制取碳酸氢钠的方法和设备技术

在联碱法或氨碱法中制取重碱的方法及其所用的环流碳化塔，其特征是以多个塔内各反应区隔开的碳化塔在高碳化度、低晶浆浓度下分步碳化，分步取出联碱法或氨碱法的原料液中应析出的重碱量；通过分步吸氨、分步冷却重碱不饱和溶液移除反应热，克服了冷却重碱悬浮液带来的弊病；碳化塔、吸氨器、冷却器等均可长期连续作业，不需备用；只需一段进气，ＣＯ－［２］吸收率高，尾气Ｃ浓度低，能生产粒径大（＞１２０μｍ）操作性能好的重碱。适用于重碱及与其相似的生产过程。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于在氨碱法或联碱法制取碳酸氢钠(按本专业习惯，本说明书中把碳酸氢钠简称为重碱)的生产过程中使碳化供给液在15～40℃温度条件下碳化析出重碱的工艺过程和设备。传统的重碱制造方法有氨碱法和联碱法，这些方法都有使碳化供给液与CO2气反应析出重碱的工序，以往都使用称为索尔维碳化塔(Solvay Carbonator)的设备和以该塔制取重碱的工艺过程。这种塔结构复杂，上部为多个笠帽，下部设置多个冷却水箱，以冷却重碱晶浆移走重碱析出过程的反应热;用这种塔制取重碱时，要求碳化供给液和塔中、上部反应液的温度较高(40～65℃)，CO2气的吸收效率低，碳化塔须设计得很高;由于重碱极易在冷却水管外壁上生成疤垢，生产中必须准备两个或多个塔编组作业，交替轮作清洗，这就增加了设备投资和运行、维修费用;因为重碱在冷却水管上结疤的缘故，使得塔的操作变得特别复杂，需要频繁地调节冷却水量和有精确的温度控制系统;用该塔也难以制得操作性能良好的粒径大的重碱颗粒。作为对上述方法及其所用碳化塔的改进，日本特许昭51-31239和日本特开平1-208315提出一种称作A式塔的碳化塔和以此塔在18～40℃温度条件下制取重碱的方法，该塔内有多段反应区，各反应区之间为漏斗形单元。用该塔在联碱法中制取重碱时，联碱法中所规定的氨母液Ⅱ从始段反应区自上而下逐段向下移动，从末段和中段反应区分段通入的CO2气自上而下逐段向上移动并与各段反应区内的反应液(本说明书中把碳化供给液与CO2气反应所生成的重碱晶浆统称为反应液)对流接触反应。在各段反应区内，反应液籍密度差和气升作用在内循环管内外边循环边反应;为了移除析出重碱的反应热和维持合适的出碱液温度，其末段反应区需附设强制循环的冷却器冷却反应液。因此，用A式塔在联碱法中制取碳酸氢钠时，冷却器仍然容易结疤，降低传热速率，需要有备用冷却器轮作清洗，这样既增加了设备投资，又增加了维修工作量和操作难度;由于用泵输送反应液在末段反应区和外部冷却器之间进行强制循环，重碱结晶颗粒之间，结晶颗粒和循环泵叶轮叶片以及器壁之间将发生撞击而产生过多的细晶或碎片，而且末段反应区反应液中重碱晶浆浓度过高，二次晶核的发生量仍相当大，所以重碱颗粒的增大和操作性能的改善并不显著。当A式塔用在氨碱法中以氨碱法所规定的氨盐水碳化制取重碱时，由于碳化单位体积的氨盐水要比碳化单位体积的氨母液Ⅱ析出更多的重碱，需要移除更多的反应热，因此，除了在末段反应区之外，还需要在其它段反应区也附设外部强制循环冷却器，所以，上述不足之处更为严重，虽然平1-208315提出将一部分重碱分离母液返回到氨盐水中循环使用，以减少单位体积碳化供给液中的重碱析出量，可使A式塔用在氨碱法中时，也可象用在联碱法中时一样只需在末段反应区附设外部强制循环冷却器;而且，可以适当降低末段反应区反应液中的重碱晶浆浓度。减少二次晶核的发生量。但是，该方案并没有解决循环泵向外部冷却器输送反应液时打碎重碱结晶颗粒的缺陷，而且，由于部分重碱分离母液返回原料液系统，增大了原料液的处理量，为了吸收给定的CO2气需要增大A式塔的容积，因而增加了设备投资和动力消耗，这缺点反过来又限制了重碱分离母液的返回量，减小了实施效果;另外，该方案仍然需要设置予碳化塔等。中国专利CN87103005提出了自然循环外冷却式碳化塔，用该塔在联碱法中制取重碱时，虽然克服了循环泵在向外部冷却器输送反应液的过程中打碎重碱结晶的颗粒的缺点，但是，由于循环冷却的仍然是末段反应区中含有大量重碱结晶的反应液，因此冷却器易结疤，需有备用冷却器轮换作业;二次晶核的发生仍然相当可观，重碱结晶质量的改善不显著等不足之处依然存在，而且，用该塔制取重碱时使用与索尔维碳化塔制取重碱相同的传统工艺过程，所以，碳化供给液和塔中上部的温度仍然较高，CO2气的吸收效率低，塔设备较高，特别是为了移走大量碳化反应热，需要设计足够大的冷却表面积和精确的温度控制系统等传统工艺所存在的缺点仍未克服。