一种氨碱法生产纯碱中防止NH3和CO2气体流失系统的开发的制作方法

本发明涉及系统的开发，该系统用于回收在氨碱法制备纯碱过程中起到催化作用的氨，以及该过程中使用的二氧化碳气体，并且该系统将氨和二氧化碳气体回收至生产过程中。

背景技术：

氨碱法的主要原料为盐、石灰岩以及无烟煤，氨在这个过程中起催化作用。最适合的石灰石(96％-98％的caco3(碳酸钙))是坚硬的并且含有少量二氧化硅和杂质。石灰石制成合适的粒度。

对于氨碱法，燃烧石灰石是为了获得cao(氧化钙)，使用无烟煤是为了获得co2。

原盐以饱和、纯净的盐溶液(盐水)的形式进入反应，通常从岩盐中获得。

在该方法中，当将(nh4)hco3(碳酸氢铵)加入到饱和的原盐溶液时，所形成的氯化铵溶液溶解，nahco3(碳酸氢钠)沉淀为固体；如果nahco3被过滤、分离以及焙烧，则转换成na2co3(碳酸钠)，如公式1所示：

2nahco3+heat→na2co3+h2o+co2

公式1.获得碳酸钠

对于氨碱法，氨的回收非常重要，因为这个方法将以更合适的成本来实现。氨碱法经济上的成功取决于在此方法中回收了近乎全部被使用的氨。大部分使用过的氨以碳酸氢钠滤液以及以nh4cl的形式存在。少量的氢氧化铵以碳酸铵和碳酸氢铵的形式存在。另外，氨还能够存在于此方法中分离的一些沉淀物和溶液中。

在文献中，氨碱法中的所有由氨组成的溶液和沉淀物被送至氨回收系统。通过热作用，氢氧化铵、碳酸铵以及碳酸氢铵在氨回收系统被分解和分离。氯化铵通过将石灰乳添加到介质中进入反应，并得到氢氧化铵。加热该氢氧化铵并回收氨。

2nh4cl+ca(oh)2→cacl2+2nh3+2h2o

公式2.获得氨

通过分离塔底部供给的水蒸气使几乎所有介质中的氨都升高。nh3和剥离的co2气体从分离塔上方排出，分离塔为填料式，cacl2、未反应的nacl以及剩余残渣(包括过量的石灰)从所述分离塔的底部取出。

在已知的技术中，被回收的nh3和co2气体与饱和纯净盐溶液一起被保留在氨碱法系统的吸收塔系统中。假使不将nh3气体保留在吸收系统中，且假使其不再被使用，吸收系统由于氨的大量损失无法有效运行，因此，碱的生产是不经济的。通过增加饱和盐溶液来保留nh3和co2气体不现实。因为在碳酸化系统和生产中使用了含氨的饱和盐溶液。另而言之，所用的含有氨的盐溶液相当于生产级别。

因此，由于上述所有问题，需要在相关技术领域进行改进。

技术实现要素：

本发明涉及系统的开发，该系统用于回收在氨碱法中使用的二氧化碳，和在氨碱法制备纯碱过程中起到催化作用的氨，该系统还将获得的氨(表示为nh3)和二氧化碳气体(表示为co2)回收至生产过程中，从而消除了前述提到的缺陷，且为相关领域带来新的优势。本发明的主要目的是提供一种当使用氨碱法时回收获得的二氧化碳及氨废气的系统。

