【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硫酸钠废盐再利用。具体地说是一种硫酸钠制备碳酸氢钠的方法。
技术介绍
1、我国每年产生大量的硫酸钠副产品或以硫酸钠为主要成分的废盐或杂盐，硫酸钠的资源化再利用对于降低企业运行成本和保护环境意义重大。碳酸钠与碳酸氢钠是一种重要的无机化工原料，广泛应用于合成洗涤剂、污水处理、玻璃生产、含硫尾气处理等过程，具有较高的经济价值。循环制碱法是以硫酸钠、合成氨厂的氨气与二氧化碳为原料制得饱和硫酸钠的碳酸铵溶液，经碳酸化后制得碳酸氢钠产品，母液经冷冻结晶制得na2so4·10h2o、固相循环至碳酸化工序，冷析母液经蒸氨、蒸发结晶制得硫酸铵副产品，蒸发母液循环至冷冻结晶工序。因此，可利用循环制碱法将利用价值较低的硫酸钠废盐转化为高价值的碳酸氢钠，同时副产硫酸铵。但现有的循环制碱法硫酸钠转化率一般不大于62％，碳酸化母液中大量存在的nh4hco3/(nh4)2co3组分，需经蒸氨、吸收、碳酸化等过程才能循环利用，能耗高、流程复杂，且碳酸氢铵的利用率较低。专利cn104355326a公开了一种硫酸钠溶液或载体联产纯碱及硫酸铵的热循环工艺，专利cn108975356a公开了一种由硫酸钠和/或芒硝生产碳酸氢钠和硫酸铵的方法。这些方法存在添加剂损耗显著、流程复杂、成本高等缺点，均尚未实现工业化生产。
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，以解决现有硫酸钠制碱工艺能耗高、流程复杂、碳酸氢铵的利用率低、硫酸钠转化率低等弊端。
2、为解
3、一种硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，包括如下步骤：
4、(1)利用硫酸钠、碳酸氢铵、硝/铵循环晶体和蒸发冷凝水进行制碱反应，反应结束后经分离洗涤，得到制碱母液和碳酸氢钠固体；硝/铵循环晶体的主要成分为芒硝(na2so4·10h2o)与碳酸氢铵；
5、(2)向制碱母液中通入二氧化碳进行碳化协同冷冻结晶，结晶后进行液固分离，得到冷冻母液和硝/铵循环晶体，硝/铵循环晶体返回步骤(1)；
6、(3)向冷冻母液中加入酸化调整剂，使冷冻母液中的碳酸氢铵转化为硫酸铵，得到酸化母液；
7、(4)将酸化母液蒸发结晶，蒸发结晶过程中产生的蒸发冷凝水返回步骤(1)，蒸发结晶后进行液固分离，得到硫酸铵副产品和蒸发母液；蒸发母液返回步骤(2)。
8、与循环制碱法相比，本专利技术提供的方法采用碳化协同冷冻结晶的方式回收制碱母液中的硫酸钠和碳酸氢铵，将回收的硫酸钠和碳酸氢铵以硝/铵循环晶体的形式返回到制碱反应中，省去了蒸氨、吸收和碳化过程，操作简便、设备投资少、能耗低、操作环境友好、运行成本低。本专利技术提供的方法可使制碱母液中碳酸氢铵的回收率大于或等于85％，碳酸氢铵的总利用率大于或等于96％。
9、上述硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，步骤(1)的制碱反应中，碳酸氢根和钠离子的物质的量之比为1～1.2:1，优选1.1:1；制碱反应的反应温度在20～50℃，反应时间为1～1.5h。
10、上述硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，步骤(2)中，碳化协同冷冻结晶的处理条件为：将制碱母液降温至-15℃～-5℃，优选-10℃；降温速率为0.5～1℃/min，通入二氧化碳时的压力大于或等于0mpa且小于或等于0.1mpa(表压)；二氧化碳气体中co2的含量大于或等于38％。
11、上述硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，步骤(2)中二氧化碳的通入量以使得冷冻母液中的nh4hco3质量体积浓度小于或等于23.2g/l。通过控制冷冻母液中的nh4hco3浓度能够使得碳化协同冷冻结晶后，制碱母液中大于85％的碳酸氢铵得以返回步骤(1)循环利用，从而将碳酸氢铵的利用率提高到大于或等于96％。
12、上述硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，步骤(3)中，酸化调整剂为硫酸、硫酸氢铵和硫酸氢钠中的一种或两种及两种以上的混合。
13、上述硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，步骤(3)中，控制酸化调整剂的加入量以使得酸化调整剂中氢离子的物质的量与冷冻母液中碳酸氢铵的物质的量之比在1～1.1:1范围内，优选以酸化调整剂中氢离子的物质的量等于冷冻母液中碳酸氢铵的物质的量。
14、上述硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，步骤(4)中，蒸发结晶的温度60～100℃，控制蒸发强度以使得蒸发母液中na2so4的含量为200～220g/l，(nh4)2so4的含量为506～550g/l。
15、上述硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，步骤(4)中，蒸发结晶的温度75～80℃。
