CN106904639A - 一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺 - Google Patents

一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，属于无机盐混合溶液的蒸发分离技术领域，它以氯化钠、硫酸钠溶液为原料进行蒸发后分离获得硫酸钠、氯化钠，具有主副产品质量高、原料适应性强、成本低、能耗低、无三废排放等特点。

Description

一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的 新工艺
技术领域
本发明属于无机盐混合溶液的蒸发分离技术领域，一种从NaCl-Na2SO4-H2O体系中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺。
背景技术
蒸发是用加热的方法，使溶液中部分溶剂气化并除去，从而提高溶液的浓度，促进溶质析出的工艺操作。多效蒸发是指将几个蒸发器串联运行的蒸发操作，使蒸汽热能得到多次利用，从而提高热能的利用率，多用于水溶液的处理。特点是几个蒸发器连接起来操作，自前蒸发器所产生的用于后一蒸发器加热的蒸汽统称二次蒸汽，该方法可以节约加热蒸汽。每一蒸发器称作一效。常用的有双效蒸发、三效蒸发、四效蒸发等。通常第一效在一定的表压下进行操作，第二效的压强较低，从而造成适宜的温度差，使第二效蒸发器中的液体得以蒸发。同理，多个蒸发器中的温度经过一定时间后，温度差及压力差自行调整而达到稳定，使蒸汽能连续进行，由于多次重复利用了热能，显著地降低了热能耗用量。
依据二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸发的流程可分为:①顺流流程。溶液和二次蒸汽同向依次通过各效。由于前效压力高于后效，料液可借压差流动。但末效溶液浓度高而温度低，溶液粘度大，因此传热系数低。②逆流流程。溶液与二次蒸汽流动方向相反。需用泵将溶液送至压力较高的前一效，各效溶液的浓度和温度对粘度的影响大致抵消，各效传热条件基本相同。③错(并)流流程。二次蒸汽依次通过各效，但料液则每效单独进出，这种流程适用于有晶体析出的料液。
在NaCl-Na2SO4-H2O体系分离氯化钠和硫酸钠的工艺中，在蒸发系统温度范围内(50-120℃)，NaCl的溶解度随着温度的升高而略有增大，Na2SO4则相反，其溶解度随温度的升高而减小。根据这一规律，可先将原料卤水在较低温度下进行蒸发，在NaCl大量析出的同时，Na2SO4得到浓缩。当Na2SO4浓度达到或接近饱和时，将制盐母液升温，Na2SO4溶解度变小而析出，而NaCl由于溶解度随温度升高而增大，成为不饱和组分。蒸发水分可使Na2SO4继续析出，NaCl浓度升高。当NaCl浓度达到或接近饱和时，将析硝母液降温，蒸发，又可使NaCl过饱和析出，Na2SO4则又得到浓缩。制盐母液再返回升温，循环使用，NaCl和Na2SO4因此可以得到同时分离。
目前国内先进的芒硝型盐厂采用的是五效盐硝(硝盐)联产生产工艺，工艺路线如图1和图2所示。
上述盐硝(硝盐)生产工艺较为先进，设备简单，能耗低，操作稳定，但操作参数控制要求较严格，同时由于使用301蒸汽喷射器对二次蒸汽进行再压缩，使得蒸发系统的操作参数调整较为困难，且能耗较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，通过取消301效蒸汽喷射器的盐硝(硝盐)联产新工艺，可以简化制硝系统流程、降低蒸汽消耗、降低生产成本，解决蒸发系统的操作参数调整较为困难的实际生产要求，填补工艺技术空白。
为达到上述的发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，包括以下步骤：
