專利名稱：一種將表面工程技術應用于天然堿生產領域的聯合制堿法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化工生產方法，特別是應用表面工程技術，使用依附結晶分離 法、霧化濃縮法、霧化碳化法、霧化吸氨法對鹽、堿、硝混合溶液進行分步分 離；使用刷撒風送煅燒管對碳酸鈉、碳酸氫鈉半成品進行煅燒分解等為主體的 聯合制堿法。
背景技術：
純堿生產，目前采用的是常規(guī)氨堿法和多效蒸發(fā)濃縮法。氨堿法使用精制 鹽為原料，經氨化、碳酸化制得碳酸氫鈉，再經煅燒制得純堿。多效蒸發(fā)濃縮 法是使用含碳酸鈉純度極高的天然堿原料經常規(guī)蒸發(fā)濃縮析出無水碳酸鈉，再 經煅燒制得純堿。這兩種方法生產純堿設備投資高、能耗大、程序多、技術要 求繁雜，而且用人多、勞動強度大、生產周期長，廢水、廢氣對環(huán)境的污染也 極其嚴重，更重要的是對原料的選擇性強。如果要生產高純度純堿必須選用精 制鹽水或含碳酸鈉單一成份較高的原料。這種選擇性決定了其生產的局限性。 從全世界天然堿儲藏的狀況來看，大部分天然堿為伴生礦物質，鹽、堿、硝混 合并存，以原有的生產方法提純分離難度很大，致使天然堿原料的利用價值大 大降低。鹽、堿、硝的分離至今仍是天然堿領域的一大難題，以致影響到全世 界天然堿加工工業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內容
本發(fā)明的做法在于對傳統(tǒng)生產工藝進行改進，通過依附結晶分離法、高壓 霧化濃縮法、霧化碳化法、霧化吸氨法對天然堿伴生礦物中的鹽、堿、硝進行 分離、提純、轉化。通過刷撒風送煅燒熱風爐對無水碳酸鈉的煅燒制得重質顆 粒堿；通過風送煅燒熱風爐對碳酸氫鈉的煅燒使其分解為輕質純堿；通過高壓 霧化干燥塔對碳酸氫鈉料漿的霧化、煅燒制得球形輕質純堿；通過自然干燥法 對結晶器上的晶體進行風化干燥制得純堿、元明粉；通過對常規(guī)氨堿法的改進， 將霧化技術應用于蒸氨、吸氨、碳化，制得純堿。依此可達到如下目的擴大 了純堿生產中原料的選擇性，實現了伴生礦物的分離、提純，提高了資源的利 用價值；將表面工程技術引入純堿的生產，加快了物質物理轉化和化學轉化的 速度，提高了轉化率；簡化了生產工藝，縮短了生產流程，降低了生產成本， 節(jié)約了能源和人力，并充分利用了自然能源，使高污染的生產環(huán)境變?yōu)榄h(huán)保生 產環(huán)境。
本發(fā)明目的的實現通過下述方法來完成
原堿通過溶解、澄清制得濃度為30%左右的清堿液，其方法采用常規(guī)法。
將清堿液注入深度為1米左右的地下冷析池(冷析池的規(guī)格根據生產需求 量而定，地下冷析池的目的是為了減小環(huán)境溫度對液體的影響，便于操作)，使 堿液液面在冷析池內由下而上緩慢上升，緩慢上升的堿液與池內結晶器上的纖
維繩接觸，溶解度最小的碳酸鈉溶液首先迅速著附于繩體，成為晶種，晶種不 斷吸引同類介質向其著附，使結晶繩上的晶體不斷長大。在結晶的同時，由于 結晶池為地下池，結晶池內液體的溫度會不斷下降，溶液中溶質的溶解度也隨 著液體溫度的降低而降低，更加便于晶體析出。為了控制不讓其它溶質結晶， 當溶液中碳酸鈉含量降低到一定程度時即需迅速將溶液排出，排出的溶液再經 霧化轉化器將殘留的碳酸鈉轉化為碳酸氫鈉。
