一种硫酸钠短流程制备碳酸氢钠与硫酸铵的方法技术

本发明专利技术提供了一种硫酸钠短流程制备碳酸氢钠与硫酸铵的方法，所述方法以硫酸钠为原料，与碳酸氢铵进行复分解反应，通过相区强化，制备出碳酸氢钠和硫酸铵；所述方法流程简单、成本低廉，硫酸钠利用率＞85％，碳酸氢钠纯度＞90％，硫酸铵产品纯度满足GB535‑1995的要求。

A method of preparing sodium bicarbonate and ammonium sulfate by short process of sodium sulfate

【技术实现步骤摘要】
一种硫酸钠短流程制备碳酸氢钠与硫酸铵的方法
本专利技术属于制碱及二次资源回收领域，尤其涉及一种以硫酸钠为原料，短流程制备碳酸氢钠和硫酸铵的方法。
技术介绍
硫酸钠，又叫元明粉，含结晶水为芒硝，是一种存量巨大的工业副产品，主要产生于烟气脱硫、废水处理等过程。然而，该产品市场需求较小，且没有非常有效的资源化利用途径，多数以堆存为主；且硫酸钠易溶于水，部分企业产生的硫酸钠中含有大量的重金属，如钒、铬、锌等，堆存极易产生环境问题。随着国家对化工行业的环保要求日趋严格，急需有效的硫酸钠资源化利用技术，故国内外进行了大量研究。CN105000579A，CN105712382A中公开了一种沉淀法，该方法通过碳酸氢铵和硫酸钠复分解反应制备碳酸氢钠，而后在碳酸氢钠母液中加入石灰，回收其中的氨，但该过程氨的回收率仅有50％左右，造成资源浪费，增加运行成本，且硫酸钙产生量大、价值低、品质差，销售困难，易引起二次污染。CN103754898A中公开了一种利用硫酸钠与氯化钙制备氯化钠及结合联合制碱法生产碳酸钠的方法，该方法以硫酸钠和氯化钙为原料，通过复分解反应得到氯化钠溶液和硫酸钙固体，进而通过联合制碱法生产碳酸钠，该种方法简单易行，工艺成熟，但仍会有新固废硫酸钙的产生，没有获得推广应用。CN101544385A中公开了一种以硫酸钠为原料辅以有机胺制备碳酸钠联产硫酸钙的方法，该方法借鉴了前苏联的工艺路线，钠转化率能达到90％以上；但是有机胺沸点高，粘度大，蒸发回收能耗高；碳酸氢钠和硫酸钙中有机胺夹带多，回收困难，损失多，生产成本高。CN104355326A，CN102198953A，CN202016881U中公开了一种复分解法制备碳酸氢钠联产硫酸铵的方法，该方法将硫酸钠和碳酸氢铵为原料，通过复分解反应获得碳酸氢钠，分离得到的母液经高温脱氨，130℃蒸发浓缩得到硫酸钠晶体，分离后母液再通过冷却结晶得到硫酸钠和硫酸铵的复盐，母液再通过蒸发结晶得到硫酸铵产品。该方法流程复杂，经过多次高温、冷却等工序，能耗高，且钠离子和硫酸根利用率低，蒸发深度大，物料循环量大，生产成本高，目前未有工业化先例。CN87104642A，CN1046142A，US5830442，CN1761617A中公开了一种工艺方法，该方法通过对碳酸氢钠母液进行深度冷却，得到硫酸钠晶体，使得母液中的硫酸铵:硫酸钠接近2:1，进而通过蒸发结晶获得硫酸铵。该方法要求的冷却温度太低，最佳冷却温度为-5℃～-2℃，能耗高，且总体收率低，硫酸根的利用率仅为25％左右，物料循环量大，生产运行成本高，目前为止，未有工业化先例。因此，如何提供一种流程简单、成本低廉、硫酸钠利用率高、碳酸氢钠纯度高的硫酸钠制备碳酸氢钠与硫酸铵的方法，已成为目前亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种流程短、硫酸钠转化率高、成本低的技术路线。本专利技术实现硫酸钠较高的利用率，得到的碳酸氢钠产品纯度＞90％；利用促进剂的相区强化作用扩大硫酸铵结晶区，有效避免了复盐或混盐的产生，得到的硫酸铵产品纯度符合GB535-1995的要求。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种硫酸钠短流程制备碳酸氢钠和硫酸铵的方法，所述方法以硫酸钠为原料，与碳酸氢铵进行复分解反应，通过相区强化，制备出碳酸氢钠和硫酸铵。本专利技术所述方法采用硫酸钠和碳酸氢铵作为原料，一步复分解反应即可得到碳酸氢钠和硫酸铵，之后通过相区强化的方法进一步提高硫酸钠的利用率及硫酸铵的纯度，本专利技术所述方法制备得到的硫酸铵的产品纯度符合GB535-1995，且硫酸钠的利用率＞85％。本专利技术中的相区强化是利用促进剂实现的，所述促进剂的相区强化作用扩大了硫酸铵的结晶区，从而有效避免了复盐或混盐的产生，得到的硫酸铵产品纯度符合GB535-1995的要求。优选地，所述相区强化的方法包括向所述复分解反应的产物液固分离所得碳酸氢钠母液中加入促进剂。本专利技术所述促进剂的作用在于增大闪蒸母液进行蒸发结晶过程中硫酸铵的结晶区，从而使硫酸铵析出率增加了20～30％(示例性的包括20％、23％、25％、27％或30％)，同时抑制了硫酸钠与硫酸铵复盐和混盐的产生，达到增加硫酸铵纯度的目的。优选地，所述促进剂包括磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、硝酸铵、硝酸钠、甲酸铵或甲酸钠中的任意一种或至少两种的混合物，所述混合物示例性的包括磷酸氢二铵和磷酸氢二钠的混合物、硝酸铵和硝酸钠的混合物、甲酸铵和甲酸钠的混合物、磷酸氢二钠和硝酸铵的混合物或硝酸钠和甲酸铵的混合物等。本专利技术所述促进剂采用磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、硝酸铵、硝酸钠、甲酸铵或甲酸钠中的任意一种或至少两种的混合物，本专利技术所述闪蒸母液中含有复分解反应产生的硫酸铵，且闪蒸前加入的促进剂与硫酸铵共存的条件下增大了硫酸铵在蒸发结晶过程中的结晶区，同时促进剂的存在抑制了复盐和混盐的产生，从而提高了硫酸铵产品的纯度。优选地，所述促进剂在制备过程中循环利用。本专利技术所述闪蒸母液经蒸发结晶后得到的硫酸铵母液的成分包括未析出的硫酸盐和促进剂，在后续的冷却过程，硫酸盐由硫酸铵母液中析出，返回复分解反应，从而提高了硫酸钠的利用率；同时，冷却过程形成的冷却母液中富含促进剂，将冷却母液与碳酸氢钠母液混合进行闪蒸，从而实现了促进剂的循环利用，节约了生产成本。优选地，所述硫酸钠短流程制备碳酸氢钠和硫酸铵的方法包括以下步骤：(1)硫酸钠与碳酸氢铵进行复分解反应，反应浆料经固液分离、洗涤后得到碳酸氢钠产品和碳酸氢钠粗品洗涤液；(2)复分解反应后的固液分离得到的碳酸氢钠母液与碳酸氢钠粗品洗涤液及促进剂混合闪蒸得到碳酸氢铵，并将其返回步骤(1)所述复分解反应；(3)步骤(2)闪蒸所得闪蒸母液经蒸发结晶得到硫酸铵；(4)步骤(3)蒸发结晶得到的硫酸铵母液经冷却后，冷却晶体返回步骤(1)所述复分解反应，冷却母液返回步骤(2)与未闪蒸的液体混合。本专利技术所述方法采用硫酸钠与碳酸氢铵(或二氧化碳和氨气)反应生成碳酸氢钠和硫酸铵，碳酸氢钠的溶解度较低，液固分离碳酸氢钠后，将碳酸氢钠母液加入促进剂进行闪蒸得到碳酸氢铵和闪蒸母液，闪蒸母液中含有复分解反应生成的硫酸铵，所述硫酸铵在促进剂的作用下，其结晶区间扩大，进一步蒸发结晶后，可以析出溶液中80％的硫酸铵，所得硫酸铵母液中含有硫酸盐和促进剂，将冷却母液冷却至15-30℃得到冷却晶体和冷却母液，冷却晶体中富含硫酸盐，返回复分解反应，从而增大了硫酸钠的利用率，所得冷却母液则富含促进剂返回步骤(2)与未闪蒸的碳酸氢钠母液混合进行闪蒸，从而实现促进剂的循环利用。优选地，步骤(1)所述的固液分离的方法包括过滤。优选地，所述复分解反应的温度为15～45℃，例如15℃、17℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃或45℃等，优选为20～40℃，进一步优选为30～35℃。优选地，所述复分解反应的pH值为7.0～9.0，例如7.0、7.2、7.5、7.7、8.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫酸钠短流程制备碳酸氢钠和硫酸铵的方法，其特征在于，所述方法以硫酸钠为原料，与碳酸氢铵进行复分解反应，通过相区强化，制备出碳酸氢钠和硫酸铵。/n

