CN113753923A - 利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺，它属于制碱工艺领域。本发明主要需要解决得是传统制碱工艺中首先针对原材料混料反应而后提纯的复杂模式，利用四通道电渗析技术进而能够实现原料的一步反应提纯到位，从而制得的碳酸钠纯度更高。将电石渣的无害化利用与处置的同时，循环利用了二氧化碳与氨气，使得原材料的利用率更高，降低原材料成本与生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种工艺，尤其是涉及一种利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺，它属于制碱工艺领域。
背景技术
工业制纯碱方法：碳酸钠(Sodium Carbonate)，是一种无机化合物，分子式为Na2CO3，分子量105.99，又叫纯碱，但分类属于盐，不属于碱。国际贸易中又名苏打或碱灰。它是一种重要的无机化工原料，主要用于平板玻璃、玻璃制品和陶瓷釉的生产，还广泛用于生活洗涤、酸类中和以及食品加工等。
在人工合成纯碱之前，古代就发现某些海藻晾晒后，烧成的灰烬中含有碱类，用热水浸取、滤清后可得褐色碱液用于洗涤。大量的天然碱来自矿物，以地下埋藏或碱水湖为主；以沉积层存在的天然碱矿品位最高，分布甚广。
最早发明人工合成纯碱方法是18世纪末，法国路布兰用芒硝加石灰石和煤在高温下还原并进行碳酸化，得到以含Na2CO3为主的粗制品——黑灰，经过浸取、蒸发、精制、再结晶、烘干，获得纯度约为97％的重质纯碱。1861年，比利时欧内斯特·索尔维独自发明了纯碱并获得过专利。由于技术秘密保护一直未能大范围应用，20世纪20年代才从美国突破，尤其是中国著名的化工专家侯德榜于1932年出版了《纯碱制造》一书，将保密70年，索尔维法公布于世。侯德榜还于1939-1942创建了侯氏制碱法，并在四川建立了中试车间；1952年在大连化工厂设立了联合制碱车间。
(1)索氏制碱法
1859年，比利时人索尔维，用食盐、氨水、二氧化碳为原料，于室温下从溶液中析出碳酸氢钠，将它加热，即分解为碳酸钠，人们将此方法称为索氏制碱法，此法一直沿用至今：
氨气与水和二氧化碳反应生成一分子的碳酸氢铵，这是第一步：
NH3+N2O+CO2＝NH4HCO3
第二步是：碳酸氢铵与氯化钠反应生成的碳酸氢钠沉淀和氯化铵，碳酸氢钠之所以沉淀是因为它的溶解度较小，经过滤得到碳酸氢钠固体：
NaCl+NH4HCO3＝NaHCO3↓+NH4Cl
这两步总的化学方程式是：
NaCl+NH3+H2O+CO2＝NaHCO3↓+NH4Cl
第三步：加热分解碳酸氢钠，生成水、二氧化碳和碳酸钠即我们要的纯碱：
第四步：将第二步中副产的氯化铵和熟石灰混合加热，得到的氨气可循环利用：
(2)侯氏制碱法
1943年中国人侯德榜留学海外归来，他结合中国内地缺盐的国情，对索尔维法进行改进，将纯碱和合成氨两大工业联合，同时生产碳酸钠和化肥氯化铵，大大地提高了食盐利用率，是为侯氏制碱法：
第一步，氨气与水和二氧化碳反应生成一分子的碳酸氢铵，第二步碳酸氢铵与氯化钠反应生成的碳酸氢钠沉淀和氯化铵，碳酸氢钠之所以沉淀是因为它的溶解度较小，经过滤得到碳酸氢钠固体；如图1所述。(这两步和上面的索氏制碱法相同)。
第三步，合成的碳酸氢钠部分可以直接出厂销售，其余的碳酸氢钠会被加热分解，生成碳酸钠，生成的二氧化碳可以重新回到第一步循环利用。
根据NH4Cl溶解度比NaCl大，而在低温下却比NaCl溶解度小的原理，在 278K-283K(5℃-10℃)时，向母液中加入食盐细粉，而使NH4Cl单独结晶析出供做氮肥。
