CN113830795A

CN113830795A - 利用硫酸钠和co2生产碳酸钠和硫酸铵的设备及方法

Info

Publication number: CN113830795A
Application number: CN202111278147.3A
Authority: CN
Inventors: 周春松; 李九林; 李彩慧; 王建荣; 何海平
Original assignee: Shanxi Changlin Energy Technology Co ltd
Current assignee: Shanxi Changlin Energy Technology Co ltd
Priority date: 2021-10-30
Filing date: 2021-10-30
Publication date: 2021-12-24

Abstract

本发明公开了一种利用硫酸钠和CO₂生产碳酸钠和硫酸铵的设备及方法，属于化工技术领域。包括硫酸钠氨化液***、碳酸氢钠***、纯碱***、硫酸铵***；硫酸钠氨化液***包括依次连接的废氨水储罐、第一蒸氨塔、吸氨塔、母液储罐、硫酸钠溶解罐；碳酸氢钠***包括依次连接的压缩机、过滤器、缓冲罐、碳化塔、尾气吸收塔、预碳化塔、水洗塔；纯碱***包括依次连接的碳酸氢钠稠厚器、离心机、煅烧炉和CO₂压缩机；硫酸铵***包括依次连接的第二蒸氨塔、第一反应釜、第二反应釜、和硫酸铵反应釜，所述的第二蒸氨塔通过再沸器形成循环。本发明减轻了环境污染，实现资源再生，可联产碳酸氢铵、纯碱和硫酸铵，成本和能耗低，经济效益好。

Description

利用硫酸钠和CO2生产碳酸钠和硫酸铵的设备及方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及纯碱生产，具体涉及一种利用工业固废硫酸钠和工业废气中CO₂生产碳酸钠和硫酸铵的设备和方法。

背景技术

目前国内纯碱生产工艺主要有氨碱法、联合碱法和天然碱加工。其中三种方法分别存在以下缺陷：（1）天然碱加工主要是依靠天然碱矿物为原料制取纯碱，虽然天然碱法对环境污染较小，相对成本偏低，但存在地域限制；（2）氨碱法对环境污染较大，且消耗大量的自然资源，原盐的利用率较低，生产的副产品氯化钙利用率较小，大部分作为废渣处理；（3）联碱法较氨碱法污染较小，原盐利用率较高，但是需要与合成氨工业相互匹配，且副产品氯化铵作为肥料使用范围有限。

现有碳酸氢铵生产工艺主要利用无烟煤经煤气发生炉气化制成半水煤气，煤气经过脱硫，脱碳后合成氨，合成的氨在碳化工段吸收煤气中的二氧化碳，生成碳酸氢铵，但是存在工艺复杂，生产成本高，环境污染严重的问题。

焦化、冶金、发电厂、石灰窑等工业炉窑烟道气中排放的大量二氧化碳是导致全球变暖的元凶之一。为了实现碳中和的国家“双碳”战略，落实国家“碳达峰”“碳中和”战略部署，通过碳捕集方式，实现CO₂综合利用，将其转化成化工基础产品纯碱，是化工领域目前研究的热点。

为了解决现有技术存在的上述缺陷，本发明研发了一种利用工业固废硫酸钠/元明粉；焦化、冶金、发电厂、石灰窑等工业炉窑高浓度CO₂；化工副产的氨水为原料，生产碳酸钠和硫酸铵的工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用工业固废硫酸钠和工业废气中CO₂生产碳酸钠和硫酸铵的设备和方法，以达到减少CO₂排放，降低生产成本，解决固废排放造成的环境污染问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用硫酸钠和CO₂生产碳酸钠和硫酸铵的设备，包括硫酸钠氨化液***、碳酸氢钠***、纯碱***、硫酸铵***；

