CN219751928U - 一种制备白炭黑的清洁生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于沉淀法制备白炭黑技术领域。本实用新型提供一种制备白炭黑的清洁生产系统，所述系统包括白炭黑生产单元及再制盐酸单元，通过在白炭黑生产单元中以盐酸与硅酸钠溶液进行反应，并回收滤液使其在再制盐酸单元中重新生成盐酸及用于制备硅酸钠的烧碱，实现了沉淀法制备白炭黑的生产过程中产生的大量废盐水的循环利用，实现了零排放及清洁生产。

Description

一种制备白炭黑的清洁生产系统

技术领域

本实用新型属于白炭黑制备技术领域，涉及一种制备白炭黑的清洁生产系统。

背景技术

白炭黑是一种重要的化工基础材料，作为橡胶补强材料，主要用于鞋类、轮胎和其他浅色橡胶制品。白炭黑在农药、饲料等行业中用作载体或流动剂，在牙膏中用作摩擦剂和增稠剂，在涂料行业用作分散剂、抗沉降剂或消光剂，医药、食品等行业用作吸附剂等也得到了广泛应用。

目前，工业沉淀法制备白炭黑主要采用硫酸沉淀法，通常由硫酸与硅酸钠反应制得水合二氧化硅(白炭黑)。首先，将石英砂与纯碱按照一定比例混料均匀送入窑炉，在1400℃左右温度下熔融反应，高温熔融反应产物自动流出，经水冷制成固体硅酸钠；然后，固体硅酸钠经蒸汽高温高压溶解、过滤，制备液体硅酸钠；液体硅酸钠与硫酸发生沉淀反应、过滤、水洗、喷雾干燥，得到白炭黑产品。

CN102092721A公开了一种硫酸沉淀法制备纳米级白炭黑的方法，该方法是在普通硫酸沉淀法的基础上引入适当的表面活性剂和助分散剂，同时，通过调控体系pH值、反应温度及时间等工艺条件，一方面有效控制反应体系中硅酸根离子水解速率及体系中硅酸分子的相对含量；另一方面，利用机械搅拌的剪切作用和表面活性剂、助分散剂与反应中的分子、离子彼此之间的物理化学作用，将体系中硅酸根离子及水解反应生成的硅酸分子及时分散，极大地减少了硅酸分子之间的自聚概率，降低了硅酸分子形成胶团状粒子的聚合度，达到调控沉淀粒子尺度的目的，从而制备出高品质的纳米级白炭黑产品。

CN102897773A公开了一种白炭黑的制备方法，先通过沉淀法合成白炭黑合成液，然后根据白炭黑产品中所需硫酸钠的含量及硫酸钠的溶解度，以及体系中硫酸钠的具体含量，从而适当选择洗涤水的温度和用量，可有效降低洗涤用水量，并同时保证能洗涤完全，从而得到硫酸钠含量不同的各种规格的白炭黑产品。

以上使用硫酸沉淀法生产白炭黑的过程中，都会产生大量硫酸钠盐水，直接稀释后排放将造成严重污染问题。而现有技术中有将大量硫酸钠盐水采取浓缩、蒸发、结晶生产元明粉的手段，但是此方案处理成本高，所得元明粉价值低、市场小。因此，目前来说，硫酸沉淀法生产过程副产大量的硫酸钠高盐水的处理已经成为白炭黑工业发展的瓶颈。随着节水与环保要求的日益严格，白炭黑的清洁生产尤为重要。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种制备白炭黑的清洁生产系统，所述系统包括白炭黑生产单元及再制盐酸单元，通过在白炭黑生产单元中以盐酸与硅酸钠溶液进行反应，并回收滤液使其在再制盐酸单元中重新生成盐酸及用于制备硅酸钠的烧碱，实现了沉淀法制备白炭黑的生产过程中产生的大量废盐水的循环利用，实现了零排放及清洁生产。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种制备白炭黑的清洁生产系统，所述系统包括白炭黑生成单元及再制盐酸单元；