本发明的另一目的是通过将废气纳入系统中，从而防治环境污染。

本发明的另一目的是使氨碱法制造纯碱更为经济。

为了实现以上目的，本发明涉及一种氨和二氧化碳气体的回收系统，所述氨在氨碱法生产纯碱过程中起催化作用，所述氨碱法中使用所述二氧化碳气体；所述回收系统包括：

i.吸收塔，生产含氨的盐水，所述盐水为所述氨碱法的原料；

ii.蒸馏塔，液体在其中彼此分离；

iii.碳酸气洗涤单元，包括自动阀和循环泵，用以回收碳化塔内的废气；

iv.过滤气体洗涤单元，包括自动阀和循环泵，用于回收从过滤步骤获得的废气。

所述吸收塔包括至少一个填料包。

在本发明主要实施例中，吸收塔漏斗部通过特殊的设计管道连接到过滤气体洗涤单元的输入部。

所述碳酸气洗涤单元的长度在10-16米之间，宽度在2-3米之间。碳酸气洗涤单元由玻璃增强聚合物材料制成。

碳酸气洗涤单元包含至少一种填料包。

在本发明的优选实施例中，碳酸气洗涤单元包含至少一个循环泵。

在本发明的优选实施例中，所述循环泵位于所述碳酸气洗涤单元的下部，并且比输出区域低至少1米。

在本发明的优选实施例中，其中在碳酸气洗涤单元漏斗部设置至少一个增加单元压力的自动阀。

在本发明的优选实施例中，所述过滤气体洗涤单元的长度在10米至16米之间，宽度在2米至3米之间。

在本发明的优选实施例中，过滤气体洗涤单元包含至少一个填料包。

在本发明的优选实施例中，过滤气体洗涤单元包括至少一个循环泵。

在本发明的优选实施例中，所述循环泵位于过滤气体洗涤单元的下部，并且至少比输出区域低1米。

在本发明的优选实施例中，在所述过滤气体洗涤单元漏斗部设置至少一个增加单位峰值压力的自动阀。

本发明是回收氨和二氧化碳气体的方法，所述氨在氨碱法生产纯碱过程中起催化作用，所述氨碱法中使用所述二氧化碳气体，其中所述方法包括：

i.过滤废气通过过滤管道进入过滤气体洗涤单元，所述过滤废气来自氨碱法后的过滤产物，，所述过滤气体洗涤单元包括至少一个循环泵和/或至少一个自动阀；

ii.用盐水处理进入所述过滤气体洗涤单元的所述过滤废气，将所述过滤废气送至吸收塔并纳入系统；

iii.通过设计的漏斗将无法在所述吸收塔中回收的气体送入所述过滤气体洗涤单元；

iv.所述过滤气体洗涤单元中的盐水再次处理没有进入所述吸收塔的气体，将所述气体再次送入所述吸收塔，并纳入所述系统中；

v.通过碳酸化管道将来自所述碳化塔的废气输送到碳酸气洗涤单元，所述碳化气体洗涤单元包括至少一个循环泵和/或至少一个自动阀；

vi.用盐水处理进入所述碳酸气洗涤单元的碳酸化废气，将所述碳酸化废气送至所述吸收塔，并纳入系统。

在本发明的优选实施例中，在步骤(ii)中，通过在所述过滤气体洗涤单元中的循环泵，盐水回收废氨和二氧化碳气体的效率增加了400％至500％。

在本发明的优选实施例中，在步骤(ii)中，通过过滤气洗涤单元的漏斗部的自动阀，过滤气体洗涤单元的峰值压力增大至200mmhg至700mmhg。

在本发明的优选实施例中，在步骤(v)中，通过所述碳酸气洗涤单元中的循环泵，盐水回收废氨和二氧化碳气体的效率增加至400％至500％。

在本发明的一个优选实施例中，步骤(v)中，通过所述碳酸气洗涤单元的漏斗部的自动阀，所述碳酸气洗涤单元峰值压力增加至200mmhg至700mmhg。