所述的硫酸钠氨化液***包括依次连接的废氨水储罐、第一蒸氨塔、吸氨塔、母液储罐、硫酸钠溶解罐,所述的吸氨塔通过换热器连接硫酸钠氨化液储罐；

所述的碳酸氢钠***包括依次连接的第一CO₂压缩机、过滤器、缓冲罐、碳化塔、尾气吸收塔、预碳化塔、水洗塔；

所述的纯碱***包括依次连接的碳酸氢钠稠厚器、离心机、煅烧炉和第二CO₂压缩机，所述的离心机还连接有碳酸氢钠母液储罐；

所述的硫酸铵***包括依次连接的第二蒸氨塔、第一反应釜、第二反应釜、和硫酸铵反应釜，所述的第二蒸氨塔通过再沸器形成循环；

所述的碳化塔分别与纯碱***的CO₂压缩机和碳酸氢钠稠厚器连接，所述的第二蒸氨塔分别与碳酸氢钠母液储罐和吸氨塔连接，所述的预碳化塔与吸氨塔连接。

进一步地，所述的吸氨塔的顶部通过第三CO₂压缩机与预氨塔连接。

所述的硫酸铵***的第一反应釜的底部依次连接第一离心机和第一母液罐，第一母液罐与第二反应釜连接，所述第二反应釜底部依次连接第二离心机和第二母液罐，所述的第二母液罐与硫酸铵反应釜连接。

更进一步地，本发明还公开了利用所述的设备生产碳酸钠和硫酸铵的方法，具体为：

（1）第二蒸氨塔产生的混合气中的CO₂首先进入预碳化塔进行硫酸钠氨化液预碳化，剩余未被吸收的CO₂气体则进入尾气吸收塔，CO₂气体与煅烧炉产生的高浓度CO₂气体进入碳化塔反应生成碳酸氢钠，未被吸收的气体进入尾气吸收塔，吸收CO₂后的烟气从尾气吸收塔排出，气体进入水洗塔清洗，排空；

（2）化工剩余氨水送入第一蒸氨塔提浓，氨气经冷却器降温冷却后，通入吸氨塔下部，与硫酸钠饱和液逆向接触，生成硫酸钠氨化液，氨化液经换热器降温后形成硫酸钠氨化液，送入预碳化塔进行预碳化；

（3）碳酸氢钠浆液送至碳酸氢钠稠厚器中，进行晶体长大，晶体沉淀，经离心分离得到碳酸氢钠固体，在煅烧炉内煅烧得到纯碱，煅烧生成的气体送入碳化塔进行碳酸氢钠的生成；

（4）碳酸氢钠母液从第二蒸氨塔的上部进入塔内，再经再沸器加热后，返回塔内，蒸发的得到含NH₃和CO2的混合气，蒸氨后的清液通过反应釜，经精制离心后得到硫酸铵。

5、根据权利要求4所述的生产碳酸钠和硫酸铵的方法，其特征在于，所述的第一蒸氨塔将氨水的质量浓度提浓至85%以上。

步骤（3）中当碳酸氢钠稠厚器含固量达到50%时，开启碳酸氢钠离心机，离心分离得到碳酸氢钠固体。

步骤为（2）所述的硫酸钠饱和液的来源工业固废硫酸钠或工业级元明粉、和硫酸铵分离***生成的副盐。

步骤（4）所述的硫酸铵的农业级氮含量在20%以上。

所述的纯碱的年产纯碱10万吨以上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）将工业固废硫酸钠或者元明粉、二氧化碳和化工剩余氨水变废为宝，同时减轻了环境污染，实现资源再生；

