CN115872417A - 一种双极膜强化的氯化钠制碱方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，属于氯化钠废盐处理技术领域。将氯化钠和碳酸氢铵溶液分别进入配备选择性透过膜的电渗析膜堆；氯化钠电渗析膜堆的阳膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阴膜配对形成碳酸氢钠生成通道，氯化钠电渗析膜堆的阴膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阳膜配对形成氯化铵生成通道；碳酸氢钠通道产生的碳酸氢钠经冷却结晶分离得到产品碳酸氢钠，冷却结晶母液循环利用；氯化铵通道产生的氯化铵经蒸发结晶得到产品氯化铵。本发明通过电迁移使碳酸氢钠母液中的NaHCO3和NH4Cl分离，氯化钠总转化率超过99％，氨总转化率达99％以上，生产过程无三废产生，产品纯度能达到99%以上，氯化钠废盐实现高值化回收利用。
Description
技术领域
本发明属于氯化钠废盐处理技术领域，涉及一种双极膜强化的氯化钠制碱方法。
背景技术
随着我国工业迅速发展，在废水零排放过程产生大量氯化钠废盐，无法处置。以复分解的思路，氯化钠和碳酸氢铵反应生产碳酸氢钠（或纯碱）、副产氯化铵，形成氯化钠制碱的工艺，是一种新的资源化思路。
氯化钠废盐采用联碱法制备碳酸氢钠、联产氯化铵的生产过程中，分离出的碳酸氢钠母液含有NaCl、NaHCO3、NH4Cl，其中碳酸氢钠处于饱和状态。现有技术中，将该母液直接冷冻加入NaCl进行盐析，碳酸氢钠因过饱和也随氯化铵一同沉析，导致氯化铵产品的质量不能达到国家标准《GB/T2946-2018氯化铵》的要求，该国家标准中规定农用氯化铵中Na+含量≤1.6％；而且氯化铵产品中的含氮量也达不到该国家标准中≥23.5％的要求。
而如果将母液直排的话，氨氮会严重污染江河水源。为了不排放废水，采用较多的方法是蒸发回收氯化铵和盐，但此方法弊端较多：一方面是母液中含氯化铵和氯化钠总量不超过200g/L，而每回收1吨氯化铵需蒸发5~6吨水、消耗煤0.8吨，能耗大、成本高；另一方面，蒸发出来的盐也难以达到工业级标准。这些因素使得氯化钠废盐采用复分解法制碱难以工业化应用，经济实用性差。
发明内容
针对现有氯化钠废盐制碱技术的缺陷，本发明提供一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，将一定浓度的氯化钠和碳酸氢铵溶液，分别进入配备选择性透过膜的电渗析膜堆；氯化钠电渗析膜堆的阳膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阴膜配对形成碳酸氢钠生成通道，氯化钠电渗析膜堆的阴膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阳膜配对形成氯化铵生成通道；碳酸氢钠通道产生的碳酸氢钠经冷却结晶分离得到产品碳酸氢钠，冷却结晶母液循环利用；氯化铵通道产生的氯化铵经蒸发结晶得到产品氯化铵。采用电迁移使得碳酸氢钠母液中的NaHCO3和NH4Cl分离，得到高品质的碳酸氢钠和氯化铵产品，使氯化钠废盐实现高值化回收利用，具体技术方案如下。
一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，特征在于，包括以下步骤：
（1）将氯化钠废盐精制，然后溶解加入到氯化钠储罐中；将碳酸氢铵溶解后加入到碳酸氢铵储罐中；
