优点：

(1)本发明所述的以芒硝、二氧化碳和蜜胺尾气为原料联合生产纯碱和硫酸铵的工艺，采用了粗芒硝或粗硫酸钠水溶液精制和尾气吸收、重碳酸化析碱、分离纯碱、重碱母液分解精馏脱氮、蒸发浓缩分离硫酸钠、冷却析出D盐以及分离硫酸铵的方法，实现了对蜜胺尾气的和芒硝的双重高效利用。

(2)本发明所述的以芒硝、二氧化碳和蜜胺尾气为原料联合生产纯碱和硫酸铵的工艺首创直接采用粗芒硝或粗硫酸钠水溶液和蜜胺尾气为原料在同一装置内生产纯碱和硫酸铵两种产品，实现了利用蜜胺尾气来联合生产纯碱和硫酸铵的目的，在该联合生产的过程中，无需另外再加入氨和大量的二氧化碳，只需要以尾气中的氨量为物料平衡基准来补充适量的二氧化碳即可，该方法不需要额外加入氨，经济效益更好。

(3)本发明以芒硝、二氧化碳和蜜胺尾气为原料联合生产纯碱和硫酸铵的工艺充分利用了相应蜜胺装置的各种工艺余热蒸汽。节能降耗效果明显，经济效益显著。

(4)我国是全球的芒硝资源大国，本发明以芒硝为原料生产纯碱和硫酸铵，拓展了芒硝大规模利用途径，提高了芒硝的经济价值。

(5)本发明所述的以蜜胺尾气和芒硝联合生产纯碱和硫酸铵的工艺，不需要加入有机载体，主要过程均在水溶液中进行，硫酸铵分离工序中产生的冷凝液可用与开采芒硝矿，降低了采矿成本，减少了废水排放。

本发明能够充分利用蜜胺制备工艺中的余热蒸汽，合理利用能量，具有产品综合能耗低的优势。

实施例

本发明将结合以下实施例对本发明的方法进行进一步的描述。应当理解以下实施例仅出于具体说明本发明方法的目的，并不构成对本发明保护范围的限制。

实施例1

参照图1，对本发明的实施例1进行详细说明。

加入Na₂CO₃和NaOH，利用两碱法对粗芒硝水溶液进行精制，将上述粗芒硝水溶液处理成为含钙镁离子总浓度低于10ppm且Na₂SO₄含量为29wt％的精制硫酸钠水溶液。

用上述含Na₂SO₄ 29wt％的精制硫酸钠水溶液吸收蜜胺工序的尾气，控制温度为42～45℃，保证蜜胺尾气的完全吸收，调节精制硫酸钠水溶液量以制成含氨9.5％的碳酸铵-硫酸钠水溶液。向碳酸铵-硫酸钠水溶液中继续通入CO₂气体，控制反应温度为65℃，使得碳酸铵-硫酸钠水溶液与二氧化碳逐步反应得到碳酸氢钠，再使用冷却水进一步降低温度并恒定为36℃，得到碳酸氢钠晶体含量为16wt％的悬浮浆液。

对上述悬浮浆液进行真空或离心过滤，得到母液I和碳酸氢钠滤饼，将得到的碳酸氢钠滤饼于190℃进行煅烧，即可制得固态纯碱产品。在该步骤中对碳酸氢钠滤饼进行煅烧时生成的二氧化碳和水蒸汽，可经热量回收、洗涤净化和压缩升压后，返回重碳酸化析碱步骤中进行循环利用。

参照附图1，该蜜胺尾气被全部送往纯碱和硫酸铵装置作原料可联产3.0吨纯碱，同时可以消耗1.3～1.4吨CO₂气体。

用来自蜜胺装置的工艺余热蒸汽加热上述经过滤后得到的滤液，保证滤液所在反应塔内的塔釜温度为105℃，塔顶绝对压力为95kPa，使滤液(也可称为滤碱母液，或母液I)中的NH₄OH、(NH₄)₂CO₃、NH₄HCO₃等分解释放出NH₃、CO₂和饱和水蒸汽，从而在塔釜内生成硫酸铵和硫酸钠混合水溶液；分解后得到的NH₃、CO₂和饱和水蒸汽经塔顶出气，并经与滤液换热回收热量后返回蜜胺尾气吸收工序。

将上述工艺的得到的蒸氨液溶解一定量的D盐后进行I段蒸发。I段蒸发采用低压蒸汽加热多效蒸发，在75～115℃及相应温度的饱和压力下进行脱水浓缩，析出Na₂SO₄结晶形成悬浮液。其中，多效蒸发级数根据低压蒸汽的压力等级确定。悬浮液经离心过滤，得到滤液II和Na₂SO₄滤饼。将Na₂SO₄滤饼经洗涤、干燥制成各种Na₂SO₄产品出售。按此工艺，1吨蜜胺可以联产2.2吨Na₂SO₄产品。