索氏制碱法和侯氏制碱法所不同的，索氏制碱法中氯化铵和熟石灰(氢氧化钙)混合加热，得到的氨气可循环利用；而侯氏法在整个制取过程中，CO2被循环利用，NH4Cl直接作为纯碱的副产品——肥料；所以，索氏法的产品是碳酸钠，副产品氯化钙；而侯氏法的产品是碳酸钠，副产品氯化铵。
上述这两种传统制碱工艺已经延续百年至今仍是工业制碱的工艺模式，新技术的革新一方面需从传统原料混合反应工艺段入手，如何让混料反应更加彻底，如何缩短提纯碳酸钠的工艺使产品纯度更高；二是如何提高食盐与氨的利用率，这是两个新的方向。
众所周知电石渣是电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣。
乙炔是生产聚氯乙烯(PVC)的主要原料；按生产经验，每生产1t的PVC 产品耗用电石1.5-1.6t，同时每t电石产生1.2t电石渣(干基)，电石渣含水量按90％计，那么每生产1tPVC产品，排出电石渣浆约20t；由此可见，电石渣浆的产生量大大超过了PVC的产量；大多数PVC生产厂家将电石渣浆经重力沉降分离后，上清液循环利用；电石渣经进一步脱水，其含水率仍达40％-50％，呈浆糊状，长期堆积不但占用大量土地，而且对土地有严重的侵蚀作用，污染堆放场地附近的水资源、容易风干起飞灰、形成粉尘对大气造成污染等，是我国清洁生产和资源循环利用的重点和难点。
通过对电石废渣处置利用的全面分析和讨论不难看出，电石废渣的处置有填海、填沟有规则堆放、自然沉降后出售；电石废渣利用有代替石灰石制水泥、生产生石灰用作电石原料、生产化工产品、生产建筑材料及用于环境治理等。
虽然电石废渣的利用方法很多，但各有优缺点，每种方法的处理效果均不尽人意，如果将他用在制碱工艺中的氨气的制取，即可节省原材料的投资，又可将电石渣无害化处置。
传统中制碱法均在反应釜中进行反应，而后混料中提取碳酸钠进行精制，工艺较繁琐；索氏制碱法与侯氏制碱法两种传统制碱工艺已经延续百年至今仍是工业制碱的工艺模式。
新技术的革新一方面需从传统原料混合反应工艺段入手，传统工艺需要大型得反应釜进行食盐得碳酸铵得反应，反应釜中同时存在氯化钠、碳酸氢铵、碳酸氢钠、氯化铵等四种物料，而后在进行碳酸钠得提纯，那如何让混料反应更加彻底，如何缩短提纯碳酸钠的工艺，使得产品纯度更高，这是技术革新得创新研究点；传统制碱法食盐得利用率在96％左右，如何提高食盐与氨的利用率，也是研究方向。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种工艺设计合理，安全可靠，可以高效的完成碳酸氢铵与氯化钠的充分反应，同时将碳酸氢钠与氯化铵浓缩提纯，将电石渣的无害化利用与处置的同时，循环利用了二氧化碳与氨气，使得原材料的利用率更高，降低原材料成本与生产成本，操作方便的利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺，包括电渗析单元，所述电渗析单元采用特殊构造的四通道电渗析单元，其特征在于：此工艺分为两个工艺段:(S1)四通道电渗析合成盐工艺单元：是合成碳酸氢钠(NaHCO3)与氯化铵(NH4Cl)的核心工艺，内部包括六个内循环通道，其中四个为物料循环通道包括内循环1、内循环2、内循环3和内循环4，两个是基本电极液循环通道包括阴极液循环与阳极液循环；四通道电渗析单元前端配备氯化钠(NaCl)溶解水箱与碳酸氢铵(NH4HCO3)供给箱；(S2)制盐工艺：碳酸氢钠浓水后端设置一套热解制备单元，制备高纯度纯碱碳酸钠(Na2CO3)同时生成二氧化碳(CO2)；在氯化铵浓水后端设置一套电石渣反应单元，向其中加入电石渣，与氯化铵反应生成氯化钙(CaCl2)盐与氨气(NH3)；另外设置碳酸氢铵反应箱，用于补充碳酸氢铵供给箱溶液浓度。