（2）在电场内设置依次相接的碳酸氢铵电渗析膜堆和氯化钠电渗析膜堆，配备两种选择性透过膜，分别配套氯化钠和碳酸氢铵，氯化钠电渗析膜堆的阳膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阴膜配对形成碳酸氢钠生成通道，氯化钠电渗析膜堆的阴膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阳膜配对形成氯化铵生成通道；
（3）将氯化钠溶液导入氯化钠电渗析膜堆中，将碳酸氢铵溶液导入碳酸氢铵电渗析膜堆中；在电场的作用下，氯化钠电渗析膜堆中氯化钠溶液内钠离子穿过阳离子交换膜进入碳酸氢钠通道内，氯化钠电渗析膜堆中氯离子穿过阴离子交换膜进入氯化铵通道内，碳酸氢铵电渗析膜堆中铵离子穿过阳离子交换膜进入氯化铵通道内与氯离子形成氯化铵溶液，碳酸氢铵电渗析膜堆中碳酸氢根离子穿过阴离子交换膜进入碳酸氢钠通道内与钠离子形成碳酸氢钠溶液；
（4）当氯化铵通道内的氯化铵溶液浓度达到预设浓度后，将氯化铵溶液导出至氯化铵浓液储罐中，然后输送至蒸发结晶单元得到氯化铵产品；
（5）将碳酸氢钠通道内的碳酸氢钠溶液导出至冷冻结晶器中，在冷冻结晶器中析出、分离得到碳酸氢钠产品，冷冻结晶母液进入碳酸氢钠储罐，再进入碳酸氢钠通道中循环生产。
进一步地，步骤（1）中将氯化钠废盐精制的指标为COD含量小于100ppm、总硬度小于50ppm、总硅小于20ppm、总重金属小于20ppm、总不溶物含量小于10ppm且粒度小于10μm。
进一步地，步骤（1）中碳酸氢铵由二氧化碳和氨气合成，步骤为先吸收氨、再通过二氧化碳碳化。
进一步地，步骤（3）中从氯化钠电渗析膜堆导出的氯化钠溶液，导回至氯化钠储罐中，再由氯化钠储罐循环至氯化钠电渗析膜堆，向氯化钠储罐连续补充氯化钠以保证循环液中氯化钠的浓度。
进一步地，步骤（3）中从碳酸氢铵电渗析膜堆导出的碳酸氢铵溶液，导回至碳酸氢铵储罐中，再由碳酸氢铵储罐循环至碳酸氢铵电渗析膜堆，向碳酸氢铵储罐连续补充氨气和二氧化碳以保证循环液中碳酸氢铵的浓度。
进一步地，步骤（4）中氯化铵的生产为序批式操作：氯化铵溶液浓度达到150-300g/L后，将氯化铵通道内的氯化铵溶液导出至氯化铵浓液储罐中，然后输送至蒸发结晶单元得到氯化铵产品，蒸发温度为65-95℃；蒸发冷凝液回流至淡水补充罐，回用至氯化铵通道，用于下一批次生产。
进一步地，步骤（5）中碳酸氢钠的生产为连续式操作：碳酸氢钠通道中碳酸氢钠浓度维持在150-300g/L、温度为25-35℃，通道内碳酸氢钠溶液进入碳酸氢钠冷冻结晶单元，冷冻结晶的温度为0-10℃；冷冻结晶分离出碳酸氢钠产品，结晶母液回流至碳酸氢钠溶液储罐，调整温度后回用至碳酸氢钠通道，循环往复。
进一步地，步骤（3）中氯化钠电渗析和碳酸氢铵电渗析均为连续运行，通过补充氯化钠保证氯化钠浓度，通过补充氨气和二氧化碳保证碳酸氢铵浓度，氯化钠和碳酸氢铵的浓度范围为10-150g/L。
本发明具有以下有益技术效果：本发明通过电迁移使得碳酸氢钠母液中的NaHCO3和NH4Cl分离，氯化钠的总转化率超过99％，氨的总转化率达99％以上，生产过程无三废产生，产品为小苏打或纯碱、氯化铵，产品纯度能达到99%以上，使得工业企业副产的氯化钠盐、二氧化碳、氨气得到高值化利用。
附图说明
图1是本发明的一种双极膜强化的氯化钠制碱方法示意图。
实施方式
下面结合说明书附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，如图1所示，包括如下步骤：
（1）对氯化钠废盐进行精制作为原料，使氯化钠中COD含量小于50ppm、总硬度小于40ppm、总硅小于20ppm、总重金属小于10ppm、总不溶物含量小于10ppm且粒度小于5μm。将二氧化碳和氨气分别通过氨吸收和碳化，生成碳酸氢铵作为反应的直接原料。
