用于使用太阳能来提高蒸发池的蒸发速度的方法

用于使用太阳能来提高蒸发池的蒸发速度的方法
【专利摘要】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：将该池液体的一部分进料到一个热交换器中；在该热交换器中用热量来加热该池液体并且产生一种加热过的池液体；将该加热过的池液体进料到一个喷洒装置中，该喷洒装置处于比该环境空气温度高至少10℃、优选地至少15℃、更优选地至少20℃，在下文中称‘工作温度’的温度下，-将该加热过的池液体用该喷洒装置喷洒进该蒸发池的一个开放区域，以便当喷洒时蒸发该池液体的至少一部分水。
【专利说明】用于使用太阳能来提高蒸发池的蒸发速度的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]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】
[0003]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】
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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)。
[0007]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。
[0008]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，……)。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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、Na2CO3.2Na2S04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。
[0013]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°C-60°C)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。[0014]来自本 申请人:的W02009/068670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。
[0015]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。
[0016]发明概述
[0017]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o°c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:
[0018]-加热一个热交换器，所述热交换器包含受热部区段和利用太阳能的加热部区段，这样使得该加热部区段的温度是至少15°C、有利地至少20°C、更有利地至少25°C、优选地至少30°C、更优选地至少40°C、甚至更优选地至少45°C，
[0019]-将该池液体的一部分进料到该热交换器的受热部区段，
[0020]-将在该热交换器的加热部区段内的池液体加热以便产生一种加热过的池液体，该加热过的池液体处于比该环境空气温度高至少10°c、优选地至少15°C、更优选地至少20°C的一个工作温度下，
[0021]-将在该工作温度下加热的加热过的池液体进料到该蒸发池的一个开放区域，这样使得该池液体的一部分水蒸发。
[0022]本发明的一个第一优点是以利用太阳能的热交换器改进了间接加热的操作条件。
[0023]本发明的一个第二优点是提高了含有碳酸钠池液体的蒸发池的蒸发速度，从而使用太阳能以及任选地废热提高了每池表面单位的年蒸发速度，因此限制了使用化石能源例如煤。
[0024]本发明的一个第三优点是增加了在期间发生蒸发的一年内的时间段，特别是在淡季，比如在北半球内(在南半球季节应是相反的):早春(3月-4月)以及晚秋(10月-11月)。与当仅使用自然蒸发而不使用增强的蒸发系统和热量时的主要的蒸发时期(在北半球5月至9月，在南半球11月至3月)相比，这几乎加倍了有效蒸发的时间段。[0025]本发明的一个第四优点是局部地增加蒸发池区域(其中将池液体移出来进料到该热交换器内并且其中将该池液体进料回池中)内的对流；这产生了该池液体在该蒸发池内的更均匀的浓度并且这还改进了环境空气/池液体界面处的对流和蒸发，以及在更冷的夜晚或白天期间在池的表面处的热量交换。
[0026]本发明的一个第五优点是含有碳酸钠的液体的蒸发池与太阳能的低温热量或来自一个使用溶液开采的苏打灰设备的废热之间的合并的协同作用的可能性。
[0027]本发明的一个第六优点是此类增强的蒸发方法与蒸发池中产生的碳酸钠液体中的氯化钠或硫酸钠的提高的浓度之间的协同作用，从而使得能够降低热交换器的阻塞速度。当将增强的蒸发装置与多池管理技术结合时，这同样是特别有利的，这些技术是例如使用至少一个十水合碳酸钠结晶池结合一个蒸发池和/或一个蒸发复盐结晶池的技术。