作为优选，本发明所述四通道电渗析单元的具体运行模式如下：在碳酸氢铵供给箱中配置10％浓度碳酸氢铵溶液后，输送至其对应的脱盐循环水箱，同时在溶解水箱中配置10％浓度氯化钠溶液后，输送至其对应的脱盐循环水箱；
含10％质量浓度碳酸氢铵溶液的脱盐循环水箱中的溶液通过循环泵2送入四通道电渗析单元的A通道，从A通道出来后回到脱盐循环水箱，此为内循环1 通道；
含10％质量浓度氯化钠溶液的脱盐循环水箱中的溶液通过循环泵1送入四通道电渗析B通道，从B通道出来后进入脱盐循环水箱，此为内循环2通道；
含一定质量浓度碳酸氢钠溶液的浓缩循环水箱中的溶液通过循环泵3送入四通道电渗析单元的D通道，从D通道出来后循环回到浓缩循环水箱，此为内循环3通道；
含一定质量浓度氯化氨溶液的浓缩循环水箱中的溶液通过循环泵4送入四通道电渗析单元的C通道，从C通道出来后循环回到浓缩循环水箱，此为内循环 4通道；
以上为四路配置药剂内循环通道，相匹配的进入A、B、C、D四个电渗析循环通道；
两个基本电极液循环通道如下：(1)阴极液循环通道：阴极液水箱中配置 3％-5％质量浓度的氯化钠溶液作为阴极液，溶液通过阴极液循环泵送入四通道电渗析单元的阴极液通道，从阴极液通道出来后回到阴极液水箱，此为内循环5 通道；(2)阳极液循环通道：阳极液水箱中配置3％-5％质量浓度的硫酸或者硫酸钠溶液作为阳极液，溶液通过阳极液循环泵送入四通道电渗析单元的阳极液通道，从阳极液通道出来后回到阳极液水箱，此为内循环6通道；
当上述六个内循环通道运行稳定之后，启动四通道电渗析阴阳极两端外加设置的直流电源；直流电源供电给电渗析模块后，此时电渗析阳极液既为电渗析阳极侧，电渗析阴极液即为电渗析阴极侧，电渗析模块内部四个药剂离子循环通道中的离子即要再电场的作用下发生定向的迁移。
作为优选，本发明电渗析过程后的总反应式类比为： NaCl+NH4HCO3＝NaHCO3+NH4Cl。
作为优选，本发明所述氯化铵浓缩产水的后处理：在系统运行之后在膜堆内部的A、B两个脱盐通道与对应的循环系统会持续不断的迁移出相应的离子去隔壁腔室即C、D浓缩通道；迁移到C通道中的氯离子与氨根离子配对行成氯化铵溶液，且浓度不断的升高，在特定工况下C通道氯化铵质量浓度可达到 200000mg/L，持续不断的此溶液从循环系统4中的浓缩循环水箱溢流至浓水溢流箱，而后通过泵输送至电石渣反应单元，与主要含有氢氧化钙的电石渣反应生成氯化钙和氨气，反应式如下：2NH4Cl+Ca(OH)2＝2NH3(气体)+CaCl2+2H2O；而后将氨气输送至氨气储罐备用。
作为优选，本发明所述碳酸氢铵浓缩产水的后处理：迁移到D通道中的碳酸氢根离子与钠离子配对行成碳酸氢钠溶液，且浓度不断的升高，在特定工况下D 通道碳酸钠质量浓度可达到接近饱和浓度的100000mg/L，溶液从循环系统3中的浓缩循环水箱溢流至浓水溢流箱暂存，而后通过泵输送至热解制备单元，最终通过热解制备单元结晶出超高纯度的碳酸钠固体盐分，纯度计算达99.5％以上，热解制备反应如下：2NaHCO3＝Na2CO3+2CO2(气体)+H2O；而后将二氧化碳输送至二氧化碳储罐备用。
