一种固定床连续离子交换制备碳酸钾的方法技术

本发明专利技术公开了一种固定床连续离子交换制备碳酸钾的方法，采用固定床连续离子交换装置，包括吸附上钾、饱和树脂洗涤、淋洗脱钾、贫树脂洗涤四个模块，将氯化钾转化为碳酸氢钾，进而制备碳酸钾。四个模块组成一套固定床连续离子交换系统，配合自动控制系统，按时序运行、切换，实现自动轮转式连续操作，以较短的操作时间，实现吸附、淋洗、洗涤时间相互匹配，大幅提高离子交换树脂周转率以及原料利用率，氯化钾利用率达到99%以上，碳酸氢铵利用率95%以上。饱和树脂及贫树脂的洗涤采用料液排空后多柱串联洗涤方式，以较小的洗涤水用量达到洗涤要求，控制洗涤水的用量正好返回配制吸附原液和淋洗剂，从而实现无废水排放及原料的高效利用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种固定床连续离子交换制备碳酸钾的方法


[0001]本专利技术属于离子交换树脂吸附
，具体涉及一种固定床连续离子交换制备碳酸钾的方法。

技术介绍

[0002]碳酸钾是一种重要的化工试剂，目前主要用于高档钾玻璃、农药及食品添加剂等方面。我国汽车工业快速发展，车用高档钾玻璃快速增长，使碳酸钾在钾玻璃的用量得到快速扩大。碳酸钾是除草剂麦草畏的原料，我国提出“十三五”期间实现抗除草剂转基因大豆产业化政策，为麦草畏推广扫清转基因需求端障碍，拉动了碳酸钾在农药方面的需求。
[0003]目前碳酸钾的制备工艺以离子膜—流化床工艺与离子交换工艺为主，国外主要采用离子膜—流化床工艺，该工艺具有产品质量好、操作流程简单的优点，但需要引进国外技术和设备，投资大，回收期长，且能耗高，因而国内主要采用离子交换工艺生产碳酸钾。
[0004]离子交换工艺主要以氯化钾为原料配制精盐水，以氨水、二氧化碳为原料制备碳铵液，二者通过阳离子交换树脂制得碳酸氢钾和氯化铵收集液，收集液经蒸发浓缩、碳化结晶、离心分离、煅烧制得碳酸钾产品。国内离子交换装置多为固定床单塔间歇运行，虽然设备紧凑、操作简单，但原料与树脂利用率不高，装置生产效率低，吸附尾液氯化铵浓度、淋洗尾液碳酸氢钾浓度偏低，后续蒸发过程能耗高。
[0005]由于氯化钾利用率偏低，造成钾离子流失，增加了生产成本，山东某厂经多次技术改造后，氯化钾利用率才提高到85%，浙江某厂新上生产线氯化钾利用率为93.7%，为目前最高水平；淋洗尾液碳酸氢钾浓度低，后续蒸发能耗大，目前几个生产厂家碳酸氢钾淋洗尾液中钾浓度为50～60 g/L；淋洗剂碳酸氢铵利用率不高，增加了生产成本，某主流生产厂碳酸氢铵利用率为85.8%；吸附尾液中氯化铵浓度较低，仅有55～90g/L，造成氯化铵回收难度大，成本较高。
[0006]河北工业大学陈勇在2009年硕士论文《碳酸钾生产中的三柱串联离子交换工艺实验研究》中，单柱操作氯化钾利用率为83.2%， 采用三柱串联工艺后，氯化钾利用率最高为91.2%、碳酸氢钾淋洗尾液中钾浓度最高为32g/L，吸附尾液中氯化铵浓度由单柱的39g/L提高到55g/L。
[0007]公开号CN107140660A的专利技术专利公开了“一种碳酸钾的制备方法”，上钾液为2～5%的氯化钾溶液，氯化钾利用率达到93%，未说明其他关键参数及指标，而且氯化钾浓度过低导致吸附时间过长，树脂周转率下降，严重影响产能。
[0008]现有技术没有对饱和树脂及贫树脂洗涤进行研究，饱和树脂及贫树脂的洗涤是离子交换全流程不可或缺的一部分，简单而高效的洗涤工艺，有助于提高产品的品质、氯化钾与碳酸氢铵的利用率及离子交换树脂的周转利用率。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是提供一种固定床连续离子交换制备碳酸钾的方法，通