将分离Na₂SO₄滤饼后的滤液II和分离硫酸铵后的IV滤液置于D盐结晶器中，混合滤液被循环冷却至36℃，析出D盐结晶形成悬浮液。悬浮液经离心过滤得到D盐和母液III，D盐与蒸氨液混合后循环处理。

将上述分离D盐后得到的母液III进行II段蒸发。II段蒸发用低压蒸汽加热多效蒸发，在75～115℃及相应温度的饱和压力下进行脱水浓缩，析出(NH₄)₂SO₄结晶形成悬浮液。经离心过滤、洗涤制得硫酸铵，另外得到的滤液IV循环回至D盐结晶器中进行循环处理。按此工艺，1吨蜜胺可以联产3.8吨硫酸铵。

实施例2

实施例2按照表1所示的条件进行，将Na₂SO₄滤饼返回制碱工序作原料，其他步骤和条件与实施例1相同。

实施例3

实施例3按照表1所示的条件进行，将Na₂SO₄滤饼返回制碱工序作原料，其他步骤和条件与实施例1相同。

实施例4

实施例3按照表1所示的条件进行，其他步骤和条件与实施例1相同。

表1本发明的实施例的工艺条件

注：表中单位“吨/吨蜜胺”是指生产1吨蜜胺，联产的所列产品的产量(吨)。

虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种生产纯碱的方法，包括以下步骤：

a)提供硫酸钠水溶液；

b)蜜胺尾气吸收

将含有氨和二氧化碳的蜜胺尾气通入步骤a)中的所述硫酸钠水溶液中，形成碳酸铵-硫酸钠水溶液；

c)重碳酸化

向步骤b)中得到的所述碳酸铵-硫酸钠水溶液中通入二氧化碳气体，反应生成碳酸氢钠结晶沉淀，得到碳酸氢钠晶体的悬浮浆液；

d)碳酸氢钠的分离、煅烧

对步骤c)所得到的所述碳酸氢钠晶体的悬浮浆液进行固液分离，得到碳酸氢钠固体和母液I，将得到的所述碳酸氢钠固体进行煅烧，获得纯碱。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b)中控制温度为30～50℃，可选在步骤b)中形成的所述碳酸铵-硫酸钠水溶液中氨含量为7wt％～10wt％。

3.根据权利要求1至2任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中控制反应温度为60～80℃，可选反应后进一步降低温度至15～42℃。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤d)中煅烧温度为160～250℃，可选将步骤d)中煅烧所述碳酸氢钠固体所产生的二氧化碳返回到所述c)重碳酸化步骤中进行循环利用。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤a)中的所述硫酸钠水溶液是钙镁离子总浓度低于10ppm的精制硫酸钠水溶液，优选地精制硫酸钠水溶液是通过除去粗芒硝水溶液中的钙、镁以及固体悬浮物制备得到的，进一步优选地利用两碱法对所述粗芒硝水溶液进行精制。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

e)蒸氨

将步骤d)中固液分离得到的所述母液I加入蒸氨塔，加热，使得所述母液I中的碳酸氢铵、碳酸铵以及水合氨分解并逸出，在塔顶形成含氨气、二氧化碳以及饱和水蒸汽的塔顶混合气，在塔釜内生成含有硫酸铵和硫酸钠的脱氨液，可选地将所述塔顶混合气返回步骤b)中用所述硫酸钠水溶液吸收利用。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括以下生产硫酸铵的步骤：

f)硫酸钠的分离

将步骤e)中得到的所述脱氨液蒸发脱水，浓缩析出硫酸钠结晶，固液分离得到硫酸钠固体和母液II；

g)冷却结晶以及Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O分离

将步骤f)中的得到的所述母液II冷却，得到Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O结晶，固液分离得到Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O固体和母液III；

h)硫酸铵的分离

将步骤g)中得到的所述母液III蒸发脱水，浓缩析出硫酸铵结晶，固液分离，得到硫酸铵固体和母液IV。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤f)和/或h)中所述蒸发脱水是低压蒸汽加热多效蒸发脱水，优选所述低压蒸汽加热多效蒸发脱水在65～125℃及相应温度的饱和压力下进行，更优选在75～115℃及相应温度的饱和压力下进行。

9.根据权利要求7至8任一项所述的方法，其特征在于，步骤g)中的冷却温度为15～42℃，优选15～38℃，可选地将步骤g)中分离出的所述Na₂SO₄·(NH₄)₂SO₄·4H₂O固体循环返回步骤f)，溶解到所述脱氨液中后，进行所述蒸发脱水。

10.根据权利要求7至9任一项所述的方法，其特征在于，将步骤h)中分离出的所述母液IV循环回到步骤g)，与所述母液II混合后，进行所述冷却。

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