在結晶器上結晶的碳酸鈉晶體為十水碳酸鈉，十水碳酸鈉晶體在環(huán)境溫度
大于34'C時會溶解于自身水中成為含碳酸鈉37%左右的溶液，將碳酸鈉溶液經 霧化濃縮結晶器加溫沸騰結晶，析出一水碳酸鈉晶體。
將一水碳酸鈉晶體送刷撒風送煅燒管煅燒，蒸發(fā)掉水分，制得重質顆粒純堿。
從冷析池排出的低濃度溶液由于碳酸鈉含量降低，不便于用冷析分離法和 濃縮分離法精確分離，則采用化學轉化法，利用高壓霧化碳化法將剩余碳酸鈉 轉化為碳酸氫鈉。由于碳酸氫鈉溶解度偏低，極易與硝、鹽分離，由此實現堿 與其它介質的分離。
從霧化轉化器轉化而制得的碳酸氫鈉，經刷撒風送煅燒管的煅燒分解，便 制得輕質純堿。
從霧化轉化器而制得的碳酸氫鈉不經過離心脫水工序，將其在高速攪拌器 內制成料漿再經高壓泥漿泵打入高壓霧化干燥塔經對流干燥煅燒分解后制成球 形顆粒純堿。
與碳酸氫鈉分離后的鹽硝溶液經霧化蒸發(fā)器快速濃縮后再經依附結晶分離 法將硝提出，完成鹽硝分離。
由于硝的價值關系不適于耗能生產，可將結晶器上的晶體硝置于環(huán)境溫度 小于34°C，大于l(TC的空間使其自然風化干燥制得成品元明粉。
經分離后的氯化鈉溶液采用霧化技術使其吸氨、碳化，轉化為碳酸氫鈉， 經煅燒制得輕質純堿。
以本改進方法進行聯合制堿，實現了鹽堿硝的單質分離，根據市場的不同 需求同時制得了輕質粉狀純堿、輕質球形顆粒純堿、重質顆粒純堿和無明粉， 產品品種全，純度高，而且整個生產過程可實現循環(huán)連鎖利用，無煙、無塵、 無廢液排放等污染環(huán)境的問題。


圖1本發(fā)明所述的聯合制堿法工藝流程
圖2本發(fā)明所述的霧化濃縮結晶器裝置示意圖
圖3本發(fā)明所述的刷撒風送煅燒管裝置示意圖
具體實施例方式
一、進行鹽、堿、硝的冷析分離處理。其處理裝置為1、地下冷析池所述 地下冷析池深度1米左右(因為結晶過程受液體壓力的影響故結晶池不宜過深)， 寬3米左右，長20米左右，便于操作，也能擴大容量；2、依附結晶器所述
依附結晶器為lmXlmX2. 7m左右的角鋼框架，框架的上部和底部每間隔lcm焊 接l條細鋼筋，上下的鋼筋互相平行、 一一對應，上部每條鋼筋每間隔lcm系l 條細纖維繩與底部相對應的鋼筋連接。每一個結晶器所系纖維線的總長度約2. 5 萬米，依此擴大依附結晶的表面積。每一個結晶器在8—12個小時內能結到晶 體的重量大于1000kg。結晶器櫛比排列。3、滑動天吊(電葫蘆)所述滑動天吊 為結晶池頂部固定跑道可來回滑動的電葫蘆，以此完成結晶器的送進送出作業(yè)。 按日產重質純堿100噸以上計算，需10個結晶池，200個結晶器，纖維繩的總 長度達到500萬米以上。其處理過程是將清堿液注入冷析池，使堿液液面在 池內由下而上緩慢上升，上升的堿液與結晶器的纖維繩接觸，溶解度最小的碳 酸鈉溶質迅速著附于繩體成為晶種，晶種不斷吸收到同類介質向其著附，使結 晶繩上的晶體不斷長大。晶體長到一定程度時，放出池內的液體，利用滑動天 吊將結晶器吊出，送入下一道工序。(此晶體主要為十水碳酸鈉)。
二、 進行十水碳酸鈉的自溶與重結晶(沸騰結晶)。其處理裝置為1、自 溶器所述自溶器是根據十水碳酸鈉在環(huán)境溫度大于34'C時會溶解于自身水中 的特性而采用的一種裝置，此裝置的規(guī)格根據結晶器的大小而定，為密封熱蒸
