一步法生產低鹽低鉀重質純鹼的方法
2023-05-12 04:05:11 3
專利名稱：一步法生產低鹽低鉀重質純鹼的方法
技術領域：
本發明屬於無機鹽製備領域，特別涉及一步法生產低鹽低鉀重質純鹼的方法。
低鹽低鉀重質純鹼的優點是密度大、顆粒大、耐磨性好、不易結塊、可節省大量的包裝費用和運輸費用，最適合用於浮法玻璃等高檔玻璃及水玻璃的生產。經實踐證明，特別適用於五氧化二釩的提煉，可使產品質量大大提高。
目前，國內外工業化生產重質純鹼的方法是分步進行的，首先是將氨鹼法、聯鹼法生產出來的碳酸氫鈉加到旋轉爐內，用壓力為2.2～3.2MPa的水蒸汽作為加熱介質，在220～235℃溫度下經旋轉爐煅燒製成輕質純鹼，然後將輕質純鹼送入混水機，在90～100℃溫度下加入一定量的水製成一水碳酸鈉，最後再送入旋轉煅燒爐，在140～180℃溫度下煅燒乾燥製成重質純鹼。由於該方法必然要生成一種中間化合物——水碳酸鈉，所以很難製成優質、均勻的固體重質純鹼。
直接以碳酸氫鈉為原料生產重質純鹼的方法有美國專利3451767，即一步溼法製取重質純鹼。該方法是將碳酸氫鈉或者含碳酸氫鈉的化合物加入含碳酸氫鈉漿液的反應器中，循環熱流經熱交換器，分解溫度維持在15～200℃，在將生成的碳酸鈉在還處於懸浮狀態時放出，最後從母液中分離出來。該方法由於採用固液混合狀態反應，操作較為複雜，並且換熱器的壁上很容易結塊。而且，將無水碳酸鈉從母液中分離出來後還需要經過過濾、洗滌和乾燥等工序。歐洲專利138076則是採用4～5個反應器經多步分解來製取無水碳酸鈉，需要的設備多而龐大，流程也較複雜。它的實施例中制出的碳酸鈉含水量為23～25.34％，濃料漿中碳酸鈉含量僅為68～71.24％，碳酸氫鈉分解率為94.6～96.1％。中國專利94111741.3所說的催化一步法生產重質純鹼，對低鹽低鉀重質純鹼技術未作描述，也未採用過熱水蒸汽作為重質純鹼的乾燥介質。
本發明的目的在於克服上述現有技術中存在的缺點，簡化工藝流程和設備，降低能耗，提供一種很經濟的直接由碳酸氫鈉一步製取低鹽低鉀重質純鹼的一步法生產低鹽低鉀重質純鹼的方法。
本發明的方法是將原料碳酸氫鈉加入到分解反應爐2中(見附
圖1)，直接使用過熱水蒸汽或飽和水蒸汽作為升溫升壓、乾燥反應的介質送入分解反應爐2中，反應溫度為120～180℃，較好的反應溫度為140～180℃，反應壓力為0.1～0.6MPa，較好的反應壓力為0.2～0.4MPa，反應時間為6～16小時，反應產生的含雜質的分解液和混合氣體從分解反應爐2的底部排出，即，反應後生成的混合氣體從排氣閥門4排出，經換熱蒸發器14、氣水分離器15、二氧化碳冷卻器16、氣水分離器17進入回收器20，然後二氧化碳利用自身壓力送入多相反應塔23製取碳酸氫鈉；反應產生的含雜質的分解液通過閥門5排出；當反應8～16小時，排出的混合氣體中水蒸汽與二氧化碳的體積比為60～80∶1～2時，通入過熱水蒸汽，繼續進行反應乾燥6～12小時，當混合氣體中水蒸汽與二氧化碳的體積比約為0時，停止通氣，降溫，出料，即得產品低鹽低鉀重質純鹼。
本發明主要反應方程式即為碳酸氫鈉的分解反應方程式。