（2）在电场内设置依次相接的氯化钠、碳酸氢铵两种电渗析膜堆，配备两种选择性透过膜，分别配套氯化钠和碳酸氢铵。氯化钠电渗析膜堆的阳膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阴膜配对，形成碳酸氢钠生成通道。氯化钠电渗析膜堆的阴膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阳膜配对，形成氯化铵生成通道。
（3）将氯化钠溶液导入氯化钠电渗析膜堆中，将碳酸氢铵容易导入碳酸氢铵电渗析膜堆中。在电场的作用下，氯化钠电渗析膜堆中钠离子穿过阳离子交换膜进入碳酸氢钠通道内，氯离子穿过阴离子交换膜进入氯化铵通道内；碳酸氢铵电渗析膜堆中铵离子穿过阳离子交换膜进入氯化铵通道内与氯离子形成氯化铵溶液，碳酸氢根离子穿过阴离子交换膜进入碳酸氢钠通道内与钠离子形成碳酸氢钠溶液。
（4）氯化铵的生产为序批式操作：氯化铵通道中氯化铵浓度达到200g/L后，将氯化铵通道内的氯化铵溶液导出至氯化铵浓液储罐中，然后输送至蒸发结晶单元得到氯化铵晶体，蒸发温度为85℃；蒸发结晶分离出氯化铵产品，蒸发冷凝液回流至淡水补充罐，回用至氯化铵通道，用至下一批次生产。
（5）碳酸氢钠的生产为连续操作：碳酸氢钠通道中碳酸氢钠浓度维持在220g/L、温度为30℃，通道内碳酸氢钠溶液进入碳酸氢钠冷冻结晶单元，冷冻结晶的温度为5℃；冷冻结晶分离出碳酸氢钠产品，结晶母液回流至碳酸氢钠溶液储罐，调整温度后回用至碳酸氢钠通道，循环往复。
氯化钠电渗析和碳酸氢铵电渗析单元均为连续运行，通过补充氯化钠保证氯化钠储罐中的氯化钠浓度，通过补充氨气和二氧化碳保证碳酸氢铵储罐中的碳酸氢铵浓度；氯化钠和碳酸氢铵的浓度控制为120g/L。
氯化钠的总转化率超过99％，氨的总转化率达99％以上，产品为碳酸氢钠、氯化铵，产品纯度能达到99%以上。
实施例2
一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，如图1所示，包括如下步骤：
（1）对氯化钠废盐进行精制作为原料，使氯化钠中COD含量小于50ppm、总硬度小于40ppm、总硅小于20ppm、总重金属小于10ppm、总不溶物含量小于10ppm且粒度小于5μm。将二氧化碳和氨气分别通过氨吸收和碳化，生成碳酸氢铵作为反应的直接原料。
（2）在电场内设置依次相接的氯化钠、碳酸氢铵两种电渗析膜堆，配备两种选择性透过膜，分别配套氯化钠和碳酸氢铵。氯化钠电渗析膜堆的阳膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阴膜配对，形成碳酸氢钠生成通道。氯化钠电渗析膜堆的阴膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阳膜配对，形成氯化铵生成通道。
（3）将氯化钠溶液导入氯化钠电渗析膜堆中，将碳酸氢铵容易导入碳酸氢铵电渗析膜堆中。在电场的作用下，氯化钠电渗析膜堆中钠离子穿过阳离子交换膜进入碳酸氢钠通道内，氯离子穿过阴离子交换膜进入氯化铵通道内；碳酸氢铵电渗析膜堆中铵离子穿过阳离子交换膜进入氯化铵通道内与氯离子形成氯化铵溶液，碳酸氢根离子穿过阴离子交换膜进入碳酸氢钠通道内与钠离子形成碳酸氢钠溶液。
（4）氯化铵的生产为序批式操作：氯化铵通道中氯化铵浓度达到300g/L后，将氯化铵通道内的氯化铵溶液导出至氯化铵浓液储罐中，然后输送至蒸发结晶单元得到氯化铵晶体，蒸发温度为95℃；蒸发结晶分离出氯化铵产品，蒸发冷凝液回流至淡水补充罐，回用至氯化铵通道，用至下一批次生产。