室，以通入的熱氣將其溶解。2、霧化濃縮結晶器(如圖2):所述霧化濃縮結晶 器為一個豎立的塔罐，罐體外表加保溫層。根據功能的不同分為兩個區(qū)域上 部、中部為強制蒸發(fā)區(qū)，設兩個環(huán)形進風口；下部為沸騰結晶區(qū)，設一個進風
口，為結晶區(qū)內的導熱管提供熱源(底部加熱管總截面積大于熱風爐送風管截
面積)。其具體處理的過程是第一熱風爐的熱量經過結晶器底部的導熱管對溶
液加溫后的余熱導入上部的第一環(huán)形進風口 (圖示2. 1)，第二熱風爐的熱量直 接送入第二環(huán)形進風口 (圖示2.2)，兩個環(huán)形進風口的熱風在熱風爐送風機的
吹力作用和結晶器頂部引風機的引力作用下成上升熱氣流，上升的熱氣流與頂
部高壓噴槍(圖示2.3)霧化下落的碳酸鈉溶液霧滴呈對流趨勢，產生熱交換， 水分迅速蒸發(fā)，使溶液快速濃縮，濃縮的溶液在熱交換過程中溫度升高蓄于沸 騰結晶區(qū)，在結晶區(qū)內由于三排加熱管的加熱作用，溫度迅速升高，達到109 °C以上時無水碳酸鈉晶體析出。析出的無水碳酸鈉沉積于底部錐形體(圖示2. 4) 經出料口 (圖2.5)放出。當霧化濃縮結晶器內溶液的液面超出溢流管(圖示 2.6)的位置時，溶液通過溢流管自行流入高位儲料罐(圖示2.7)。
三、 進行鹽、堿、硝混合溶液中碳酸鈉的化學轉化。其處理裝置為高壓霧 化碳化器。所述高壓霧化碳化器為一個直徑1.5米、高15米的豎塔，底部設二 氧化碳氣體進氣口。其處理過程是分解碳酸氫鈉的尾氣二氧化碳氣體(見實 施過程四)經引風機送入碳化器底部進氣口，由于碳化器的直徑大于引風管道 的直徑，二氧化碳氣體流速減慢呈緩慢上升趨勢。豎塔內部從上至下每隔3米 安裝一個高壓霧化噴槍，堿液經噴槍霧化后呈霧狀下落，與上升的二氧化碳氣 體接觸，二氧化碳迅速溶解于碳酸鈉溶液，產生如下反應Na2C03+C02+H20— 2NaHC03+59. 789kj/nio1。(由于碳酸鈉溶液是在霧化狀態(tài)下與二氧化碳氣體反 應，所以一方面氣液接觸面積擴大，另一方面霧態(tài)液滴對上升氣流阻力減小， ^利于二者的迅速吸收轉化，而且從底部上升的二氧化碳氣體在反應過程中不 停地向上流動，所以放熱不會影響碳酸鈉液滴溶解二氧化碳)。最后這種含碳酸
氫鈉的溶液落入轉化器下部的錐形體，通過出料口放出，經冷卻槽冷卻，因碳 酸氫鈉溶解度極小，所以迅速結晶，與其它介質分離。
四、 進行無水碳酸鈉的風送煅燒與碳酸氫鈉的風送煅燒分解。其處理裝置 為一個刷撒風送式煅燒管道(圖3)。所述刷撒風送煅燒管是由高溫送風機(圖
示3. 1)、高速攪拌刷(圖示3. 2)、立式羅旋送料機(圖示3. 3)、物料暫存?zhèn)}(圖 示3.4)、底料槽(圖示3.5)、積料倉(圖示3.6)和旋風除塵器組成。其具體 處理的過程是熱風在高溫送風機的作用下給煅燒管提供提供風壓為5000Pa、 溫度為20(TC以上的熱風，物料從料斗由立式螺旋輸送機向煅燒管勻速提供，進 入煅燒管的物料經高速攪拌刷刷撒以擴大受熱面積，刷撒的物料在風力的作用 下向前吹送并釋放水分，部分水分含量高、粒度大的物料因風力無法負重而積 于暫存?zhèn)}，并經斜槽滑向料槽，再經第二組螺旋輸送機送入煅燒管，經過次第 的刷撒受熱，物料的水分不斷蒸發(fā)，當積存于積料倉時物料已達到成品要求， 而且積存的物料均為比重大的顆粒重質純堿，比重小的粉塵體經旋風分離器分 離后包裝。此煅燒法同樣適用碳酸氫鈉的煅燒分解，分解后排出的二氧化碳氣 體可為高壓霧化碳化器提供，實現循環(huán)利用。
