一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法，该方法是利用废碱与烟道气混合而成的烟气混合物，经循环洗涤、澄清后获得的Na2SO4溶液来制备碳酸氢钠产品的过程，所述的废碱为干燥固体，按重量百分比计，废碱包含以下组份：Na2CO3：50～85%；Na2SO4：12～35%；其他：1～15%，所述的废碱为己内酰胺焚烧废碱或碳酸钠废碱。本发明设计合理，实现了利用废碱治理废气，以废治废的目的，除此之外，该方法还可获得了价值较高的碳酸氢钠产品，所以不但节约能源，减少污染，而且还降低了烟气净化的成本以及避免烟气净化的二次污染，彻底的解决了废碱对环境的污染，社会效益十分显著。
【专利说明】一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法，具体涉及废碱 用于烟气净化中碳酸氢钠的制备技术，属于烟道气的净化领域。
【背景技术】
[0002] 石油及化工等行业的不断进步在促进经济发展的同时，也给环境造成了污染，目 前，全球性的污染问题已日趋严重，更引起了世界各国的普遍关注和重视，尤其是火电厂燃 煤、燃煤锅炉以及垃圾焚烧烟气的排放等，对大气的污染相当严重，我们知道，燃煤烟气中 含有大量的烟尘、二氧化碳、SO 2和NOx等有害物质，其中，燃料燃烧排放的二氧化碳是引起 温室效应的主要物质；S0 2、NOx以及飞灰颗粒又是大气污染的主要来源；当然，燃煤锅炉等 烟道气产生的烟尘也是造成大气污染的主要原因之一，其主要成分也是SO 2和NOx。据报道， 我国约有70%的城市悬浮微粒水平超标，2/3的城市周围大气中的SO 2超标，因此，为提高当 前环境的空气质量，这些污染物的治理和减排更是刻不容缓。
[0003] 在我国，烟气脱硫脱硝是大气污染治理中最主要的措施，国内外烟气脱硫技术很 多，包括石灰石一石膏法、氨法、双碱法、旋转喷雾法等，在各种脱硫脱硝技术中，使用最为 广泛的就是吸附剂，通常包括钠类吸附剂、镁类吸附剂、钙类吸附剂等等，在烟气治理过程 中，通常使含有SOx和NOx化合物的烟道气流与吸附剂颗粒接触而去除存在于烟道气流中 的所有SOx和大量NOx化合物，实际使用效果良好，当然，为更好去除残留的SOx和NOx化合 物，还可继续将净化后的烟道气与吸附剂溶液相接触，从而去除烟道气流中的任何残留SOx 和NOx化合物。现有情况是，烟道气的脱硫脱硝工艺是一项必须与工业生产进程相匹配并 可持续进行的大型化工业处理，不论是干法洗涤所采用的的固体吸附剂还是湿法洗涤所采 用的吸附剂溶液，对于整个烟道气脱硫脱硝工艺而言，其使用量是十分庞大的。
[0004] 现有的专利文献CN101570370 (高资源化处理环己酮皂化废碱液的方法， 2009-11-04)和CN102874848A (-种从环己酮废碱液中回收碳酸氢钠及有机酸钠盐的 方法，2013-01-16)均公开了 一种利用废碱液制取碳酸氢钠的生产方法，特别是专利文献 CN101570370,揭示了利用环己酮废碱液与烟道气中的二氧化碳反应而获得碳酸氢钠的方 法，达到了以废治废零排放的工艺效果，但经实践证明，由该方法获得碳酸氢钠的质量还停 留在粗品阶段，若将该方法获得碳酸氢钠作为吸附剂用作烟道气脱硫脱硝的净化工艺，其 去除效果并不理想，同时，由该方法获得碳酸氢钠粗品产率较低，若为适应烟道气脱硫脱硝 工艺吸附剂的使用量，不但要增加其工业规模，同时还要增加粗品净化工序，大大的提高了 整个制备工艺的成本投入，为此，本发明应运而生。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法， 该制备方法是利用含钠废碱与烟道气反应生成的Na 2SO4，再与碳酸氢铵反应而获得碳酸氢 钠的方法，反应原料中的Na2SO 4来自于含钠废碱与烟道气的混合反应，实现了利用废碱治 理废气，以废治废的目的，除此之外，该方法还可获得了价值较高的碳酸氢钠产品，所以不 但节约能源，减少污染，而且还降低了烟气净化的成本以及避免烟气净化的二次污染。