[0028]本发明的一个第七优点是以下可能性，即针对相反地使用管道和泵一直到苏打灰设备的运输使用太阳能来降低回收的池固体(包含十水合碳酸钠)的卡车运输的成本和CO2足印。
[0029]本发明的一个第八优点是以下可能性，即使用一个加热泵，在使用或在不使用太阳能的情况下来回收在一个结晶池中的十水合碳酸钠结晶期间产生的热量的一部分并且将这种热量的一部分带回到一个包含不纯的池固体(包含碳酸钠水合物、氯化钠和/或硫酸钠)的蒸发池中以便加速或增加该不纯的池固体的熔化并且因此增加使用低的能量消耗来将这样的池固体重新变成更纯的十水合碳酸钠的可能性。
[0030]附图简要说明
[0031]图1是根据本发明的原理所述的方法的一个实施例的示意性图解。
[0032]图2是根据本发明的原理所述的方法的一个实施例的示意性图解。
[0033]定义
[0034]术语“溶解度”指的是一种化合物在一种水溶液中的水溶性。
[0035]术语“苏打灰”指的是碳酸钠、总体上以其无水固体形式(Na2CO3)来考虑。
[0036]术语“苏打灰衍生物”指的是从苏打灰用作起始材料合成的化合物，包括:碳酸氢钠、碳酸氢三钠(Na2CO3.2NaHC03.2H20)、碳酸氢钠石或得瑟米特(decemite)(Na2CO3.3NaHC0s)、来自用石灰苛化的苛性钠(NaOH)、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、硫酸钠、磷酸钠。
[0037]术语‘复盐’指的是碳酸钠-硫酸钠复盐(Na2CO3.2Na2S04也被称为碳钠矾)，除非另外指明。
[0038]术语‘包括’囊括了 ‘主要由……组成’以及还有‘由……组成’。
[0039]在本说明书中，其中在将一种要素或组分说成是包括在和/或选自一列所列举的多个要素或组分之中，应该理解的是在此处明确考虑到的相关实施例中，该要素或组分还可以是这些单独的列举出的要素或组分中的任何一个，或还可以选自一个由这些明确列举出的要素或组分中的任何两个或更多个所组成的组。进一步地，应该理解的是在此描述的一种设备、工艺或方法的要素和/或特征可以按多种方式进行组合而并不背离本传授内容的范围和记载，无论在此是明显的或是暗示的。
[0040]当在一个数值之前使用术语“大约”时，那么本发明的传授内容同样包括该具体的数值本身，除非另外明确地指明。如在此使用的，术语“大约”是指从额定值的+-10%的变化，除非另外明确地指明。
[0041]发明详述
[0042]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o°c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:
[0043]-加热一个热交换器，所述热交换器包含受热部区段和利用太阳能的加热部区段，这样使得该加热部区段的温度是至少15°C、有利地至少20°C、更有利地至少25°C、优选地至少30°C、更优选地至少40°C、甚至更优选地至少45°C，
[0044]-将该池液体的一部分进料到该热交换器的受热部区段，
[0045]-将在该热交换器的加热部区段内的池液体加热以便产生一种加热过的池液体，该加热过的池液体处于比该环境空气温度高至少10°c、优选地至少15°C、更优选地至少20°C的一个工作温度下，
[0046]-将在该工作温度下加热的该加热过的池液体进料到该蒸发池的一个开放区域，这样使得该池液体的一部分水蒸发。
[0047]在本发明中，碳酸钠池液体是一种包含碳酸钠的水性液体。该池液体总体上包含按重量计小于36%的碳酸钠。在本发明的一个实施例中，该池液体包含按重量计最多30%、有利地最多25%、更有利地最多18%、甚至更有利地最多10%的碳酸钠。
[0048]该池液体的其余部分主要是水。碳酸钠可以部分地被大气中的CO2碳化(carbonated)。然而，在本发明中，优选的是该池液体包含按重量计最多4%、有利地最多3%、更有利地最多2%、甚至更有利地最多1%的碳酸氢钠。这改进了该热交换器在再生或清洗之前的工作持续时间。在一个具体的实施例中，该池液体包含最多18%的碳酸钠和最多3%的碳酸氢钠，或最多10%的碳酸钠和最多4%的碳酸氢钠。
[0049]该池液体还可以含有除了碳酸钠之外的其他的可溶盐例如氯化钠和/或硫酸钠。在这样的情况下，该池液体总体上包含按重量计从1%至25%的其他可溶盐，具体地按重量计从1%至25%的氯化钠和/或硫酸钠。当该池液体包含氯化钠和硫酸钠时，优选的是该池液体包含按重量计最多25%的两种所述可溶盐的累积浓度。
[0050]在本发明中，该池液体在环境空气温度下优选地是并非氯化钠和/或硫酸钠和/或碳酸氢三钠饱和的。当周围温度在夜间或寒冷的白天期间降低时，该池液体如果是一种钠盐饱和的话则主要是十水合碳酸钠饱和的。具体地，它不是氯化钠或复盐或碳酸氢三钠饱和的。已经观察到的是在这样的浓度范围内，一种池液体使能够将增强的蒸发装置(例如热交换器、泵和管道)的阻塞速度降低。在热交换器以及相关装置的再生期间，在本文中的下文所描述的序贯的(sequential)过度加热或序贯水进料操作的情况下,它还使能够更快恢复热交换。
