一种食品级碳酸钾和食品级碳酸氢钾的生产工艺的制作方法

本发明涉及资源利用领域，具体涉及一种食品级碳酸钾和食品级碳酸氢钾的生产工艺。

背景技术：

1、碳酸氢钾在化工生产、食品加工、医药等领域有应用。具体地，如碳酸氢钾在化工生产上可用作生产碳酸钾、醋酸钾、亚砷酸钾的原料，也用于石油、化学品之灭火剂。也可用于医药，用来补充钾，用于治疗低钾症，也用作营养增补剂、赋形剂。在食品工业中作焙粉、发泡盐、化学膨松剂。在分析化学中碳酸氢钾常用作分析试剂。在实验室作酸度调节剂。中国碳酸氢钾主要消费领域还是食品领域，作为食品添加剂在烘焙领域、酸度调节剂领域代替碳酸氢钠的使用，其次是农业化肥、畜牧业、纸浆处理、灭火器等。与碳酸钾性质接近，只是碳营养的比例更高，钾营养的比例略低。

2、二氧化碳是全球目前产量最大的温室气体，是气候变暖的重要因素，据国际能源署报道，2010年世界二氧化碳排放量达到331.6亿吨，其中我国二氧化碳排放约83.3亿吨。而燃煤、燃气等产生的烟道气中含有大量的二氧化碳，具有稳定集中、处理量大等特点，是实现减排目标重要方向。为了减轻污染，烟道气在排放前往往需要经过吸收和处理。目前，关于烟道气的处理和利用主要采用碱水吸收法对二氧化碳进行吸收之后再进行解吸、回收二氧化碳，如专利(cn101318651)公开了一种利用氨水作为吸收剂从烟道气吸收并回收二氧化碳的设备和方法，该设备包括吸收塔和连接到吸收塔的循环冷却器，使得高温吸收剂从吸收塔被回收，冷却至预设的温度，且随后被再次提供到吸收塔中，以散发当从烟道气吸收二氧化碳时产生的吸收热。此类方法只能对烟道气中的二氧化碳先进行回收储存，再释放、利用，步骤繁琐，回收成本也较高。

3、因此，如何经济、高效的吸收利用烟道气中的二氧化碳，并将其转废为宝成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种食品级碳酸钾和食品级碳酸氢钾的生产工艺，其可经济、高效的将烟道气再利用并转化为高纯度的食品级碳酸钾和食品级碳酸氢钾。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种食品级碳酸氢钾的生产工艺，包括如下步骤：

4、s1.废气预处理：将含二氧化碳的废气进行水洗降温及碱洗；含二氧化碳的废气可以是燃煤、燃气等产生的烟道气，因天然气燃烧炉排放的烟道气含有少量固体颗粒杂质和酸性气体(so2和no2)，且温度较高(约120℃)，不能直接送到碳酸化系统进行反应，需要经过烟道气处理系统进行净化和降温，本发明中在预处理时，烟道气处理系统主要由水洗塔和碱洗塔组成，水洗塔的主要作用是除去烟道气中固体颗粒杂质和大部分酸性气体(so2和no2)，同时对烟道气进行降温，因此水洗塔内设置有冷却盘管或在水洗塔液相出口管路设置有冷却器，本领域技术人员可根据实际生产需求进行合理选择；水洗降温后的烟道气进入碱洗塔，碱洗液为碳酸钾或碳酸氢钾或两者的混合物，优选为5～20％的碳酸氢钾溶液，更优地为10％的碳酸氢钾溶液，从而完全洗涤脱出大部分酸性气体(so2和no2)。

