[发明专利]用于使用太阳能来提高蒸发池的蒸发速度的方法

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求于2012年12月20日提交的美国临时申请号61/740216以及2012年12月21日提交的美国临时申请号61/740468的优先权，出于所有目的将这些申请的全部内容通过引用结合在此。 

技术领域

本发明涉及一种用于使用太阳能来提高含有碳酸钠池液体（包含水）的蒸发池的蒸发速度的方法，用风和不饱和空气来提高池液体的蒸发速度，因此增加了其中发生有效蒸发的年的时间段，并且减少了处理一个给定流量的碳酸钠水性流（可以进料给该蒸发池）所需要的表面。 

背景技术

蒸发池尺寸在多个参数中主要依赖于来自雨的局部降水量、在这一年期间的环境空气温度、以及强制热对流的风速条件。 

加速蒸发的一种方式是增加空气与包含有待部分地蒸发的水的液体之间的接触面。 

加速蒸发的另一种方式是相对于环境空气温度以及其相关的露点提高液体的温度。然而，加热能总体上在蒸发池附近是几乎不可获得的，因为这样 的池经常位于距离设备操作长距离的地方（高达若干公里）。然而，在低温下对包含碳酸钠以及其他的可溶盐（例如碳酸氢钠、氯化钠、或硫酸钠）的水溶液进行操作导致设备和管道的快速阻塞（由于水合盐的形成）。 

在使用蒸发池的这些工业中，从天然矿石或从碱性湖泊生产苏打灰是它们中的一种。包含碳酸钠和碳酸氢钠的主要的天然矿石是：天然碱矿石、苏打石矿石或碳酸氢钠石（wegscheiderite）矿石。那些天然矿石可以在不同的地理区域（例如巴西、中国、哈萨克、墨西哥、土耳其、美国（怀俄明州、科罗拉多州、加利福尼亚））中找到。碱性湖泊主要在非洲找到。那些天然矿石可以机械地开采，比如使用长壁设备，或通过使用水的溶液开采来开采。 

从天然矿石或从碱性湖泊中生产苏打灰以及其衍生物导致了产生含有碳酸钠的清洗流。确实，大多数天然沉积物含有杂质例如不可溶的颗粒（砂、粘土、碳酸钙、长石，……）以及可溶盐，主要地蒸发盐（氯化钠、硫酸钠，……）。 

必须将这些杂质从生产线上移除以便保证苏打灰的主要应用：例如玻璃生产、或精制碳酸氢钠的食品和药物生产所要求的最终产品的品质。将大多数可溶杂质例如可溶盐或较不可溶的化合物从生产工艺中作为水溶液或包含水溶液的水性悬浮液以含有碳酸钠的不同的清洗流的形式移除。 

总体上，通过一种清洗控制在结晶步骤中移除这些可溶的杂质以便保证最终的苏打灰或苏打灰衍生物的品质。 

此外，当使用一种溶液开采时，与常规干燥开采作业相比，每吨苏打灰或苏打灰衍生物使用更高量值的水，因此当将蒸发池与工业蒸发器（填装有来自蒸汽发生 器的蒸汽）结合时，增加了对控制水平衡和蒸发能量优化的需求。 

US1859275（1932）披露了一种从欧文斯(Owens)湖（加利福尼亚）中的碱性水的盐残余物中生产碳酸钠的工艺。这篇文献传授了避免建筑和操作蒸发池来存储该湖的夏季盐水。它传授了使用蒸汽来熔融富含硫酸钠的盐水中的十水合碳酸钠以及氯化钠晶体并且获得三种固相一水合碳酸钠、Na₂CO₃.2Na₂SO₄复盐、以及氯化钠以便沉淀复盐从而降低盐水的硫酸钠浓度。将这种复盐从得到的盐水中移除并且然后使纯化的十水合碳酸钠结晶。这篇文献未提及通过使用一种与太阳能结合的热交换器使用间接加热来增强蒸发池的蒸发。它也未提及用来增加设备的时间可用度的有效的工作条件。 

US2003/0143149披露了一种使用热量在将一种碳酸钠回收流引入蒸发池（20）之前对其加热来从蒸发池水中回收碳酸钠的工艺。将池液体在用苛性碱或生石灰苛化前在120°F-140°F（49℃-60℃）下加热。所描述的工艺未提及使用喷洒装置和喷洒条件。它也未提及多池操作。 

来自本申请人的WO2009/068670披露了一种使用若干池来回收尾矿池中的十水合碳酸钠以便降低用于给定年流量的碳酸钠排放液的池表面和体积的改进的方法。所述工艺未提及提高热交换器（使用太阳能）的可操作性的改进的条件。 

本发明的目的是提出一种使用太阳能来增强蒸发池的蒸发速度的方法，呈现出热交换器的工作条件、池液体组成、以及多池管理之间的改进的协同作用。 

发明概述 

本发明涉及一种用于提高包含池液体的蒸发池的蒸发速度的方法，该池液体包含水和按重量计至少1%的碳酸钠，所述蒸发池处于与大于0℃的环境空气温度下的环境空气的接触中，该方法包含以下步骤：