一种天然碱卤浓缩和碱卤中碳酸氢钠湿分解的方法和装置

摘要

本发明公开了一种天然碱卤浓缩和碱卤中NaHCO

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然碱卤浓缩和碱卤中碳酸氢钠(NaHCO₃)湿分解的方法和装置，属于化 工领域。

背景技术

天然碱加工制备纯碱的工艺基本分为两种：蒸发法和碳酸化法。蒸发法又分为倍半碱工 艺和一水碱工艺。以晶碱石(Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O)为主的天然碱可采用倍半碱工艺生产 纯碱。在蒸发前如果使NaHCO3分解，如干法煅烧、湿分解、或者溶采时被NaOH中和，则 蒸发时析出Na₂CO₃·H₂O，可采用一水碱工艺生产重质纯碱，或者采用边蒸发边湿分解的一 步法一水碱流程生产重质纯碱。对于部分盐、碱、硝共生的碱矿，则可以采用碳酸化法。

目前通用的湿分解塔流程是：卤水经预热后进入湿分解塔顶，生蒸汽直接进入湿分解塔 底，NaHCO₃在从上到下经过湿分解塔内装填的填料或塔盘后分解成Na₂CO₃、CO₂和水，分 解生成的CO₂随蒸汽从塔顶排出，分解生成的Na₂CO₃和水随分解后的卤水从塔底排出。因 为采用直接蒸汽汽提，湿分解塔只起到湿分解的作用，不能达到浓缩卤水的目的。卤水经过 湿分解塔将其中所含NaHCO₃大部分分解为Na₂CO₃，分解后的卤水再去蒸发结晶器蒸发掉水 分析出一水碱(NaCO₃·H₂O)晶体。这种类型的湿分解塔类似于精馏中的水蒸气汽提塔，塔 底不设再沸器，水蒸气和水蒸气所携带的热量直接进入塔内。

目前工业应用比较先进的湿分解工艺是将湿分解和降膜蒸发两个过程相结合，湿分解塔 加压操作，降膜蒸发器常压操作。具体流程是：卤水经预热后进入湿分解塔顶，塔顶采出含 有部分CO₂的水蒸汽进入降膜蒸发器壳程，湿分解塔底分解后的卤水进入降膜蒸发器管程， 降膜蒸发器产生的蒸汽经压缩机压缩提压后直接进入湿分解塔底，降膜蒸发器蒸发浓缩后的 卤水进入下一道工序。该工艺的特点是利用湿分解塔顶蒸汽作为降膜蒸发的热源，然后将降 膜蒸发产生的二次气压缩后返回湿分解塔作为汽提蒸汽。该工艺降低了能耗，但由于湿分解 塔采用加压操作，而压力增大导致CO₂溶解度升高，使得NaHCO₃的分解率降低，仅为70％ 左右。如此一来，该工艺不能直接为生产一水碱提供卤水，还需要用烧碱中和浓缩碱卤，然 后才能送往蒸发结晶器用一水碱工艺制备重质纯碱。另外，该工艺中，为了制备烧碱，产生 大量苛化泥不易处理，工艺不够环保。

发明内容

本发明要解决的关键技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种湿分解生产重质纯碱 的系统和方法。

本发明的天然碱卤浓缩和碱卤中NaHCO₃湿分解的装置，包括如下装置：湿分解塔，蒸 汽压缩机，再沸器，两台预热器。所述湿分解塔顶气相出口与压缩机入口连接，压缩机出口 连接到再沸器壳程入口，再沸器壳程出口与原料预热器壳程入口连接，原料预热器壳程出口 分别连接到CO₂回收管线和蒸汽凝水回收管线。再沸器管程入口与湿分解塔底液相出口连接， 管程中液相受热汽化，管程汽液混合物出口连接到湿分解塔底气相返塔口。原料管线与原料 预热器管程入口连接，管程出口则连接到蒸汽预热器的管程入口，蒸汽预热器的管程出口与 塔顶液相进口连接。蒸汽预热器的壳程入口接低压水蒸汽，壳程出口接蒸汽凝水回收管线。

本发明的天然碱卤浓缩和碱卤中NaHCO₃湿分解的方法，包括以下步骤：

⑴富含NaHCO₃的碱卤经原料预热器、蒸汽预热器共两级预热器预热到泡点后进入常压 湿分解塔顶，在塔中分解为Na₂CO₃、CO₂和水，NaHCO₃的一级湿分解率可达到90％。

⑵将塔顶含一定浓度CO₂的水蒸汽经压缩机压缩，提高温位后与补充的新鲜蒸汽混合， 作为热源进入再沸器壳程。在再沸器中，绝大部分水蒸汽冷凝为水，小部分水蒸汽和CO₂作 为不凝气采出，去原料预热器预热原料。经过原料预热器之后，水蒸汽绝大部分已经冷凝成 水，CO₂作为不凝气采出。

