专利名称：用于生产碳酸氢钠的方法
技术领域：
本申请要求于2011年12月20日提交的美国临时申请号61/578162的优先权，为所有目的将该申请的全部内容通过引用结合在此。本发明涉及一种用于从含碳酸钠的流中生产碳酸氢钠的方法，该含碳酸钠的流包含碳酸钠以及至少一种由碱金属水溶性盐组成的杂质，同时该方法可减小生产碳酸氢钠所需的最终清洗量，并且还降低了与清洗有关的钠碱的损失。
背景技术：
碳酸氢钠(NaHCO3)为一种具有广泛应用的柔和碱性化合物，应用包括用于人类食品、动物饲料、烟道气处理及化学工业。2008年碳酸氢钠的全球产量约计280万吨。其大部分产品源自天然及合成碳酸钠(Na2CO3)。碳酸氢钠产品主要通过碳酸钠水溶液与气体CO2的碳酸盐化作用制成。该碳酸钠水溶液可来自于溶于水中的纯碳酸钠，或者来自于自苏威(Solvay)法的粗碳酸氢钠的 部分脱碳酸盐化的浆液，或者来自于从碳酸钠结晶器获得的碳酸钠溶液，其中该碳酸钠结晶器供应有源于天然碱或苏打石矿石的溶液。当碳酸氢钠由固体精制碳酸钠制成时，碳酸钠杂质如碱金属水溶性盐的含量非常低，从而自该碳酸氢钠方法可有效地提取那些杂质，得到最终生产的碳酸氢钠。因此，在对应的碳酸氢钠方法中，不需要对那些杂质的特定清洗。然而，当碳酸氢钠由合成苏打灰(苏威或衍生的侯氏制碱法)或者天然苏打灰(天然碱或苏打石相关方法)的碳酸钠流制成时，这些碳酸钠流包含高水平的可溶性杂质，从而在该碳酸氢钠方法中，需要清洗以控制杂质的水平。在对应的碳酸钠方法中，该清洗液通常较多且被返回或者被送至大容量沉积池，如US7507388或者US2009/0291038或者US2011/112298中所述的方法。除了碳酸氢钠以外，碳酸钠，也称为苏打灰，为一种大量的碱类商品，2008年全世界总产量为4800万吨，碳酸钠主要用于玻璃、化学制品、洗涤剂工业以及碳酸氢钠生产工业。碳酸钠生产的主要方法为苏威氨合成法、源自苏威法的氯化铵法(侯氏制碱法)以及基于天然碱的方法。天然碱矿石是包含约99%的倍半碳酸钠(Na2CO3.NaHCO3.2H20)的一种矿物。通过传统地下开采技术，通过溶液开采或湖水处理，从绿河(怀俄明州)、土耳其、中国及肯尼亚的天然碱矿石矿床得到基于天然碱的苏打灰。来自怀俄明州的基于天然碱的碳酸钠包括了整个美国苏打灰产量的大约90 %。对在绿河开采的天然碱矿石的典型分析如下:表I
权利要求
1.一种用于从含碳酸钠的流(A)中生产碳酸氢钠的方法，该含碳酸钠的流(A)包含碳酸钠以及至少一种浓度为Ci(A)的由碱金属水溶性盐组成的杂质，该方法包含以下步骤: a)将该含碳酸钠的流(A)与流(B)的至少一部分混合以产生流(C)， b)使用包含CO2的气体(D)来碳酸氢盐化该流(C)，用以产生水性悬浮液(E)，该水性悬浮液(E)包含晶体(F)，所述晶体(F)包含碳酸氢钠晶体， c)分离该水性悬浮液(E)，用以一方面得到包含碳酸氢钠晶体的晶体(F)，并且另一方面得到水性母液(G)， d)将该水性母液(G)的至少一部分部分地脱碳酸氢盐，并且移除该母液(G)的所述至少一部分中的部分水，得到具有浓度为Cf(B)的碱金属水溶性盐的至少一种杂质的流(B)以及任选的气体⑶， e)将所述流(B)的至少一部分循环至所述步骤a)，使得所述碱金属水溶性盐的至少一种杂质的浓度之比Cf(B)/Ci (A)为至少1.4，有利地至少为2，更有利地至少为4，且还更有利地为7，以及 f)移除该流⑶的剩余物⑴或者该母液(G)的剩余物(J)以进行进一步处理。
2.如权利要求1所述的方法，其中由碱金属水溶性盐组成的至少一种杂质为无机水溶性盐，其选自氟化钠、氯化钠、溴化钠、碘化钠、氯化钾、亚硫酸钠、硫酸钠、硫酸钾、硒酸钠、亚硝酸钠、硝酸钠、次氯酸钠、亚氯酸钠、磷酸钠、铝酸钠、硼酸钠、硅酸钠、钛酸钠、钒酸钠及其组合。
3.如权利要求2所述的方法，其中该碱金属水溶性盐为钠或钾的水溶性盐，有利地为钠的水溶性盐。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中该流(A)还包含至少一种其它杂质，该其它杂质选自铝(Al)、银(Ag)、砷(As)、铋(Bi)、镉(Cd)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、汞(Hg)、钥(Mo)、锰(Mn)、镍(Ni)、铅(Pb)、锑(Sb)、锡(Sn)钛(Ti)、铊(Tl)、锌(Zn)、钒(V)及其组合的部分水溶性盐。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中由碱金属水溶性盐组成的至少一种杂质之一为有机碱金属水溶性盐。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中由碱金属水溶性盐组成的至少一种杂质之一为氯化钠(NaCl)。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述氯化钠(NaCl)的浓度Cf(B)为至少130g/kg。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中由所述碱金属水溶性盐组成的至少一种杂质之一为硫酸钠Na2SO4。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述硫酸钠(Na2SO4)的浓度CjB)为至少20g/kg，有利地为至少40g/kg,更有利地为至少80g/kg,优选地为至少120g/kg。