5、s2.碳酸化：将步骤s1预处理后的废气与含钾碱性物质进行碳酸化反应，得到碳酸钾和碳酸氢钾的混合液，并控制反应ph不超过8.5；

6、洗涤后的气体进入碳酸化系统，本发明中碳酸化系统主要由烟道气压缩机、碳化塔和尾气吸收塔等设备组成，压缩机将净化后的烟道气加压至0.06mpa(g)，进入碳化塔进行碳酸化反应，得到碳酸钾和碳酸氢钾的混合液，反应温度40～80℃，优选为60℃，未被吸收的二氧化碳进入尾气吸收塔，尾气吸收塔中为30～48％含钾碱性物质，如氢氧化钾或碳酸钾溶液或两者的混合物，优选为浓度为45％的氢氧化钾，对二氧化碳进行充分吸收，吸收得到碳酸钾稀溶液，稀溶液再泵入碳化塔进行碳化反应；需要说明的是，氢氧化钾浓度不能低于30％，不能高于48％，低于30％时，会导致碳酸化时生成的碳酸氢钾浓度变低，不利于结晶析出；到浓度高于48％，会导致碳酸化时生成的碳酸氢钾浓度变大，在碳酸化的过程中析出结晶，堵塞管道和设备；

7、发明人创造性的发现：在进行碳酸化反应时，当ph达到8.5时，若继续通入烟道气，会出现以下问题：一是碳酸氢钾浓度增加缓慢，二是碳酸氢钾因浓度增大有析出晶体使设备堵塞风险，因此本发明在当ph达到8.5时，停止碳酸化反应，得到碳酸钾：碳酸氢钾质量比约为3：1的碳化混合溶液。

8、s3.结晶：对步骤s2得到的混合液降温至-20～20℃，结晶析出含少量碳酸钾的碳酸氢钾固体；

9、将得到的碳化混合溶液泵入结晶釜，再向结晶釜夹套中通入冷却水，将碳化混合溶液冷却至-20～20℃，并保冷10～60min，优选为30min，因碳酸钾和碳酸氢钾各自的溶解度不同，结晶出的固体中碳酸钾：碳酸氢钾的质量比为1：19～1：13，母液中碳酸钾：碳酸氢钾的质量比约为5：1～8：1。

10、s4.分离：对步骤s3得到的混合物进行离心分离，得到含少量碳酸氢钾的碳酸钾母液和含少量碳酸钾的碳酸氢钾固体；

11、s5.洗涤：向步骤s4得到的含少量碳酸钾的碳酸氢钾固体中加入洗涤水进行洗涤，再将洗涤后的碳酸氢钾固体进行干燥，得到食品级碳酸氢钾；所述洗涤水为溶解有二氧化碳的纯水。

12、具体地，在压力0.1～0.6mpa(g)条件下，优选为0.2mpa(g)，温度5～30℃，优选为20℃，使食品级二氧化碳溶解于纯水中，纯水电导率在1-50μs/cm之间，二氧化碳将和水发生反应co2+h2o＝h2co3，h2co3又会电离出h+和hco3-，用溶解有二氧化碳的水洗涤含少量碳酸钾的碳酸氢钾固体，在同离子效应下，h2co3电离出的hco3-能够阻止碳酸氢钾溶解，而不会阻止碳酸钾溶解，同时还能使部分碳酸钾转换为碳酸氢钾，从而将碳酸氢钾中少量的碳酸钾通过洗涤和转换的方式除去，完成洗涤后得到不含碳酸钾的高纯碳酸氢钾固体，将洗涤后的高纯的碳酸氢钾固体进行干燥，得到食品级碳酸氢钾。需要说明的是，洗涤水为溶解有二氧化碳的纯水，二氧化碳压力0.1～0.6mpa(g)，压力低于0.1mpa(g)，会导致二氧化碳溶解度变小，洗涤时会使碳酸氢钾溶解而被带出，导致碳酸氢钾收率降低，压力大于0.6mpa(g)时，二氧化碳与水生产的碳酸浓度将不会显著增加，导致装置能耗变高；洗涤水的温度低于5℃，水有结冰的风险，高于30℃，二氧化碳溶解度变小，洗涤时会使碳酸氢钾溶解而被带出，导致碳酸氢钾收率降低。

13、作为优选的，洗涤水用量与碳酸氢钾固体(湿基)质量的比值为1：1至1：10之间，优选为1：5，再将洗涤后的高纯的碳酸氢钾固体进行干燥，得到食品级碳酸氢钾。

14、本发明中发明人创造性的提出利用烟道气先转换成碳酸钾和碳酸氢钾的混合物，然后再将混合物进行分离分别得到高纯度产品的思路；而对混合物进行分离时并创造性地提出将混合物中的碳酸钾和碳酸氢钾之间相互转换以分别得到高纯度碳酸氢钾和碳酸钾，具体地，本发明采用溶有二氧化碳的水进行洗涤的方式进行，这样不仅可分别制得到高纯度的碳酸氢钾和碳酸钾，不会引入其他杂质，而且反应时间短，极大的降低了能源消耗。