五、 進行碳酸氫鈉料漿的高壓霧化煅燒分解及碳酸鈉半成品、碳酸氫鈉半 成品在干燥塔內的煅燒、分解。其處理裝置是一個進行熱交換的豎立的千燥塔。 為達到充分煅燒干燥，高度要高一些，按日產100噸以上的規(guī)模考慮一般高度 在25-30m、直經為5-7m，外加保溫層。此種裝置可一式二用，既可用高壓霧化 法經高壓噴槍霧化濃稠狀碳酸氫鈉料漿，又可用刷撒擴散法干燥半成品固體， 其具體處理過程是1、經高速攪拌機攪拌成的碳酸氫鈉料漿經高壓噴槍噴入干
燥塔呈霧化狀態(tài)，受噴出壓力推動和自重作用向下降落，同時受到自下而向上 運行的熱氣流作用，產生熱交換，碳酸氫鈉受熱分解成碳酸鈉、二氧化碳和水， (2Na2HC03—Na2C03+C02+H20)水分迅速蒸發(fā)，碳酸鈉受熱膨脹干燥成空心顆粒落 入底部授粉漏斗成為定型產品。二氧化碳與水蒸氣經引風機抽入旋風分離器分 離出堿塵后導入另一道碳化工序。2、無水碳酸鈉、碳酸氫鈉離心脫水后由斗式 提升機輸送至干燥塔頂，經物料分配器向刷撒盤勻速供料，刷撒盤為直徑2米 以上的圓形篩底盤，物料在刷撒盤中經高速攪拌刷的作用均勻刷撒向下灑漏， 灑漏的物料與自底而上運行的高熱氣流產生熱交換，水分迅速蒸發(fā)，物料快速 干燥分解，落入底部授粉漏斗成為定型產品。二氧化碳氣體及水蒸氣經引風機 抽入旋風分離器后導入另一道工序。
六、 進行殘鹵的濃縮與利用。其處理裝置與上述霧化濃縮裝置相同。殘卣 經霧化與熱氣流產生熱交換，水分快速蒸發(fā)，濃縮后的飽和溶液再經依附結晶 分離法將硫酸鈉晶體析出，在結晶器上析出的硫酸鈉晶體置于通風干燥處通過 風化作用實現自然干燥，成品為無水硫酸鈉(即元明粉)。最后剩下的液體為以 氯化鈉為主的溶液。
七、 進行氯化鈉溶液的轉化其處理裝置有一個高壓霧化吸氨器和一個高 壓霧化碳化器。根據反應式Na2Cl+NH3+C02+H20—NaHC03 I+NH4CL的反應原理。使 氯化鈉溶液吸收氨和二氧化碳生成碳酸氫鈉。由于吸氨和碳化的過程不能同時
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進行，必須先吸氨后吸二氧化碳，因此需通過兩個裝置處理。所述高壓霧化吸 氨器與上述的高壓霧化碳化器相同。但是由于氨鹽水受熱會分解的原故，因此氨 鹽水的碳化應在常溫下進行。其具體處理過程是精鹽水經霧化與底部環(huán)形風 口送入上升的氨氣產生反應生成氨鹽水，再將氨鹽水在碳化器內部霧化使之與 底部進風口送入上升的二氧化碳氣體產生反應生成碳酸氫鈉，反應后的溶液經 冷卻析出碳酸氫鈉晶體，晶體經大于16(TC溫度的煅燒分解為輕質碳酸鈉。
以本發(fā)明實現的聯合制堿工藝，經實際生產對比不但降低了生產設施的投 資(設備投資為常規(guī)生產法投資的1%)，而且大大降低了能耗，簡化了生產工藝， 縮短了生產周期，并充分利用了自然能源，使生產成本大幅度降低，用工人數 僅為常規(guī)生產法的十分之一，且能達到環(huán)保生產要求。
權利要求