在本发明的一个优选实施例中，通过在所述方法中使用的盐水，更多氨气和二氧化碳气体的回收，达400％至500％。

附图说明

图1为现有系统的总体示意图；

图2为现有系统中过滤以及碳酸气洗涤单元代表性示意图；图3为推荐系统中过滤以及碳酸气洗涤单元代表性示意图。

附图标记列表：

10碳化塔

11二氧化碳输出部

20过滤部

21过滤废气部

30蒸馏塔

31蒸馏塔输出部

40吸收塔

41吸收塔漏斗部

42第一吸收填料包

43第二吸收填料包

44吸收气体洗涤部

45吸收废气输入部

46吸收盐溶液输入部

47吸收塔输入

50碳酸气洗涤单元

51碳酸气洗涤单元漏斗

52碳酸气洗涤单元盐溶液输入部

53第一碳酸气洗涤填料包

54碳酸气洗涤

55第二盐酸化气体洗涤填料包

56碳酸气洗涤单元输入部

57碳酸气洗涤单元输出部

60过滤气体洗涤单元

61过滤气体洗涤单元漏斗

62过滤气体洗涤单元盐输入部

63第一过滤气体洗涤单元填料包

64过滤气体洗涤单元

65第二步履气体洗涤单元填料包

66过滤气体洗涤单元输出部

67过滤气体洗涤单元输入部

70自动阀

80循环泵

具体实施方式

本发明涉及氨碱法中氨和二氧化碳气体的回收、回收的氨和二氧化碳气体的回用，其中氨在采用氨碱法生产纯碱过程中起催化剂的作用。采用实施例对本发明进行说明，实施例仅是为了更容易理解本发明，没有任何限制作用。在氨碱法中，当(nh4)hco3(碳酸氢氨)加入到饱和纯盐溶液中，氯化铵发生溶解，并且nahco3(碳酸氢钠)作为固体分离和沉淀。如果nahco3被过滤、分离和焙烧，它会转化成na2co3(碳酸钠)。借此，得到了如公式1所示碳酸钠产品。

2nahco3+heat→na2co3+h2o+co2

公式1.从碳酸氢氨中获得碳酸钠(纯碱)

nh3气体以氨(nh4cl，nh4oh，nh4hco3，(nh4)2co3)的混合物的形式从碳化塔19中排出，nh3气体在氨碱法生产纯碱(碳酸钠)过程中起到催化剂作用。现有技术中，这些化合物从碳化输出部(11)输送至过滤部(20)，在蒸馏塔(30)中作为nh3和co2气体回收。在吸收塔40中，回收的nh3和co2气体被保存在饱和盐水中。假使nh3气体不被保存在吸收塔40中且不再使用，则由于氨的大量流失，吸收系统无法以有效的方式工作，纯碱的生产是不经济的。

一旦应用了氨碱法，为了从氨碱法中获得所需的效益，该工艺中漏斗部分或其他部分损失的nh3，必须被添加到系统中去。因此，那些使用了氨碱法的系统的吸收塔，包含有nh3和co2的气体，具有下列特征，它们应被一起保持在有限数量的饱和盐水中：

a-从蒸馏塔30中将它们回收，

b-不将它们保留在碳化塔10中，

c-它们来自于过滤部20，

d-它们不能保留在吸收塔40中。

在氨碱法中，增加饱和盐溶液的总量来保持更多的nh3和co2气体是不经济的。这是因为饱和盐水不是生产纯碱的原料。

来自蒸馏塔30、过滤部20以及吸收塔40的氨和碳酸气的浓度低且体积大。因此，用有限量的饱和盐水保持存在于所述气体中的nh3和co2气体不是很有效，并且一些nh3和co2气体通过漏斗部分从系统释放到大气中。因此，nh3气体损失大。