[0006] 本发明通过下述技术方案实现：一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化 制备方法，该方法是利用废碱与烟道气混合而成的烟气混合物，经循环洗涤、澄清后获得的 Na2SO4溶液来制备碳酸氢钠产品的过程，实现了利用废碱治理废气，以废治废的目的，具有 节约能源、减少污染以及降低烟气净化的成本等优势，社会效益十分显著，所述的废碱为干 燥固体，按重量百分比计，废碱包含以下组份： Na2CO3 :50 ?85% ; Na2SO4 :12 ?35% ; 其他：1?15%，如：NaCl、游离碳、不溶物杂质等。
[0007] 在本发明中，所述的废碱为己内酰胺焚烧废碱、碳酸钠废碱碳酸氢钠废碱。
[0008] 进一步的，所述的废碱为己内酰胺焚烧废碱，按重量百分比计，所述的己内酰胺焚 烧废碱包含以下组份： Na2CO3 :65 ?85% ; Na2SO4 :15 ?30% ; NaCl :2 ?5%。
[0009] 本发明应用范围广泛，可用于多种尾气的废气治理，所述的烟道气为燃煤烟气、焦 化尾气或烧结尾气，所述烟道气中的污染物包括以下组份： SOx :1000 ?5000 mg/Nm3,其中，X 选取 2 或 3 ; NOy :200 ?600 mg/Nm3,其中，Y 选取 1 或 2。
[0010] 该方法包括如下步骤： A :制备硫酸钠溶液：将废碱与烟道气相混合，净化烟道气中的污染物后得到烟气混合 物，再对该烟气混合物进行循环洗涤，并获得Na2SO4浓度含量为24?28%的洗涤液； B :澄清：在上述步骤获得的洗涤液中加入助沉剂，对洗涤液进行澄清； C :碳酸氢钠单元：将澄清后的洗涤液送入反应器中，与碳酸氢铵反应后，获得碳酸氢 钠悬浮液； D :提纯：对碳酸氢钠悬浮液进行提纯，获得碳酸氢钠产品。
[0011] 为更好的实现上述本发明，所述的步骤A包括： (A. 1)将废碱送入粉碎机进行粉碎，粉碎后获得粒度为300?400目的废碱颗粒； (A. 2)将上述步骤获得的废碱颗粒送入加料漏斗，然后再通过气固输送器送入废碱粉 仓，经计量后再送入干粉喷射器，并利用干粉喷射器将废碱颗粒均匀地喷射入烟道气中，并 实现废碱与烟道气的充分混合、反应，并形成烟气混合物； (A. 3)设立布置有喷淋层的吸收塔，且在该喷淋层上设有由上至下进行脱硫液喷淋的 喷嘴，所述的烟气混合物经吸收塔中部送入塔内，并与脱硫液喷雾相接触，反应后获得SO2 含量小于100mg/Nm3、N0Y含量为55?200mg/Nm3的烟气物，吸收塔内的温度为50?60°C， 湿度为95?99% ; (A. 4)对上述烟气物进行除雾处理后再送入吸收塔氧化段，与氧化液反应后，获得SO2 含量小于100mg/Nm3、N0Y含量小于100mg/Nm3的烟气和Na 2SO4浓度含量为24?28%的洗涤 液，所述的烟气直接由烟道进行排放。
[0012] 由于实际应用过程中，己内酰胺焚烧废碱中通常还包括游离碳、不溶物杂质等物 质，因此，采用助沉剂的使用来提高洗涤液中Na 2SO4的纯净度，从而获得更高质量的碳酸 氢钠，为此，所述的步骤B包括： (B. 1)使用助沉剂对步骤(A. 4)获得的洗涤液进行澄清，按重量比计，所述助沉剂的加 入量与洗涤液的比值为（1?5) :1000 ; (B. 2)将澄清后的洗涤液通过排出泵送至压滤机进行过滤，过滤后得到的硫酸钠溶液 再送至碳酸氢钠单元，完成步骤C的操作。
[0013] 所述的助沉剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酰钠或聚合硫酸铁，以聚丙烯酰胺(简称PAM) 为例，上述步骤则可概括如下：聚丙烯酰胺是一种水溶性线型高分子物质，是由单体丙烯酰 胺聚合而成，其分子量从千到数百万以上，能使悬浮物质经过电中和，架桥吸附效果，起到 絮凝效果，因此，在洗涤液中加入聚丙烯酰胺3- 5秒后，游离碳和不溶物杂质即迅速凝聚， 然后通过压滤机(如：板框过滤机）进行过滤，过滤后得到的硫酸钠溶液十分清澈，滤饼则可 作为固废运送至渣场。
