卤水-碳酸氢铵法制纯碱新艺.doc

卤水-碳酸氢铵法制纯碱新艺 2006-02-06 现行的纯碱生产方法主要有氨碱法和联合制碱法，两者均以固体盐为原料，而且流程长、设备多、投资大。笔者受江西某化工厂之托，用卤水和碳酸氢铵为原料制纯碱。经小试、放大试验和工业性装置试验，证明用比较简单的装置可制得优质纯碱。副产氯化铵和无水硫酸钠，现简单介绍如下。 1 制备原理 1.1 制纯碱 卤水中的NaCl和NH4HCO3反应生成NaHCO3(重碱)和母液(含NH4Cl和未反应的NaCl、NH4HCO3)，反应式如下： NaCl+NH4HCO3＝NaHCO3+NH4Cl (1) 为了提高NaHCO3的得率，可利用Na+，NH4+//Cl-，HCO3-—H2O四元体系相图，选择最佳的工艺条件。 重碱煅烧得纯碱，反应式如下： △ 2NaHCO3＝Na2CO3+CO2↑+H2O↑ (2) 1.2 中和 母液中的NH4HCO3可用H2SO4中和，反应式如下： 2NH4HCO3+H2SO4＝(NH4)2SO4+2CO2↑+2H2O (3) 加入H2SO4后得中和液，其中含NH4Cl，NaCl，(NH4)2SO4。 1.3 制NH4Cl和Na2SO4 中和液为Na+，NH4+// Cl-，SO4-—H2O四元体系，由该溶液制NH4Cl和Na2SO4相当于进行下述反应： (NH4)2SO4+2NaCl＝2NH4Cl+Na2SO4 (4) 可根据相图原理从该溶液中分离出NH4Cl和Na2SO4。首先将中和液加热浓缩，然后冷却结晶，分离出NH4Cl晶体后，将剩下的富Na2SO4液再浓缩，并析出Na2SO4，最终的残液组成与中和液接近，返回中和液蒸发器。 2 工艺流程 由卤水和固体碳酸氢铵制纯碱，副产氯化铵和硫酸钠的工艺流程包括以下几部分：(1)卤水净化(除去其中的Ca、Mg离子)；(2)NH4HCO3和NaCl反应生成NaHCO3和母液；(3)NaHCO3煅烧得纯碱；(4)用H2SO4中和母液得中和液；(5)蒸发中和液及冷却结晶制氯化铵(化肥)；(6)蒸发结晶制硫酸钠。 3 试验情况简介 3.1 原料 卤水：清澈透明，密度ρ=1.2g/cm3，组成：NaCl 313.5g/L；SO42- 7.27g/L；Ca2+ 761.3mg/L；Mg2+ 64.2mg/L。 碳酸氢铵：NH4HCO3 96.3%；H2O 3.6%(农用化肥)。 硫酸：H2SO4 98.0%(工业品)。 3.2 试验装置 小试装置：1L烧杯，1L三口瓶，搅拌装置，恒温水浴，电炉，砂总漏斗，真空抽滤装置，马弗炉，恒温干燥箱等。 放大试验：5L烧杯，搅拌装置、电炉、塑料脸盆，塑料桶，陶瓷漏斗(Φ200)及配套抽滤装置，马弗炉，恒温干燥箱等。 工业试验装置：利用某化工厂现有的设备，包括12m3贮槽2个，6m3贮槽2个，搪玻璃反应釜(3m3)2台，离心机(SS800)2台，外热式回转煅烧炉(Φ1m×10m)1台，耐腐泵4台，循环热水加热装置一套。另外搭了一个灶台，用平锅蒸发中和液。 3.3 分析测试方法 原料和产品按国家标准规定的方法检测，溶液组分按下述方法检测：Ca2+、Mg2+——EDTA法；NH4+——甲醛法；Cl-——硝酸银法；pH值用pH计检测。 3.4 主要工艺条件 3.4.1 盐水精制要求 Ca2+≤60mg/L，Mg2+≤6mg/L。 3.4.2 反应(1)的工艺条件 物料配比：NH4HCO3/NaCl=0.95-1.02(摩尔比)。 反应温度：25℃-35℃。 反应时间：30min-60min。 3.4.3 反应(2)的工艺条件 重碱煅烧温度：180℃-250℃。 煅烧时间：40min-60min。 3.4.4 反应(3)的工艺条件 H2SO4用量：加H2SO4至反应液中无CO2气泡冒出，pH=7为终点。 3.4.5 反应(4)的工艺条件 中和液蒸发终点和富Na2SO4液蒸发终点：根据中和液组成和富Na2SO4液组成由Na+、NH4+//Cl-、SO42-—H2O四元体系相图来确定。 NH4Cl冷却结晶终点：20℃-35℃。 4 试验结果及讨论 4.1 产品质量 由试验所得产品质量及国标要求列于表1～表3。 表1 纯碱质量 指标名称 小试 放大试验 工业装置 GB210-92