[0051]该池液体有利地是一种倾析的液体，该倾析液体具有按重量计小于1%、更有利地小于0.1%的固体成分例如砂、粘土或精细可溶盐晶体的固体颗粒。当喷洒装置与本方法结合使用时，液体中的固体颗粒的粒径应该有利地是该喷洒装置内部的较小空间弦距(smaller space cord distance)的三分之一、更有利地十分之一。这使得能够改进该喷洒装置的喷洒持续时间并且有效地限制喷洒装置在其内部件内的阻塞。
[0052]热交换器可以是化学工业领域内已知的任何类型的热交换器。在本发明中，一种螺旋式热交换器或板框式交换器或管框式交换器是特别适合的。该热交换器有利地选自可拆卸的热交换器，例如螺旋式热交换器或板框式热交换器。这使得能够清洁掉该热交换器表面上堆积的固体颗粒硬皮或可溶盐晶体例如:一水合碳酸钠晶体、七水合碳酸钠晶体、十水合碳酸钠晶体、十水合硫酸钠晶体、碳酸氢钠、碳酸氢三钠、以及碳钠矾(Na2CO3.2Na2S04)。
[0053]热交换器是能够使热量从一种介质(加热介质)转移到另一种介质(加热过的介质)的设备。因此，总体上，一种热交换器包含一个受热部区段和一个加热部区段。比如在一种壳管式交换器中，一种介质处于管的内部，另一种介质处于该管的外部并且壳的内部。如果加热介质处于管的外部，一个加热部区段可以通过由该加热介质占据的体积来限定,并且一个受热部区段可以通过由该加热过的介质所占据的体积(包含管的内部体积)来限定。在本发明中，该加热过的介质是池液体。
[0054]在本发明的说明书中，该加热部区段的温度是将加热介质送入该加热部区段的温度。如果存在多个加热介质入口，那么该加热部区段的温度是按照进入这些不同入口的对应的流量加权得出的该加热介质的平均温度。
[0055]所产生的加热过的池液体的工作温度在本说明书中是从该热交换器离开的加热过的池液体的温度。如果存在多个加热过的液体出口，那么该受热部区段的温度是按照这些不同出口的对应的流量加权得出的该加热过的液体的平均温度。
[0056]在本发明中已经观察到的是太低的环境空气温度导致碳酸钠/碳酸氢钠/硫酸钠晶体或它们的水合物晶体在该热交换器的出口或回到蒸发池的开放区域的管道出口处的快速结晶，从而导致这样的出口的快速阻塞。在本发明中，该环境空气温度有利地是至少5°C、优选地至少10°C、更优选地至少15°C。
[0057]为了减小热交换器的尺寸，加热部区段的温度应该是尽可能高的。该加热部区段的温度取决于可用的局部太阳能并且取决于选择的太阳能收集器表面。在本方法中，工作温度是至少10°C、有利地至少20°C、优选地至少30°C、更优选至少35°C。
`[0058]然而，在寒冷的季节期间，如果太阳曝光或强度对充分加热该热交换器的加热部区段，和/或处于高于指定的温度的池液体不是足够的，那么不应该进行本发明并且应该将该热交换器排空池液体以便避免水性池液体的冰冻，这将会对该热交换器以及相关的设备是有害的。
[0059]并且，也应该避免与加热过的池液体有关的太高的工作温度。高于37°C，碳酸钠饱和溶液中的稳定的结晶形式是一水合碳酸钠，它具有相对温度降低的溶解度，由此导致该热交换器的结垢。在本方法中，工作温度是最高95°C、有利地最高75°C、优选地最高60°C、更优选最闻48 °C。
[0060]在本发明的一个实施例中，工作温度有利地是至少15°C并且最高95°C、更有利地是至少20°C并且最高75°C、优选至少30°C并且最高60°C、更优选至少35°C并且最高48°C。
[0061]诸位发明人已经观察到，尤其是当环境空气温度低于35°C时，如淡季期间(春季和秋季)，具体地还有当工作温度低于37°C时，短时间内，例如每两个小时或优选的每个小时5至10分钟，序贯的过度加热该加热过的池液体使能够实质性地增加热交换器在阻塞前的工作持续时间。因此，在本发明的一个实施例中，将该加热过的池液体在被进料到蒸发池的开放区域前在序贯的温度下序贯地加热，并且其中该序贯温度比该工作温度高至少5°C、有利地至少10°C、优选地至少15°C。将该加热过的池液体在序贯的温度下在以下序贯的加热时间内序贯地加热:即总体上至少5秒、有利地至少30秒、更有利地2分钟、最有利地至少5分钟。通常，将该加热过的池液体在该序贯的温度下以以下序贯的时间段来序贯地加热:最多12小时、有利地最多5小时、更有利地最多2小时、最有利地最多I小时。
[0062]在本方法中，可以将太阳能以光电能的形式来收集并且然后将其比如通过电阻转变成热量，虽然在本方法的一个优选的实施例中，该太阳能是通过一个太阳热收集器收集的太阳热能。该太阳热收集器可以选自:柔性太阳能电池板、柔性带状太阳能电池板、螺旋形管半球状电池板、金属玻璃真空管太阳能电池板、深色表面、深色波纹表面、深色三维表面、或深色部分地半球状表面。
[0063]有利地，池液体在蒸发池内限定了一个表面水平并且该太阳能收集器位于该表面水平之上以便使得有可能在冻季期间清洗该太阳能收集器。