[0014] 为更好的实现上述步骤，按重量比计，所述的废碱与烟道气的混合比为IOOOOmg/ Nm3,经混合反应后获得的烟气混合物中污染物的含量为：SO2 :300?1500mg/Nm3、N0Y :60? 200 mg/Nm3。
[0015] 在所述的步骤C中，洗涤液中钠离子与碳酸氢铵按摩尔数比1 :(0. 5?1. 5)的比 例加入至反应器中，在温度35?40°C，反应时间40?60 min的条件下，获得碳酸氢钠悬 浮液，优化的，洗涤液中钠离子与碳酸氢铵的摩尔比为I :1. 03。
[0016] 在所述的步骤D中，碳酸氢钠悬浮液经带式过滤机洗涤提纯后，经干燥得到碳酸 氢钠产品，在本发明中，带式过滤机主要由脱水皮带、滤布、耐磨带、真空盘、进料箱、卸料装 置、洗水装置、框架和带机驱动装置等部件组成，带式过滤机通过喂料、过滤、洗涤、脱渣、滤 布再生可连续自动完成，自动化程度高，可对物料进行多级平流或逆流洗涤，过滤液(母液） 和洗涤液可分开集液，节省洗液同时确保质量。
[0017] 本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果： (1)本发明是利用废碱与烟道气反应、混合洗涤后生成的含有一定浓度的Na2SO4洗涤 液，再与碳酸氢铵反应而获得碳酸氢钠的制备方法，反应原料中的Na2SO4来自于废碱与烟 道气的混合反应和对烟道混合气进行的循环洗涤，实现了利用废碱治理废气，以废治废的 目的，彻底的解决了废碱对环境的污染，社会效益十分显著。
[0018] (2)本发明可适用于烟道气净化领域，S卩：使用废碱作为预处理剂对烟道气进行粗 净化除去SO 3及大部分SO2和一部分NOy后，再利用吸收塔对烟道混合气进行脱硫脱硝处理， 脱出残余SO 2和N0γ后，达到符合国家排放指标的烟气即可直接进行排放，吸收塔吸收SO2获 得的洗涤液则可安排送至碳酸氢钠单元，用于碳酸氢钠的制备，在解决了废碱对环境的污 染和实现烟道气的净化处理的同时，更有效的解决了烟道气净化处理领域中洗涤液的排放 和处理，有效的控制了烟道气净化的工业成本，适宜广泛推广使用。
[0019] (3)本发明在适用于烟道气的治理过程中，还具有良好的实际应用效果，首先，废 碱经粉碎后由喷射器喷入烟道气中，经充分混合反应后，能除去烟道气中的SO 3及大部分 SO2和一部分NOy，该步骤能有效的提高后续脱硫液在吸收塔内的脱硫脱硝效率，提高烟气 的净化效率，在实际使用过程中，烟道气的净化率可高达98 %。
[0020] (4)本发明可实现烟道气净化中碳酸氢钠的工业化生产，其工业化设计合理，依次 采用吸收塔、反应器等组合而成，不仅可实现烟道气的净化处理，还可实现碳酸氢钠规模化 的生产，并可获得价值较高的碳酸氢钠产品，同时，更降低了烟道气净化的整体成本，经济 效益十分显著。
[0021] (5)本发明设计合理，特别是针对碳酸氢钠单元中获得的复分解产物硫酸铵，还可 进行回收利用，不但节约能源，减少污染，而且还以及避免烟气净化的二次污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的工艺结构示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面将本发明的发明目的、技术方案和有益效果作进一步详细的说明。
[0024] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对所要求的本发明提供进一步的说 明，除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属【技术领域】的普通技 术人员通常理解的相同含义。
