CN106865571A

CN106865571A - 一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法

Info

Publication number: CN106865571A
Application number: CN201710164091.6A
Authority: CN
Inventors: 董文波; 郝耿健
Original assignee: Where Environmental Engineering (beijing) Co Ltd
Current assignee: Where Environmental Engineering (beijing) Co Ltd
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2037-03-20
Also published as: CN106865571B

Abstract

本发明公开了一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，属于固废杂盐资源化处理技术领域，该方法将蒸发浓缩的化工浓盐水除硬后得到的精致芒硝液利用氨碱法反应制得小苏打与硫酸铵产品。本发明方法解决了化工高浓盐水的难处理的问题，实现了高浓盐水中杂盐的回收再利用，满足可持续发展要求。同时，与食盐法制取小苏打相比，利用此法可以降低设备的防腐要求，节省制小苏打的工程投资，副产的硫酸铵的价值也高于氯化铵，在经济效益上有明显优势。

Description

一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法

技术领域

本发明属于资源回收技术领域，具体涉及以危废渣盐硫酸钠为原料通过氨碱法，反应生产碳酸氢钠和硫酸铵产品的方法。

背景技术

近年来，我国煤化工发展迅速，煤化工为我国实施石油替代战略及化学工业结构调整起到了十分重要的积极意义。

煤化工产业通常含盐废水量大，且难以处理，煤化工行业的废水排放问题成为环保治理的重点。企业通常将含盐废水预处理后再采用蒸发结晶过程来减少含盐废水积聚量，结晶渣盐作为危险废物通常采用填埋手段进行处理。填埋渣盐占用土地的同时也浪费了结晶渣盐资源。

煤化工杂盐主要包含可溶性盐类(主要为Na⁺,C1^-,SO₄ ^2-等)，以及少量有机物，国家环保部门将煤化工蒸发结晶的杂盐列入危险废物严格管控。如何把危废杂盐减量化、资源化利用或者转变成具有高附加值相关盐化工产品的开发是充分实现化工企业零排放的关键。同时符合国家和地方政府的产业和技术政策，也是推动危险废物资源综合利用的必然要求。

我国芒硝储量较大，但芒硝本身利用价值小低，市场容量小。同时煤化工产业每年产出相当量的硫酸钠，开发芒硝新的利用途径具有重要意义。

根据目前国内煤化工浓缩废水处理状况，结合国家环保政策要求，本发明提供的方法以分质结晶盐硫酸钠为原料转化为硫酸铵，处理危废的同时又将危废杂盐变为附加值较高的化工产品，满足煤化工零排放目的。

小苏打是一种重要的化工原料，可直接作为制药工业的原料，用于治疗胃酸过多，还可以用于电影制片、鞣革、选矿、冶炼、金属热处理，以及用于纤维、橡胶工业等。目前，常用氯化钠、氨、二氧化碳反应，在生产小苏打的同时联产氯化钠，该工艺路线在我国应用广泛，但对设备防腐要求高，设备建设投资费用高。

硫酸铵主要用作肥料，适用于各种土壤和作物。还可用于纺织、皮革、医药等方面。生物学上的用途也很多，多用于蛋白纯化工艺方面。

发明内容

为了克服现有的技术中化工浓盐水难以处理的问题,本发明提供了一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，实现杂盐资源化处理。该方法将蒸发浓缩的化工浓盐水除硬后得到的精致芒硝液利用氨碱法反应制得小苏打与硫酸铵产品，此方法既解决了化工浓盐水难以处理的问题，又实现了浓盐水中盐分的回收利用，满足可持续发展的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，其特征在于，所述的方法采用的处理系统包括通过管道依次连接的原料罐、反应池、混凝澄清池、精致芒硝罐、碳化塔、盐浆桶、增稠器、第一离心机、离心液桶、一次蒸发浓缩装置、结晶器、第二离心机和二次蒸发浓缩装置；所述的增稠器上端的排液口通过管道直接连接至离心液桶；采用上述处理系统制取小苏打和硫酸铵的方法包括以下步骤：