1.一種將表面工程技術應用于天然堿生產領域的聯合制堿法，其工藝流程為a、使用依附結晶分離法在含鹽、堿、硝的混合溶液中首先提取溶解度較小的碳酸鈉；b、對結晶得到的十水碳酸鈉進行加熱自溶、沸騰結晶，析出無水碳酸鈉晶體；c、對無水碳酸鈉晶體進行煅燒干燥，制得重質顆粒純堿；d、將流程a余下的溶液在高壓霧化碳化器內霧化，同時通入CO2氣體，將溶液中的剩余碳酸鈉轉化為碳酸氫鈉，使其結晶分離；e、將流程d得到的碳酸氫鈉用立體螺旋輸送機送刷撒風送煅燒管煅燒分解制得輕質純堿，或經高速攪拌器打成料漿送入高壓霧化干燥塔霧化干燥分解，制成球形輕質顆粒純堿；f、將流程d余下的含鹽、硝的溶液，經過高壓霧化濃縮，使用依附結晶分離法提取硝，經自然風化干燥制得元明粉；g、將流程f余下的以氯化鈉為主的溶液采用霧化吸氨、霧化碳化技術，轉化為碳酸氫鈉，再經煅燒分解制得純堿，最終廢液排入溶解池循環(huán)利用。
2、 根據權利1所述的聯合制堿法，其特征是鹽、堿、硝的混合溶液通過 依附結晶分離法依次提取出碳酸鈉、硫酸鈉。
3、 根據權利1所述的聯合制堿法，其特征是將高壓霧化技術應用于純堿 生產領域，主要包括高壓霧化干燥分解、高壓霧化濃縮、高壓霧化碳化和高壓 霧化吸氨。 '
4、 根據權利1或2所述的聯合制堿法，其特征是依附結晶分離法所使用 的依附結晶器為線間距l(xiāng)cm的立體網狀纖維結構。
5、 根據權利1或2所述的聯合制堿法，其特征是依附結晶分離碳酸鈉所 需的混合溶液溫度為0°C—35°C，其中以碳酸鈉溶質為主的混合溶液的濃度為 6%—32.9%;依附結晶硫酸鈉所需的溶液溫度為0°C—32.4°C，溶液濃度為8% —56.7%。
6、 根據權利1或3所述的聯合制堿法，其特征是高壓霧化所需的噴槍壓力為20kg/cm2—60kg/cm2 。
7、 根據權利1所述的聯合治堿法，其特征是無水碳酸鈉的風送煅燒與碳 酸氫鈉的風送煅燒分解的具體處理的過程是a、 高溫送風機為刷撒風送煅燒管提供風壓為5000Pa、溫度為20(TC以上的 熱風；b、 物料從料斗由立式螺旋輸送機勻速送入煅燒管；C、進入煅燒管的物料受到高速攪拌刷的刷撒、熱風的煅燒、吹送，快速干 燥、分解；d、 部分水分含量高、粒度大的物料因風力無法負重而積于暫存?zhèn)}，經斜槽滑入下一螺旋輸送機所在的料槽，再次被送入煅燒管刷撒、煅燒、吹送；e、 干燥后的重質純堿會被風吹送到積料倉，成為成品；f、 粉塵狀物料經旋風分離器分離后即為輕質純堿。
8、根據權利5所述的聯合治堿法，其特征是立式螺旋輸送機為3組，每 組2臺，每組沿管道間隔2m。
全文摘要
本發(fā)明是表面工程技術在天然堿生產領域的應用。使用依附結晶分離法在含鹽、堿、硝的混合溶液中提取溶解度較小的碳酸鈉，對得到的十水碳酸鈉進行加熱自溶、沸騰結晶，析出一水碳酸鈉，再經煅燒干燥，制得重質顆粒純堿；將殘留溶液高壓霧化，與通入的CO₂反應，使剩余碳酸鈉轉化為碳酸氫鈉，使其結晶分離，再經煅燒分解制得輕質純堿，或打成料漿送入高壓霧化干燥塔干燥分解，制成球形輕質顆粒純堿；余下的含鹽、硝的溶液，經過高壓霧化濃縮，使用依附結晶分離法提取硝，經自然風化干燥制得元明粉；剩下的以氯化鈉為主的溶液采用霧化吸氨、霧化碳化技術，轉化為碳酸氫鈉，再經煅燒分解制得純堿；最終廢液排入溶解池循環(huán)利用。
文檔編號C01D7/00GK101367531SQ200710194348
公開日2009年2月18日 申請日期2008年4月7日 優(yōu)先權日2008年4月7日
發(fā)明者崔懷奇, 崔懷斌, 張麗琴, 張麗榮, 賀海濤 申請人:崔懷奇