[0025] 随着环保意识的不断增强，目前，人们对工业烟气污染的治理和固体废弃物的再 生利用已成为当前环境保护的重点，将固体废弃物科学地回收利用，然后将其运用到烟气 的治理中，即可实现"以废治废、变废为宝"的治理效果，既有社会效益和经济效益，更具有 重要的环保意义，例如：现有的专利文献CN101570370 (高资源化处理环己酮皂化废碱液的 方法，2009-11-04)披露的利用环己酮废碱液与烟道气中的二氧化碳反应而获得碳酸氢钠 的方法，不仅达到了以废治废零排放的工艺效果，同时，还可获得粗品碳酸氢钠，但经实践 证明，由该方法获得碳酸氢钠的质量还停留在粗品阶段，实际应用效果和工业化的规模生 产较差，而基于"以废治废、变废为宝"的工业目的，本发明提出了一种由废碱制备烟气净化 中碳酸氢钠的工业化制备方法，该方法是依次通过废碱与烟道气反应、循环洗涤并获得含 有一定浓度Na 2SO4的洗涤液后，再与碳酸氢铵反应而制得碳酸氢钠产品的制备过程，其优 势主要表现在以下方面： (1) 利用干燥废碱对烟道气进行粗净化，实现了固体废弃物的再生利用，达到了 "以废 治废"的目的； (2) 实现了烟道气的治理，经粗净化后的烟气混合物经循环洗涤后，不仅能实现符合 国家排放标准的烟气排放，还可获得特定浓度含量的洗涤液（即：浓度含量为24?28%的 Na2SO4 溶液）； (3) 克服了原有烟道气净化过程中对洗涤液的处理，将洗涤液作为碳酸氢钠的制备原 料，实现了"变废为宝"； (4) 在Na2SO4与碳酸氢铵的复分解反应过程中，还提出了针对复分解产物硫酸铵的 回收利用，如：生产硫酸铵肥料等，不仅能实现零排放的工业生产，且还具有良好的经济效 M ; 以下是对本发明技术方案的进一步描述： 如图1所示，本发明涉及如下步骤： A :制备硫酸納溶液： (A. 1)将干燥废碱送入粉碎机进行粉碎，粉碎后获得粒度为300?400目的废碱颗粒， 按重量比计，干燥废碱包含有50?85%的Na2C03、12?35%的Na2S0 4、1?15%的NaCl、游 离碳、不溶物等其他杂质，进一步的，废碱为己内酰胺焚烧废碱、碳酸钠废碱或碳酸氢钠废 碱； (A. 2)将上述步骤获得的废碱颗粒送入加料漏斗，然后再通过气固输送器送入废碱粉 仓，废碱粉仓顶部设除尘器，下部设振打装置，防止废碱粉仓的仓壁结块，经计量后再送入 干粉喷射器，并利用干粉喷射器将废碱颗粒均匀地喷射入烟道气中，并实现废碱与烟道气 的充分混合，其中，烟道气可选用燃煤烟气、焦化尾气或烧结尾气，其污染物包括以下组份： 30 )(:1000 ?5000 11^/^113，（乂选取2或3)、勵。200 ?600 11^/^113，（￥选取1或2)，在该步 骤中，废碱颗粒与烟道气充分接触反应后，可脱除烟道气中的SO 3及大部分的SO2和一部分 NOy，在实际操作过程中，按重量比计，废碱与烟道气的混合比为10000mg/Nm3，脱除烟道气 中的30 3后，经混合反应后获得的烟气混合物中污染物的含量为：SO2 :300?1500mg/Nm3、 N0Y :60?200mg/Nm3,其反应方程式包括：
【权利要求】
1. 一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法，其特征在于：该方法是利 用废碱与烟道气混合而成的烟气混合物，经循环洗涤、澄清后获得的Na2S04溶液来制备碳 酸氢钠产品的过程，所述的废碱为干燥固体，按重量百分比计，废碱包含以下组份： Na2C03 :50 ?85% ; Na2S04 :12 ?35% ; 其他：1?15%。
2. 根据权利要求1所述的一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法，其 特征在于：所述的废碱为己内酰胺焚烧废碱、碳酸钠废碱或碳酸氢钠废碱。
3. 根据权利要求2所述的一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法，其 特征在于：所述的废碱为己内酰胺焚烧废碱，按重量百分比计，所述的己内酰胺焚烧废碱包 含以下组份： Na2C03 :65 ?85% ; Na2S04 :15 ?30% ; NaCl :2 ?5%。
4. 根据权利要求1所述的一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法，其 特征在于：所述的烟道气为燃煤烟气、焦化尾气或烧结尾气，所述烟道气中的污染物包括以 下组份： SOx :1000 ?5000 mg/Nm3,其中，X 选取 2 或 3 ; NOY :200 ?600 mg/Nm3,其中，Y 选取 1 或 2。
