[发明专利]氯化钠生产方法

说明书

本发明涉及一种新的氯化钠生产方法。

氯化钠由通过将天然氯化钠源溶解于水中得到的水溶液而工业制得。氯化钠通常通过将氯化钠水溶液经水蒸发而结晶获得，其一般使用多效或者蒸汽再压缩蒸发器完成。多效体系通常含有三个或者更多个串联连接的强制循环蒸发容器。每个蒸发器产生的蒸汽被送入多效体系的下一个蒸发器中以提高能量效率。机械的蒸汽再压缩强制循环蒸发器由结晶器、压缩器和洗汽器构成。氯化钠水溶液(盐水)进入结晶器管中，其中盐结晶。将蒸汽分离、洗涤并压缩以在加热器中再利用。

由于包括水蒸发步骤，所以再压缩蒸发器和多效蒸发器都是高耗能的。此外，通过在水中溶解天然氯化钠源产生的盐水通常包含一些主要污染物。由天然源获得的盐水中的所述污染物尤其包含钾、溴、镁、钙、锶和硫酸根离子。对于许多应用，如在化学转化工业(例如氯气和氯酸盐工业)中，其中所用设备极其敏感，不得不在很大程度上去除这些污染物。

最普遍的解决上文提到的问题的程序是在原盐水被送入蒸发装置之前将其净化。然而，一般盐水净化不能去除或者减少K和Br污染物。

此外，作为盐水净化的结果，二氧化碳、重碳酸盐和碳酸盐会出现在净化后的盐水中。在常规蒸发器(通常在高温下操作的多效或者蒸汽再压缩单元)蒸发结晶期间，会形成CaSO₄·xH₂O、SrCO₃和CaCO₃垢，尤其是在换热器的表面。作为该垢的结果，制盐装置的生产能力随时间下降，方法的能量效率也是如此。对于水溶液中污染物的量和常规方法的装置，在生产周期后，通常需要清洗蒸发单元，因此制盐装置的利用率也降低。

由于目前的技术需要大量能量并且能量价格随时间而显著提高，因此需要使用较少能量的氯化钠生产方法。

Avram等人在“共晶冷冻结晶技术(Technologies for eutectic freeze crystallization)”，Rev.Chim.，第55(10)卷，2004，第769-772页中公开了共晶冷冻结晶作为将水溶液分离为冰和固化溶液的技术。提到共晶冷冻结晶主要可应用于含无机盐废水的处理中。

Habib和Farid在“在液-固流化床换热器中冷冻提浓的传热和操作条件(Heat transfer and operating conditions for freeze concentration in a liquid-solid fluidized bed heat exchanger)”，Chemical Engin eering and Processing，第45卷，2006，第698-710页公开了冷冻提浓方法，其中液体通过冷冻出水而提浓。更特别地，他们公开了使包含8重量％或者更少NaCl的水溶液在单一管流化床换热器中进行冷却步骤以形成冰。经由该方法制备了富含其溶质的提浓物。

US 3,779,030涉及一种由海水制备氯化钠提浓物的方法。在第1栏，第59-67行解释了共晶冷冻的原理。然而，生产冰晶体以提供淡水供应并且海水仅仅通过该方法提浓。

在这些文献中提到的盐溶液适于形成冰，其例如在缺乏饮用水的地区会有价值。然而，这些溶液不适于大规模生产氯化钠。会形成大体积冰并且通过蒸发这些盐溶液提浓太昂贵。

Stepakoff等人在Desalination，第14卷，1974，第25-38页公开了包括在搅拌槽冷冻器中通过与混溶制冷剂直接接触直到达到共晶温度而连续冷冻盐水的方法。更特别地，盐水通过直接用氟利昂R-114冷却而冷却，以致于在-6°F时五相共存：即冰、盐水、二水合物、液态氟利昂和氟利昂蒸汽。提到这种共晶冷冻方法主要产生废物处理的问题，即工业废液或者微咸水。然而，Stepakoff等人使用的原料流以及所述共晶冷冻方法不适合应用于大规模生产氯化钠。

本发明的目的是提供一种氯化钠生产方法，该方法可以以工业规模进行并且比常规蒸发盐生产方法能耗少，而仍然得到需要的氯化钠纯度。

惊奇地发现，该目的通过经由特定共晶冷冻结晶方法生产氯化钠实现。更详细地，本发明氯化钠生产方法包括以下步骤：

(i)通过将氯化钠源溶解于水中制备包含至少150g/l氯化钠的盐水；

(ii)通过间接冷却所得盐水使所述盐水进行共晶冷冻结晶步骤，导致形成冰、氯化钠二水合物和母液，和

(iii)在共晶温度下从冰和任选母液中分离在步骤(ii)中形成的氯化钠二水合物，使得形成富含氯化钠二水合物的料流，及

(iv)将该氯化钠二水合物送入再结晶器以形成氯化钠和母液。