（5）碳酸氢钠的生产为连续操作：碳酸氢钠通道中碳酸氢钠浓度维持在300g/L、温度为35℃，通道内碳酸氢钠溶液进入碳酸氢钠冷冻结晶单元，冷冻结晶的温度为10℃；冷冻结晶分离出碳酸氢钠，碳酸氢钠煅烧得到纯碱产品，结晶母液回流至碳酸氢钠溶液储罐，调整温度后回用至碳酸氢钠通道，循环往复。
氯化钠电渗析和碳酸氢铵电渗析单元均为连续运行，通过补充氯化钠保证氯化钠储罐中的氯化钠浓度，通过补充氨气和二氧化碳保证碳酸氢铵储罐中的碳酸氢铵浓度；氯化钠和碳酸氢铵的浓度控制为150g/L。
氯化钠的总转化率超过99％，氨的总转化率达99％以上，产品为纯碱、氯化铵，产品纯度能达到99%以上。
实施例3
一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，如图1所示，包括如下步骤：
（1）对氯化钠废盐进行精制作为原料，使氯化钠中COD含量小于50ppm、总硬度小于40ppm、总硅小于20ppm、总重金属小于10ppm、总不溶物含量小于10ppm且粒度小于5μm。将二氧化碳和氨气分别通过氨吸收和碳化，生成碳酸氢铵作为反应的直接原料。
（2）在电场内设置依次相接的氯化钠、碳酸氢铵两种电渗析膜堆，配备两种选择性透过膜，分别配套氯化钠和碳酸氢铵。氯化钠电渗析膜堆的阳膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阴膜配对，形成碳酸氢钠生成通道。氯化钠电渗析膜堆的阴膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阳膜配对，形成氯化铵生成通道。
（3）将氯化钠溶液导入氯化钠电渗析膜堆中，将碳酸氢铵容易导入碳酸氢铵电渗析膜堆中。在电场的作用下，氯化钠电渗析膜堆中钠离子穿过阳离子交换膜进入碳酸氢钠通道内，氯离子穿过阴离子交换膜进入氯化铵通道内；碳酸氢铵电渗析膜堆中铵离子穿过阳离子交换膜进入氯化铵通道内与氯离子形成氯化铵溶液，碳酸氢根离子穿过阴离子交换膜进入碳酸氢钠通道内与钠离子形成碳酸氢钠溶液。
（4）氯化铵的生产为序批式操作：氯化铵通道中氯化铵浓度达到150g/L后，将氯化铵通道内的氯化铵溶液导出至氯化铵浓液储罐中，然后输送至蒸发结晶单元得到氯化铵晶体，蒸发温度为65℃；蒸发结晶分离出氯化铵产品，蒸发冷凝液回流至淡水补充罐，回用至氯化铵通道，用至下一批次生产。
（5）碳酸氢钠的生产为连续操作：碳酸氢钠通道中碳酸氢钠浓度维持在150g/L、温度为25℃，通道内碳酸氢钠溶液进入碳酸氢钠冷冻结晶单元，冷冻结晶的温度为0℃；冷冻结晶分离出碳酸氢钠产品，结晶母液回流至碳酸氢钠溶液储罐，调整温度后回用至碳酸氢钠通道，循环往复。
氯化钠电渗析和碳酸氢铵电渗析单元均为连续运行，通过补充氯化钠保证氯化钠储罐中的氯化钠浓度，通过补充氨气和二氧化碳保证碳酸氢铵储罐中的碳酸氢铵浓度；氯化钠和碳酸氢铵的浓度控制为100g/L。
氯化钠的总转化率超过99％，氨的总转化率达99％以上，产品为纯碱、氯化铵，产品纯度能达到99%以上。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。本发明的保护范围由权利要求书及其等同技术方案限定。
Claims (8)
1.一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将氯化钠废盐精制，然后溶解加入到氯化钠储罐中；将碳酸氢铵溶解后加入到碳酸氢铵储罐中；
（2）在电场内设置依次相接的碳酸氢铵电渗析膜堆和氯化钠电渗析膜堆，配备两种选择性透过膜，分别配套氯化钠和碳酸氢铵，氯化钠电渗析膜堆的阳膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阴膜配对形成碳酸氢钠生成通道，氯化钠电渗析膜堆的阴膜与碳酸氢铵电渗析膜堆的阳膜配对形成氯化铵生成通道；