16、上述硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，步骤(1)中，将碳酸氢钠固体烘干得到碳酸氢钠产品，或将碳酸氢钠固体煅烧后得到碳酸钠产品。
17、本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：
18、1、本专利技术硫酸钠制备碳酸氢钠的方法中，通过在冷冻结晶工序通入二氧化碳协同进行碳化及冷冻结晶过程，极大程度上从化学热力学角度降低了体系中碳酸铵/碳酸氢铵的含量及后续分离过程中硫酸钠组分的含量，并在后续酸化分解工序加入酸化调整剂使得冷冻母液中的碳酸铵/碳酸氢铵转化为硫酸铵，实现了高效制备碳酸氢钠产品和硫酸铵副产品的过程。
19、2、本专利技术制碱母液中的大部分(大于85％)的nh4hco3/(nh4)2co3组分均通过碳化协同冷冻结晶工序转化为热力学更稳定的碳酸氢铵，并返回至制碱反应工序中，大部分nh4hco3/(nh4)2co3组分无需进入后续流程，操作环境好，二氧化碳气体利用率高。
20、3、本专利技术通过设置酸化分解过程中分解了少部分(小于15％)的nh4hco3/(nh4)2co3组分，既有利于后续过程制备大颗粒硫酸铵副产品、以使其适于农用及化工场合，又省去了蒸氨等工序。由此，本专利技术的物质流、能量流得到极大优化。
21、4、本专利技术利用硫酸钠组分生产碳酸氢钠产品和硫酸铵副产品，工艺流程简单，无需进行蒸氨、吸收、碳酸化等工序，操作简便、设备投资少、能耗低、运行成本小，且硫酸钠转化率高，碳酸氢铵利用率高。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(1)的制碱反应中，碳酸氢根和钠离子的物质的量之比为1～1.2:1，制碱反应的反应温度在20～50℃，反应时间为1～1.5h。
3.根据权利要求1所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(2)中，碳化协同冷冻结晶的处理条件为：将制碱母液降温至-15℃～-5℃，降温速率为0.5～1℃/min，通入二氧化碳时的压力大于或等于0MPa且小于或等于0.1Mpa。
4.根据权利要求3所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(2)中二氧化碳的通入量以使得冷冻母液中的NH4HCO3质量体积浓度小于或等于23.2g/L。
5.根据权利要求1所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(3)中，酸化调整剂为硫酸、硫酸氢铵和硫酸氢钠中的一种或两种及两种以上的混合。
6.根据权利要求1所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(3)中，控制酸化调整剂的加入量以使得酸化调整剂中氢离子的物质的量
7.根据权利要求1所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(4)中，蒸发结晶的温度60～100℃，控制蒸发强度以使得蒸发母液中Na2SO4的含量为200～220g/L，(NH4)2SO4的含量为506～550g/L。
8.根据权利要求7所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(4)中，蒸发结晶的温度75～80℃。
9.根据权利要求1所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(1)中，将碳酸氢钠固体烘干得到碳酸氢钠产品，或将碳酸氢钠固体煅烧后得到碳酸钠产品。
...【技术特征摘要】
1.一种硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(1)的制碱反应中，碳酸氢根和钠离子的物质的量之比为1～1.2:1，制碱反应的反应温度在20～50℃，反应时间为1～1.5h。
3.根据权利要求1所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(2)中，碳化协同冷冻结晶的处理条件为：将制碱母液降温至-15℃～-5℃，降温速率为0.5～1℃/min，通入二氧化碳时的压力大于或等于0mpa且小于或等于0.1mpa。
4.根据权利要求3所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(2)中二氧化碳的通入量以使得冷冻母液中的nh4hco3质量体积浓度小于或等于23.2g/l。
5.根据权利要求1所述的硫酸钠制备碳酸氢钠的方法，其特征在于，步骤(3)中，酸化调...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹绍涛，盛宇星，张毅，刘超，王晓茵，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。