本發明的工業生產過程如下本發明方法採用的分解反應爐2(分解反應爐見中國專利9411174.3)，其上、中、下部各安裝有一個測溫點和一個壓力表。將碳酸氫鈉固體裝入分解反應爐2中，裝填高度約為分解反應爐有效高度的90％左右。裝填完畢後將反應爐裝料蓋和各密封蓋密封並將各閥門開關關閉。將飽和水蒸汽的閥門9打開，使過熱水蒸汽或飽和水蒸汽(見圖，飽和水蒸汽經過換熱器10變為過熱水蒸汽)經氣水分離器11後，通過打開的閥門7從反應爐上部和下部(剛開始從反應爐2的上部)進入分解反應爐2中，通過氣體分布器3使之分布均勻，同時將爐內壓力升至0.1～0.6MPa(表壓)，使爐內碳酸氫鈉發生分解反應，生成的二氧化碳隨水蒸汽一道經排氣閥4進入一個或多個換熱蒸發器14，換熱蒸發器14內裝有滷水或分解液(分解反應爐的排出液)，使滷水或分解液蒸發、結晶，從而製取工業鹽(NaCl)或固體溼碳酸鈉，大大減少能量的損失，降低了成本。混合氣體中的水蒸汽則冷凝為液態水，被混合氣體帶入氣水分離器15進行分離。從氣水分離器15分離出的混合氣體進入二氧化碳氣體冷卻器16，將混合氣體中的剩餘的水蒸汽冷卻為液態水，剩餘的氣體是純度較高的二氧化碳氣體，其體積百分比濃度為90～100％，二氧化碳與冷卻所成的液態水進入氣水分離器17進行分離，冷凝液經排液閥門19送入回收器20中，二氧化碳氣體則經排氣閥門18進入回收器20的底部以鼓泡形式散布通過液體層(液體為二氧化碳冷卻器所冷卻下來的冷凝液，主要成分是水和碳酸氫氨與溶解在水中的二氧化碳)，並將液體中的氨和二氧化碳帶出，起到回收氨和二氧化碳的作用。回收器20溫度控制在40～80℃，以便NH3和CO2的逸出(回收器20的溫度由加熱器21來完成。且排出的二氧化碳氣體本身具有0.1～0.3MPa的壓力，不需要二氧化碳氣體壓縮機便可直接送入多相反應塔23(見中國專利97107482.8)中製取碳酸氧鈉。
本發明所採用的原料可以是本發明人的催化法生產的含有微量催化劑的碳酸氫鈉(見中國專利97107482.8)，也可以採用氨鹼法、聯鹼法生產的碳酸氫鈉。但以含有微量催化劑的碳酸氫鈉效果最好。
過熱水蒸汽和飽和水蒸汽可以單獨或者交替送入分解反應爐2作為加熱升壓和分解反應介質。當過熱水蒸汽和飽和水蒸汽進入分解反應爐2後，水蒸汽與碳酸氫鈉接觸將熱量大部分傳遞給碳酸氫鈉而變成水，而碳酸氫鈉升溫至120～180℃。
水蒸汽傳熱後形成的冷卻水和化學反應後生成的水在分解反應爐2中從上至下順著碳酸氫鈉物料層往下流動，在流動過程中由於碳酸氫鈉物料中的雜質氯化物(如NaCl)和鉀鹽溶解度遠遠大於碳酸鈉和碳酸氫鈉，因而它們首先被水溶解帶走，形成分解液流入爐底。在反應初期，分解液中氯化鈉含量遠大於碳酸鈉和碳酸氫鈉。隨著反應的不斷進行，水蒸汽的冷凝水和反應生成水不斷地形成分解液，從上往下不斷流動，並不斷將生成的重質純鹼內的氯化鈉和鉀鹽溶解自動提純，達到在製取重質純鹼過程中將產品內氯化鈉和鉀鹽自動提純的目的。
