一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法技术

本发明专利技术提供了一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法，采用钠/水比为(65‑79)：100的硫酸钠的悬浮液作为反应原料，钠的单程转化率高达70％‑77％；减少了体系中水含量，使母液中的水量和需要分离回收的硫酸钠等物质的量减少了50％以上，从而减少了体系中原料的循环量以及减少了母液处理时蒸水所需的热量，大大降低了的能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法
本专利技术涉及碳酸氢钠制备工艺领域，属于一种以硫酸钠和/或芒硝为原料，通过碳化反应制备碳酸氢钠和硫酸铵的方法。
技术介绍
碳酸氢钠是重要的化工原料，其广泛应用于制药、食品、橡胶、塑料等行业中。碳酸氢钠的生产方法主要有：以纯碱、二氧化碳为原料的纯碱碳化法；以天然碱为原料的提取法；以硫酸钠和碳酸氢铵或NH3、CO2为原料，经复分解反应生产碳酸氢钠方法等。以硫酸钠、氨、二氧化碳为原料生产碳酸氢钠和硫酸铵的反应方程式如下：NH3+CO2+H2O→NH4HCO31/2Na2SO4+NH4HCO3→NaHCO3↓+1/2(NH4)2SO4由于与硫酸钠进行复分解反应的碳酸氢铵是由氨、二氧化碳和水反应生成的，所以也称为碳酸化反应，简称为碳化反应。现有的专利文献中所叙述的硫酸钠生产碳酸氢钠的方法，均采用25％-32％的硫酸钠水溶液进行碳化反应，钠的单程转化率只有30％-65％。碳化反应的反应物进行分离后，得到产品固体碳酸氢钠和碳化母液。现有的专利文献中提到的碳化母液的分离方法主要分为热法和冷法两类。冷法先将碳化母液冷却至-10-5℃进行冷析，将母液中未反应的碳酸氢铵和芒硝结晶析出，分离后循环利用；冷析母液中仍然含有碳酸氢铵，需先进行蒸馏，逐出氨和二氧化碳，然后再进行蒸发脱水析出硫酸铵。热法则先高温蒸馏碳化母液，将母液中未反应的碳酸氢铵分解成二氧化碳、氨气和水，返回碳化反应，进行循环利用。然后再在不同的温度下结晶析出硫酸钠、Dw盐(Na2SO4.(NH4)2SO4.4H2O名为Dawson盐，简写为Dw盐)。硫酸钠和Dw盐循环利用。剩余母液继续蒸发结晶，得到硫酸铵。
技术实现思路
本专利技术提出了一种硫酸钠和/或芒硝为原料，生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法。本专利技术公开的方法具有以下特征：钠的单程转化率提高达70％以上至77％；钠的总转化率超过97％；氨的总转化率达99％以上，从而使循环物料减少50％以上，因而大幅度降低了能量消耗，提高了经济效益。本专利提出的方法的另一个优点是产品硫酸铵的质量好，纯度高。本专利以Na+、NH4+//HCO3-+1/2SO42-－H2O体系相图(如图3所示)为理论依据，确定最佳工艺条件。依据上述相图，硫酸钠、氨和二氧化碳进行碳化反应时，硫酸钠与水的质量比，即“钠/水比”，对钠的单程转化率影响很大。钠/水比大，钠的单程转化率也大，反之则小。但硫酸钠在水中的最大溶解度也只有33％，换算为钠/水比为49：100。采用这一钠/水比，即使将其他条件都调到最佳，钠的单程转化率也不会超过65％。所以，必须突破现有的采用接近饱和的硫酸钠水溶液进行碳化反应的常规，改用硫酸钠悬浮液进行碳化反应，才能进一步提高钠的单程转化率。当钠/水比提高至(65-79)：100时，钠的单程转化率可提高到70％以上至77％。但钠/水比不能高于79:100，否则，Dw盐或硫酸铵也可能析出，影响碳酸氢钠的质量。影响钠的单程转化率的另一重要条件是Na+/NH4+比。按相图(如图4所示)分析，最佳Na+/NH4+比约为1.09：1。但在实际生产中，有少量氨随尾气排出，另有少量氨生成氨基甲酸铵、碳酸铵等(在母液中)，因此氨的用量应适当增加，故最佳Na+/NH4+比约为(0.95-1)：1。反应温度也是影响碳化反应钠的单程转化率的重要因素。一般在30-40℃下反应，钠的单程转化率较高。温度高于或低于此范围，钠的单程转化率都将下降。本专利技术由于采用硫酸钠悬浮液进行碳化反应，碳化反应得到的母液I中的水量和需要分离并循环利用的硫酸钠及氨和二氧化碳的量与现有方法相比，至少减少50％。由于母液I中的水少，采用热法分离时，需要蒸发掉的水也很少，所以采用热法分离比冷法分离更经济。将以上碳化反应的最佳“钠/水比”、最佳的Na+/NH4+比、最佳的反应温度及优化过的母液I分离方法相结合，可使硫酸钠生成碳酸氢钠的单程转化率提高到70％以上至77％；钠的总转化率提高到97％以上；氨的总转化率提高到99％以上。产品质量高、能耗低，因而大大提高了经济效益。本专利技术由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法，包括：向硫酸钠悬浮液中通入反应气进行碳化反应，生成碳酸氢钠和硫酸铵，固液分离，得到碳酸氢钠和母液I；或向硫酸钠水溶液中通入硫酸钠或芒硝和反应气，进行碳化反应，生成碳酸氢钠和硫酸铵，固液分离，得到碳酸氢钠和母液I；所述碳化反应的体系中，硫酸钠与水的质量比为(50-79)：100；所述反应气包括二氧化碳和氨气。