一种利用硫酸钠和CO2生产碳酸氢铵和纯碱的设备的制作方法

一种利用硫酸钠和co2生产碳酸氢铵和纯碱的设备
技术领域
1.本实用新型属于化工技术领域，涉及纯碱生产，具体涉及一种利用工业固废硫酸钠和工业废气中co2生产碳酸氢铵和纯碱的设备。


背景技术：

2.目前国内纯碱生产工艺主要有氨碱法、联合碱法和天然碱加工。其中三种方法分别存在以下缺陷：（1）天然碱加工主要是依靠天然碱矿物为原料制取纯碱，虽然天然碱法对环境污染较小，相对成本偏低，但存在地域限制；（2）氨碱法对环境污染较大，且消耗大量的自然资源，原盐的利用率较低，生产的副产品氯化钙利用率较小，大部分作为废渣处理；（3）联碱法较氨碱法污染较小，原盐利用率较高，但是需要与合成氨工业相互匹配，且副产品氯化铵作为肥料使用范围有限。
3.现有碳酸氢铵生产工艺主要利用无烟煤经煤气发生炉气化制成半水煤气，煤气经过脱硫，脱碳后合成氨，合成的氨在碳化工段吸收煤气中的二氧化碳，生成碳酸氢铵，但是存在工艺复杂，生产成本高，环境污染严重的问题。
4.焦化、冶金、发电厂、石灰窑等工业炉窑烟道气中排放的大量二氧化碳是导致全球变暖的元凶之一。为了实现碳中和的国家“双碳”战略，落实国家“碳达峰”“碳中和”战略部署，通过碳捕集方式，实现co2综合利用，将其转化成化工基础产品纯碱，是化工领域目前研究的热点。
5.为了解决现有技术存在的上述缺陷，本实用新型研发了一种利用工业固废硫酸钠/元明粉；焦化、冶金、发电厂、石灰窑等工业炉窑高浓度co2；化工副产的氨水为原料，联产制备碳酸氢铵、碳酸钠和硫酸铵的工艺。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种利用工业固废硫酸钠和工业废气中co2生产碳酸氢铵和纯碱的设备，以达到减少co2排放，降低生产成本，解决固废排放造成的环境污染问题。
7.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
8.一种利用硫酸钠和co2生产碳酸氢铵和纯碱的设备，包括浓氨水系统、碳酸氢铵系统、纯碱系统、硫酸铵系统；
9.所述的浓氨水系统包括依次连接的废氨水储罐、第一蒸氨塔、冷却器、吸收罐和浓氨水储罐；
10.所述的碳酸氢铵系统包括依次连接的co2压缩机、过滤器、碳化主塔、碳化副塔、水洗塔、碳铵稠厚器、和碳铵母液罐；
11.所述的纯碱系统包括依次连接的粉仓、溶解罐、反应塔、碳酸氢钠稠厚器、离心机、碳酸氢钠母液储罐；
12.所述的硫酸铵系统包括依次连接的第二蒸氨塔、第一反应釜、第二反应釜、硫酸铵反应釜、母液储罐；
13.所述的碳铵母液罐与浓氨水系统的吸收罐连接，碳化副塔与浓氨水储罐连接，所述的稠厚器的通过管路依次与煅烧炉、废氨水储罐和碳化主塔连接，碳酸氢钠母液储罐通过管路与第二蒸氨塔连接。
14.进一步地，所述的浓氨水系统的吸收罐配套有射流器。
15.所述的硫酸铵系统的第一反应釜的底部依次连接第一离心机和第一母液罐，第一母液罐与第二反应釜连接，所述第二反应釜底部依次连接第二离心机和第二母液罐，所述的第二母液罐与硫酸铵反应釜连接。
16.所述的碳酸氢钠稠厚器的上部通过溢流管与碳酸氢钠母液储罐连接。
17.利用所述的设备生产碳酸氢铵和纯碱的方法，步骤为：
18.（1）工业废气co2经压缩、过滤脱水进入碳化主塔，与塔内的预碳化液反应生成碳酸氢铵，烟气中未被吸收的气体进入碳化副塔，与浓氨水储罐送来的浓氨水溶液反应，对浓氨水溶液进行预碳化，反应后的尾气进入水洗塔吸收烟气带出的的氨，碳化副塔内的溶液导入碳化主塔继续进行反应，碳化主塔排出的碳酸氢铵浆液送至碳铵稠厚器中，上层浆液溢流至碳铵母液储罐，下层碳酸氢铵浆液送入纯碱制备系统的反应塔；
19.（2）蒸氨塔将废氨水提浓至≥85%，氨气冷却后被浓氨水吸收罐配套的射流器吸收，浓氨水吸收罐的补充液是碳酸氢铵离心后产生的母液，制成浓氨水；