作为优选，本发明所述二氧化碳与氨气循环利用：在碳酸氢氨供给箱前设置碳酸氢铵反应箱，其中持续不断有纯水注入，且持续不断的将过量的二氧化碳与氨气通入碳酸氢铵反应箱中，常温常压下反应为：NH3+CO2(过量)+H2O＝NH4HCO3。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)在不显著增加投资成本的前提下，采用四通道电渗析+热解制备高纯度碳酸钠纯碱的新型工艺，仅通过四通道的电渗析单元即可以高效的完成碳酸氢铵与氯化钠的充分反应，同时将碳酸氢钠与氯化铵浓缩提纯，达以到极致提纯浓缩的状态；(2)将传统的复杂的制碱工艺流程以及各单元的反应集中在四通道电渗析单元内部发生，有一步到位的优势；电渗析单元整个处理过程中无药剂的损耗，即添加的氯化钠与碳酸氢铵将全部被利用来制备目标盐碳酸氢钠与氯化铵，且处理的全流程中不产生任何污染物，属于环境友好型的处理工艺；(3)浓缩简化的工艺单元极大的降低了工程应用中设备的占地面积，而且电渗析运行操作更为简单与方便；(4)在氯化铵尾液处理时，利用富含氢氧化钙的电石渣与其反应，将危害性大的电石渣转换成氯化钙为主的无重污染的物质，便于后期的在处理与利用；同时又生成了合成氨所必要的氨气来循环利用。使得整个系统中需要添加的原料仅为氯化钠和生产的纯碱带走的一部分碳。
附图说明
图1是传统的侯氏制碱法生产流程。
图2是本发明实施例制碱工艺的流程简图。
图3是本发明实施例制备酸碱原理图。
图4是本发明实施例制备酸碱系统简图。
图中标记及名次解释：A：阴离子交换膜；Cl-：氯离子；Na+：钠离子；C：阳离子交换膜；HCO3 -：碳酸氢根离子；NH4 +：铵根离子；TDS:总含盐量；
脱盐循环水箱A1；溶解水箱A2；脱盐循环水箱B1；碳酸氢铵供给箱B2；碳酸氢铵反应箱B3；浓缩循环水箱C1；浓水溢流箱C2；浓缩循环水箱D1；浓水溢流箱D2；
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图2至图4，本实施例的主要工艺路线：利用电石渣反应生成氨气(NH3) 与二氧化碳双循环制碱工艺核心单元的电渗析单元采用特殊构造的四通道电渗析模块；此工艺主要分为两个工艺段：第一工艺段：为四通道电渗析合成盐工艺单元，也是合成碳酸氢钠(NaHCO3)与氯化铵(NH4Cl)的核心工艺，内部包括6 个内循环通道，其中4个为物料循环通道(内循环1、内循环2、内循环3、内循环4)，2个是基本电极液循环通道(阴极液循环与阳极液循环)。四通道电渗析单元前端配备氯化钠(NaCl)溶解水箱A2与碳酸氢铵供给箱B2。第二工艺段：为制盐工艺，在碳酸氢钠浓水后端设置1套热解制备单元，制备高纯度纯碱碳酸钠(Na2CO3)同时生成二氧化碳(CO2)。在氯化铵浓水后端设置1套电石渣反应单元，向其中加入电石渣(主要含氢氧化钙Ca(OH)2)，与氯化铵反应生成氯化钙 (CaCl2)盐与氨气(NH3)；另外设置碳酸氢铵反应箱，用于补充碳酸氢铵供给箱溶液浓度。
本实施例生产工艺说明如下：
(1)四通道电渗析运行模式：在碳酸氢铵供给箱B2中配置10％浓度碳酸氢铵溶液后，输送至其对应的脱盐循环水箱B1，同时在溶解水箱A2中配置10％浓度氯化钠溶液后，输送至其对应的脱盐循环水箱A1。
富含10％质量浓度碳酸氢铵溶液的脱盐循环水箱B1中的溶液通过循环泵2 送入四通道电渗析单元的A通道，从A通道出来后回到脱盐循环水箱B1，此为内循环1通道。
富含10％质量浓度氯化钠溶液的脱盐液循环水箱A1中的溶液通过循环泵1 送入四通道电渗析B通道，从B通道出来后进入脱盐液水箱A1，此为内循环2 通道。
富含一定质量浓度(启机初始配置5％质量浓度溶液，后期不需要在单独配置)碳酸氢钠溶液的浓缩循环水箱C1中的溶液通过循环泵3送入四通道电渗析单元的D通道，从D通道出来后循环回到浓缩循环水箱C1，此为内循环3通道。