[0064]在一个实施例中，该热交换器是该太阳热收集器。因此，该太阳能收集器直接添加有池液体。在那种情况下，该热交换器是该太阳热收集器。并且该热交换器的受热部区段是该太阳热收集器的受热表面。在一个具体的实施例中，该太阳能收集器是一个深色表面，该深色表面定位为使其相对于水平位置是倾斜的并且将该池液体分布在该深色表面上，这样使得该深色表面的至少一部分被该池液体湿润并且将该池液体在其上加热，并且将该加热过的池液体从其上收集回尾池或收集回一个后面的废料池中。
[0065]在一个实施例中，该热交换器不同于该太阳热收集器，并且该太阳热收集器加热一种中间的加热过的流体例如水和乙二醇，并且该中间的加热过的流体加热该热交换器的受热部。
[0066]在一个实施例中，对利用太阳能的热交换器的加热是用选自以下各项的组中的热量来补充的:热蒸汽冷凝物、低于3.5巴的低压蒸汽、以及其组合。当这样的热量在蒸发池附近可获得时，这是特别有利的，以便在淡季期间当多云天空发生时来补充太阳能从而避免阻塞加热过的池液体进入热交换器。在这一个实施例的一个具体的实施例中，该热蒸汽冷凝物或低于3.5巴的低压蒸汽在将热量提供给该热交换器后转变成一种冷却的冷凝物并且将该冷却的冷凝物进一步用于从蒸汽发生器的烟雾中回收热量。在这一个实施例的另一个具体的实施例中，该热量是通过一个由矿井甲烷供给燃料的燃气加热器产生的，该矿井甲烷是从一个长壁采空区通风孔和/或从矿井通风回收的；更有利地，该从一个长壁采空区通风孔回收的矿井甲烷是在一种不燃矿石长壁开采作业过程中、有利地在一种天然碱矿石长壁开采作业过程中产生的。
[0067]在本发明的一个实施例中，将水、优选地蒸汽冷凝物、更优选地至少35°C温度下的蒸汽冷凝物优选地以至少I分钟/8小时时间段、更优选地以至少I分钟/4小时时间段序贯地进料到该热交换器的该受热部区段来代替至少一部分该加热过的池液体。有利地，将水、优选地该蒸汽冷凝物、更优选地该至少35°C温度下的蒸汽冷凝物以最多20分钟/8小时时间段、更优选地以最多10分钟/4小时时间段序贯地进料到该热交换器的该受热部区段来代替至少一部分该加热过的池液体。
[0068]其他有利的实施例在本发明的权利要求24至37中进行了说明。
[0069]在本方法的一个实施例中，该碳酸钠池液体还含有氯化钠和/或硫酸钠。有利地，当该碳酸钠水性流含有氯化钠和/或硫酸钠时，该方法进一步包含将该池液体的一部分排放进一个后面的池中以便控制该池液体中的氯化钠或硫酸钠浓度。该池液体总体上包含按重量计至少2%、或至少4%、或至少6%、或至少8%的氯化钠、或硫酸钠、或氯化钠和硫酸钠。在本发明的一个实施例的一个第一子实施例中，该池液体包含按重量计最多20%、有利地最多10%的氯化钠、或硫酸钠。在本发明的一个实施例的一个第二子实施例中，该池液体包含按重量计最多10%的氯化钠以及最多4%的硫酸钠。这使得能够通过形成共结晶的复盐(Na2CO3.2Na2S04)限制硫酸钠在十水合碳酸钠晶体中的存在。
[0070]在本发明的一个具体的实施例中，该蒸发池添加有一种碳酸钠水性流，用于从该碳酸钠水性流中部分地或全部地回收碳酸钠。
[0071]在这个具体实施例的一个第一变体中，该碳酸钠水性流是来自一种溶液开采工艺的水溶液，通常为天然碱矿或苏打石矿或碳酸氢钠石矿溶液开采、优选地天然碱矿溶液开采的水溶液，并且其中该碳酸钠水性流包含按重量计至少1%、有利地至少6%，并且包含按重量计最多30%的碳酸钠。将本发明的方法用于这样的进料给蒸发池的碳酸钠水性流使得能够浓缩来自溶液开采工艺的水溶液。然后可以将在蒸发池中获得的池液体冷却以便提供十水合碳酸钠的促进结晶的条件。有利地，通过将该池液体暴露于低于10°C、优选地低于20C的环境温度，使用在W02009/068670第2页第21行至第4页第31行(通过引用包括在此)中所描述的方法之一来冷却该池液体，并且其中该池液体是所提供的“排放液”。
[0072]在这个具体实施例的一个第二变体中，该碳酸钠水性流包含来自碳酸钠结晶器或碳酸钠衍生物结晶器的一种水性清洗液，或主要由来自碳酸钠结晶器或碳酸钠衍生物结晶器的一种水性清洗液组成，或由来自碳酸钠结晶器或碳酸钠衍生物结晶器的一种水性清洗液组成，并且包含按重量计至少6%和最多30%的碳酸钠。在这个第二变体中，该碳酸钠水性流还可以衍生自一种水溶液，这种水溶液来自一种溶液开采工艺，例如一种天然碱矿、或苏打石矿、或碳酸氢钠石矿溶液开采、优选地一种天然碱矿溶液开采。比如当该碳酸钠结晶器或碳酸钠衍生添加有 一种衍生自溶液开采工艺的水溶液时就是这种情况。将本发明的方法用于这样的进料给蒸发池的碳酸钠水性流使得能够浓缩包含水性清洗液的水溶液或浓缩由水性清洗液组成的水溶液。然后可以将在蒸发池中获得的池液体冷却以便提供十水合碳酸钠的促进结晶的条件。
[0073]优选地，在这个第二变体中，通过将该池液体暴露于低于10°C、优选地低于2°C的环境温度，使用在W02009/068670第2页第21行至第4页第31行(通过引用包括在此)中所描述的方法之一来冷却该池液体，并且其中该池液体是所提供的“排放液”。