分解液經物料層流入分解反應爐2底部，當反應進行了1～2小時，反應爐2底部有一定分解液後，打開閥門5，使分解液和少量的混合氣體排入氣水分離器12中，並根據需要在閥門5後經加水閥加入一定量的水，以防止因分解液濃度過高而冷凝結晶造成堵管，混合氣體經氣水分離器12上部閥門13排入混合氣體總管中。分解液從氣水分離器12下部經排液閥24排入分解液貯罐25中，並通過泵26將分解液打入真空蒸發器27中，真空蒸發器的加溫由加熱器28來完成。在這裡，分解液中的少量NaHCO3在真空下分解生成碳酸鈉、CO2和水，少量的氨也被蒸發隨二氧化碳排走，去製取碳酸氫鈉。蒸發後的分解液送燒鹼車間去製取燒鹼或者直接蒸發成溼固體碳酸鈉，送回分解反應爐製取重質純鹼。
碳酸氫鈉物料在分解反應爐2內在0.2～0.5MPa(表壓)的壓力和140～180℃溫度下反應6～16小時後，待排出混合氣體中水蒸汽與二氧化碳體積比值為60～80∶1～2時，通入溫度為160～360℃的過熱水蒸汽繼續反應乾燥8～12小時。當混合氣體中水蒸汽與二氧化碳體積比約為0時，關掉蒸汽閥7，打開排氣閥4和放空閥29，將分解反應爐內壓力降為零，根據取樣化驗結果決定採用熱風乾燥或冷風降溫，當產品中碳酸氫鈉質量百分比濃度大於98.0％時採用冷風降溫，啟動鼓風機30，空氣經過加熱器31(不升溫)通過進氣閥32進入分解反應爐內對物料進行降溫，當爐內物料溫度降至40～50℃時取出爐內低鹽低鉀重質純鹼。如碳酸鈉含量低於98.0％應將鼓入的空氣升至160～360℃後對分解反應爐內物料進行乾燥，直至產品合格為止，再用冷風降溫。
本發明的方法在升溫升壓分解碳酸氫鈉時所採用的介質可以是過熱水蒸汽或者飽和水蒸汽，用於乾燥低鹽低鉀重質純鹼的介質是過熱水蒸汽，過熱水蒸汽的溫度為160～360℃。分解反應爐內的最佳溫度為140～180℃，反應壓力為0.1～0.6MPa，最佳反應壓力為0.2～0.4MPa。原料可以採用氯化鈉雜質含量小於20％(重量百分比濃度)的碳酸氫鈉。
本發明所生產的低鹽低鉀重質純鹼，碳酸鈉重量百分比濃度為98.4～99.8％，氯化鈉的重量百分濃度為0.02～0.3％，氯化鉀的重量百分比濃度為0.002～0.01％，表觀密度為0.95～1.16kg/m3。
使用本發明的方法來製備重質純鹼，即使物料碳酸氫鈉中氯化鈉雜質的含量在20％左右，也能將產物重質純鹼中氯化鈉雜質的重量百分比濃度降低至0.3％以下。而現有生產重質純鹼的方法要求原料碳酸氫鈉的氯化鈉雜質重量百分比濃度在0.5％以下。因而，使用本發明方法在生產碳酸氫鈉過程中對雜質的含量無特別要求，可以省掉用水洗碳酸氫鈉的工序，有利於純鹼生產工藝過程中的「水平衡」(這裡所指的「水平衡」就是要使循環母液保持一定量的體積。體積增多會增加原料消耗，體積減少則母液的循環量不夠)。
採用本發明方法生產的重質純鹼，其氯化鈉的重量百分比濃度為0.02～0.3％，氯化鉀的重量百分比濃度為0.002～0.008％，而現有方法生產的重質純鹼，其氯化鈉的重量百分比濃度為0.5～1.0％，氯化鉀的重量百分比濃度為0.02～0.05％。因此採用本方法方法生產的重質純鹼屬於優質的低鹽低鉀重質純鹼。