所述白炭黑生成单元包括依次连接的反应装置及第一过滤装置；

所述反应装置设置有盐酸进口及硅酸钠溶液进口，所述第一过滤装置设置有滤饼出口及滤液出口，所述滤液出口与所述再制盐酸单元的进口相连通；

所述再制盐酸单元包括依次连接的净化除杂模块、浓缩精制模块及电解合成模块；

所述电解合成模块包括依次连接的电解装置及盐酸合成装置，所述盐酸合成装置的盐酸出口与所述反应装置的盐酸进口相连通。

本实用新型所述的清洁生产系统是指设备系统、装置系统或生产装置。

本实用新型所述反应装置，优选为沉淀罐，用于盐酸与硅酸钠滤液反应生成白炭黑沉淀，同时产生氯化钠盐水；所述第一过滤装置，优选压滤机，与所述沉淀罐相连，用于白炭黑与氯化钠盐水的固液分离，得到白炭黑洗涤滤饼和氯化钠盐水滤液。

以下作为本实用新型优选的技术方案，但不作为本实用新型提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本实用新型的技术目的和有益效果。

作为本实用新型优选的技术方案，所述反应装置包括沉淀罐，所述沉淀罐的内部设置有直接蒸汽加热管、盐酸喷嘴及搅拌器；

所述第一过滤装置包括压滤机，所述压滤机设置有洗涤部件。

作为本实用新型优选的技术方案，所述白炭黑生成单元还包括与所述第一过滤装置的滤饼出口相连的分散装置，及与分散装置相连的干燥装置，所述干燥装置的出口产出白炭黑。

本实用新型所述分散装置，优选剪切分散机，与所述压滤机相连，用于白炭黑洗涤滤饼的化浆，制得白炭黑料浆；所述干燥装置，优选离心喷雾干燥机，与所述剪切分散机相连，用于脱去白炭黑料浆中水，以制得白炭黑粉末。

作为本实用新型优选的技术方案，所述分散装置包括剪切分散机，所述剪切分散机的腔内设置有绕釜体轴线转动的刀头；

所述干燥装置包括离心喷雾干燥机。

作为本实用新型优选的技术方案，所述再制盐酸单元中的所述净化除杂模块包括依次连接的絮凝装置、第二过滤装置、离子交换树脂塔、pH调节装置、臭氧催化氧化装置；所述絮凝装置与所述第一过滤装置的滤液出口相连通；所述臭氧催化氧化装置的出水口作为所述净化除杂模块的出口。

作为本实用新型优选的技术方案，所述絮凝装置包括碱化絮凝罐；

所述第二过滤装置包括过滤器；

所述离子交换树脂塔填装阴离子交换树脂部件；

所述pH调节装置包括pH调节罐；

所述臭氧催化氧化装置包括相连的臭氧发生器与臭氧催化氧化塔，及所述臭氧发生器及所述臭氧催化氧化塔电性相连的控制模块。

本实用新型所述絮凝装置，优选碱化絮凝罐，与所述压滤机相连，用于絮凝净化上述氯化钠盐水滤液；第二过滤装置，优选过滤器，与所述碱化絮凝罐相连，用于滤掉净化时氯化钠盐水中生成的不溶物，得到清澈氯化钠盐水；所述离子交换树脂塔，与所述过滤器相连，用于进一步除去盐水中杂质元素；所述pH调节装置，优选pH调节罐，与所述的离子交换树脂塔相连，用于调节盐水pH值；所述臭氧催化氧化装置，与所述pH调节罐相连，用于除去氯化钠盐水中的有机碳(TOC)。

作为本实用新型优选的技术方案，所述再制盐酸单元中的所述浓缩精制模块包括依次连接的反渗透装置、蒸发装置及盐水精制模块；

所述反渗透装置与所述净化除杂模块的出口相连，所述反渗透装置设置有淡水出口及浓水出口，所述浓水出口与所述蒸发装置相连，所述淡水出口循环至所述白炭黑生成单元。

作为本实用新型优选的技术方案，所述蒸发装置设置有浓缩液出口及水出口，所述浓缩液出口与所述盐水精制模块相连，所述水出口循环至所述白炭黑生成单元；

所述蒸发装置包括多效蒸发器。

本实用新型所述反渗透装置，与所述臭氧催化氧化装置出水口相连，用于浓缩氯化钠盐水和制得淡水，得到的淡水返回本生产系统循环利用，氯化钠浓水进一步蒸发浓缩；所述蒸发装置，优选多效蒸发器，与所述反渗透装置浓水出口端相连，用于氯化钠浓水的进一步浓缩；盐水精制模块，与所述多效蒸发器相连，用于氯化钠盐水的精制。