因原料预热器预热后的原料尚不能达到泡点，如果直接进塔，则影响湿分解率，故在原 料预热器之后设置一个蒸汽预热器，将原料预热到泡点。

湿分解塔底再沸器为湿分解塔提供热量，但是采用间壁式换热器，不再向碱卤中注入水 分，不但可以达到浓缩碱卤的目的，而且又通过浓缩碱卤提高了NaHCO₃的湿分解率。

湿分解塔底采出液可直接送去一水碱工艺的蒸发结晶工序。

步骤⑴所述的精制天然碱卤经两级预热到104℃，送入湿分解塔上部，湿分解塔采用常 压操作，塔顶温度约101℃(含有部分CO₂)。

步骤⑵所述蒸汽经压缩机压缩后压力约为0.07MPa(G)。

步骤⑵所述的压缩后的不凝气(高浓度CO₂)从原料预热器采出后可用于碳酸化法生产 小苏打工艺中。

本发明具有的优势是：湿分解塔常压操作，避免了加压操作时CO₂溶解度增大导致的分 解率降低；塔底采用间壁式换热器(再沸器)，不通入直接蒸汽，不向体系中加入水分，在湿 分解的同时可起到浓缩碱卤的作用，并且通过浓缩碱卤，可以进一步提高湿分解率，总分解 率可达到90％以上。采用压气蒸馏技术，大幅降低总能耗。湿分解后含高浓度CO₂的二次蒸 汽经压缩后，作为塔底再沸器的热源，换热后的不凝气(CO₂)预热卤水后去碳化塔生产小 苏打，浓缩碱卤可以不加烧碱直接去蒸发结晶器，采用一水碱工艺得到重质纯碱。

本发明开发的湿分解工艺流程，工艺简单，NaHCO₃分解率高，对环境友好，缩短了天 然碱制纯碱的工艺流程，降低了生产成本。

附图说明

图1：本发明装置示意图；

其中：C1-湿分解塔；P1-蒸汽压缩机；E1-再沸器；E2-原料预热器；E3-蒸汽预热器。

物流说明：1-精制碱卤；2-不凝气；3-蒸汽凝水；4-浓缩碱卤；5-补充生蒸汽；6-低压水 蒸汽；7-蒸汽凝水。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明：

如图1所示：本发明的天然碱卤浓缩和碱卤中NaHCO₃湿分解的装置，包括如下装置： 湿分解塔C1，蒸汽压缩机P1，再沸器E1，原料预热器E2和蒸汽预热器E3。所述湿分解塔 顶气相出口与压缩机入口连接，压缩机出口连接到再沸器壳程入口，再沸器壳程出口与原料 预热器壳程入口连接，原料预热器壳程出口分别连接到CO₂回收管线和蒸汽凝水回收管线。 再沸器管程入口与湿分解塔底液相出口连接，管程出口连接到湿分解塔底气相返塔口。原料 管线与原料预热器管程入口连接，管程出口则连接到蒸汽预热器的管程入口，蒸汽预热器的 管程出口与塔顶液相进口连接。蒸汽预热器的壳程入口接低压水蒸汽，壳程出口接蒸汽凝水 回收管线。

实施例1：温度25℃，流量520t/h，Na₂CO₃含量74.62g/l，NaHCO₃含量121.13g/l，NaCl 含量6.75g/l的精制碱卤(物料1)经泵输送，先经原料预热器E2预热到57℃，又经蒸汽预 热器E3预热到104℃，进入湿分解塔C1顶部。湿分解塔C1常压操作，塔底物料一部分进 入再沸器E1管程，经加热后部分气化，返回湿分解塔C1塔底，一部分采出作为浓缩碱卤(物 流4)去蒸发结晶工序。得到的浓缩碱卤中水分由424.8t/h减少到317.6t/h，水分蒸发量为 107.2t/h；碱卤中的NaHCO₃含量由56.4t/h降低到3.93t/h，碱卤中NaHCO₃分解率为93.03％。 塔顶蒸汽经压缩机压缩至0.07MPa(G)，与补充生蒸汽(物流5)一起送入再沸器E1壳程上部 作为热源，不凝气(物流2，主要是CO₂，带有部分水蒸汽)自再沸器E1壳程上部采出，蒸 汽凝水(物流3)自再沸器E1壳程下部采出，然后去原料预热器E2作为热源将精制碱卤由 25℃加热到57℃。

本发明公开和提出的天然碱卤湿分解生产重质纯碱的装置和生产方法，本领域技术人员 可通过借鉴本文内容，适当改变原料和工艺路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术 已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内 对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出 的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在 本发明精神、范围和内容中。