1)预处理：将化工浓盐水进行蒸发浓缩得到饱和的硫酸钠溶液，将硫酸钠溶液通入原料罐储存；

2)去除钙镁离子：将步骤1)中原料罐内的溶液通入反应池，向反应池中添加氢氧化钠和碳酸钠固体反应以除去溶液中的钙镁离子，防止碳化塔中结垢，进一步提纯硫酸钠溶液；

3)混凝澄清：将步骤2)去除钙镁离子的溶液通入混凝澄清池中并加入混凝剂搅拌，搅拌一段时间后静置澄清得到上清液，去除饱和硫酸钠中的不溶物物及杂质；

4)碳酸氢铵制备：将步骤3)中的上清液通入精致芒硝罐，将氨气和二氧化碳气体通入精致芒硝罐中反应生成碳酸氢铵，生成碳酸氢铵与硫酸钠混合，发生如下反应：

5)碳化反应：将步骤4)中充分混合反应后的溶液通入碳化塔进行碳化反应，在反应过程中持续加入二氧化碳气体反应生成的碳酸氢钠晶体从塔底析出通入盐浆桶，加入二氧化碳气体防止反应可逆，发生如下反应：

6)增稠：将步骤5)得到的碳酸氢钠晶浆在增稠器中增稠得到碳酸氢钠晶浆和上清液，提高进第一离心机前晶浆固液比；

7)第一次离心处理：将步骤6)中得到的碳酸氢钠晶浆在第一离心机的离心力作用下处理，得到母液和含水率较低的碳酸氢钠晶体，碳酸氢钠晶体输送至干燥器中干燥即得到小苏打；

8)氨气和二氧化碳回收：将步骤6)得到的上清液和步骤7)得到的母液储存于离心液桶中，并加入硫酸调节pH值，将未反应完全的氨气生成硫酸铵并将二氧化碳回收；水中的碳酸氢根离子在pH≤4以下可以转化为碳酸氢分子并释放二氧化碳气体，发生如下反应：

9)第一次蒸发浓缩：将步骤8)中的离心液桶中储存液通入一次蒸发浓缩装置，在一次蒸发浓缩装置内的加热室进行加热，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，对母液进行进一步浓缩；

10)结晶：将步骤9)中蒸发浓缩后的物料在结晶器中冷却结晶，将母液中未反应完全的硫酸钠降温结晶析出并回收再次利用；

11)第二次离心处理：将步骤10)结晶后的晶体采用第二离心机进行离心处理，冷却降温至25℃时会有复盐Na₂SO₄·(NH₄)SO₄·4H₂O析出，需要离心机离心此杂盐去除；

12)第二次蒸发浓缩：将步骤11)离心处理后的物料通入二次蒸发浓缩装置，在二次蒸发浓缩装置内的加热室进行加热，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，蒸发浓缩后的物料排出通过干燥器干燥即得到硫酸铵，蒸发结晶制得高纯度硫酸铵产品。

优选的，步骤2)中添加氢氧化钠和碳酸钠固体的质量比为1：4。

优选的，步骤3)中采用的混凝剂为聚合氯化铝，加入混凝剂后搅拌10-15min，搅拌后溶液静置30min澄清。

优选的，步骤4)中加入氨气和二氧化碳气体体积比是1:10。

优选的，步骤5)中，碳化塔压力为0.35-0.4MPa，通入CO₂体积含量为65-75％，CO₂进塔温度为40℃-45℃，提高二氧化碳的在反应中溶解度，碳化时间需要3-4h。

优选的，步骤8)中，加入硫酸调节离心液桶内的pH为4以下。

优选的，步骤9)中，一次蒸发浓缩装置中加热室通入的饱和蒸汽温度≤143℃，加热室压力≤0.4MPa，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，蒸发室温度≤100℃，蒸发室压力≤0.27MPa。

优选的，步骤10)中，结晶器内部的温度冷却至60℃。

优选的，二次蒸发浓缩装置中加热室通入的饱和蒸汽温度≤143℃，加热室压力≤0.4MPa，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，蒸发室温度≤130℃，蒸发室压力≤0.27MPa。

本发明的优点是：本发明方法解决了化工浓盐水的难处理的问题，实现了浓盐水中盐分的回收利用，且无废液排出，满足可持续发展要求。同时，与食盐法制取小苏打相比，利用此法可以降低设备的防腐要求，节省制小苏打的工程投资，副产的硫酸铵的价值也高于氯化铵，在经济效益上有明显优势。