（2）可以同时联产农用级碳酸氢铵、工业级纯碱和农用级硫酸铵，成本和能耗低，经济效益好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1-第一压缩机；2-过滤器；3-CO₂缓冲罐；4-预碳化塔；5-尾气吸收塔；6-尾气吸收塔循环泵；7-碳化塔；8-碳酸氢钠浆液输送泵；9-水洗塔；10-硫酸钠粉仓；11-硫酸钠溶解罐；12-硫酸铵溶解罐输送泵；13-硫酸钠饱母液储罐；14-硫酸铵母液输送泵；15-吸氨塔；16-换热器；17-蒸氨塔氨化液输送泵；18-硫酸钠氨化液储罐；19-氨化液输送泵；20-冷却器；21-蒸氨塔废氨水储罐；22-废氨水输送泵；23-废氨水储罐；24-碳酸氢钠稠厚器；25-碳酸氢钠离心机；26-碳酸氢钠母液储罐；27-煅烧炉；28-第二CO₂压缩机；29-碳酸氢钠母液输送泵；30-第二蒸氨塔；31-再沸器；32-循环液输送泵；33-清液输送泵；34-第一反应釜；35-第一离心机；36-第一母液储罐；37-第一母液输送泵；38-第二反应釜；39-第二离心机；40-第二母液储罐；41-第二母液输送泵；42-硫酸铵反应釜；43-硫酸铵离心机；44-硫酸铵母液储罐；45-硫酸铵输送泵；46-第三CO₂压缩机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示的一种利用硫酸钠和CO₂生产碳酸钠和硫酸铵的设备，其特征在于，包括硫酸钠氨化液***、碳酸氢钠***、纯碱***、硫酸铵***；所述的硫酸钠氨化液***包括依次连接的废氨水储罐23、废氨水输送泵22、第一蒸氨塔21、冷却器20和吸氨塔15，还包括依次连接硫酸钠粉仓10、硫酸钠溶解罐11、硫酸铵溶解罐输送泵12和硫酸钠饱母液储罐13，所述的硫酸钠饱母液储罐13通过硫酸铵母液输送泵14与吸氨塔15连接，所述的吸氨塔15通过第三CO₂压缩机46与预氨塔4连接，还包括依次连接的硫酸钠氨化液储罐18、蒸氨塔氨化液输送泵17和换热器16，所述的吸氨塔15的底部与换热器16连接；所述的碳酸氢钠***包括依次连接的第一CO₂压缩机1、过滤器2、缓冲罐3、碳化塔7、尾气吸收塔5、预碳化塔4、水洗塔9，其中还包括尾气吸收塔循环泵6和碳酸氢钠浆液输送泵8；所述的纯碱***包括依次连接的碳酸氢钠稠厚器24、离心机25、煅烧炉27和第二CO₂压缩机28，所述的离心机25还连接有碳酸氢钠母液储罐26；所述的硫酸铵***包括依次连接的第二蒸氨塔30、清液输送泵33、第一反应釜34、第一离心机35、第一母液储罐36、第一母液输送泵37、第一反应釜38、第二离心机39、第二母液储罐40、第二母液输送泵41、硫酸铵反应釜42、硫酸铵离心机43、硫酸铵母液储罐44，硫酸铵母液储罐44的底部设置硫酸铵输送泵45形成循环，其中第二蒸氨塔30的底部通过循环液输送泵与再沸器31连接形成循环。

运行时，焦化、冶金、发电厂、水泥厂、石灰窑等工业炉窑烟道气中含有大量CO₂，工业炉窑烟气经第一CO₂压缩机1压缩后，经过过滤器2脱水、除杂，储存于CO₂缓冲罐3，压缩后CO₂气体和硫酸铵分离***第二蒸氨塔30产生的混合气中的CO₂，首先进入预碳化塔4进行硫酸钠氨化液预碳化，剩余未被吸收的CO₂气体则进入尾气吸收塔5；部分石灰窑CO₂气体与纯碱生成***煅烧炉27产生的高浓度CO₂气体进入碳化塔7，与预碳化液进行反应生成碳酸氢钠，未被吸收的气体进入尾气吸收塔5，吸收CO₂后的烟气从尾气吸收塔5排出，气体进入水洗塔9清洗，排空。

来自工业固废硫酸钠、工业级元明粉及硫酸铵分离***生成的第一副盐储存于硫酸钠粉仓10，加入定量于硫酸钠溶解罐11，同时加入定量的水，制成硫酸钠饱和液，通过溶解罐输送泵12送入硫酸钠母液储罐13。

化工剩余氨水其氨浓度为4%，储存于废氨水储罐23中，经过废氨水输送泵22送入蒸氨塔21，在蒸氨塔21内将氨水浓度提浓至85%的气态氨，氨气经冷却器20降温冷却后，通入吸氨塔15下部，与硫酸钠母液输送泵14送至吸氨塔15上部的硫酸钠饱和液逆向接触，生成硫酸钠氨化液。氨化液经换热器16降温后，通过蒸氨塔氨化液输送泵17送至硫酸钠氨化液储罐18；硫酸钠氨化液通过氨化液输送泵19送入预碳化塔4进行预碳化，在根据碳化塔9的液位，将尾气吸收塔7的溶液通过尾气吸收塔循环泵6倒入碳化塔9，再将预碳化塔4的溶液倒入尾气吸收塔7进行CO₂吸收，预碳化塔4则重新补充硫酸铵氨化液。