本發明提供了一個工業化生產低鹽低鉀重質純鹼新方法。本發明由於改高壓(22kg/cm2～32kg/cm2)鍋爐為低壓(4～8kg/cm2)鍋爐，改旋轉煅燒爐為分解反應爐，不需要繁雜的返鹼工序。所以所需機械傳動設備少，維護費用低，設備簡單造價低，佔地面積少、投資少。又因重質純鹼的生產過程由現在的水合多步法改為本方法一步分解乾燥，省掉了普通生產的兩個工序(水合和乾燥工序)。同時，本方法在生產重質純鹼過程中能夠自動將重質純鹼中的雜質自動提純，生產出優質的低鹽、低鉀重質純鹼。這是其它國內外工業生產方法所無法達到的。由於本方法分解反應爐中排除的二氧化碳具有1.0～4.0kg/cm2壓力，不需要CO2氣體壓縮機可直接送多相反應塔製取碳酸氫鈉。
本發明在兩個工業化生產低鹽低鉀重質純鹼裝置實施應用過程中，與國內外現代工業化生產技術相比較體現了六個第一個第一個不用壓縮機輸送二氧化碳氣體生產碳酸氫鈉，節約了全部壓縮機設備投資，減少了電能消耗；第一個在生產過程中用6～10kg/cm2低壓鍋爐代替22～32kg/cm2的高壓鍋爐；第一個在能將氯化鈉雜質含量小於或等於20％和其它雜質的碳酸氫鈉生成重質純鹼的反應過程中自動提純，使產品重質純鹼中雜質氯化鈉的含量降至0.02～0.33％，雜質氯化鉀含量降至0.002～0.01％；第一個採用靜置固定分解反應爐一步生產優質的低鹽低鉀重質純鹼；第一個在生成重質碳酸鈉反應後期採用過熱水蒸汽對產品進行乾燥；第一個不對碳酸氫鈉採用免水洗法進行工業化生產(即碳酸氫鈉不用在離心過濾過程中用水洗去氯化鈉等雜質)。
與現有的重質純鹼生產流程相比較，本發明具有工藝流程短、設備簡單、能耗低、成本低、投資少的特點。
採用本方法生產的低鹽低鉀重質純鹼具有特殊的功能。如用於生產水玻璃，採用其它廠家生產的輕質純鹼作為原料生產水玻璃廢渣多、產量少；而採用本發明生產的低鹽低鉀重質純鹼作為原料生產的水玻璃基本無廢渣，且產品質量高(純度高、立體感好、強度大)。每噸低鹽低鉀重質純鹼在相同的工藝條件下多生產600～1200千克合格的水玻璃。
本方法生產的低鹽低鉀重質純鹼更特別適用於五氧化二釩的提煉。例如五氧化二釩國外要求其總鹼量要小於0.5％，採用國內其它的碳酸鈉提煉五氧化二釩的總鹼量都遠大於這個指標，而採用本方法生產的低鹽低鉀重質純鹼生產的五氧化二釩的總鹼量則小於0.5％。因為其它生產方法生產的重質純鹼鉀離子含量在0.02～0.05％，而本方法生產的低鹽低鉀重質純鹼鉀離子含量在0.002～0.01％，比普通方法生產的純鹼鉀離子含量降低5～10倍。因此採用本方法生產的低鹽低鉀而在五氧化二釩生產工藝過程中，鈉離子很容易洗滌掉，鉀離子附著力強，很不容易洗滌除去。因此，本發明方法生產的低鹽低鉀重質純鹼提煉出產品純度高，提高了價格的同時也使純鹼消耗量為普通純鹼消耗量的80％左右。
下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步的描述。