1)将精卤进行冷凝水换热后，经过201至204效制盐蒸发罐排出的二次蒸汽预热，然后依次进201效至205效制盐蒸发罐进行蒸发制盐，获得析出NaCl和制盐母液；
冷凝水换热为精卤进行预热，各效二次蒸汽的预热，均是为了提高整个系统的经济性。卤水走向是并流的。201效至205效制盐蒸发罐控制的是蒸发罐里料液的组分，使NaCl由于过饱和而析出，Na2SO4未饱和不析出。
2)每效制盐蒸发罐产生的制盐母液逐效下转，将205效制盐蒸发罐排出的制盐母液经过制盐204效、203效、202效制盐蒸发罐的二次蒸汽预热后，进301效制硝罐蒸发制硝，以201效制盐蒸发罐的二次蒸汽为热源，获得析出的Na2SO4和析硝母液；
3)将步骤2)获得的析硝母液返回203效制盐蒸发罐进行循环；
通过降温使析硝母液中的NaCl继续析出，实现原料循环利用。
4)将步骤1)析出的NaCl和步骤2)析出的Na2SO4分别进行脱水、干燥获得成品。
由于析出的NaCl和Na2SO4带有水分，为盐浆的形式，因此通过脱水干燥步骤获得最终产品。
其中，所述201效制盐蒸发罐的料液温度为132℃，202效制盐蒸发罐的料液温度为110℃，203效制盐蒸发罐的料液温度为88℃，204效制盐蒸发罐的料液温度为67℃，205效制盐蒸发罐的料液温度为48℃，301效制硝蒸发罐的料液温度为98℃。
随着201效至205效制盐蒸发罐的温度逐渐降低，控制201-205效制盐罐里NaCl都是过饱和的，Na2SO4是不饱和的，不断析出NaCl。
本发明提供一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，包括以下步骤：
1)将精卤经制硝205效至201效制硝蒸发罐、301效制硝蒸发罐进行蒸发制硝，获得析出的Na2SO4和析硝母液，其中，301效制硝蒸发罐以201效制硝蒸发罐的二次蒸汽为热源；
2)301效制硝蒸发罐排出的析硝母液经过302效、303效闪发罐，进入304效制盐蒸发罐蒸发制盐，获得析出的NaCl和制盐母液；
3)将从304效制盐蒸发罐获得的制盐母液经过制硝204效、203效、202效排出的二次蒸汽预热后，返回301效制硝蒸发罐进行循环；
4)将步骤1)析出的Na2SO4和步骤2)析出的NaCl分别进行脱水、干燥获得成品。
由于析出的NaCl和Na2SO4带有水分，为盐浆的形式，因此通过脱水干燥步骤获得最终产品。
其中，所述201效制硝蒸发罐的料液温度为131℃，202效制硝蒸发罐的料液温度为110℃，203效制硝蒸发罐的料液温度为90℃，204效制硝蒸发罐的料液温度为70℃，205效制硝蒸发罐的料液温度为48℃，301效制硝蒸发罐的料液温度为98℃，302效闪发罐的料液温度为90℃，303效闪发罐的料液温度为70℃，304效制盐蒸发罐的料液温度为48℃。
随着205效至201效制硝蒸发罐的温度逐渐升高，控制205效至201效制硝蒸发罐里Na2SO4都是过饱和的，NaCl是不饱和的，Na2SO4不断析出。
其中，在301效制硝蒸发罐之前，进一步增加一个预热器，热源为202效蒸发罐的二次蒸汽。
预热器使进料卤水温度升高后，接近沸点进料，有利于提高整个工艺流程的热经济性。
其中，所述精卤中含Na2SO4 0-330g/L、NaCl 0-330g/L。
本发明采用的工艺路线是在NaCl-Na2SO4-H2O体系情况下，根据卤水中芒硝的含量来确定是采用先制盐再制硝的工艺还是先制硝再制盐的工艺，其中，当卤水中Na2SO4含量较低(低于25g/L)时，采用先制盐再制硝的工艺，当芒硝含量较多时，采用先制硝再制盐的工艺。
盐硝联产和硝盐联产采用的都是多效蒸发技术。多效蒸发技术里，蒸发罐个数比较多，所以为了区分各个蒸发罐，编号上用二系统和三系统进行区别。无特别的含义，区分罐子之用。在盐硝联产里，201-205蒸发罐都是结晶出NaCl的，301罐是结晶出Na2SO4的。在硝盐联产里，201-205、301罐是结晶出Na2SO4的，304罐是结晶出NaCl的。