当碳化塔9内碳酸氢钠达到一定程度时，通过碳酸氢钠输送泵8将碳酸氢钠浆液送至碳酸氢钠稠厚器24中，碳酸氢钠在稠厚器24中进行晶体长大，晶体沉淀。碳酸氢钠稠厚器24溢流出的母液进入碳酸氢钠母液储罐26，当碳酸氢钠稠厚器24含固量达到50%时，开启碳酸氢钠离心机25，离心分离得到碳酸氢钠固体，离心后的母液进入碳酸氢钠母液储罐26。固体碳酸氢钠送至煅烧炉27进行煅烧，得到纯碱。煅烧生成的气体通过第二CO₂压缩机28压缩后送入碳化塔9进行碳酸氢钠的生成。碳酸氢钠离心后的母液通过碳酸氢钠母液输送泵26送至第二蒸氨塔30，从第二蒸氨塔30的上部进入塔内，第二蒸氨塔30底部通过碳酸氢钠母液输送泵32送入再沸器31进行加热后，返回第二蒸氨塔30，将碳酸氢钠母液中未反应的HCO₃ ^-和部分NH4⁺进行蒸发，蒸发的得到的NH3和CO₂混合气，NH3被吸氨塔21吸收生成硫酸钠氨化液，未被吸收的CO₂气体，通过第三CO₂压缩机46压缩，送入预碳化塔4。蒸氨后的清液通过清液输送泵33送入第一反应釜34进行第一副盐的分离，经过第一离心机35分离后得到第一副盐，第一副盐送至硫酸钠粉仓10用于硫酸钠饱和液的配制。第一离心机35分离的得到的母液储存于第一母液储罐36，通过第一母液输送泵37送至第二反应釜38。第二反应釜38进行硫酸铵的精制，经过第二离心机39分离得到副盐，副盐返回第一反应釜34，离心得到的母液储存于第二母液储罐40，母液通过2#母液输送泵41送至硫酸铵反应釜42。母液在硫酸铵反应釜42内蒸发、结晶，经硫酸铵离心机43分离后得到农用级硫酸铵，离心后的母液储存于硫酸铵母液储罐44内，硫酸铵母液经硫酸铵母液输送泵45送至硫酸铵反应釜42内，进入下一轮硫酸铵蒸发。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明专利的保护范围内。

Claims

1.一种利用硫酸钠和CO₂生产碳酸钠和硫酸铵的设备，其特征在于，包括硫酸钠氨化液***、碳酸氢钠***、纯碱***、硫酸铵***；

2.根据权利要求1所述的利用硫酸钠和CO₂生产碳酸钠和硫酸铵的设备，其特征在于，所述的吸氨塔的顶部通过第三CO₂压缩机与预氨塔连接。

3.根据权利要求1所述的利用硫酸钠和CO₂生产碳酸钠和硫酸铵的设备，其特征在于，所述的硫酸铵***的第一反应釜的底部依次连接第一离心机和第一母液罐，第一母液罐与第二反应釜连接，所述第二反应釜底部依次连接第二离心机和第二母液罐，所述的第二母液罐与硫酸铵反应釜连接。

4.利用权利要求1所述的设备生产碳酸钠和硫酸铵的方法，具体为：

5.根据权利要求4所述的生产碳酸钠和硫酸铵的方法，其特征在于，所述的第一蒸氨塔将氨水的质量浓度提浓至85%以上。

6.根据权利要求4所述的生产碳酸钠和硫酸铵的方法，其特征在于，步骤（2）所述的硫酸钠饱和液的来源工业固废硫酸钠或工业级元明粉、和硫酸铵分离***生成的副盐。

7.根据权利要求4所述的生产碳酸钠和硫酸铵的方法，其特征在于，步骤（3）中当碳酸氢钠稠厚器含固量达到50%时，开启碳酸氢钠离心机，离心分离得到碳酸氢钠固体。

8.根据权利要求4所述的生产碳酸钠和硫酸铵的方法，其特征在于，步骤（4）所述的硫酸铵的农业级氮含量在20%以上。

9.根据权利要求4所述的生产碳酸钠和硫酸铵的方法，其特征在于，所述的纯碱的年产纯碱10万吨以上。