过改进固定床的配置、运行与控制方式，提高氯化钾与碳酸氢铵利用率、离子交换树脂周转利用率，得到高浓度的碳酸氢钾淋洗尾液与氯化铵吸附尾液，进一步制备碳酸钾与氯化铵，从而实现原料的高效利用，淋洗尾液与吸附尾液浓度的提高，能够有效降低产品蒸发结晶的能耗。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术包括吸附上钾、饱和树脂洗涤、淋洗脱钾、贫树脂洗涤四个模块组成的固定床连续离子交换装置，各模块均采用首柱、次柱、尾柱三柱串联的方式，由四个模块组成一套固定床连续离子交换系统，配合自动控制系统，按时序运行、切换，进行轮转式循环操作，系统连续稳定运行状态下，采用如下步骤：步骤（1）吸附上钾：吸附原液由离子交换柱上部送入吸附上钾模块首柱，依次通过该模块串联的交换柱，尾柱下部流出吸附尾液为氯化铵溶液，用于制备氯化铵；吸附上钾模块首柱吸附饱和得到饱和树脂，首柱吸附饱和后切出，以次柱为首柱，尾柱为次柱，贫树脂洗涤模块完成洗涤的首柱接入吸附上钾模块作为尾柱；所述的吸附原液为化盐水溶解氯化钾配制的氯化钾溶液，用氢氧化钾调节pH值，经过滤分离沉淀物，得到清液即为吸附原液，吸附原液中氯化钾浓度为270～300g/L， pH值为10～12；初始运行时，化盐水为自来水和/或饱和树脂洗后水；所述的吸附原液每小时通过交换柱的流量为树脂装填体积量的0.5倍～3倍，通过时间为30min～90min；步骤（2）饱和树脂洗涤：步骤（1）吸附饱和切出的首柱先将饱和树脂中吸附原液排净并用压缩空气吹脱，完成后作为尾柱接入饱和树脂洗涤模块，排出的吸附原液返回步骤（1）循环使用；饱和树脂洗涤水由上部通入饱和树脂洗涤模块首柱进行三柱串联洗涤，饱和树脂洗后水由尾柱下部流出，收集后返回步骤（1）作为化盐水配制吸附原液；饱和树脂洗涤模块首柱洗涤完成后切出，排净首柱中洗涤水，并用压缩空气吹脱树脂表面残留的洗涤水，排出的洗涤水返回饱和树脂洗涤水罐循环使用；饱和树脂洗涤模块首柱切出后，以次柱为首柱，尾柱为次柱；所述的饱和树脂洗涤水为纯水和饱和树脂洗涤完成的首柱排出的洗涤水，饱和树脂洗涤水每小时通过交换柱的流量为树脂装填体积量的2倍～5倍，通过时间为15min～30min，通过体积为树脂装填量的0.4～0.8倍；步骤（3）淋洗脱钾：步骤（2）饱和树脂洗涤完成的首柱作为尾柱接入淋洗脱钾模块，淋洗剂由上部通入淋洗脱钾模块首柱进行三柱串联淋洗，得到含碳酸氢钾的淋洗尾液，由尾柱下部流出，用于制备产品碳酸钾；淋洗脱钾模块首柱淋洗完成得到贫树脂，首柱淋洗完成后切出，以次柱为首柱，尾柱为次柱；所述的淋洗剂为化铵水溶解碳酸氢铵配制的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵浓度为160～250g/L，氨水调节pH值至8.5～9.0，控制碳化度150～180；初始运行时，化铵水为纯水；所述的淋洗剂每小时流量为树脂装填体积量的1倍～2倍，通过时间为45min～60min；步骤（4）贫树脂洗涤：步骤（3）淋洗脱钾完成的首柱先将树脂中淋洗剂排净并用压缩空气吹脱，完成后作为尾柱接入贫树脂洗涤模块，排出的淋洗剂返回步骤（3）循环使用；贫树脂洗涤水由上部通入贫树脂洗涤模块首柱进行三柱串联洗涤，贫树脂洗后水由尾柱下部流出，收集后返回步骤（3）作为化铵水配制淋洗剂；贫树脂洗涤模块首柱洗涤完成后切
出，排净首柱中洗涤水，并用压缩空气吹脱树脂表面残留的洗涤水，排出的洗涤水返回贫树脂洗涤水罐循环使用；贫树脂洗涤模块首柱切出后，以次柱为首柱，尾柱为次柱；所述的贫树脂洗涤水为纯水和/或贫树脂洗涤完成的首柱排出的洗涤水，贫树脂洗涤水每小时通过交换柱的流量为树脂装填体积量的2倍～5倍，通过时间为15min～30min；步骤（1）～（4）循环进行。