作为本实用新型优选的技术方案，所述盐水精制模块包括依次连接的混合折流槽、前反应罐、加压泵、汽水混合器、加压溶气罐、文丘里混合器、预处理器、后反应罐、精制盐水过滤器、中和折流槽、螯合树脂塔；所述混合折流槽与所述蒸发装置的浓缩液出口相连，所述螯合树脂塔的出口作为所述浓缩精制模块的出口。

作为本实用新型优选的技术方案，所述电解装置与浓缩精制模块的出口相连；

所述电解装置设置有烧碱出口、氯气出口及氢气出口，所述氯气出口与所述氢气出口连接于所述盐酸合成装置；

所述电解装置包括离子膜电解装置；所述盐酸合成装置包括盐酸合成炉。

本实用新型所述离子膜电解装置，优选离子膜电解槽，与所述盐水精制模块相连，用于电解制得氢氧化钠溶液(烧碱)和氯气与氢气，制得的氢氧化钠可用于制备硅酸钠；所述盐酸合成装置，优选盐酸合成炉，与所述离子膜电解槽相连，用于上述制得的氯气和氢气合成盐酸，合成的盐酸返回本生产系统循环利用。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

采用本实用新型所述的制备白炭黑的清洁生产系统，可以在白炭黑生成单元将盐酸与硅酸钠溶液反应制备白炭黑，过程副产的氯化钠盐水在再制盐酸单元中经过脱除有机物质和无机杂质后，浓缩、电解制备得到烧碱和盐酸，制得的盐酸返回本生产系统循环利用，烧碱用于制备硅酸钠，实现了闭路循环，解决了目前硫酸沉淀法生产白炭黑过程中排放大量硫酸钠盐水的处理成本高、得到的元明粉价值低、市场小等问题。使用所述制备白炭黑的清洁生产系统，有效实现了白炭黑生产过程的零排放和清洁生产。

附图说明

图1为实施例1的制备白炭黑的清洁生产系统的示意图；

其中，1-沉淀罐、2-压滤机、3-剪切分散机、4-离心喷雾干燥机、5-碱化絮凝罐、6-过滤器、7-离子交换树脂塔、8-pH调节罐、9-臭氧催化氧化装置、10-反渗透装置、11-多效蒸发器、12-盐水精制模块、13-离子膜电解槽、14-盐酸合成炉。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案、目的和优点更加清楚，下面通过具体的实施例子对本实用新型作进一步的详细描述。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于电和通信领域而言，可以是有线连接，也可以是无线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1

本实施例提供了一种制备白炭黑的清洁生产系统，如图1所示：

所述系统包括白炭黑生成单元及再制盐酸单元；

所述白炭黑生成单元包括依次连接的沉淀罐1、压滤机2、剪切分散机3及离心喷雾干燥机4，所述离心喷雾干燥机4的出口产出白炭黑；

所述沉淀罐1设置有盐酸进口及硅酸钠溶液进口，所述沉淀罐1的内部设置有直接蒸汽加热管、盐酸喷嘴及搅拌器；

所述压滤机2设置有滤饼出口及滤液出口，所述滤液出口与所述再制盐酸单元的进口相连通；所述压滤机2设置有洗涤部件；

所述剪切分散机3的腔内设置有绕釜体轴线转动的刀头；

所述再制盐酸单元包括依次连接的净化除杂模块、浓缩精制模块及电解合成模块；

所述净化除杂模块包括依次连接的碱化絮凝罐5、过滤器6、离子交换树脂塔7、pH调节罐8、臭氧催化氧化装置9；所述碱化絮凝罐5与所述压滤机2的滤液出口相连通；所述离子交换树脂塔7填装阴离子交换树脂部件；所述臭氧催化氧化装置9包括相连的臭氧发生器与臭氧催化氧化塔，及所述臭氧发生器及所述臭氧催化氧化塔电性相连的控制模块；所述臭氧催化氧化装置9的出水口作为所述净化除杂模块的出口；

所述再制盐酸单元中的所述浓缩精制模块包括依次连接的反渗透装置10、多效蒸发器11及盐水精制模块12；所述反渗透装置10与所述净化除杂模块的出口相连，即与所述臭氧催化氧化装置9的出水口相连；所述反渗透装置10设置有淡水出口及浓水出口，所述浓水出口与所述多效蒸发器11相连，所述淡水出口循环至所述白炭黑生成单元；所述多效蒸发器11设置有浓缩液出口及水出口，所述浓缩液出口与所述盐水精制模块12相连，所述水出口循环至所述白炭黑生成单元；