(1)该方法以化工浓盐水为原料生产小苏打和硫酸铵产品，实现了对硫酸钠的有效利用，节省了企业危废杂盐处置费用的支出，同时产生了可观的经济效益；

(2)通过此杂盐资源化技术，避免了危废杂盐填埋对土地资源的占用，将环境污染程度降低到最低；

(3)制小苏打反应时间较短，生产工艺简单。

附图说明

图1为本发明采用的处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

如图1所示，为本发明所使用的处理系统，所述的处理系统包括通过管道依次连接的原料罐10、反应池11、混凝澄清池12、精致芒硝罐13、碳化塔14、盐浆桶15、增稠器16、第一离心机17、离心液桶18、一次蒸发浓缩装置19、结晶器20、第二离心机21和二次蒸发浓缩装置22；所述的增稠器16上端的排液口通过管道直接连接至离心液桶18。

采用上述系统通过如下几个实施例处理某化工浓盐水，化工浓盐水中危废渣盐硫酸钠质量百分比为91％。

实施例1：

1)预处理：将化工浓盐水进行蒸发浓缩得到质量百分比为91％的硫酸钠溶液，将150t百分比为91％的硫酸钠溶液通入原料罐储存；

2)去除钙镁离子：将步骤1)饱和硫酸钠溶液通入反应池，向反应池中添加2t氢氧化钠和8t碳酸钠，消除溶液中的钙镁离子制成精制芒硝液；

3)混凝澄清：将步骤2)去除钙镁离子的溶液通入混凝澄清池中并加入聚合氯化铝搅拌，搅拌13min后静置30min澄清得到上清液；

4)碳酸氢铵制备：将步骤3)中的上清液通入精致芒硝罐，将氨气和二氧化碳气体通入精致芒硝罐中反应生成碳酸氢铵；

5)碳化反应：将步骤4)中充分混合反应后的溶液通入碳化塔进行碳化反应，在反应过程中持续加入二氧化碳气体，碳化塔压力为0.38MPa，通入CO₂体积含量为70％，CO₂进塔温度为43℃，碳化时间需要3h，反应生成的碳酸氢钠晶体从塔底析出通入盐浆桶；

6)增稠：将步骤5)得到的碳酸氢钠晶体在增稠器中增稠得到碳酸氢钠晶浆和上清液；

8)氨气和二氧化碳回收：将步骤6)得到的上清液和步骤7)得到的母液储存于离心液桶中，加入硫酸调节pH值至3，回收氨气和二氧化碳气体；

9)第一次蒸发浓缩：将步骤8)中的离心液桶中储存液通入一次蒸发浓缩装置，在一次蒸发浓缩装置内的加热室进行加热，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，一次蒸发浓缩装置中加热室通入的饱和蒸汽温度≤143℃，加热室压力≤0.4MPa，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，蒸发室温度≤100℃，蒸发室压力≤0.27MPa；

10)结晶：将步骤9)中蒸发浓缩后的物料在结晶器中冷却结晶，结晶器内部的温度冷却至60℃；

11)第二次离心处理：将步骤10)结晶后的晶体采用第二离心机进行离心处理；

12)第二次蒸发浓缩：将步骤11)离心处理后的物料通入二次蒸发浓缩装置，在二次蒸发浓缩装置内的加热室进行加热，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，蒸发浓缩后的物料排出通过干燥器干燥即得到硫酸铵，二次蒸发浓缩装置中加热室通入的饱和蒸汽温度≤143℃，加热室压力≤0.4MPa，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，蒸发室温度≤130℃，蒸发室压力≤0.27MPa。

通过上述工艺制备得到的碳酸氢钠纯度为99％，符合国家标准，制备得到的硫酸铵质量分数为99.2％，产品纯度达到工业级标准。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例对实施例1中部分步骤的条件进行修改，其余部分与实施例1完全相同。

5)碳化反应：将步骤4)中充分混合反应后的溶液通入碳化塔进行碳化反应，在反应过程中持续加入二氧化碳气体，碳化塔压力为0.4MPa，通入CO₂体积含量为75％，CO₂进塔温度为45℃，碳化时间需要4h，反应生成的碳酸氢钠晶体从塔底析出通入盐浆桶；