本发明的改进之处在于：
1.取消蒸汽喷射器
采用蒸汽喷射器技术是上世纪90年代引进的国外盐硝联产工艺，蒸汽喷射器作为一个定制设备，是根据设计人提出的进汽压力和抽汽比进行设备设计的，有一个设计范围。盐化行业中，有时会遇到卤水组分里芒硝含量变化较大，比如从10g/L变到了15g/L或者更大的情况，这时蒸汽喷射器就会遇到设计瓶颈，导致301效蒸发罐已有的加热面积过小无法满足现有的卤水组分。
并且，有盐厂反映，原有带蒸汽喷射器工艺里301效制硝蒸发罐冷凝水检测出含无机盐，会对制硝蒸发罐的加热室造成严重腐蚀，原因在于蒸汽喷射器也抽取301效的二次蒸汽，而二次蒸汽里多少会夹带无机盐，取消301蒸汽喷射器之后，热源用的是201效的二次蒸汽，一般越靠前的蒸发罐产生的二次汽里夹带无机盐越少。
本发明取消掉蒸汽喷射器后，抽取一部分二次蒸汽，作为301效的加热热源，一方面可减少加热蒸汽的用量，使得一部分二次蒸汽得到循环利用，另一方面减少一个定制设备也减少了一个体系中受约束的环节，避免了蒸汽喷射器带来的问题。
更进一步地，增加一个预热器预热循环卤水，热源为202制盐(硝)罐的二次蒸汽，还可再次减少汽耗，提高热经济性。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，是以芒硝型卤水NaCl-Na2SO4-H2O体系(含有少量MgSO4、Ca2SO4杂质)(Na2SO4 0-330g/l、NaCl 0-330g/l)精卤(包括钙型卤水通过卤水净化转化成芒硝型卤水)为原料，取消301蒸汽喷射器之后分别获得氯化钠和硫酸钠新工艺。得到的精制工业盐产品高于GB/T5462-2003优级标准，硫酸钠产品质量符合(GB6009-2003)Ⅰ类一等品标准。
本发明提供的工艺系统流程简化，有利于降低工程投资。取消了蒸汽喷射器，对原卤中含硝量变化的适应性强，有利于延长卤井的服务年限，已有装置无法满足现有的卤水组分的变化，当卤水组分发生变化时需要更换装置，或更换卤水；同时，利用二次蒸汽使蒸发系统热经济性从现有3.2提高到3.35，能耗降低，盐硝产品质量高；并且，取消蒸汽喷射器后，也解决了301制硝蒸发罐的加热室冷凝水含无机盐造成的腐蚀问题，技术经济指标领先国内外工艺水平，可增加产品的竞争力，具有良好的应用前景。
总的来说，本发明提供的工艺系统具有产品质量高、原料适应性强、工艺连续简练、设备投资减少、生产成本低等特点。
附图说明
图1为现有的五效盐硝联产生产工艺。
图2为现有的五效硝盐联产生产工艺。
图3为本发明提供的五效盐硝联产生产工艺。
图4为本发明提供的五效硝盐联产生产工艺。
具体实施方式
下面以具体实施例来说明本发明的技术方案。
主要设备：各效制盐(硝)蒸发罐采用强制循环轴向进料蒸发罐。
实施例1：参考国内某盐厂，根据精卤成分：NaCl：300g/L，Na2SO4：12.42g/L。有效生产时间8000小时，年产100万吨精制盐、3.5万吨/年硫酸钠规模装置，由于Na2SO4低于25g/L，采用本发明提供的工艺，先制盐再制硝，工艺过程如图3所示。
1)将精卤进行冷凝水换热后，经过201至204效制盐蒸发罐排出的二次蒸汽预热，然后依次进201效至205效制盐蒸发罐进行蒸发制盐，获得析出NaCl和制盐母液；
其中冷凝水换热采用列管式换热器，精卤采用制盐201至204效二次蒸汽预热，经冷凝水预热之后的精卤初始温度36℃、终温120℃。
制盐201效生蒸汽压力3Kgf/cm2(表压)、蒸汽温度143℃；205效真空度0.092Mpa、料液温度48℃。精卤流量431.7m3/h，制盐母液循环量413.7m3/h，小时产盐量125t/h。