富含一定质量浓度(启机初始配置5％质量浓度溶液，后期不需要在单独配置)氯化氨溶液的浓缩循环水箱D1中的溶液通过循环泵4送入四通道电渗析单元的C通道，从C通道出来后循环回到浓缩循环水箱D1，此为内循环4通道。
以上为4路配置药剂内循环通道，相匹配的进入A、B、C、D四个电渗析循环通道。
另外还有两个基本配置的四通道电渗析极液内循环通道，电极液仅作为基础配置，作用为导电介质，基本不参与药剂离子在电渗析内部的迁移。
阴极液水箱中配置3％-5％质量浓度的氯化钠溶液作为阴极液，溶液通过阴极液循环泵送入四通道电渗析单元的阴极液通道，从阴极液通道出来后回到阴极液水箱，此为内循环5通道，即阴极液循环通道。
阳极液水箱中配置3％-5％质量浓度的硫酸或者硫酸钠溶液作为阳极液，溶液通过阳极液循环泵送入四通道电渗析单元的阳极液通道，从阳极液通道出来后回到阳极液水箱，此为内循环6通道，即阳极液循环通道。
当上述6个内循环通道运行稳定之后，启动四通道电渗析阴阳极两端外加设置的直流电源。直流电源供电给电渗析模块后，此时电渗析阳极液既为电渗析阳极侧，电渗析阴极液即为电渗析阴极侧，电渗析模块内部4个药剂离子循环通道中的离子即要再电场的作用下发生定向的迁移。
(2)四通道电渗析内部离子分向迁移在汇集组成原理
阳离子受电场力向阴极侧迁移，阴离子受电场力向阳极液迁移，再迁移的过程中被按照一定构造设置再模块内部的阴阳离子交换膜阻挡或者可透过。当阳离子再行进的路上遇到阳离子交换膜(C膜)时，阳离子可以透过，当阳离子再行进的路上遇到阴离子交换膜时，阳离子被阻挡不可透过。当阴离子再行进的路上遇到阴离子交换膜(C膜)时，阴离子可以透过，当阴离子再行进的路上遇到阳离子交换膜时，阴离子被阻挡不可透过。
因为上述特殊的性能与构造，在运行的过程中A通道中碳酸氢铵溶液中的碳酸氢根离子(阴离子)向阳极迁移经过设置的A阴离子交换膜到达D通道，到达 D通道后再向阳极移动则被设置的C阳离子交换膜阻挡，最终留在了D通道内。
A通道中碳酸氢铵溶液中的铵根离子(阳离子)向阴极迁移经过设置的C阳离子交换膜到达C通道，到达C通道后再向阴极移动则被设置的A阴离子交换膜阻挡，最终留在了C通道内。
同样的在B通道中的氯化钠溶液中的氯离子(阴离子)向阳极迁移经过设置的A阴离子交换膜到达C通道，到达C通道后再向阳极移动则被设置的C阳离子交换膜阻挡，最终留在了C通道内。
在B通道中的氯化钠溶液中的钠离子(阳离子)向阴极迁移经过设置的C 阳离子交换膜到达D通道，到达D通道后再向阴极移动则被设置的A阴离子交换膜阻挡，最终留在了D通道内。
因此在各循环系统开启运行后，电渗析模块通电运行的过程中A通道中的碳酸氢铵浓度由于离子(碳酸氢根离子与氨根离子)迁移出去而慢慢下降，离子迁移时又携带者数个水分子，所以当系统运行循环后，脱盐循环水箱B1的液位和浓度不断下降，碳酸氢钠供给箱B2作为碳酸氢钠补充作用，持续不断的大量向脱盐循环水箱B1补充新鲜的10％浓度碳酸氢铵溶液，后多余消耗不了的水溢流回碳酸氢钠供给箱B2；同理含有10％浓度氯化钠溶液的脱盐循环水箱A1与溶解水箱A2与此原理相同。
电渗析过程后类似的总反应式为：NaCl+NH4HCO3＝NaHCO3+NH4Cl。
(3)氯化铵浓缩产水的后处理：在系统运行之后在膜堆内部的A、B两个脱盐通道与对应的循环系统会持续不断的迁移出相应的离子去隔壁腔室即C、D 浓缩通道。所以迁移到C通道中的氯离子与氨根离子配对行成氯化铵溶液，且浓度不断的升高，在特定工况下C通道氯化铵质量浓度可达到200000mg/L，持续不断的此溶液从循环系统4中的浓缩循环水箱D1溢流至浓水溢流箱D2，而后通过泵输送至电石渣反应单元，与主要含有氢氧化钙的电石渣反应生成氯化钙和氨气，反应式如下：2NH4Cl+Ca(OH)2＝2NH3(气体)+CaCl2+2H2O；而后将氨气输送至氨气储罐备用。