[0074]在这个具体实施例的一个第三变体中，该碳酸钠水性流是在第一池中产生的，其中将碳酸钠水性排放液，有利地包含来自碳酸钠结晶器或来自碳酸钠衍生物结晶器的碳酸钠水性清洗液的碳酸钠水性排放液或由来自碳酸钠结晶器或来自碳酸钠衍生物结晶器的碳酸钠水性清洗液组成的碳酸钠水性排放液进料到该第一池中，将该碳酸钠水性排放液冷却以便产生:
[0075]-十水合碳酸钠晶体，以及
[0076]-该碳酸钠水性流。
[0077]然后将该碳酸钠水性流从该第一池中排出。然后将该碳酸钠水性流根据本发明进料到该蒸发池中。将钠十水合物晶体至少部分地从该第一池中移出。有利地，这个第一池根据在W02009/068670第2页第21行至第4页第31行(通过引用包括在此)中所描述的方法之一提供一个“结晶池”或一个“第一池”。
[0078]在本发明以及上述的任何实施例、变体和子实施例的第一另一个实施例中，本发明的方法有利地进一步包含以下步骤:
[0079]-在该环境空气温度下，在达到钠盐饱和的池液体前，停止将该池液体的该部分进料到该热交换器中和该喷洒装置中，
[0080]-通过将该池液体在同一蒸发池中或在一个另外的蒸发结晶池区域中进一步暴露于环境空气条件下，典型地在夏季月份期间，允许该池液体的水进一步蒸发以便结晶包含氯化钠或硫酸钠的另外的钠盐。
[0081]或作为该第一另一个实施例的替代方案，因此在本发明以及上述的任何实施例、变体和子实施例的一个第二另一个实施例中，该方法有利地进一步包含以下步骤:
[0082]-在该环境空气温度下，在达到钠盐饱和的池液体前，停止将该池液体的该部分进料到该热交换器中和该喷洒装置中，
[0083]-将该池液体进料到一种溶液开采腔或一种采空腔或深井注入(deepwellinjection)中。 [0084]本方法还涉及一种用于在蒸发池中回收池固体以及池液体的方法，所述池固体包含碳酸钠水合物、氯化钠和/或硫酸钠，所述池液体包含按重量计至少6%的碳酸钠，并且所述蒸发池处于与大于0°C并且最高20°C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:
[0085]-加热一个热交换器，所述热交换器包含受热部区段和利用太阳能的加热部区段，这样使得该加热部区段的温度是至少15°C、有利地至少20°C、更有利地至少25°C、优选地至少30°C、更优选地至少40°C、甚至更优选地至少45°C，
[0086]-将该池液体的一部分进料到该热交换器的该受热部区段，
[0087]-将在该热交换器的该加热部区段内的池液体加热以便产生一种加热过的池液体，该加热过的池液体处于比该环境空气温度高至少10°c、优选地至少15°C、更优选地至少20°C的工作温度下，
[0088]-将在该工作温度下加热的该加热过的池液体的一部分进料到该蒸发池的开放区域中，这样使得池固体的一部分熔化，
[0089]-将在该工作温度下加热的该加热过的池液体的另一部分进料到一个结晶池区域，这样使得与该环境空气相接触的该池液体的该碳酸钠的一部分结晶成十水合碳酸钠，
[0090]-将该包含氯化钠、和/或硫酸钠、水和贫化量的碳酸钠的结晶池区域溶液的一部分排放进蒸发池中，
[0091]-收集该结晶池区域的该十水合碳酸钠的一部分。
[0092]为了改进利用太阳能的热交换器的工作持续时间和/或还改进结晶池中的钠十水合物的收集，碳酸氢钠在池液体中的浓度应该是有限的。有利地，该池液体包含按重量计最多4%、有利地最多3%、更有利地最多2%、甚至更有利地最多1%的碳酸氢钠。
[0093]在一个实施例中，本发明的方法进一步包含使用一个加热泵以及用来回收来自十水合碳酸钠在该结晶池中的结晶的热量的装置以及将来自该十水合碳酸钠的结晶的该热量的一部分带到该蒸发池的装置，这样使得该池固体比不使用该加热泵以更高的量熔化和/或熔化的更快。[0094]使用此类组合(使用本方法中的太阳能加热和加热泵)的一个实施例在图2中进行了举例说明。
[0095]本发明还涉及一种用于降低含十水合碳酸钠的回收的池固体的卡车运输成本的方法，该方法包含:
[0096]f)收集该回收的池固体
[0097]g)将该收集的回收的池固体的一部分进料到保持在以下温度下的熔化器中:至少约20°C、优选地至少约25°C、更优选地至少约30°C、最优选地至少35°C，以便产生熔化器液体，
[0098]h)将该熔化器液体的一部分进料到一个热交换器中，
[0099]i)在该热交换器中用一种废热来加热该熔化器液体以便产生一种加热过的熔化器液体，
[0100]j)将该加热过的熔化器液体的一部分移出并且运输该加热过的熔化器液体的该部分，从而将一种原料提供给一种生产碳酸钠或碳酸钠衍生物的工艺，
[0101]k)将该加热过的熔化器液体的剩余部分进料回该熔化器中以便熔化该回收的池固体的一部分，
[0102]其中，该包含十水合碳酸钠的回收的池固体是在一种至少2个池的管理(management)工艺中产生的,所述2个池的管理工艺包含:
[0103]a)提供 一种碳酸钠水性排放液,有利地包含一种来自该产生碳酸钠或碳酸钠衍生物的工艺的清洗液的一种碳酸钠水性排放液，