5. 根据权利要求1所述的一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法，其 特征在于：该方法包括如下步骤： A :制备硫酸钠溶液：将废碱与烟道气相混合，净化烟道气中的污染物后得到烟气混合 物，再对该烟气混合物进行循环洗涤，并获得Na2S04浓度含量为24?28%的洗涤液； B :澄清：在上述步骤获得的洗涤液中加入助沉剂，对洗涤液进行澄清； C :碳酸氢钠单元：将澄清后的洗涤液送入反应器中，与碳酸氢铵反应后，获得碳酸氢 钠悬浮液； D :提纯：对碳酸氢钠悬浮液进行提纯，获得碳酸氢钠产品。
6. 根据权利要求5所述的一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法，其 特征在于：所述的步骤A包括： (A. 1)将废碱送入粉碎机进行粉碎，粉碎后获得粒度为300?400目的废碱颗粒； (A. 2)将上述步骤获得的废碱颗粒送入加料漏斗，然后再通过气固输送器送入废碱粉 仓，经计量后再送入干粉喷射器，并利用干粉喷射器将废碱颗粒均匀地喷射入烟道气中，并 实现废碱与烟道气的充分混合、反应，并形成烟气混合物； (A. 3)设立布置有喷淋层的吸收塔，且在该喷淋层上设有由上至下进行脱硫液喷淋的 喷嘴，所述的烟气混合物经吸收塔中部送入塔内，并与脱硫液喷雾相接触，反应后获得S02含量小于100mg/Nm3、N0Y含量为55?200mg/Nm3的烟气物，吸收塔内的温度为50?60°C， 湿度为95?99% ; (A. 4)对上述烟气物进行除雾处理后再送入吸收塔氧化段，与氧化液反应后，获得S02含量小于100mg/Nm3、N0Y含量小于100mg/Nm3的烟气和Na 2S04浓度含量为24?28%的洗涤 液，所述的烟气直接由烟道进行排放。
7. 根据权利要求5所述的一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法，其 特征在于：所述的步骤B包括： (B. 1)使用助沉剂对步骤（A. 4)获得的洗涤液进行澄清，按重量比计，所述助沉剂的加 入量与洗涤液的比值为（1?5) :1000 ; (B. 2)将澄清后的洗涤液通过排出泵送至压滤机进行过滤，过滤后得到的硫酸钠溶液 再送至碳酸氢钠单元，完成步骤C的操作。
8. 根据权利要求5?7任一项所述的一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制 备方法，其特征在于：所述的助沉剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酰钠或聚合硫酸铁。
9. 根据权利要求5?7任一项所述的一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化 制备方法，其特征在于：按重量比计，所述的废碱与烟道气的混合比为l〇〇〇〇mg/Nm3,经混合 反应后获得的烟气混合物中污染物的含量为：S02 : 300?1500mg/Nm3、N0Y :60?200 mg/ Nm3。
10. 根据权利要求5所述的一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法， 其特征在于：在所述的步骤C中，洗涤液中钠离子与碳酸氢铵按摩尔数比1 : (0. 5?1. 5)的 比例加入至反应器中，在温度35?40°C，反应时间40?60 min的条件下，获得碳酸氢钠 悬浮液。
11. 根据权利要求5所述的一种由废碱制备烟气净化中碳酸氢钠的工业化制备方法， 其特征在于：在所述的步骤D中，碳酸氢钠悬浮液经带式过滤机洗涤提纯后，经干燥得到碳 酸氢钠产品。
【文档编号】B01D53/83GK104353351SQ201410716387
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】李东林, 汪然, 刘应峰, 陈洪会, 郎治, 曹静 申请人:成都华西堂投资有限公司