(4)碳酸氢铵浓缩产水的后处理：迁移到D通道中的碳酸氢根离子与钠离子配对行成碳酸氢钠溶液，且浓度不断的升高，在特定工况下D通道碳酸钠质量浓度可达到接近饱和浓度的100000mg/L，溶液从循环系统3中的浓缩循环水箱C1溢流至浓水溢流箱C2暂存，而后通过泵输送至热解制备单元，最终通过热解制备单元结晶出超高纯度的碳酸钠固体盐分，纯度计算可达99.5％以上，热解制备反应如下：2NaHCO3＝Na2CO3+2CO2(气体)+H2O；而后将二氧化碳输送至二氧化碳储罐备用。
(5)二氧化碳与氨气循环利用：在碳酸氢氨供给箱前设置碳酸氢铵反应箱B3，其中持续不断有纯水注入；且持续不断的将过量的二氧化碳与氨气通入碳酸氢铵反应箱B3中，常温常压下反应为：NH3+CO2(过量)+H2O＝NH4HCO3；
通过泵将碳酸氢铵反应箱B3中的碳酸氢铵溶液输送至碳酸氢铵供给箱B2 中作为脱盐循环水箱B1的补充液；为了保证生成碳酸氢铵，鼓入的二氧化碳一定是过量的，所以增加二氧化碳发生器以备二氧化碳不足时作为过量的补充。
本实施例利用四通道电渗析+热解的组合处理工艺制备碳酸钠(纯碱)；在制备碳酸氢钠与氯化铵过程中，将碳酸氢钠溶液浓缩至接近饱和浓度的 100000mg/L与氯化铵溶液极致浓缩至200000mg/L的浓度；
本实施例在制备纯碱的工艺中将热解出的二氧化碳和氯化铵与电石渣反应生成的氨气在进行反应生成原料碳酸氢铵溶液，循环利用，提高原料的利用率。
本实施例在制备纯碱工艺中利用废弃物电石渣与氯化铵的反应，不仅可以得到可循环利用的氨气，同时处理了具有一定环境危险性的电石渣，大大降低电石渣的环境污染能力。
本实施例主要需要解决得是传统制碱工艺中首先针对原材料混料反应而后提纯的复杂模式，利用四通道电渗析技术进而能够实现原料的一步反应提纯到位，从而制得的碳酸钠纯度更高。将电石渣的无害化利用与处置的同时，循环利用了二氧化碳与氨气，使得原材料的利用率更高，降低原材料成本与生产成本。
通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺，包括电渗析单元，所述电渗析单元采用特殊构造的四通道电渗析单元，其特征在于：此工艺分为两个工艺段:
(S1)四通道电渗析合成盐工艺单元：是合成碳酸氢钠与氯化铵的核心工艺，内部包括六个内循环通道，其中四个为物料循环通道包括内循环1、内循环2、内循环3和内循环4，两个是基本电极液循环通道包括阴极液循环与阳极液循环；四通道电渗析单元前端配备氯化钠溶解水箱与碳酸氢铵供给箱；
(S2)制盐工艺：碳酸氢钠浓水后端设置一套热解制备单元，制备高纯度纯碱碳酸钠同时生成二氧化碳；在氯化铵浓水后端设置一套电石渣反应单元，向其中加入电石渣，与氯化铵反应生成氯化钙盐与氨气；另外设置碳酸氢铵反应箱，用于补充碳酸氢铵供给箱溶液浓度。
2.根据权利要求1所述的利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺，其特征在于：所述四通道电渗析单元的具体运行模式如下：
在碳酸氢铵供给箱中配置10％浓度碳酸氢铵溶液后，输送至其对应的脱盐循环水箱，同时在溶解水箱中配置10％浓度氯化钠溶液后，输送至其对应的脱盐循环水箱；
含10％质量浓度碳酸氢铵溶液的脱盐循环水箱中的溶液通过循环泵2送入四通道电渗析单元的A通道，从A通道出来后回到脱盐循环水箱，此为内循环1通道；
含10％质量浓度氯化钠溶液的脱盐循环水箱中的溶液通过循环泵1送入四通道电渗析B通道，从B通道出来后进入脱盐循环水箱，此为内循环2通道；