[0104]b)提供一个冷却结晶池以及一个蒸发结晶池，
[0105]c)将该碳酸钠水性排放液进料到该冷却结晶池中，
[0106]d)通过将其暴露于低于10°C、优选地低于2 V的环境空气温度来冷却该碳酸钠水性排放液，以便促进十水合碳酸钠冷却结晶条件，例如在冬季的寒冷的环境温度期间，并且以便产生(I)有待回收的包含十水合碳酸钠晶体的池固体以及(2) —种包含碳酸钠和另一种溶解的钠盐例如氯化钠或硫酸钠或碳酸钠衍生物盐的池液体，
[0107]e)排出该冷却结晶池的池液体并且将其进料到该蒸发结晶池中，
[0108]f)收集来自该冷却结晶池的回收的固体，根据以上的步骤g)至k)对该回收的固体进行进一步加工，
[0109]I)将在该蒸发结晶池中的池液体暴露于一种第二环境空气条件，例如在夏季月份期间的环境空气条件，以便促进该池液体的至少一部分水的蒸发并且使碳酸钠和另一种钠盐例如氯化钠、硫酸钠或碳酸钠衍生物盐结晶。
[0110]保护范围并不受以上列出的本说明书所限制，而是仅受跟随的权利要求书所限制，该范围包括该权利要求书的主题的所有等效物。
[0111]每一项权利要求都作为本发明的一个实施方案结合到本说明书之中。因此，权利要求书是一种进一步的说明并且是对本发明的优选实施方案的附加。
[0112]尽管已展示并描述了本发明的优选实施例，但是本领域的普通技术人员可在不脱离本发明的精神或传授内容的情况下对其进行修改。在此说明的这些实施方案只是示意性的且是非限制性的。系统及方法的多种变化及修改是可能的并且是在本发明的范围之内的。[0113]若任何引用结合在此的专利、专利申请以及公开物中的披露内容与本申请的描述相冲突的程度到了可能导致术语不清楚，`则本说明应该优先。
【权利要求】
1.一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o°c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: -加热一个热交换器，所述热交换器包含受热部区段和利用太阳能的加热部区段，这样使得该加热部区段的温度是至少15°c、有利地至少20°C、更有利地至少25°C、优选地至少30 V、更优选地至少40 V、甚至更优选地至少45 V， -将该池液体的一部分进料到该热交换器的受热部区段， -将在该热交换器的加热部区段内的池液体加热以便产生一种加热过的池液体，该加热过的池液体处于比该环境空气温度高至少10°c、优选地至少15°C、更优选地至少20°C的一个工作温度下， -将在该工作温度下加热的该加热过的池液体进料到该蒸发池的一个开放区域，这样使得该池液体的水的一部分蒸发。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该池液体包含按重量计最多30%、有利地最多25%、更有利地最多18%、甚至更有利地最多10%的碳酸钠。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中该池液体包含按重量计最多4%、有利地最多3%、更有利地最多2%、甚至更有利地最多1%的碳酸氢钠。
4.根据权利要求3所述的方法，其中该池液体包含最多18%的碳酸钠和最多3%的碳酸氢钠，或最多10%的碳酸钠和最多4%的碳酸氢钠。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该环境空气温度是至少5°C、优选地至少10°C、更优选地 至少15°C。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该工作温度是至少10°C、有利地至少20°C、优选地至少30°C、更优选地至少35°C。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该工作温度是最高95°C、有利地最高75°C、优选地最高60°C、更优选地最高48°C。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中将该加热过的池液体在被进料到该蒸发池的开放区域前在序贯的温度下序贯地加热，并且其中该序贯温度比该工作温度高至少5°C、有利地至少10°C、优选地至少15°C。
9.根据权利要求5所述的方法，其中将该加热过的池液体在该序贯的温度下在一个序贯的加热时间过程中序贯地加热并且其中该序贯的加热时间是至少5秒、有利地至少30秒、更有利地2分钟、最有利地至少5分钟。
10.根据权利要求5或6所述的方法，其中将该加热过的池液体在该序贯的温度下使用以下序贯的时间段序贯地加热:最多12小时、有利地最多5小时、更有利地最多2小时、最有利地最多I小时。
11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该太阳能是由一个太阳热收集器收集的太阳热能。