优选的是，所述的方法中，所述碳化反应的体系中，硫酸钠与水的质量比为(65-79)：100。优选的是，所述的方法中，所述硫酸钠悬浮液由硫酸钠和/或芒硝与水混合制得。优选的是，所述的方法中，还包括向硫酸钠悬浮液中通入硫酸钠或芒硝的步骤。优选的是，所述的方法中，所述碳化反应中，钠离子与铵离子的摩尔比值为(0.85-1)：1。优选的是，所述的方法中，所述碳化反应中，钠离子与铵离子的摩尔比值为(0.90-1)：1。优选的是，所述的方法中，所述碳化反应的温度为25-45℃。优选的是，所述的方法中，所述碳化反应的温度为30-40℃。优选的是，所述的方法中，还包括预碳化步骤，具体为：用硫酸钠水溶液或硫酸钠悬浮液吸收碳化反应的尾气和母液I蒸氨得到的氨、二氧化碳、水的混合气，生成含碳酸氢铵的水溶液或悬浮液，并将其送至碳化反应中。优选的是，所述的方法中，还包括：(1)在温度100-130℃下，对母液I进行蒸氨处理，得到蒸氨液和由二氧化碳、氨气和水蒸汽组成的混合气，所述混合气循环至所述预碳化反应或碳化反应中；(2)在80-100℃下对蒸氨液进行脱水处理，得到回收硫酸钠和母液Ⅱ，所述回收硫酸钠用于制备硫酸钠悬浮液；(3)所述母液Ⅱ在温度5-55℃，冷却结晶，得到Dw盐与(NH4)2SO4组成的混盐和母液Ⅲ，所述混盐循环至所述步骤(2)中，与所述蒸氨液合并处理；(4)在80-100℃下，对所述母液Ⅲ蒸发脱水，得到母液Ⅳ和硫酸铵，将所述母液Ⅳ循环至所述步骤(3)中，与所述母液Ⅱ合并处理。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供了一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法，采用钠/水比为(65-79)：100的硫酸钠的悬浮液进行碳化反应，钠的单程转化率高达70％-77％；减少了体系中水含量，使母液中的水量和需要分离回收的硫酸钠等物质的量减少了50％以上，从而减小了体系中原料的循环量以及减少了母液处理时蒸水所需的热量，大大降低了的能耗。2.本专利技术提供了一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法，分离出的原料(硫酸钠、氨、二氧化碳)返回碳化反应或预碳化反应，进行循环利用，使硫酸钠的总利用率提高至97％以上，氨的总利用率提高至99％以上。3.本专利技术提供了一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法，得到的硫酸铵的纯度高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述的由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法，其特征在于,包括：向硫酸钠悬浮液中通入反应气进行碳化反应，生成碳酸氢钠和硫酸铵，固液分离，得到碳酸氢钠和母液I；或向硫酸钠水溶液中通入硫酸钠或芒硝和反应气，进行碳化反应，生成碳酸氢钠和硫酸铵，固液分离，得到碳酸氢钠和母液I；所述碳化反应的体系中，硫酸钠与水的质量比为(50‑79)：100；所述反应气包括二氧化碳和氨气。

【技术特征摘要】
1.一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法，其特征在于,包括：向硫酸钠悬浮液中通入反应气进行碳化反应，生成碳酸氢钠和硫酸铵，固液分离，得到碳酸氢钠和母液I；或向硫酸钠水溶液中通入硫酸钠或芒硝和反应气，进行碳化反应，生成碳酸氢钠和硫酸铵，固液分离，得到碳酸氢钠和母液I；所述碳化反应的体系中，硫酸钠与水的质量比为(50-79)：100；所述反应气包括二氧化碳和氨气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化反应的体系中，硫酸钠与水的质量比为(65-79)：100。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述硫酸钠悬浮液由硫酸钠和/或芒硝与水混合制得。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括向硫酸钠悬浮液中通入硫酸钠或芒硝的步骤。5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述碳化反应中，钠离子与铵离子的摩尔比值为(0.85-1)：1。6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述碳化反应中，钠离子与铵离子的摩尔比值为(0.90-1)：1。7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐印，龚元德，雷林，孔德利，宋国天，冯瑞，郭利红，刘朝慧，
申请(专利权)人：四川金象赛瑞化工股份有限公司，北京烨晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51