圖1．本發明的工藝流程示意圖。1．加料口2．分解反應爐3．氣體分布器4．排氣閥5．篩板 6．閥門 7．閥門 8．鍋爐9．閥門 10．換熱器 11．氣水分離器 12．氣水分離器13．排氣閥 14．換熱蒸發器 15．氣水分離器16．冷卻器 17．氣水分離器 18．排氣閥 19．排液閥20．回收器 21．加熱器 22．氣體分布器 23．多相反應塔24．排液閥 25．貯罐 26．泵 27．真空蒸發器28．加熱器 29．放空閥 30．鼓風機 31．加熱器32．進氣閥 33．出料口實施例1將催化法生產的碳酸氫鈉14600千克通過加料口1裝入分解反應爐2中(碳酸氫鈉重量百分比濃度為86.8％，氯化鈉10.2％，水份含量為3.0％)，然後將加料口和所有密封口密封；同時關閉相應的閥門。打開水蒸汽閥門7，飽和水蒸汽經氣水分離器11和氣體分布器3進入分解反應爐2中，將反應爐壓力升至0.2～0.5MPA(表壓)，將爐內溫度升至120～160℃，碳酸氫鈉發生分解反應。然後打開排氣閥4，分解反應爐排出的混合氣體(主要成分為二氧化碳氣體和水蒸汽)，則進入換熱蒸發器14(多個)，此混合氣體中的大部分水蒸汽將熱量傳給蒸發介質(滷水或來自分解反應爐的分解液)後冷凝成液態水。之後，混合氣體再經氣水分離器15將冷凝水分離，再進入二氧化碳氣體冷卻器16，將剩餘的水蒸汽冷凝成液態水，餘下的氣體幾乎全是二氧化碳，其體積百分濃度為90～98％，冷凝成的液態水和二氧化碳進入氣液分離器17，分離出的冷凝液(主要成分是水和碳酸氫氨與溶解在水中的二氧化碳)經排液閥19送入回收器20中，分離出的二氧化碳氣體經閥門18進入回收器20底部在液體中分散並將液體中的氨和二氧化碳帶出(用加熱器21將回收器的溫度控制在40～80℃)，二氧化碳利用自身的壓力可直接送入多相反應塔17中被用以吸收，以製取碳酸氫鈉。當反應1～2小時後，分解反應爐底部有一定數量的分解液，打開閥門5，反應所產生的分解液經氣水分離器12下部閥門24排入分解液貯罐25，同時反應所產生的部分混合氣體經氣水分離器上部閥門13送入混合氣體總管中。整個反應過程將分解反應爐內壓力保持在0.3～0.4MPa(表壓)，溫度保持在140～160℃，反應進行12小時左右，待水蒸汽與CO2體積比為60∶1～2時，通入160～280℃過熱水蒸汽，再繼續反應12小時左右，待水蒸汽與CO2體積比為300∶0.2～300∶1時關掉水蒸汽，打開排氣閥4和放空閥29將爐內壓力降至零。打開鼓風機冷卻系統閥門32，啟動鼓風機，用冷風將爐內溫度降至40～50℃，然後打開出料口33將爐內低鹽低鉀重質純鹼取出(如從爐內取樣得碳酸鈉的重量百分比濃度低於98％，則應鼓熱風乾燥，鼓風機30的空氣應先經過加熱器31將空氣的溫度升至150～160℃後對爐內物料進行乾燥，產品合格後吹冷風進行冷卻)。分解反應爐中排出的分解液可以送燒鹼車間制燒鹼，也可以蒸發製成固體純鹼。取出的低鹽低鉀重質純鹼總重量為6288千克。取樣化驗測得碳酸鈉的重量百分比濃度為99.4％，氯化鉀的重量百分比濃度為0.005％，氯化鈉的重量百分比濃度0.05％，產品的表觀密度為1.06kg/L。
實施例2將無催化劑的碳酸氫鈉(氨鹼法、聯鹼法或者其它方法生產出的)14400千克通過加料口1裝入分解反應爐2中(碳酸氫鈉、氯化鈉、水，它們的重量百分比濃度分別為85.8％、10.6％、3.8％)並將加料口和所有密封口密封，同時關閉相應的閥門。整個反應過程將分解反應爐內壓力保持在0.3～0.4MPa(表壓)，溫度保持在140～160℃，反應進行18～28小時左右，待水蒸氣與二氧化碳體積比為60∶1～2時，通入160～280℃過熱水蒸氣。