12.根据前一权利要求所述的方法，其中该太阳热收集器是选自:柔性太阳能电池板、柔性带状太阳能电池板、螺旋管半球状电池板、金属玻璃真空管太阳能电池板、深色表面、深色波纹表面、深色三维表面、或深色部分地半球状表面。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中该热交换器是该太阳热收集器。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中该池液体在该蒸发池内部限定了一个表面水平并且其中该太阳能收集器位于该表面水平之上以便使得有可能在冻季期间清洗该太阳能收集器。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中该太阳能收集器是一个深色表面，该深色表面定位为使其相对于水平位置是倾斜的并且将该池液体分布在该深色表面上，这样使得该深色表面的至少一部分被该池液体湿润并且将该池液体在其上加热，并且将该加热过的池液体从其上收集回一个尾池中或收集回一个后面的废料池中。
16.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中该热交换器不同于该太阳热收集器，并且其中该太阳热收集器加热一种中间的加热过的流体例如水和乙二醇，并且该中间的加热过的流体加热该热交换器的受热部。
17.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该利用太阳能的热交换器的加热是用选自以下各项的组中的热量来补充的:热蒸汽冷凝物、低于3.5巴的低压蒸汽、以及其组合
18.根据权利要求14所述的方法，其中该热蒸汽冷凝物或低于3.5巴的低压蒸汽在将热量提供给该热交换器后转变成一种冷却的冷凝物并且其中所述冷却的冷凝物进一步用于从蒸汽发生器的烟雾中回收热量。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中该热量是通过一个由矿井甲烷供给燃料的燃气加热器产生的，该矿井甲烷是从一个长壁采空区通风孔和/或从矿井通风回收的。
20.根据前一权 利要求所述的方法，其中该从一个长壁采空区通风孔回收的矿井甲烷在一种不燃矿石长壁开采作业过程中、有利地在一种天然碱矿石长壁开采作业过程中产生。
21.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中将水、优选地蒸汽冷凝物、更优选地至少35°C温度下的蒸汽冷凝物以优选地至少I分钟/8小时时间段、以更优选地至少I分钟/4小时时间段序贯地进料到该热交换器的该受热部区段来代替该加热过的池液体的至少一部分。
22.根据前一权利要求所述的方法，其中将水、优选地该蒸汽冷凝物、更优选地该至少35°C温度下的蒸汽冷凝物以最多20分钟/8小时时间段、更优选地以最多10分钟/4小时时间段序贯地进料到该热交换器的该受热部区段来代替该加热过的池液体的至少一部分。
23.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该水性碳酸钠流还含有氯化钠和/或硫酸钠。
24.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中将该加热过的池液体通过用一种喷洒装置将该加热过的池液体喷洒进该蒸发池的开放区域来进料到该蒸发池的开放区域，以便当喷洒时蒸发该池液体的至少一部分水。
25.根据权利要求23或24所述的方法，其中该池液体包含按重量计至少2%、有利地至少4%、更有利地至少6%、甚至更有利地至少10%的氯化钠、或硫酸钠、或氯化钠和硫酸钠。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，其中该池液体包含按重量计最多14%的氯化钠。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中该池液体包含按重量计最多8%、有利地最多5.8%的硫酸钠。
28.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该蒸发池添加有一种碳酸钠水性流，用于从该碳酸钠水性流中部分地或全部地回收该碳酸钠。
29.根据以上权利要求所述的方法，其中该碳酸钠水性流是来自一种溶液开采工艺的水溶液，通常为天然碱矿或苏打石矿或碳酸氢钠石矿溶液开采、优选地天然碱矿溶液开采的水溶液，并且其中该碳酸钠水性流包含按重量计至少1%、有利地至少6%并且包含按重量计最多30%的碳酸钠。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其中该碳酸钠水性流包含来自碳酸钠结晶器或碳酸钠衍生物结晶器的一种水性清洗液，或主要由来自碳酸钠结晶器或碳酸钠衍生物结晶器的一种水性清洗液组成，或由来自碳酸钠结晶器或碳酸钠衍生物结晶器的一种水性清洗液组成，并且包含按重量计至少6%和最多30%的碳酸钠。
31.根据前一权利要求所述的方法，其中该碳酸钠水性流是在第一池中产生的，其中将碳酸钠水性排放液，有利地包含来自碳酸钠结晶器或碳酸钠衍生物结晶器的碳酸钠水性清洗液的碳酸钠水性排放液或由来自碳酸钠结晶器或碳酸钠衍生物结晶器的碳酸钠水性清洗液组成的碳酸钠水性排放液进料到该第一池中，将该碳酸钠水性排放液冷却以便产生: -十水合碳酸钠晶体，以及 -该碳酸钠水性流。
