专利名称：催化一步产重质纯碱及其固定蒸汽分解反应炉装置的制作方法
技术领域：
本发明属于重质纯碱生产的新方法，重质纯碱的优点是重度大、颗粒大、耐磨性好，不易结块，可节省大量的包装和运输费用，特别是用于炼钢和玻璃生产可延长炉子使用寿命，目前发达国家重质纯碱产量占80-90%。
目前国内外工业化生产重质纯碱的方法是分多步进行的，首先是将氨碱法、联碱法生产出来的碳酸氢钠，加入旋转炉内，用2.2-3.2MP压力的水蒸汽作为加热介质，在220-235℃温度下经旋转煅烧制成轻质纯碱。然后将轻质纯碱送混水机在90-100℃加入一定数量的水制成一水碳酸钠。最后再送入旋转煅烧炉在140-180℃的温度下煅烧干燥制成重质纯碱。由于该方法必然要生成一种中间化合物一水碳酸钠，所以很难制得优质，均匀固体的重质纯碱。
直接以碳酸氢钠为原料生产重质纯碱的方法有美国专利3451767所说的是一步湿法制取重质纯碱是将碳酸钠或含碳酸氢钠化合物加入含碳酸钠浆液的反应器中，循环流经热交换器，并维持在135℃-200℃的分解温度再将生成的碳酸钠还处于悬浮状态时即将其放出，最后再从母液中分离出来。该方法由于用固体、液体混合循环反应，操作较为复杂，并且换热器壁很容易结块，造成停车。将无水碳酸钠从母液中分离还需经过滤、洗涤干燥等工序。中国专利85108727所说的是一种防止热交换器壁上结垢的一种方法。欧洲专利138076是采用4-5个反应器经多步分解的方法制取无水碳酸钠，需用的设备多而庞大，流程复杂。实施例中制出的碳酸钠含水量为23-25.34%，浓料浆中碳酸钠含水量仅为68-71.24%，碳酸氢钠分解率为94.6-96.1%。
本发明的目的在于克服上述已知方法的缺点，简化工艺流程设备、降低能耗，提供一种很经济的简便的直接由碳酸氢钠经催化一步法制取优质纯碱的工业生产新方法。
本发明的工艺生产过程如附
图1所示。原料碳酸氢钠是采用本发明人的催化循环法生产的含有微量催化剂碳酸氢钠，(即催化循环法生产碳酸氢钠)。装入固定蒸汽分解反应炉2中。(也可使用氨碱法、联碱法生产的固体碳酸氢钠，但分解反应时间较长，有时会发生分解率不高现象。在联碱或氨碱法的碳化制碱塔中加入微量催化剂和其它助剂同样可提高氨钠转化率，即成为催化循环法生产的碳酸氢钠)。装料高度约为分解炉设备有效高度的5/6，然后将反应炉装料盖密封，分解炉上、中、下部各装有一个压力表和一个测温点，起动鼓风机18，将空气送至换热器17，使空气温度升至120-150℃后热空气从上部经气体分布器6和/或下部经气液流通承受器4进入分解反应炉中，根据需要出口气体可从上部和/或下部、中部经放空阀7出来，当固定蒸汽分解炉反应炉内物料升温至80-140℃，工作1-4小时后停掉风机关闭所有空气系统阀门。然后将过热蒸汽8或饱和蒸汽9，送至水分离器10，(使用的过热蒸汽温度应大于200℃)，蒸汽经水分离器后，可从上部和/或下部经汽体分布器6、气液流通承受器4，进入分解反应炉2，将炉内反应压力升至0.3-0.8MPa(表压)，打开排气阀，将炉内温度升至140-180℃，排出的混合气体一部份从排气带5或气液流通承受器4，经过排气管11或12，另一部份经过气水分离器13，将液体分离，分离液中含有2-24%(重量百分浓度)，碳酸钠分离后的液体送换热蒸发器14，制取一水碳酸钠或重质纯碱。分离器的气体与排气管11或12来的气体，会合后经换热蒸发器14，将热量传给换热器，出口气也可以不经排气管11、12，直接经分离器到换热器14，气体从换热器14出来进入冷却分离器15用水进一步将气体冷却至室温，冷却气体压力在0.3-0.8MPa(表压)、二氧化碳重量百分浓度为90-100%不需压缩机可直接送碳化塔16制取碳酸氢钠。物料在分解反应炉内在0.3-0.8MPa(表压)的压力和140-180℃温度下反应2-8小时后，将蒸汽关掉，并将压力降至常压，然后启动风机将空气送入换热器17，使空气温度升至130-160℃，热空气从分解炉上部和/或下部进入固定蒸汽分解炉中，经放空阀7排出，重质纯碱中水份随热空气排出经过2-8小时鼓风干燥后，即得无水重持纯碱。其碳酸钠的重量百分浓度为98-99.8%氯化钠的重量百分浓度为0.05-0.8%、水的重量百分浓度为0.1-1.6%。本方法生产的重质纯碱表观密度为1.06-1.16公斤/立方分米，上述产品是碳酸氢钠在固定蒸汽分解反应炉内一步分解反应制得的重质纯碱。