10.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述流(A)从碳酸钠结晶器中移出，该碳酸钠结晶器选自由无水碳酸钠结晶器、一水合碳酸钠结晶器、七水合碳酸钠结晶器、十水合碳酸钠结晶器、倍半碳酸钠结晶器、碳酸氢钠石结晶器及其组合组成的组；有利地，所述碳酸钠结晶器为一水合碳酸钠结晶器。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述碳酸钠结晶器供应有包含碳酸钠以及浓度为C0的由碱金属水溶性盐组成的至少一种杂质的碳酸钠溶液，并且所述至少一种杂质的浓度之比Cf(B)A^为至少14，有利地为至少30，更有利地为至少60，且还更有利地为至少120。
12.如上 权利要求中任一项所述的方法，其中所述流(A)中的该碳酸钠的部分或全部源自通过机械开采或溶液开采而回收的天然碱。
13.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流(A)的部分或全部源自包含碳酸钠的尾矿池固体。
14.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流(A)为包含碳酸钠的水溶液，有利地所述流(A)为来自一水合碳酸钠结晶器的清洗液。
15.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述步骤d)中，该任选气体(H)为包含以干气体表示的至少为20体积％、有利地为30体积％、更有利地为40体积％、还更有利地为80体积％的CO2的气体。
16.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中在至少20°C、有利地为至少38°C、更有利地为至少55°C、且还更有利地为至少70°C的温度下进行所述步骤b)。
17.如上述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包含: g)任选地洗涤这些包含碳酸氢钠晶体的晶体(F)，以产生任选地洗涤后的包含碳酸氢纳的晶体，(h)干燥这些包含碳酸氢钠晶体的晶体(F)或这些包含碳酸氢钠的任选地洗涤后的晶体。
18.如上述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包含: g)任选地洗涤这些包含碳酸氢钠晶体的晶体(F)，以产生包含碳酸氢钠的任选地洗涤后的晶体， i)将这些包含碳酸氢钠晶体的晶体(F)或者这些包含碳酸氢钠的任选地洗涤后的晶体煅烧为包含碳酸钠的煅烧后的晶体。
19.如上述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包含: n)处理掉溶液开采腔或采空腔或深井注入中的该流(B)的剩余物(I)或该母液(G)的部分(J)或该液体(K)的部分(L)，或者 0)循环溶液开采腔或采空腔中的所述流(B)的剩余物(I)或所述母液(G)的部分(J)或所述液体(K)的部分(L)，并且从溶液开采腔或者从采空腔中回收碳酸钠水溶液，其中所回收的碳酸钠水溶液包含氯化钠和/或硫酸钠，其所述氯化钠和/或硫酸钠的浓度小于所述剩余物⑴或所述部分(J)或所述部分(L)中的氯化钠和/或硫酸钠的浓度。
20.一种碳酸钠和碳酸氢钠晶体的联合生产方法，该方法包含:在第一步骤中，将包含碳酸钠及由碱金属水溶性盐组成的至少一种杂质的碳酸钠溶液引入至碳酸钠结晶器中，从而产生包含碳酸钠晶体的第一种水性悬浮液，将该第一种水性悬浮液分离，以一方面得到增值的包含碳酸钠的晶体，以及另一方面得到母液，将部分母液移出该碳酸钠结晶器以构成所述含碳酸钠的流(A)，根据上述权利要求中任一项所述的生产碳酸氢钠的方法进一步处理所述流(A)。
全文摘要
一种用于从含碳酸钠的流(A)中生产碳酸氢钠的方法，该含碳酸钠的流(A)包含碳酸钠以及至少一种浓度为Ci(A)的由碱金属水溶性盐组成的杂质，该方法包含以下步骤a)将含碳酸钠的流(A)与流(B)的至少一部分混合以产生流(C)；b)使用包含CO2的气体(D)来碳酸氢盐化该流(C)，以产生水性悬浮液(E)，该水性悬浮液(E)包含晶体(F)，这些晶体(F)包含碳酸氢钠晶体；c)分离该水性悬浮液(E)，以一方面得到包含碳酸氢钠晶体的晶体(F)，并且另一方面得到水性母液(G)；d)将水性母液(G)的至少一部分部分地脱碳酸氢盐，并且移除母液(G)的至少一部分中的部分水，得到具有浓度为Cf(B)的碱金属水溶性盐的至少一种杂质的流(B)以及可选气体(H)；e)将流(B)的至少一部分循环至步骤a)，使得碱金属水溶性盐的至少一种杂质的浓度之比Cf(B)/Ci(A)为至少1.4，有利地至少2，更有利地至少4，且还更有利地为7；以及f)移除该流(B)的剩余物(I)或者该母液(G)的剩余物(J)以进行进一步处理。
文档编号C01D7/10GK103172089SQ20121058567
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者H·沃尔拉玟斯, K·艾伦, T-D·乔, A·范登多伦 申请人:索尔维公司