[0011]进一步地，系统连续稳定运行状态下，所述的步骤（1）中，由步骤（4）贫树脂洗涤完成的首柱作为尾柱接入吸附上钾模块，步骤（2）中，由步骤（1）吸附饱和的首柱作为尾柱接入饱和树脂洗涤模块，步骤（3）中，由步骤（2）饱和树脂洗涤完成的首柱作为尾柱接入淋洗脱钾模块，步骤（4）中，由步骤（3）淋洗完成的首柱作为尾柱接入贫树脂洗涤模块，以上四个操作，通过运行参数的控制实现同步完成；从而实现离子交换系统的连续自动运行。
[0012]进一步的，所述的步骤（本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固定床连续离子交换制备碳酸钾的方法，其特征在于，包括吸附上钾、饱和树脂洗涤、淋洗脱钾、贫树脂洗涤四个模块组成的固定床连续离子交换装置，各模块均采用首柱、次柱、尾柱三柱串联的方式，由四个模块组成一套固定床连续离子交换系统，配合自动控制系统，按时序运行、切换，进行轮转式循环操作，系统连续稳定运行状态下，采用如下步骤：步骤（1）吸附上钾：吸附原液由离子交换柱上部送入吸附上钾模块首柱，依次通过该模块串联的交换柱，尾柱下部流出吸附尾液为氯化铵溶液，用于制备氯化铵；吸附上钾模块首柱吸附饱和得到饱和树脂，首柱吸附饱和后切出，以次柱为首柱，尾柱为次柱，贫树脂洗涤模块完成洗涤的首柱接入吸附上钾模块作为尾柱；所述的吸附原液为化盐水溶解氯化钾配制的氯化钾溶液，用氢氧化钾调节pH值，经过滤分离沉淀物，得到清液即为吸附原液，吸附原液中氯化钾浓度为270～300g/L， pH值为10～12；初始运行时，化盐水为自来水和/或饱和树脂洗后水；所述的吸附原液每小时通过交换柱的流量为树脂装填体积量的0.5倍～3倍，通过时间为30min～90min；步骤（2）饱和树脂洗涤：步骤（1）吸附饱和切出的首柱先将饱和树脂中吸附原液排净并用压缩空气吹脱，完成后作为尾柱接入饱和树脂洗涤模块，排出的吸附原液返回步骤（1）循环使用；饱和树脂洗涤水由上部通入饱和树脂洗涤模块首柱进行三柱串联洗涤，饱和树脂洗后水由尾柱下部流出，收集后返回步骤（1）作为化盐水配制吸附原液；饱和树脂洗涤模块首柱洗涤完成后切出，排净首柱中洗涤水，并用压缩空气吹脱树脂表面残留的洗涤水，排出的洗涤水返回饱和树脂洗涤水罐循环使用；饱和树脂洗涤模块首柱切出后，以次柱为首柱，尾柱为次柱；所述的饱和树脂洗涤水为纯水和饱和树脂洗涤完成的首柱排出的洗涤水，饱和树脂洗涤水每小时通过交换柱的流量为树脂装填体积量的2倍～5倍，通过时间为15min～30min，通过体积为树脂装填量的0.4～0.8倍；步骤（3）淋洗脱钾：步骤（2）饱和树脂洗涤完成的首柱作为尾柱接入淋洗脱钾模块，淋洗剂由上部通入淋洗脱钾模块首柱进行三柱串联淋洗，得到含碳酸氢钾的淋洗尾液，由尾柱下部流出，用于制备产品碳酸钾；淋洗脱钾模块首柱淋洗完成得到贫树脂，首柱淋洗完成后切出，以次柱为首柱，尾柱为次柱；所述的淋洗剂为化铵水溶解碳酸氢铵配制的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵浓度为160～250g/L，氨水调节pH值至8.5～9.0，控制碳化度150～180；初始运行时，化铵水为纯水；所述的淋洗剂每小时流量为树脂装填体积量的1倍～2倍，通过时间为45min～60min；步骤（4）贫树脂洗涤：步骤（3）淋洗脱钾完成的首柱先将树脂中淋洗剂排净并用压缩空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志平，陈晓宇，魏强，陈树生，张丽娜，郭尔华，袁玉慧，张静敏，迟庆峰，
申请(专利权)人：核工业北京化工冶金研究院山东海化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：