（3）将氯化钠溶液导入氯化钠电渗析膜堆中，将碳酸氢铵溶液导入碳酸氢铵电渗析膜堆中；在电场的作用下，氯化钠电渗析膜堆中氯化钠溶液内钠离子穿过阳离子交换膜进入碳酸氢钠通道内，氯化钠电渗析膜堆中氯离子穿过阴离子交换膜进入氯化铵通道内，碳酸氢铵电渗析膜堆中铵离子穿过阳离子交换膜进入氯化铵通道内与氯离子形成氯化铵溶液，碳酸氢铵电渗析膜堆中碳酸氢根离子穿过阴离子交换膜进入碳酸氢钠通道内与钠离子形成碳酸氢钠溶液；
（4）当氯化铵通道内的氯化铵溶液浓度达到预设浓度后，将氯化铵溶液导出至氯化铵浓液储罐中，然后输送至蒸发结晶单元得到氯化铵产品；
（5）将碳酸氢钠通道内的碳酸氢钠溶液导出至冷冻结晶器中，在冷冻结晶器中析出、分离得到碳酸氢钠产品，冷冻结晶母液进入碳酸氢钠储罐，再进入碳酸氢钠通道中循环生产。
2.根据权利要求1所述的一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，其特征在于，步骤（1）中将氯化钠废盐精制的指标为COD含量小于100ppm、总硬度小于50ppm、总硅小于20ppm、总重金属小于20ppm、总不溶物含量小于10ppm且粒度小于10μm。
3.根据权利要求1所述的一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，其特征在于，步骤（1）中碳酸氢铵由二氧化碳和氨气合成，步骤为先吸收氨、再通过二氧化碳碳化。
4.根据权利要求1所述的一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，其特征在于，步骤（3）中从氯化钠电渗析膜堆导出的氯化钠溶液，导回至氯化钠储罐中，再由氯化钠储罐循环至氯化钠电渗析膜堆，向氯化钠储罐连续补充氯化钠以保证循环液中氯化钠的浓度。
5.根据权利要求1所述的一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，其特征在于，步骤（3）中从碳酸氢铵电渗析膜堆导出的碳酸氢铵溶液，导回至碳酸氢铵储罐中，再由碳酸氢铵储罐循环至碳酸氢铵电渗析膜堆，向碳酸氢铵储罐连续补充氨气和二氧化碳以保证循环液中碳酸氢铵的浓度。
6.根据权利要求1所述的一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，其特征在于，步骤（4）中氯化铵的生产为序批式操作：氯化铵溶液浓度达到150-300g/L后，将氯化铵通道内的氯化铵溶液导出至氯化铵浓液储罐中，然后输送至蒸发结晶单元得到氯化铵产品，蒸发温度为65-95℃；蒸发冷凝液回流至淡水补充罐，回用至氯化铵通道，用于下一批次生产。
7.根据权利要求1所述的一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，其特征在于，步骤（5）中碳酸氢钠的生产为连续式操作：碳酸氢钠通道中碳酸氢钠浓度维持在150-300g/L、温度为25-35℃，通道内碳酸氢钠溶液进入碳酸氢钠冷冻结晶单元，冷冻结晶的温度为0-10℃；冷冻结晶分离出碳酸氢钠产品，结晶母液回流至碳酸氢钠溶液储罐，调整温度后回用至碳酸氢钠通道，循环往复。
8.根据权利要求1所述的一种双极膜强化的氯化钠制碱方法，其特征在于，步骤（3）中氯化钠电渗析和碳酸氢铵电渗析均为连续运行，通过补充氯化钠保证氯化钠浓度，通过补充氨气和二氧化碳保证碳酸氢铵浓度，氯化钠和碳酸氢铵的浓度范围为10-150g/L。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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