205效制盐蒸发罐连接有真空系统，该真空系统采用喷雾冷凝塔、二级蒸汽喷射和一级水喷射或水环真空泵，真空度0.092MPa，循环冷却水上水温度32℃、下水温度38℃。
真空系统是把205效产生的二次蒸汽冷凝成水的一套系统，使整个盐硝联产系统形成负压，负压蒸发比常压蒸发，汽耗更省，201-204效蒸发罐产生的二次蒸汽分别给后效蒸发罐作为加热热源，整个系统串在一起形成负压。
2)每效制盐蒸发罐产生的制盐母液逐效下转，将205效制盐蒸发罐排出的制盐母液经过制盐204效、203效、202效制盐蒸发罐的二次蒸汽预热后，进301效制硝罐蒸发制硝，以201效制盐蒸发罐的二次蒸汽为热源，获得析出的Na2SO4和析硝母液。
204效制盐蒸发罐二次蒸汽预热制盐母液进口温度48℃、出口温度53℃；分别经过制盐203效、制硝301、202效二次蒸汽预热，制盐母液进口温度53℃、出口温度95℃。
制硝301效工作蒸汽压力2.116Kgf/cm2(绝压)、蒸汽温度122℃，料液温度98℃，析硝母液组分：NaCl：308g/L，Na2SO4：54g/L。小时产硝量4.4t/h。
3)将步骤2)获得的析硝母液返回203效制盐蒸发罐进行循环。
4)将步骤1)析出的NaCl和步骤2)析出的Na2SO4分别进行脱水、干燥获得成品。
6.产品质量：精制盐含NaCl 99.5％以上；无水硝含Na2SO4 99.5％以上。
具体各工序主要工艺参数如表1所示：
表1有关盐硝联产蒸发工序工艺参数
实施例2：参考国内某元明粉厂，根据精卤成分：NaCl：160g/L，Na2SO4：162.3g/L。有效生产时间7200小时，年产40万吨精制盐、42万吨/年硫酸钠规模装置，采用本发明提供的工艺，先制硝再制盐，工艺过程如图4所示，在现有工艺上取消301喷射泵，增加了一个预热器，其热源为202效蒸发罐的二次蒸汽。
1)将精卤经制硝205效至201效制硝蒸发罐、301效制硝蒸发罐进行蒸发制硝，获得析出的Na2SO4和析硝母液，其中，301效制硝蒸发罐以201效制硝蒸发罐的二次蒸汽为热源；
制硝201效生蒸汽压力3Kgf/cm2(表压)、温度143℃；制硝205效真空度0.092Mpa、料液温度48℃。精卤流量360.7m3/h，201效排析硝母液量182.1m3/h，小时产硝量45.3t/h。
制硝205效真空系统(二系统真空系统)采用喷雾冷凝塔、二级蒸汽喷射和一级水喷射或水环真空泵，真空度0.092MPa，循环冷却水上水温度32℃、下水温度38℃。
2)301效制硝蒸发罐排出的析硝母液经过302效、303效闪发罐，进入304效制盐蒸发罐蒸发制盐，获得析出的NaCl和制盐母液；
制盐304效真空系统(三系统真空系统)采用喷雾冷凝塔、二级蒸汽喷射和一级水喷射或水环真空泵，真空度0.092MPa，循环冷却水上水温度32℃、下水温度38℃。
制硝301效工作蒸汽压力2.06Kgf/cm2(绝压)、温度121.3℃，料液温度98℃，析硝母液组分：NaCl：306g/L，Na2SO4：53g/L。小时产硝量12.8t/h。循环卤水淘洗硝浆固液比50％。
制盐304效工作蒸汽压力0.235Kgf/cm2(绝压)、温度63℃，料液温度48℃，制盐母液组分：NaCl：300g/L，Na2SO4：60g/L。小时产盐量55.9t/h。
3)将从304效制盐蒸发罐获得的制盐母液经过制硝204效、203效、202效排出的二次蒸汽预热后，返回301效制硝蒸发罐进行循环；
分别顺序经过303效、302效、制硝301效、制硝202效二次蒸汽预热，制盐母液进口温度58℃、出口温度95℃。硝盐联产里301效的料液温度也设为98℃，通过各效预热器预热后，制盐母液温度达到95℃进料，接近沸点进料，热经济性最好。
4)将步骤1)析出的Na2SO4和步骤2)析出的NaCl分别进行脱水、干燥获得成品。