32.根据以上权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤: -在该环境空气温度下，在达到钠盐饱和的池液体前，停止将该池液体的该部分进料到该热交换器中， -通过将该池液体进一步在同一蒸发池中或在另外的蒸发结晶池区域中暴露于环境空气条件下，典型地在夏季月份期间，允`许该池液体的水进一步蒸发以便结晶包含氯化钠或硫酸钠的、优选地包含至少10重量％的氯化钠或硫酸钠的另外的钠盐。
33.根据以上权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤: -在该环境空气温度下，在达到钠盐饱和的池液体前，停止将该池液体的该部分进料到该热交换器中， -将该池液体进料到一种溶液开采腔或一种采空腔或深井注入中。
34.根据权利要求28至31中任一项所述的方法，其中该碳酸钠水性流是在第一池中产生的，其中将来自碳酸钠结晶器或来自碳酸氢三钠或来自碳酸氢钠结晶器的一种碳酸钠水性清洗液进料到该第一池中，将该碳酸钠水性清洗液在该第一池中冷却以便形成: -十水合碳酸钠晶体和/或碳酸氢三钠晶体，以及 -该碳酸钠水性流。
35.根据权利要求28至31中任一项、或权利要求34所述的方法，其中该碳酸钠水性流还含有氯化钠和/或硫酸钠，该方法进一步包含: -将该池液体的一部分排放进后面的池中以便根据权利要求25至27中任一项控制在该池液体中的氯化钠或硫酸钠浓度。
36.一种用于在蒸发池中回收池固体以及池液体的方法，所述池固体包含碳酸钠水合物、氯化钠和/或硫酸钠，所述池液体包含按重量计至少6%的碳酸钠，并且所述蒸发池处于与大于0°C并且最高20°C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: -加热一个热交换器，所述热交换器包含受热部区段和利用太阳能的加热部区段，这样使得该加热部区段的温度是至少15°C、有利地至少20°C、更有利地至少25°C、优选地至少30°C、更优选地至少40°C、甚至更优选地至少45°C， -将该池液体的一部分进料到该热交换器的受热部区段， -将在该热交换器的加热部区段内的池液体加热以便产生一种加热过的池液体，该加热过的池液体处于比该环境空气温度高至少10°C、优选地至少15°C、更优选地至少20°C的工作温度下， -将在该工作温度下加热的该加热过的池液体的一部分进料到该蒸发池的开放区域中，这样使得池固体的一部分熔化， -将在该工作温度下加热的该加热过的池液体的另一部分进料到一个结晶池区域，这样使得与该环境空气相接触的该池液体的碳酸钠的一部分结晶成十水合碳酸钠， -将该包含氯化钠、和/或硫酸钠、水和贫化量的碳酸钠的结晶池区域溶液的一部分排放进蒸发池中， -收集该结晶池区域的十水合碳酸钠的一部分。
37.根据前一权利要求所述的方法，其中该池液体包含按重量计最多4%、有利地最多3%、更有利地最多2%、甚至更有利地最多1%的碳酸氢钠。
38.根据权利要求36或37所述的方法，进一步包含使用一个加热泵以及用于回收来自十水合碳酸钠在该结晶池中的结晶的热量的装置以及用于将来自该十水合碳酸钠的结晶的该热量的一部分带到该蒸发池的装置，这样使得该池固体比不使用该加热泵以更高的量熔化和/或熔化的更快。
39.一种用于降低回收的池固体的卡车运输的成本的方法，该池固体包含从碳酸钠水性流产生的十水合碳酸钠晶体，所述方法包含: -收集该回收的池固体， -将该收集的回收的池固体的一部分进料到保持在以下温度下的熔化器中:至少约20°C、优选地至少约25°C、更优选地至少约30°C、最优选地至少35°C，以便产生熔化器液体， -加热热交换器，所述热交换器包含受热部区段和利用太阳能的加热部区段，这样使得该受热部区段的温度是至少20°C、更有利地至少25°C、优选地至少30°C、更优选地至少40°C、甚至更优选地至少45°C， -将该熔化器液体的一部分进料到该热交换器的该受热部区段， -在该利用太阳能的热交换器中加热该熔化器液体以便产生一种加热过的熔化器液体-将该加热过的熔化器液体的一部分移出、运输该加热过的熔化器液体的该部分，从而将一种原料提供给一种生产碳酸钠、或碳酸氢钠、或亚硫酸钠、或其他衍生物的工艺， -将该加热过的熔化器液体的剩余部分进料回该熔化器中以便熔化该回收的池固体的一部分， 其中该回收的池固体的十水合碳酸钠晶体的一部分是根据如权利要求31或34所述的方法，因此在一种至少2个池的管理工艺、有利地在一种至少3个池的管理工艺中生产的。
40.一种用于制造碳酸钠或碳酸钠衍生物的工艺，该工艺包含根据以上权利要求中任一项所述的方法。
【文档编号】C01D7/22GK103880047SQ201310714421
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】A·万登多伦, J·A·莫特 申请人:索尔维公司