所述盐水精制模块12包括依次连接的混合折流槽、前反应罐、加压泵、汽水混合器、加压溶气罐、文丘里混合器、预处理器、后反应罐、精制盐水过滤器、中和折流槽、螯合树脂塔；所述混合折流槽与所述多效蒸发器11的浓缩液出口相连，所述螯合树脂塔的出口作为所述浓缩精制模块的出口；

所述电解合成模块包括依次连接的离子膜电解槽13及盐酸合成炉14，所述离子膜电解槽13与浓缩精制模块的出口相连，即与所述螯合树脂塔的出口相连，所述离子膜电解槽13设置有烧碱出口、氯气出口及氢气出口，所述氯气出口与所述氢气出口连接于所述盐酸合成炉14，所述盐酸合成炉14的盐酸出口与所述沉淀罐1的盐酸进口相连通。

示例性的，结合图1，采用本实施例提供的制备白炭黑的清洁生产系统的生产方法及生产过程如下：

首先将硅酸钠溶液与盐酸通入沉淀罐1中，在70～90℃下搅拌反应0.5～2h，熟化20～60min，然后通过压滤机2进行固液分离，得到白炭黑洗涤滤饼和氯化钠盐水滤液；

上述的白炭黑洗涤滤饼通过剪切分散机3进行化浆制得白炭黑料浆；

上述制得的白炭黑料浆通过离心喷雾干燥机4干燥脱水，得到粉状白炭黑产品。

上述生产白炭黑过程中产生的氯化钠盐水滤液，主要杂质为约300mg/L的硅微粒和可溶性硅，呈酸性；

上述酸性的氯化钠盐水滤液进入碱化絮凝罐5中进行处理，通过加入氢氧化钠溶液调节其盐水pH值至10±0.5，充分熟化后碱化絮凝，盐水中的绝大部分铝、钙、镁、铁等阳离子形成氢氧化物不溶物而絮凝沉淀；

上述碱化絮凝的氯化钠盐水进入过滤器6进行处理，得到清澈氯化钠盐水；

上述经过过滤器6处理的氯化钠盐水进入离子交换树脂塔7进行处理，离子交换树脂塔7中填装为阴离子交换树脂，主要脱除盐水中的可溶性硅，例如硅酸根；

上述经过离子交换树脂塔7处理的氯化钠盐水进入pH调节罐8，调整盐水pH至6.5～7范围内。

上述在pH调节罐8内调整好pH值的氯化钠盐水输入到臭氧催化氧化装置9，以分解盐水中TOC。臭氧催化氧化装置9由臭氧发生器、臭氧催化氧化塔和控制单元构成。经过臭氧催化氧化装置9处理后的盐水中TOC含量小于5mg/L。

通过臭氧催化氧化装置9处理好的氯化钠盐水输入反渗透装置10，用于浓缩氯化钠盐水，制得氯化钠浓水和淡水；制得的淡水返回本生产系统循环利用，氯化钠浓水进一步蒸发浓缩；

上述反渗透装置10产生的氯化钠浓水输入多效蒸发器11进行蒸发浓缩，制得氯化钠浓度305±5g/L的盐水；

上述蒸发浓缩后的305±5g/L盐水输入盐水精制模块进行精制处理，首先进入混合折流槽与氢氧化钠和次氯酸钠溶液混合，除去镁离子和有机物；然后通过加压泵加压经汽水混合器与压缩空气混合后进入加压溶气罐，盐水从加压溶气罐流出经文丘里混合器加入三氯化铁溶液后进入预处理器；从预处理器出来的盐水进入后反应罐，在后反应罐中钙离子与加入的碳酸钠溶液反应生成碳酸钙，以除去盐水中的钙离子；经过后反应罐的盐水进入精制盐水过滤器；过滤后的盐水进入中和折流槽，在中和折流槽加入盐酸调至盐水pH值为9～11；中和折流槽出来的盐水送入螯合树脂塔进一步除去钙镁等离子，制得氯化钠精制盐水。