精制盐含NaCl 99.5％以上；无水芒硝含Na2SO4 99.5％以上。
具体各工序主要工艺参数如表2所示：
表2有关硝盐联产蒸发工序工艺参数
从上述实施例可以看出，本发明提供的工艺，进行了流程简化，有利于降低工程投资。取消了301蒸汽喷射器，对原卤中含硝量变化的适应性强，有利于延长卤井的服务年限。同时，蒸发系统热经济能从3.2提高到3.35，能耗降低，盐硝产品质量高；并且，取消蒸汽喷射器后，也解决了301制硝罐的加热室冷凝水含无机盐的难题，技术经济指标领先国内外工艺水平，可增加产品的竞争力，具有良好的应用前景。

Claims (6)

1.一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)将精卤进行冷凝水换热后，经过201至204效制盐蒸发罐排出的二次蒸汽预热，然后依次进201效至205效制盐蒸发罐进行蒸发制盐，获得析出NaCl和制盐母液；
2)每效制盐蒸发罐产生的制盐母液逐效下转，将205效制盐蒸发罐排出的制盐母液经过制盐204效、203效、202效制盐蒸发罐的二次蒸汽预热后，进301效制硝罐蒸发制硝，以201效制盐蒸发罐的二次蒸汽为热源，获得析出的Na2SO4和析硝母液；
3)将步骤2)获得的析硝母液返回203效制盐蒸发罐进行循环；
4)将步骤1)析出的NaCl和步骤2)析出的Na2SO4分别进行脱水、干燥获得成品。
2.如权利要求1所述的一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，其特征在于，所述201效制盐蒸发罐的料液温度为132℃，202效制盐蒸发罐的料液温度为110℃，203效制盐蒸发罐的料液温度为88℃，204效制盐蒸发罐的料液温度为67℃，205效制盐蒸发罐的料液温度为48℃，301效制硝蒸发罐的料液温度为98℃。
3.一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，特征在于：包括以下步骤：
1)将精卤经制硝205效至201效制硝蒸发罐、301效制硝蒸发罐进行蒸发制硝，获得析出的Na2SO4和析硝母液，其中，301效制硝蒸发罐以201效制硝蒸发罐的二次蒸汽为热源；
2)301效制硝蒸发罐排出的析硝母液经过302效、303效闪发罐，进入304效制盐蒸发罐蒸发制盐，获得析出的NaCl和制盐母液；
3)将从304效制盐蒸发罐获得的制盐母液经过303效、302效、制硝301效、制硝202效排出的二次蒸汽预热后，返回301效制硝蒸发罐进行循环；
4)将步骤1)析出的Na2SO4和步骤2)析出的NaCl分别进行脱水、干燥获得成品。
4.根据权利要求3所述的一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，其特征在于：所述201效制硝蒸发罐的料液温度为131℃，202效制硝蒸发罐的料液温度为110℃，203效制硝蒸发罐的料液温度为90℃，204效制硝蒸发罐的料液温度为70℃，205效制硝蒸发罐的料液温度为48℃，301效制硝蒸发罐的料液温度为98℃，302效闪发罐的料液温度为90℃，303效闪发罐的料液温度为70℃，304效制盐蒸发罐的料液温度为48℃。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，其特征在于：在301效制硝蒸发罐之前，进一步增加一个预热器，热源为202效蒸发罐的二次蒸汽。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种氯化钠、硫酸钠混合溶液中分别获得氯化钠和硫酸钠的新工艺，其特征在于：所述精卤中含Na2SO4 0-330g/L、NaCl0-330g/L。
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