【技术特征摘要】
20181012 CN 20181119074681.一种硫酸钠短流程制备碳酸氢钠和硫酸铵的方法，其特征在于，所述方法以硫酸钠为原料，与碳酸氢铵进行复分解反应，通过相区强化，制备出碳酸氢钠和硫酸铵。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相区强化的方法包括向所述复分解反应的产物液固分离所得碳酸氢钠母液中加入促进剂。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述促进剂包括磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、硝酸铵、硝酸钠、甲酸铵或甲酸钠中的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，所述促进剂在制备过程中循环利用。


4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)硫酸钠与碳酸氢铵进行复分解反应，反应浆料经固液分离、洗涤后得到碳酸氢钠产品和碳酸氢钠粗品洗涤液；
(2)复分解反应后的固液分离得到的碳酸氢钠母液与碳酸氢钠粗品洗涤液及促进剂混合闪蒸得到碳酸氢铵，并将其返回步骤(1)所述复分解反应；
(3)步骤(2)闪蒸所得闪蒸母液经蒸发结晶得到硫酸铵；
(4)步骤(3)蒸发结晶得到的硫酸铵母液经冷却后，冷却晶体返回步骤(1)所述复分解反应，冷却母液返回步骤(2)与未闪蒸的液体混合。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的固液分离的方法包括过滤；
所述复分解反应的温度为15～45℃，优选为20～40℃，进一步优选为30～35℃；
优选地，所述复分解反应的pH值为7.0～9.0，优选为7.5～8.5，进一步优选为8.0～8.5；
优选地，固液分离得到的碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洋，范兵强，郑诗礼，张贺东，刘久传，申长帅，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11