附图2 描述了本发明的碳酸氢钠固定蒸汽分解反应炉装置，包括分解反应炉体2、密封盘(盖)19气体分布器6压力表20测温管21排气带5放空阀7气液流通承受器4，气水分离器13，振动器22，排气管11、12组成。
本发明提供了一个工业化生产重质纯碱的新方法，本发明由于改高压(22kg/cm2-32kg/cm2)锅炉为低压(3kg/cm2-8kg/cm2)锅炉、改旋转煅烧炉为固定蒸汽分解反应炉，不需要庞大而繁多的返碱运输设备，机械传动设备少，维护费用低，设备简单造价低、制造容易，占地面少、投资省。又因从碳酸氢钠制备重质纯碱现有技术系用旋转煅烧制成轻质碱，然后经水合制成一水碳酸钠，再经旋转煅烧制成重质纯碱、同时还需要50%煅烧后成品碳酸钠作为返碱。而本发明采用固定蒸汽分解炉一次分解反应干燥后即成重质纯碱，省掉了由轻质纯碱生产重质纯碱工段及该工艺生产过程中的一切设备，同时本发明生产过程中无需返碱。由于本发明分解反应炉分解出来的二氧化碳具有(3kg/cm2-8kg/cm2表压)、可直接送碳化塔制碱不需用压缩机。本发明在生产过程中没有形成一水碳酸钠的中间过程，制得的产品质量高，表观密度为1.0-1.16公斤/立方分米、大于现有技术标准0.8-1.0公斤/立方分米。与现有工业化生产重质纯碱相比，本发明具有工艺流程短、设备简单、能耗少、成本低、投资少的特点。
实施例1将催化法生产的碳酸氢钠120kg装入固定蒸汽分解反应炉中(装入的小苏打碳酸氢钠重量百分浓度为92.8%、氯化钠为0.2%、水含量为7%)，然后将加料孔密封，启动压缩机18，将空气送入换热器17使空气温度升至120-140℃从上部送入分解反应炉，气体从下部经放空阀7排出，当炉内物料升至100℃时关闭冈机和该系统的阀门，打开过热蒸汽阀门，将过热蒸汽(200-300℃)送入分解反应炉2，并将压力升至0.4-0.6MPa(表压)，打开排气阀，将炉内温度升至140-170℃从炉内出来的气体经气水分离器13将液体分离后，气体经换热器17，将热能传给碳酸氢铵和氯化钠为原料的碳酸氢钠反应器，用于制取碳酸氢钠，然后气体经气水分离器15将气体冷至常温后，送入碳化塔16制取碳酸氢钠，将炉内压力保持在0.5-0.6MPa，温度保持在150-170℃反应4小时，关闭蒸汽将炉内压力降至常压，启动鼓风机，将空气温度升至120-140℃送入固定分解反应炉内，鼓风干燥4小时，炉内温度上升至120-130℃时，停止鼓风，卸下炉内的重质纯碱，取样化验测得碳酸钠重量百分浓度为99.4%，氯化钠重量百分浓度为0.1%，重质纯碱的总重量为64.8公斤，有5.5公斤的碳酸钠随反应水流出，可集中蒸发回收制成一水碳酸钠或重质纯碱。本次制得的重质纯碱表观密度为1.1公斤/立方分米。
实施例2将催化法生产的碳酸氢钠120公斤其中碳酸氢钠含量94.6%、氯化钠0.4%、水5%(均为重量百分浓度)按照实施例1的工艺流程操作，只是反应前不进行鼓风干燥，直接通入300-400℃过热蒸汽将炉内压力升至0.6-0.8MPa，温度升至160-180℃，其操作工艺条件按照实施例1进行分解反应进行6小时，降压鼓风3小时将产品放出实得重质纯碱62.6公斤测得表观密度1.15公斤/立方分米，碳酸钠99.6%、氯化钠0.05%(均为重量百分浓度)。