20.（3）将硫酸钠饱和液送入反应塔，与碳酸氢铵浆液在35-40℃反应，生成碳酸氢钠浆液，在碳酸氢钠稠厚器内进行晶体长大和晶体沉淀，溢流出的上清液存于碳酸氢钠母液储罐，下层浆液经离心后得到碳酸氢钠固体，煅烧后得到纯碱，煅烧生成的气体送入碳化主塔进行碳酸氢铵的生成；
21.（4）碳酸氢钠母液从第二蒸氨塔的上部进入塔内，再经再沸器加热后，返回塔内，蒸发的得到含nh3和co2的混合气，蒸氨后的清液通过反应釜，经精制离心后得到硫酸铵。
22.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
23.（1）将工业固废硫酸钠或者元明粉、二氧化碳和化工剩余氨水变废为宝，同时减轻了环境污染，实现资源再生；
24.（2）可以同时联产农用级碳酸氢铵、工业级纯碱和农用级硫酸铵，成本和能耗低，经济效益好。
附图说明
25.图1为本实用新型的结构示意图；
26.图中：1-第一压缩机；2-过滤器；3-co2缓冲罐；4-碳化主塔；5-碳化副塔；6-水洗塔；7-预碳化液输送泵；8-碳铵稠厚器；9-碳铵浆液输送泵；10-碳铵母液罐；11-浓氨水储罐；12-碳铵母液输送泵；13-浓氨水输送泵；14-浓氨水吸收罐循环泵；15-浓氨水吸收罐；16-射流器；17-冷却器；18-第二co2压缩机；19-第一蒸氨塔；20-废氨水输送泵；21-废氨水储罐；22-第三co2压缩机；23-硫酸钠粉仓；24-硫酸钠溶解罐；25-硫酸钠母液输送泵；26-反应塔；27-碳酸氢钠浆液输送泵；28-碳酸氢钠稠厚器；29-碳酸氢钠离心机；30-煅烧炉；31-碳酸氢钠母液储罐；32-碳酸氢钠母液输送泵；33-再沸器；34-循环液输送泵；35-第二蒸氨塔；36-清液输送泵；37-第一反应釜；38-第二反应釜；39-硫酸铵反应釜；40-第一离心机；41-第一母液储罐；42-第一母液输送泵；43-第二离心机；44-第二母液储罐；45-第二母液输
送泵；46-硫酸铵离心机；47-硫酸铵母液储罐；48-硫酸铵输送泵。
具体实施方式
27.以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
28.如图1所示一种利用硫酸钠和co2生产碳酸氢铵和纯碱的设备，包括浓氨水系统、碳酸氢铵系统、纯碱系统、硫酸铵系统；
29.所述的浓氨水系统包括依次连接的废氨水储罐21、废氨水输送泵、第一蒸氨塔19、冷却器17、浓氨水吸收罐15和浓氨水储罐11，浓氨水吸收罐15配套有射流器16；
30.所述的碳酸氢铵系统包括依次连接的第一压缩机1、过滤器2、co2缓冲罐3、碳化主塔4、碳化副塔5、水洗塔6、预碳化液输送泵7、碳铵稠厚器8、碳铵浆液输送泵9和碳铵母液罐10；
31.所述的纯碱系统包括依次连接的硫酸钠粉仓23、硫酸钠溶解罐24、硫酸钠母液输送泵25、反应塔26、碳酸氢钠浆液输送泵27、碳酸氢钠稠厚器28、碳酸氢钠离心机29和煅烧炉30，其中碳酸氢钠稠厚器28和碳酸氢钠离心机29还连接有碳酸氢钠母液储罐31和碳酸氢钠母液输送泵32；
32.所述的硫酸铵系统包括依次连接的第二蒸氨塔35、清液输送泵36、第一反应釜37、第一离心机40、第一母液储罐41、第一母液输送泵42、第一反应釜38、第二离心机43、第二母液储罐44、第二母液输送泵45、硫酸铵反应釜39、硫酸铵离心机46、硫酸铵母液储罐47、硫酸铵输送泵48。
33.具体运行时，焦化、冶金、发电厂、水泥厂、石灰窑等工业炉窑含大量二氧化碳，烟气经第一压缩机1压缩后，经过过滤器2脱水、除杂后储存于co2缓冲罐3中，压缩后的烟气缓慢进入碳化主塔4，在碳化主塔4与塔内的预碳化液反应生成碳酸氢铵，反应方程式详见（1）;
34.碳化主塔反应方程式如下：
35.( nh4)2co3 + co2 +h2o = 2nh4hco3
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（1）
