[其他]二步增长型碳酸化联合制碱工艺方法

说明书

本发明属于连续生产纯碱和氯化铵两种产品的联合制碱工艺方法。

纯碱（Na₂CO₃）的工业生产，目前广泛采用的方法多为氨碱法和联合制碱法，后者简称联碱法，联碱法将氨、碱两大工业联合，以氯化钠、合成氨及生产合成氨的副产物二氧化碳为原料，同时生产纯碱和氯化铵两种产品。我国以联碱法生产的纯碱，产量约占纯碱总产量的一半。联碱法的现行工艺流程（大连化工厂：《联合法生产纯碱和氯化铵》（以下简称《联合法》），石油化学工业出版社1977年版P4～9）可由附图1简要说明。初开工时，饱和食盐卤（NaCl）经吸氨（NH₃）后，在碳酸化塔内与送入的二氧化碳（CO₂）充分接触和反应，完成碳酸化过程，生成重碱（NaHCO₃）和氯化铵（NH₄Cl）。重碱晶浆过滤后，得到重碱晶体，将其送入重碱煅烧炉煅烧分解，得到纯碱产品和含二氧化碳的炉气，后者再送回碳酸化塔，作为部分二氧化碳原料的来源，过滤重碱后的含氯化铵母液〔母液（Ⅰ）〕再次吸氨后，成为氨母液（Ⅰ），进入氯化铵冷析结晶器，经冷却降温后，析出部分氯化铵晶体，分离后的清液〔半母液（Ⅱ）〕又进入氯化铵盐析结晶器，加入氯化钠进行盐析。将冷析与盐析得到的氯化铵晶体合并，经稠厚、过滤、干铵，得到氯化铵产品。盐析结晶后的母液〔母液（Ⅱ）〕经吸氨，成为氨母液（Ⅱ），又送入碳酸化塔完成碳酸化过程，实现循环连续生产。生产过程中的氨由合成氨系统供给，二氧化碳由合成氨生产中的弛放气及重碱煅烧炉的炉气提供。联碱法生产具有许多优点，原料的综合利用合理，氯化钠的总利用率可达90%以上，无大量废液排出。但它也存在不少问题，其中设备投资大，生产中母液循环量大，能源消耗大等较突出。

碳酸化是联碱法中制碱的主要工序，碳酸化塔是现行联碱工艺方法中完成碳酸化过程的主要设备。氨母液（Ⅱ）在碳酸化塔内与二氧化碳完成碳酸化过程的基本反应为

由对碳酸化塔内碳酸化过程的研究可知（《联合法》P103～105），碳酸化过程在塔内是分为吸收段，生成段和冷却段三个区段进行的。为使碳酸化过程所得到的重碱能充分结晶析出，必须将碳酸化过程中放出的大量热从塔内移出。因此塔的负荷主要在塔下部的冷却段。在此区段内要吸收二氧化碳总量的50～53%，并有大量重碱晶体沉淀析出。这就使碳酸化塔的结构应能满足气体吸收，结晶生成，冷却降温等过程的要求。为此，碳酸化塔应有足够的高度和容积，有较大的气液接触面积和足够的冷却面积。目前碳酸化塔一般高度为24～26米，直径1.83～2.5米，里边上部为菌帽，下部为菌帽和冷却箱。塔的功能和要求决定了碳酸化塔不能使用易被堵塞的吸收设备，如填料塔，溢流式泡罩塔等（《联合法》P109～113）。国外的设备装置已趋向大型化，碳酸化塔直径已发展到3米，有些国家以筛板代替了菌帽（化学工业部科学技术情报研究所：《化工产品技术经济手册-无机化工原料》P177，1983.11），但对碳酸化塔的功能和要求均未改变。碳酸化塔经过一段时间制碱后，塔壁、菌帽、冷却管上要出现碳酸氢钠结疤，必须定期清洗。因此多采用数个塔（一般3～5个塔）组成塔组，轮流进行制碱和清洗，保证生产能稳定连续进行（《联合法》P113～116）。现在日本有用外循环冷却的碳酸化塔，将碳酸化母液用泵送入列管外冷器冷却，冷却后再进入碳酸化塔底部。一个塔配二台外冷器，交替进行工作和清洗（化工部科学技术情报研究所：《化工科技动态》1983.5.3（34）P8）。这虽使塔的结构有所简化，但塔的负荷和结疤清洗问题仍未改变。碳酸化塔本身多功能的要求和复杂结构，以及塔组的使用，使得其设备投资巨大，这是目前阻碍我国制碱业，尤其是小碱业发展的重要原因之一。因为我国大型氮肥厂仅有十几个，而小型氮肥厂却有一千多家。小氮肥厂有限的资金与碳酸化设备巨大投资的矛盾十分突出。另一方面，我国小氮肥厂目前的主要产品是碳酸氢铵（NH₄HCO₃），产量约占我国目前氮肥总产量的一半，由于其易分解，肥效低，滞销积压严重。现行联碱生产由于工艺方法的原因，无法利用碳酸氢铵作为原料。为解决碳酸氢铵的使用，目前有研究采用单纯复分解方法，以食盐和碳酸氢铵为原料生产重碱和氯化铵，基本反应为