含一定质量浓度碳酸氢钠溶液的浓缩循环水箱中的溶液通过循环泵3送入四通道电渗析单元的D通道，从D通道出来后循环回到浓缩循环水箱，此为内循环3通道；
含一定质量浓度氯化氨溶液的浓缩循环水箱中的溶液通过循环泵4送入四通道电渗析单元的C通道，从C通道出来后循环回到浓缩循环水箱，此为内循环4通道；
以上为四路配置药剂内循环通道，相匹配的进入A、B、C、D四个电渗析循环通道；
两个基本电极液循环通道如下：(1)阴极液循环通道：阴极液水箱中配置3％-5％质量浓度的氯化钠溶液作为阴极液，溶液通过阴极液循环泵送入四通道电渗析单元的阴极液通道，从阴极液通道出来后回到阴极液水箱，此为内循环5通道；(2)阳极液循环通道：阳极液水箱中配置3％-5％质量浓度的硫酸或者硫酸钠溶液作为阳极液，溶液通过阳极液循环泵送入四通道电渗析单元的阳极液通道，从阳极液通道出来后回到阳极液水箱，此为内循环6通道；
当上述六个内循环通道运行稳定之后，启动四通道电渗析阴阳极两端外加设置的直流电源；直流电源供电给电渗析模块后，此时电渗析阳极液既为电渗析阳极侧，电渗析阴极液即为电渗析阴极侧，电渗析模块内部四个药剂离子循环通道中的离子即要再电场的作用下发生定向的迁移。
3.根据权利要求1所述的利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺，其特征在于：电渗析过程后的总反应式为：NaCl+NH4HCO3＝NaHCO3+NH4Cl。
4.根据权利要求1所述的利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺，其特征在于：所述氯化铵浓缩产水的后处理：在系统运行之后在膜堆内部的A、B两个脱盐通道与对应的循环系统会持续不断的迁移出相应的离子去隔壁腔室即C、D浓缩通道；迁移到C通道中的氯离子与氨根离子配对行成氯化铵溶液，且浓度不断的升高，在特定工况下C通道氯化铵质量浓度可达到200000mg/L，持续不断的此溶液从循环系统4中的浓缩循环水箱溢流至浓水溢流箱，而后通过泵输送至电石渣反应单元，与主要含有氢氧化钙的电石渣反应生成氯化钙和氨气，反应式如下：2NH4Cl+Ca(OH)2＝2NH3(气体)+CaCl2+2H2O；而后将氨气输送至氨气储罐备用。
5.根据权利要求1所述的利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺，其特征在于：所述碳酸氢铵浓缩产水的后处理：迁移到D通道中的碳酸氢根离子与钠离子配对行成碳酸氢钠溶液，且浓度不断的升高，在特定工况下D通道碳酸钠质量浓度可达到接近饱和浓度的100000mg/L，溶液从循环系统3中的浓缩循环水箱溢流至浓水溢流箱暂存，而后通过泵输送至热解制备单元，最终通过热解制备单元结晶出超高纯度的碳酸钠固体盐分，纯度计算达99.5％以上，热解制备反应如下：2NaHCO3＝Na2CO3+2CO2(气体)+H2O；而后将二氧化碳输送至二氧化碳储罐备用。
6.根据权利要求1所述的利用电石渣反应制氨气与二氧化碳双循环利用的制碱工艺，其特征在于：所述二氧化碳与氨气循环利用：在碳酸氢氨供给箱前设置碳酸氢铵反应箱，其中持续不断有纯水注入，且持续不断的将过量的二氧化碳与氨气通入碳酸氢铵反应箱中，常温常压下反应为：NH3+CO2(过量)+H2O＝NH4HCO3。
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2021
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