36.烟气中未被碳化主塔4吸收的气体进入碳化副塔5，与浓氨水储罐11送来的浓氨水溶液反应，对浓氨水溶液进行预碳化，反应后的尾气进入水洗塔6，水洗塔6主要吸收烟气带出的的氨，反应完的烟气最后从水洗塔6排出。化工剩余氨水其氨浓度为4%，储存于废氨水储罐21中，经过废氨水输送泵20送入蒸氨塔19，在蒸氨塔19内将氨水浓度提浓至85%的气态氨，氨气经冷却器17降温后，被浓氨水吸收罐15配套的射流器16吸收。浓氨水吸收罐15的补充液是碳酸氢铵离心后产生的母液，通过碳铵母液输送泵12送至浓氨水吸收罐15，通过浓氨水吸收罐循环泵14循环喷射产生负压，将蒸氨塔19产生的氨气吸收，制备成浓氨水溶液储存于浓氨水储罐11,反应方程式详见（2）（3）;
37.浓氨水制备反应方程式如下：
38.nh3+h2o = nh4oh
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（2）
39.nh3 +h2o + nh4hco3 =( nh4)2co3
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（3）
40.储存于浓氨水储罐11通过浓氨水输送泵13将浓氨水送至碳化副塔5，与碳化主塔4尾气中的co2反应，对浓氨水进行预碳化，碳化主塔4生成碳酸氢铵后，将部分碳酸氢铵浆液从碳化主塔4排出，碳化副塔5通过预碳化液输送泵7，将碳化副塔5内的溶液导入碳化主塔4
继续进行反应。
41.碳化主塔4排出的碳酸氢铵浆液送至碳铵稠厚器8中，碳铵稠厚器8中进行晶体长大，晶体沉淀，碳铵稠厚器8溢流出的母液进入碳铵母液储罐10内，碳酸氢铵母液通过碳铵母液输送泵12送至浓氨水吸收罐15去浓氨水的制备；碳铵稠厚器8得到的含固量50%以上浆液，通过碳铵浆液输送泵9送入纯碱制备系统的反应塔26。
42.元明粉/固废硫酸钠储存于硫酸钠粉仓23中，在硫酸钠溶解罐24中加入一定量水，加入定量固废硫酸钠/元明粉，在硫酸钠溶解罐24中制成硫酸钠饱和液，通过硫酸钠饱和液输送泵25送入反应塔26，同时加入碳铵浆液输送泵9送来的碳酸氢铵浆液，在35-40℃条件下反应，生成碳酸氢钠浆液，通过碳酸氢钠浆液输送泵27送入碳酸氢钠稠厚器28，碳酸氢钠浆液在碳酸氢钠稠厚器28内进行晶体长大和晶体沉淀，溢流出的上清液存于碳酸氢钠母液储罐31。当碳酸氢钠稠厚器28含固量达到50%时，开启碳酸氢钠离心机29，离心分离得到碳酸氢钠固体。固体碳酸氢钠送至煅烧炉30进行煅烧值得纯碱。煅烧生成的气体通过3#压缩机22压缩后送入碳化主塔4进行碳酸氢铵的生成。碳酸氢钠离心机29离心后的母液储存于碳酸氢钠母液储罐31，母液通过碳酸氢钠母液输送泵32送至2#蒸氨塔35，从2#蒸氨塔35的上部进入塔内，2#蒸氨塔底部内通过碳酸氢钠母液输送泵34送入再沸器33进行加热后，返回2#蒸氨塔，碳酸氢钠母液中未反应的碳酸氢铵进行蒸发，蒸发的得到含nh3和co2的混合气，混合气中nh3被浓氨水吸收罐射流器16产生负压吸收，制备浓氨水，未被吸收的co2气体，通过2#压缩机18压缩，送入碳化主塔4进行碳酸氢铵生成。蒸氨后的清液通过清液输送泵36送入1#反应釜37进行第一副盐的分离，经过2#离心机40分离后得到第一副盐，第一副盐送至硫酸钠粉仓23用于硫酸钠饱和液的配制。2#离心机40分离的得到的母液储存于1#母液储罐41，在通过1#母液输送泵42送至2#反应釜，在2#反应釜进行硫酸铵的精制，经过3#离心机43分离得到副盐，副盐返回1#反应釜，离心得到的母液储存于2#母液储罐44，母液通过2#母液输送泵45送至硫酸铵反应釜39，母液在硫酸铵反应釜39内蒸发、结晶，经硫酸铵离心机47得到农用级硫酸铵，离心后的母液储存于硫酸铵母液储罐47内，硫酸铵母液经硫酸铵母液输送泵48送至硫酸铵反应釜39内，进入下一轮硫酸铵蒸发。
43.以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实用新型专利的保护范围内。