该系统在氨碱法中流速、温度、压强中任一种的变化进一步会导致系统中nh3损失量的增加。

下面所给出的方程式是氨碱法中最重要的几步：

燃烧石灰石以及熟化(slaking)煅石灰

caco3(k)→cao(k)+co2(g)-q

c(k)+o2(g)→co2(g)+q

cao(k)+h2o(s)→ca(oh)2+q

公式2.燃烧石灰石以及熟化煅石灰

制备盐溶液

可以通过石灰石、海盐或者是天然盐水制备盐溶液。必须去除盐中的ca⁺²和mg⁺²，如果不去除，在氨的饱和溶液中会形成沉淀物caco3和mgco3。

制备含有氨的盐水溶液

通过向饱和盐溶液中通入氨来制备含有氨的盐水溶液，该过程在吸收塔进行。

在含有氨的盐水溶液中通入co2并分离nahco3

(nh4)2co3+h2o+co2→2nh4hco3

nh4hco3+nagl→nahco3+nh4cl

公式3.在含有氨的盐水溶液中通入co2并分离nahco3

煅烧nahco3

2nahco3→na2co3+h2o+co2

公式4.煅烧nahco3

在系统的生产部实现了与氨碱法相关的部分。在过滤气体单元60、吸收塔40及碳酸气洗涤单元50中实现了如氨和二氧化碳气体的回收。

如上所述，氨和二氧化碳气体的回收是通过系统中加入盐水来实现的。因此，通过增加盐水中氨/气的比例或通过增加塔内的压力可实现所述气体回收效率的增加。

当前系统中，如图2所示，来自蒸馏塔30的nh3和co2气体在吸收塔40中被回收，不能被保留在碳化塔10中的nh3和co2气体在碳酸气洗涤单元50中被回收；来自过滤部20的nh3和co2气体在过滤洗涤单元60中被回收；那些不能在吸收塔40中被保留的气体在过滤气体洗涤单元60中通过盐水被回收。

在本系统中，因为用于回收废气的盐水在系统中有特定用途，这些不能被保留的气体通过过滤气体洗涤单元60、碳酸气洗涤单元50以及吸收塔的漏斗41被释放到大气中。

在推荐的系统中，如图3所示，第一个改进即为过滤气体单元60和碳酸气洗涤单元50分别包括一个循环泵80。由于在过滤气体洗涤单元60和碳酸气洗涤单元50增加了循环泵80，盐水可从第一过滤气体洗涤单元填料包63和第一碳酸化填料包53再次供给该单元中。

所述循环泵80大约设置在过滤气体洗涤单元输出部67以及碳酸气洗涤单元输出部57的下方至少一米处。在气体洗涤单元中，不会有液位填充和液位排放。循环泵(80)的容量为含氨/气盐水比例最有效时的容量。

如上所述，本发明的基本原理在于增加盐水中含氨/气体的比例。在该系统中，通过放置在气体洗涤单元上的循环泵80，所限定的盐水在单元内高水平循环，所述盐水主要用氨处理。因此，利用推荐的系统，水循环容量80至少是现有系统的四倍。高体积氨和二氧化碳气体可接触更多的盐水。

推荐系统中的气体洗涤塔设计相似。气体洗涤单元由玻璃增强聚酯材料制成，长度约为10米至16米，宽度在2米至3米之间。气体洗涤单元包括盐水输入部；含氨盐水输出部；将氨和二氧化碳气体被带到塔处的气体输入部；以及至少一个处理含盐水气体的填料包。

循环泵80设置在碳酸气洗涤单元50和过滤气体洗涤单元60上。

在本发明的优选实施例中，气体洗涤单元由玻璃增强的聚酯材料制成。借此，可采用高耐腐蚀、低成本和使用寿命长的气体洗涤单元。

在当前系统中，不能被吸收塔40保存在有限盐水中的氨和二氧化碳气体通过漏斗部被排放至大气中。所推荐的系统的另一个改进是漏斗，漏斗是那些无法保留在吸收塔40中的氨和二氧化碳气体的输出位置，漏斗通过管路连接于过滤气体洗涤单元60。借此，在正常条件下从漏斗输送给大气的废气，由于被送至过滤气体洗涤单元60，从而能够被盐水再次吸收。

从文献中也可以得知，nh3和co2气体的吸收效率和单元中的压强有关。随着单元中的压力增加，nh3和co2气体的吸收效率也高。在本发明的推荐系统中，在碳酸气洗涤单元气体输入部56和过滤气体洗涤单元气体输入部57提供的自动阀70，位于碳酸气体洗涤单元气体输出部57和过滤气体洗涤单元气体输出部67。基于上述设置，用于调节碳酸气洗涤单元50和过滤气体洗涤单元60峰值压力的自动阀70设置在从碳酸气洗涤单元50和过滤气体洗涤单元60通向碳酸气输出部57和通向过滤气体洗涤单元气体输出部67的线路中。据此，碳酸气洗涤单元50和过滤气体洗涤单元60的峰值压力与碳酸气洗涤单元输入部56和过滤气体洗涤单元气体输入部67的压力相同。凭借该推荐系统，碳酸气洗涤单元50和过滤气体洗涤单元60的峰值压力在200毫米汞柱至700毫米汞柱之间。因此，碳酸气洗涤单元50和过滤气体洗涤单元60将于压力值在200毫米汞柱至700毫米汞柱之间起作用。通过推荐系统，塔的效率将增加，且nh3和co2的损失将会降低。