上述通过盐水精制模块制得的氯化钠精制盐水送入离子膜电解槽13进行电解，制得氢氧化钠溶液和氯气、氢气。制得的氢氧化钠用于制备硅酸钠；制得的氯气和氢气输入盐酸合成炉14制得盐酸，制得的盐酸返回本生产系统循环利用。

本实用新型所述的制备白炭黑的清洁生产系统具有实现白炭黑生产过程清洁且零排放的优势。

以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种制备白炭黑的清洁生产系统，其特征在于，所述系统包括白炭黑生成单元及再制盐酸单元；

所述白炭黑生成单元包括依次连接的反应装置及第一过滤装置；

所述反应装置设置有盐酸进口及硅酸钠溶液进口，所述第一过滤装置设置有滤饼出口及滤液出口，所述滤液出口与所述再制盐酸单元的进口相连通；

所述再制盐酸单元包括依次连接的净化除杂模块、浓缩精制模块及电解合成模块；

所述电解合成模块包括依次连接的电解装置及盐酸合成装置，所述盐酸合成装置的盐酸出口与所述反应装置的盐酸进口相连通。

2.根据权利要求1所述的制备白炭黑的清洁生产系统，其特征在于，所述反应装置包括沉淀罐，所述沉淀罐的内部设置有直接蒸汽加热管、盐酸喷嘴及搅拌器；

所述第一过滤装置包括压滤机，所述压滤机设置有洗涤部件。

3.根据权利要求1所述的制备白炭黑的清洁生产系统，其特征在于，所述白炭黑生成单元还包括与所述第一过滤装置的滤饼出口相连的分散装置，及与分散装置相连的干燥装置，所述干燥装置的出口产出白炭黑。

4.根据权利要求3所述的制备白炭黑的清洁生产系统，其特征在于，所述分散装置包括剪切分散机，所述剪切分散机的腔内设置有绕釜体轴线转动的刀头；

所述干燥装置包括离心喷雾干燥机。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备白炭黑的清洁生产系统，其特征在于，所述再制盐酸单元中的所述净化除杂模块包括依次连接的絮凝装置、第二过滤装置、离子交换树脂塔、pH调节装置、臭氧催化氧化装置；所述絮凝装置与所述第一过滤装置的滤液出口相连通；所述臭氧催化氧化装置的出水口作为所述净化除杂模块的出口。

6.根据权利要求5所述的制备白炭黑的清洁生产系统，其特征在于，所述絮凝装置包括碱化絮凝罐；

所述第二过滤装置包括过滤器；

所述离子交换树脂塔填装阴离子交换树脂部件；

所述pH调节装置包括pH调节罐；

所述臭氧催化氧化装置包括相连的臭氧发生器与臭氧催化氧化塔，及所述臭氧发生器及所述臭氧催化氧化塔电性相连的控制模块。

7.根据权利要求1-4任一项所述的制备白炭黑的清洁生产系统，其特征在于，所述再制盐酸单元中的所述浓缩精制模块包括依次连接的反渗透装置、蒸发装置及盐水精制模块；

所述反渗透装置与所述净化除杂模块的出口相连，所述反渗透装置设置有淡水出口及浓水出口，所述浓水出口与所述蒸发装置相连，所述淡水出口循环至所述白炭黑生成单元。

8.根据权利要求7所述的制备白炭黑的清洁生产系统，其特征在于，所述蒸发装置设置有浓缩液出口及水出口，所述浓缩液出口与所述盐水精制模块相连，所述水出口循环至所述白炭黑生成单元；

所述蒸发装置包括多效蒸发器。

9.根据权利要求7所述的制备白炭黑的清洁生产系统，其特征在于，所述盐水精制模块包括依次连接的混合折流槽、前反应罐、加压泵、汽水混合器、加压溶气罐、文丘里混合器、预处理器、后反应罐、精制盐水过滤器、中和折流槽、螯合树脂塔；所述混合折流槽与所述蒸发装置的浓缩液出口相连，所述螯合树脂塔的出口作为所述浓缩精制模块的出口。

10.根据权利要求1-4任一项所述的制备白炭黑的清洁生产系统，其特征在于，所述电解装置与浓缩精制模块的出口相连；

所述电解装置设置有烧碱出口、氯气出口及氢气出口，所述氯气出口与所述氢气出口连接于所述盐酸合成装置；

所述电解装置包括离子膜电解装置；所述盐酸合成装置包括盐酸合成炉。