再繼續反應16～24小時左右，待水蒸氣與二氧化碳的體積比為300∶1～300∶2時，關掉水蒸氣，打開排氣閥4和放空閥29將爐內壓力降為零打開鼓風機冷卻系統閥門32，用冷風將爐內溫度降至40～50℃，然後打開出料口33將低鹽低鉀重質純鹼取出(如從爐內取樣得碳酸鈉的重量百分比濃度低於98％，則應鼓熱風乾燥，鼓風機30的空氣應先經過加熱器31將空氣的溫升至150～160℃後對爐內物料進行乾燥，產品合格後吹冷風進行冷卻)。分解反應爐中排出的分解液可以送燒鹼車間制燒鹼，也可以蒸發製成固體純鹼。取出的低鹽低鉀重質純鹼總重量為5500千克。取樣化驗測得碳酸鈉的重量百分比濃度為98.2％，氯化鉀的重量百分比濃度為0.004％，氯化鈉的重量百分比濃度0.1％，產品的表觀密度為0.96kg/L。
權利要求
1．一種低鹽低鉀重質純鹼的生產方法，其特徵在於將原料碳酸氫鈉加入到分解反應爐(2)中，直接使用過熱水蒸汽或飽和水蒸汽作為升溫升壓、乾燥反應產物的介質送入分解反應爐(2)中，反應溫度為120～180℃，反應壓力為0.1～0.6MPa，反應時間為6～16小時，反應後生成的混合氣體從排氣閥門(4)排出，經換熱蒸發器(14)、氣水分離器(15)、二氧化碳冷卻器(16)、氣水分離器(17)進入回收器(20)，然後二氧化碳利用自身壓力送入多相反應塔(23)製取碳酸氫鈉；反應產生的含雜質的分解液通過排液閥(5)排出；當反應8～16小時，排出的混合氣體中水蒸汽與二氧化碳的體積比為60～80∶1～2時，通入過熱水蒸汽，繼續進行反應乾燥6～12小時，當混合氣體中水蒸汽與二氧化碳的體積比約為0時，停止通氣，降溫，出料，即得產品低鹽低鉀重質純鹼。
2．如權利要求1所述的低鹽低鉀重質純鹼的生產方法，其特徵在於所述的過熱水蒸汽和飽和水蒸汽可以單獨或者交替送入分解反應爐(2)中作為加熱升壓和分解反應介質。
3．如權利要求1所述的低鹽低鉀重質純鹼的生產方法，其特徵在於所述的升溫升壓分解碳酸氫鈉時採用的介質是過熱水蒸汽或飽和水蒸汽，用於乾燥低鹽低鉀重質純鹼的介質是過熱水蒸汽，過熱水蒸汽的溫度為160～360℃。
4．如權利要求1所述的低鹽低鉀重質純鹼的生產方法，其特徵在於所述的分解反應爐內的溫度為140～180℃，反應壓力為0.2～0.4MPa。
5．如權利要求1所述的低鹽低鉀重質純鹼的生產方法，其特徵在於所述的原料可以採用含有重量百分比濃度在20％以下的氯化鈉雜質的碳酸氫鈉。
全文摘要
本發明屬於無機鹽製備領域,特別涉及一步法生產低鹽低鉀重質純鹼的方法。該方法是將碳酸氫鈉裝入分解反應爐中,直接使用過熱水蒸汽或飽和水蒸汽作為升溫升壓介質,反應溫度為120～180℃,反應壓力為0.1～0.6MPa,反應時間為6～16小時,經進一步分解反應製成低鹽低鉀重質純鹼。分解排出的二氧化碳利用自身壓力直接送入多相反應塔製取碳酸氫鈉。本發明具有工藝流程短、能耗低、成本低、產品質量高、投資少等特點。
文檔編號C01D7/12GK1314310SQ00103279
公開日2001年9月26日 申請日期2000年3月22日 優先權日2000年3月22日
發明者喻中甫, 喻思皓 申請人:喻中甫