在利用氨碱法生产纯碱之后，推荐系统的操作原理通过同时应用的四个分离的系统实现。在下列描述中，详细介绍了这四个分离系统的操作的细节。

·在碳化塔10中碳酸化过程完成之后，氨和作为废气的二氧化碳气体通过特殊设计的管路被转移至碳酸气洗涤单元50。碳酸气洗涤单元包括至少一个碳酸化填料包53、至少一个循环泵80、至少一个自动阀70、碳酸气洗涤单元输入部56、及碳酸气洗涤单元废气输出部57和碳酸气洗涤单元盐水输出部52。从碳酸气洗涤单元输出部56出来的氨和二氧化碳废气在碳酸气洗涤部54用盐水进行处理。在此，盐水可以保持氨的特定比例。在当前系统中，盐水与氨通过管路转移到吸收塔40，氨可以保存在盐水中，增加系统所需的盐水。在推荐系统中，碳酸气洗涤单元50包括循环泵80和位于碳酸气洗涤单元漏斗部51的自动阀70。通过这些特殊的设计，来自碳酸气洗涤单元输入部56的氨和二氧化碳废气可通过盐水和循环泵80在单元内的多次处理。据此，更多的氨和二氧化碳废气可以被保存在有限的盐水中，并且可以被转移至吸收塔40。过滤气体洗涤单元60的另一个改进点是自动阀70，它可以防止废气排放，此外，它还增加了单元内的峰值压力和盐水中废气的吸收效率，废气也就是现有系统中不能被保存、由漏斗排放至大气的氨和二氧化碳气体。

·氨和二氧化碳气体，是来自过滤部20的废气，通过特殊设计的管路被送到过滤气体洗涤单元60。过滤气体洗涤单元60包括至少一个填料包65、至少一个循环泵80、至少一个自动阀70、一个废气输入部67、一个废气输出部60和至少一个盐水输入部62。来自过滤气体洗涤单元输入部62的二氧化碳废气和氨，通过过滤气体洗涤部64的盐水进行处理。在此，盐水可以保留特定比例的氨。在现有系统中，盐水与氨一起被输送到吸收塔40，氨可以被盐水保存，通过管道，盐水可根据系统需要加入。在推荐系统中，过滤气体洗涤单元60在过滤气体洗涤单元漏斗部61处包括至少一个循环泵80以及至少一个自动阀70。通过这些特殊的设计，来自于过滤气体洗涤单元输入部62的氨和二氧化碳废气，能够通过盐水和循环泵80在单元内多次进行处理。据此，更多的氨和二氧化碳废气能够通过有限的盐水被保存并可以被转移至吸收塔40。过滤气体洗涤单元60中另一个改进是自动阀70，系统中不能被保存的氨和二氧化碳气体，防止了废气从过滤气体洗涤单元漏斗61被排放至大气中，此外，它们增加了单元内的峰值压力，从而提高了盐水中的吸收废气效率。

·在氨碱法生产系统中的吸收塔40基本作用是生产含有氨的盐水。在这个塔中，从系统中回收的氨和二氧化碳废气在此被收集起来。吸收塔40包括至少一个填料包42、气体洗涤部、至少一个盐水输入部46，以及至少一个废气输入部45。在吸收塔40中，为了保留住通过有限盐水不能够保留住的废气，吸收塔漏斗41至过滤气体洗涤单元输入部67是通过特殊设计的管路连接的。借此，不被吸收塔40所保留的氨和二氧化碳废气，会被盐水再次处理，系统回收废气的效率也会增加。

·氨和在蒸馏塔30中经过处理后获得的二氧化碳废气被转移至吸收塔40并且系统中吸收塔40中的废气经过相似的处理从而被含在系统中。

本发明的保护范围不限于上述说明性披露。这是因为，在相关技术方面有技能的人，在不悖离本发明的主要原则的情况下，可以根据上述披露明显地获得类似的实施例。

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