15、作为优选的，在对碳酸氢钾固体进行干燥时：高纯碳酸氢钾固体转移至碳酸氢钾干燥系统，本发明碳酸氢钾干燥系统主要由空气加热器、振动流化床、旋风分离器、布袋除尘器、送风机和引风机组成；本领域技术人员可根据实际生产需求进行合理选择。空气加热器将空气加热至140～160℃后进入振动流化床，热空气在流化床内的流速为0.01～0.5m/s，床层温度100～120℃，出风口温度70～90℃，碳酸氢钾在振动流化床中停留约5min，蒸发出碳酸钾中的水份，得到满足gb 1886.247—2016标准的碳酸氢钾；尾气经过旋风分离器和布袋除尘器除尘后排入大气，布袋除尘器中布袋孔径130～160目。完成干燥的碳酸氢钾冷却至40摄氏度后包装。

16、食品级碳酸钾的制备过程为：将离心分离得到的母液进行浓缩，得到的母液中含有20～35％的碳酸钾和2～8％碳酸氢钾；浓缩温度120～180℃，真空度-0.02～-0.088mpa(g)，浓缩至碳酸钾质量分数为40～50％，再进行喷雾干燥，本领域技术人员也可根据实际生产需求合理选择其他干燥方式，干燥温度为220～260℃，在此高温下，母液中少量的碳酸氢钾将发生分解得到碳酸钾，最终得到食品级碳酸钾。

17、作为优选的，在对碳酸钾进行干燥时：高纯碳酸钾转移至碳酸钾干燥系统，本发明碳酸钾干燥系统主要由换热器、降膜浓缩器、天然气燃烧器、离心喷雾干燥塔、旋风分离器、尾气洗涤塔、送风机和引风机组成。固液分离后的母液首先进入尾气洗涤塔，对来自离心喷雾干燥塔约120℃的尾气进行洗涤，使尾气排放达标，同时利用尾气中的热量使母液温度提高至约40℃，再将母液泵入换热器，利用降膜浓缩器的蒸汽冷凝液对母液再次加热，使母液温度升至约60℃左右，之后进入降膜浓缩器，蒸汽压力约0.2mpa(g)，温度约125℃，降膜浓缩器真空度约-0.035mpa，物料出口温度约120℃，碳酸钾被浓缩到质量分数约45％，之后再泵入离心喷雾干燥塔，与来自天然气燃烧器的温度220～260℃的高温气体进行接触干燥，同时使碳酸钾溶液里的少量碳酸氢钾在高温下全部分解为碳酸钾，干燥后的碳酸钾固体经过旋风分离器收集，得满足gb25588—2010标准的食品级碳酸钾，温度冷却至40℃后包装。

18、除此之外，为根据市场情况调整碳酸氢钾产量，可以将经过降膜浓缩器浓缩后的母液部分或全部打入碳化塔，进行循环碳酸化，将母液中的碳酸钾转换为碳酸氢钾，从而增加碳酸氢钾产量。

19、本发明的有益效果是：

20、1、本发明中发明人创造性的提出利用烟道气先转换成碳酸钾和碳酸氢钾的混合物，然后再将混合物进行分离分别得到高纯度产品的思路；而对混合物进行分离时并创造性地提出将混合物中的碳酸钾和碳酸氢钾之间相互转换以分别得到高纯度碳酸氢钾和碳酸钾，具体地，本发明采用溶有二氧化碳的水进行洗涤的方式进行，这样不仅可分别制得到高纯度的碳酸氢钾和碳酸钾，不会引入其他杂质，而且反应时间短，极大的降低了能源消耗。

21、2、本发明中，为了保证碳酸钾和碳酸氢钾的分离，通过控制碳酸化反应的温度、ph及氢氧化钾浓度，使得生产得到的碳酸氢钾浓度更高，且提高了碳酸化反应的速度及后续结晶反应的正常进行；从而使得最终制得的产品的纯度更高。