[发明专利]通过碳酸钙晶群回收苛性碱溶液

说明书

技术领域

本发明涉及一种从碳酸盐溶液中回收苛性碱溶液的方法。

背景技术

工业上的硫酸盐法制浆(Kraft process)使用木材并将其转化为具有多种用途的木浆。通常，该工艺包括在化学物质中烧煮木屑，该化学物质主要包含氢氧化钠和硫化钠的混合物，在制浆工业上通常称其为白液。在烧煮工序之后，将经过烧煮的木材从液体中分离，得到的液体通常称为黑液，其根据木材的种类而具有多种化学组成。该黑液在通常被称为苛性碱回收工艺或者化学回收工艺的工艺中由黑液转化回白液。

常规的苛性碱回收工艺的第一步是从制浆工艺中浓缩黑液。经过浓缩的黑液被送至回收锅炉中用来：(1)回收关键化合物如碳酸钠、硫化物等；(2)燃烧该黑液中的有机物质；以及(3)回收能量，该能量可以用于整个制浆装置和造纸装置、或输出装置外。一般将该回收锅炉的熔煮物(smelt)与来自于苛性碱回收工艺的通常被称为稀液的溶液混合，得到的该稀液与该锅炉熔煮物的混合物通常被称为绿液，该绿液通常含有碳酸钠、氢氧化钠、硫氢化钠且可以含有其它化合物如亚硫酸钠、硫代硫酸钠和其它工艺或非工艺杂质。

将绿液与来自于下游煅烧炉的氧化钙、CaO、固体(通常被称为生石灰或煅石灰)加入通常被称为消化器或石灰消化器的搅拌槽反应器中。该消化器中发生反应(1)和反应(2)这两个反应。首先，通过反应(1)，CaO与绿液中的水反应而生成氢氧化钙(Ca(OH)₂)，通常被称为消石灰(slaked lime)、熟石灰(hydrated lime)、建筑石灰(builders’lime)、酸洗石灰(pickling lime)或消石灰(Chuna)。

CaO(s)+H₂O(aq)→Ca(OH)₂(s) (1)

氢氧化钙一生成就开始通过反应(2)与绿液中的碳酸钠反应生成固体碳酸钙(CaCO₃)。

反应(1)和反应(2)通常分别被称为消化反应和苛化反应；且只要含水的碳酸盐一与生石灰混合，这两个反应就会同时发生。

苛化反应主要在消化器中发生。通常，将来自于消化器的组分加入一系列通常被称为苛化器的搅拌槽中，反应在这些搅拌槽中能够进行至接近完全。得到的溶液被称为未澄清白液，且在其他化学物质中含有尺寸在15m左右的被称为石灰渣(lime mud)的悬浮CaCO₃颗粒。

然后，通常先利用澄清槽和加压过滤器将石灰渣从白液中去除。用于此步骤的典型过滤设备包括加压管式过滤器和加压盘式过滤器。所得到的澄清白液返回制浆工序以烧煮更多的木屑，而石灰渣则被送去在煅烧前进行进一步的洗涤和过滤。煅烧指的是将石灰渣(CaCO₃)转化为生石灰(CaO)：

CaCO₃(s)→CaO(s)+CO₂(g) (3)

产生的废气典型地是经过净化后排入大气，而所生成的CaO则回到消化器中与绿液反应。

常规的苛性碱回收工艺中的石灰渣会既会污堵煅烧炉也会污堵任何下游气体处理设备。旋转窑显示出能够耐受由石灰渣和引起的污垢，并且能够连续运行而只需要进行少量的停工清洁和维护。因此，旋转窑是现今用于煅烧石灰渣的煅烧炉中最常用的类型，且旋转窑的热废气通常被用来干燥即将进入煅烧炉的会污堵任何其它类型设备的石灰渣。旋转窑是一种大型、昂贵、难以操作的设备，且排入大气的废气中仍然含有大量的导致总热效率在40％左右的高位热。常规苛性碱回收工艺的煅烧段中的诸多挑战是石灰渣的细颗粒粒径及其污堵高温固体处理设备的倾向所致的直接结果。

发明内容

在总体实施方式中，一种用于将一部分碳酸盐转化为氢氧化物的方法包括：接收包含0.1M(每升溶液中的摩尔数)～4.0M氢氧化物和0.1M～4.1M碳酸盐的碱性碳酸盐溶液；在消化工序中，使生石灰(CaO)与碳酸盐含量低的液体反应以生成主要包含消石灰(Ca(OH)₂)的浆料；以及在流化床反应结晶器中使Ca(OH)₂浆料与碱性碳酸盐溶液反应以生长体积为0.0005mm³～5mm³的碳酸钙(CaCO₃)晶群。