8)氨气和二氧化碳回收：将步骤6)得到的上清液和步骤7)得到的母液储存于离心液桶中，加入硫酸调节pH值至4，回收氨气和二氧化碳气体；

通过上述工艺制备得到的碳酸氢钠纯度为97％，符合国家标准，制备得到的硫酸铵质量分数为98.3％，产品纯度达到工业级标准。

实施例3：

5)碳化反应：将步骤4)中充分混合反应后的溶液通入碳化塔进行碳化反应，在反应过程中持续加入二氧化碳气体，碳化塔压力为0.35MPa，通入CO₂体积含量为65％，CO₂进塔温度为40℃，碳化时间需要3h，反应生成的碳酸氢钠晶体从塔底析出通入盐浆桶；

8)氨气和二氧化碳回收：将步骤6)得到的上清液和步骤7)得到的母液储存于离心液桶中，加入硫酸调节pH值至2.5，回收氨气和二氧化碳气体；

通过上述工艺制备得到的碳酸氢钠纯度为96％，符合国家标准，制备得到的硫酸铵质量分数为97.7％，产品纯度达到工业级标准。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，其特征在于，所述的方法采用的处理系统包括通过管道依次连接的原料罐、反应池、混凝澄清池、精致芒硝罐、碳化塔、盐浆桶、增稠器、第一离心机、离心液桶、一次蒸发浓缩装置、结晶器、第二离心机和二次蒸发浓缩装置；所述的增稠器上端的排液口通过管道直接连接至离心液桶；采用上述处理系统制取小苏打和硫酸铵的方法包括以下步骤：

2)去除钙镁离子：将步骤1)饱和硫酸钠溶液通入反应池，向反应池中添加氢氧化钠和碳酸钠固体反应以除去溶液中的钙镁离子；

3)混凝澄清：将步骤2)去除钙镁离子的溶液通入混凝澄清池中并加入混凝剂搅拌，搅拌一段时间后静置澄清得到上清液；

5)碳化反应：将步骤4)中充分混合反应后的溶液通入碳化塔进行碳化反应，在反应过程中持续加入二氧化碳气体，反应生成的碳酸氢钠晶体从塔底析出通入盐浆桶；

8)氨气和二氧化碳回收：将步骤6)得到的上清液和步骤7)得到的母液储存于离心液桶中，加入硫酸调节pH值，将未反应完全的氨气生成硫酸铵并将二氧化碳回收；

9)第一次蒸发浓缩：将步骤8)中的离心液桶中储存液通入一次蒸发浓缩装置，在一次蒸发浓缩装置内的加热室进行加热，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩；

10)结晶：将步骤9)中蒸发浓缩后的物料在结晶器中冷却结晶；

12)第二次蒸发浓缩：将步骤11)离心处理后的物料通入二次蒸发浓缩装置，在二次蒸发浓缩装置内的加热室进行加热，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，蒸发浓缩后的物料排出通过干燥器干燥即得到硫酸铵。

2.如权利要求1所述的一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，其特征在于，步骤2)中添加氢氧化钠和碳酸钠固体的质量比为1：4。

3.如权利要求2所述的一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，其特征在于，步骤3)中采用的混凝剂为聚合氯化铝，加入混凝剂后搅拌10-15min，搅拌后溶液静置30min澄清。

4.如权利要求3所述的一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，其特征在于，加入的氨气和二氧化碳气体体积比为1:10。

5.如权利要求4所述的一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，其特征在于，步骤5)中，碳化塔压力为0.35-0.4MPa，通入CO₂体积含量为65-75％，CO₂进塔温度为40℃-45℃，碳化时间需要3-4h。

6.如权利要求5所述的一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，其特征在于，步骤8)中，加入硫酸调节离心液桶内的pH≤4。

7.如权利要求6所述的一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，其特征在于，步骤9)中，一次蒸发浓缩装置中加热室通入的饱和蒸汽温度≤143℃，加热室压力≤0.4MPa，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，蒸发室温度≤100℃，蒸发室压力≤0.27MPa。

8.如权利要求7所述的一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，其特征在于，步骤10)中，结晶器内部的温度冷却至60℃。

9.如权利要求8所述的一种化工浓盐水制取小苏打和硫酸铵的方法，其特征在于，二次蒸发浓缩装置中加热室通入的饱和蒸汽温度≤143℃，加热室压力≤0.4MPa，加热后的料液在蒸发室进行蒸发浓缩，蒸发室温度≤130℃，蒸发室压力≤0.27MPa。