上述现有技术的共同缺点在于都是在一个碳化塔内进行一步碳化反应，即入塔的碳化供给液(氨母液Ⅱ或氨盐水)中按规定应析出的全部重碱都需通过在此塔内的碳化反应全部析出，并由塔底全部取出，塔底反应液中的重碱晶浆浓度过高，而且，为了维持出碱液在合适的温度范围内，都必须通过冷却反应液(重碱晶浆)的方式来移除大量的碳化反应热，因此，必然要带来前述的种种不足之处，所不同的是不足的程度有差别而已。本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，为在氨碱法中或在联碱法中提供一种以分步碳化、通过冷却重碱不饱和溶液的方式移除碳化反应热、在高碳化度和低重碱析出量条件下进行碳化反应、能制得操作性能好粒径大的重碱结晶颗粒为特征的制取重碱的方法及供该法使用、能避免相邻反应区之间反应液返混、具有高的CO2吸收效率、尾气CO2回收净化好和操作简单可靠的环流碳化塔(本说明书中称为C式塔)。本专利技术目的可以通过以下措施来达到在联碱法中制取重碱时，在15～40℃下，在N个塔内分步碳化，N＝2-4，以联碱法中所规定的母液Ⅱ为Ⅰ步(始步)塔的碳化供给液，其余各步塔则各以其前一步塔的出碱液经固液分离的滤液，再经吸氨和冷却至15～30℃后为其碳化供给液，各步塔都以一段进CO2气的方式从塔下部通入含CO2气的气体，末步塔的出碱液经固液分离后的滤液N去联碱法的制铵工序，滤液N的组成相当于联碱法中所规定的母液Ⅰ，滤液N经制取氯化铵后成为母液Ⅱ供本法循环使用，在氨碱法中制取重碱时，则在15～40℃下，在M个塔中分步碳化，M＝3-7，以氨与氯化钠浓度(克分子)比为0.4～0.6的含氨盐水(本说明书中把氨碱法中所规定的二次盐水经吸收氨制成的氨盐溶液称为含氨盐水)为Ⅰ步(始步)塔的碳化供给液，其余各步塔则各以其前一步塔的出碱液经固液分离的滤液，再经吸氨和冷却至15～30℃后为其碳化供给液，各步塔都以一段进CO2气的方式从塔下部通入含CO2气的气体，末步塔的出碱液经固液分离后的滤液M，其组成相当于氨碱法中所规定的重碱滤过母液，去氨碱法的蒸氨工序，因此，按本专利技术方法，联碱法或氨碱法的其它工序仍能按现有的工艺流程进行操作。按本专利技术方法，只要分配好各步塔中需析出的重碱量，各步相应的吸氨量和需移除的反应热量也就确定了，这对本专业人员是熟知的。即所设置的步数和各步塔的重碱析出量的分配要保证各步塔的出碱液有合适的温度和组成，要保证各步塔的出碱液中有一定的固体重碱量，要避免过程中氯化铵析出。当分步数N或M过多或每步析出的重碱量过少时，则会增加出碱液固液分离的负荷，反之，需要控制较低的碳化供给液的入塔温度，给冷却增加了难度，而且不利于制取颗粒粗大和操作性能好的重碱结晶。按本专利技术方法，联碱法中所规定的母液Ⅱ或氨碱法中所规定的氨盐水中应析出的总重碱量以分步碳化的方法析出，各步塔内的碳化反应能在高碳化度和低重碱晶浆浓度下进行，而且，各步冷却的是分离出重碱又经吸氨处理后的溶液，因此，冷却的是对重碱不饱和的溶液，从而解决了长期以来在纯碱工业生产中所存在的因冷却重碱晶浆而引起的重碱结晶过程条件恶劣，操作复杂这一技术难题。本专利技术方法所用的C式塔是对上述A式塔的改进，塔内具有CO2尾气吸收段和多段反应区，在各段反应区内各装有内循环管和气液分离段，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
在联碱法中制取碳酸氢钠的方法，用碳化塔在１５～４０℃温度条件下进行碳化反应，本专利技术的特征是在Ｎ个塔内，Ｎ＝２－４，各塔以一段进ＣＯ↓［２］气的方式分步碳化，以母液Ⅱ为Ⅰ步塔的碳化供给液，其余各步塔各以其前一步塔的出碱液经固液分离的滤液，再经吸氨和冷却至１５～３０℃后为其碳化供给液，末步塔的出碱液经固液分离的滤液去制铵工序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王全，
申请(专利权)人：化工部制碱工业研究所，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]