实施例3将催化法生产的碳酸氢钠2000公斤(碳酸氢钠88.2%、氯化钠0.4%，均为重量百分浓度)加入分解反应炉中，按照实施例1的工艺流程连接只是反应前也不进行鼓风干燥，直接将饱和蒸汽9，送至水分离器10，然后送入分解炉内将压力升至0.3-0.4MPa，温度升至140-160℃，保持反应条件分解反应5小时，降压鼓风干燥4小时卸料，粉碎包装后实得重质纯碱950公斤，从溶液从中收重质纯碱150公斤，测得该产品表观密度1.1公斤/立方分米，碳酸钠97.4%、氯化钠0.1%、水2.5%。
实施例4加入上述碳酸氢钠2000公斤(碳酸氢钠86.4%、氯化钠0.3%、水3.3%)均为重时百分浓度)。装入固定蒸汽分解反应炉中，按照实施1工艺条件进行鼓风干燥后，将饱和蒸汽按实施例3送入分解反应炉中，将压力升至0.4-0.5MPa，温度升至140-160℃保持反应条件工作6小时后按照实施例1工作条件鼓风干燥4小时，卸料包装后实得重质纯碱1010公斤，测得碳酸钠99.2%、氯化钠0.1%、水0.7%(均为重量百分浓度)，表观密度为1.1公斤/立方分米。
权利要求
1.一种重质纯碱生产新方法，本发明的特征在于使用催化循环法生产的碳酸氢钠作原料，(也可使用氨碱法、联碱法或其它方法生产的碳酸氢钠)，加入固定蒸汽分解反应炉后，直接使用过热蒸汽或饱和蒸汽经水分离器，送入固定蒸汽分解反应炉作为加热和升压介质使用。在一定温度和压力条件下，炉内碳酸氢钠分解反应制成重质纯碱，反应前后可利用热空气将炉内物料干燥，从分解炉排出的CO2具有一定的压力，可直接送入碳化塔制取碳酸氢钠。
2.根据权利要求1所提供的方法，其特征在于原料碳酸氢钠是以使用催化循环法的碳酸氢钠为佳，其它方法(包括氨碱法、联碱法)都可改为催化循环法生产碳酸氢钠。
3.根据权利要求1所提供的方法其特征在于用于加压加热分解碳酸氢钠的介质是直接使用过热水蒸汽或饱和水蒸汽，过热蒸汽温度应大于200℃。
4.根据权利要求1所提供的方法，其特征在于固定蒸汽分解反应炉的反应温度在140-180℃范围内，反应压力在0.3-0.8MPa之间。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于碳酸氢钠在固定蒸汽分解炉中一步分解反应制成重质纯碱。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于本发明生产的重质纯碱其表观密度在1.0-1.16公斤/立方分米范围内。
7.根据权利要求1所提供的方法，其特征在于从固定蒸汽分解反应炉中排出的CO2气体压力可达到0.3-0.8MPa，CO2重量百分浓度为90-100%，不需要压缩机可直接送入碳化塔制取碳酸氢钠。
8.实现权利要求1方法的装置，其特征在于提供了一种碳酸氢钠固定蒸汽分解反应炉装置。它的结构如附图2由分解反应炉体2密封盘盖19气体分布器6，压力表20，测温管21排气带5，放空阀7，气液流通器4，气水分离器13，振动器22组成。
9.根据权利要求3所提供的装置，其特征在于固定蒸汽分解反应炉上装配有密封盘盖19，压力表20，测温管21，放空阀7，气水分离13，振动器22。
10.根据权利要求3所提供的装置，其特征在于气体分布器由密封面和筛板面组成，排气带由密封带和筛板带所组成，气液流通承受器由倒置园台筛板和活动园形筛板、及支架组成。
全文摘要
本发明是关于用碳酸氢钠制取重质纯碱的新方法及其过程中使用的固定蒸汽分解反应炉装置。将催化循环法制取的含有微量催化剂的碳酸氢钠固体装入固定蒸汽分解反应炉中，直接使用水蒸汽作为升温升压反应介质，在140—180℃温度和0.4—0.8MPa(表压)压力条件下碳酸氢钠经一步分解成重质纯碱。分解排出的二氧化碳具有较高压力，不需压缩机可直接送入碳化塔制取碳酸氢钠。本发明具有工艺流程短、设备简单、能耗低、成本低、投资少的特点。
文档编号C01D7/12GK1111214SQ9411174
公开日1995年11月8日 申请日期1994年5月4日 优先权日1994年5月4日
发明者喻中甫, 鲁建新 申请人:喻中甫