全文摘要
本发明属于纯碱制造领域，特别涉及电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置及其应用。所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置包括第一电解槽、第二电解槽、化盐车间、第一氯气净化器、氨气解吸塔、气体分离塔、稀NaOH储罐、氢气净化器、第二氯气净化器、两碱分离器、石灰乳槽、焙烧窑和按照工艺相连接的管道。将制碱时沉淀了碳酸氢钠的母液导入电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺，能够实现无碱渣制碱，同时既可以生产火碱又可以生产氯气、氢气。所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺既实现氯化钠的100％利用，又不产生碱渣，保护了环境。
主设计要求
1.一种电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，包括第一电解槽、第二电解槽、化盐车间、第一氯气净化器、氨气解吸塔、气体分离塔、稀NaOH储罐、氢气净化器、第二氯气净化器、两碱分离器、石灰乳槽、焙烧窑和连接管道。
设计方案
1.一种电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，包括第一电解槽、第二电解槽、化盐车间、第一氯气净化器、氨气解吸塔、气体分离塔、稀NaOH储罐、氢气净化器、第二氯气净化器、两碱分离器、石灰乳槽、焙烧窑和连接管道，其中：
所述第一电解槽包括阴极室和阳极室，所述第一电解槽的阴极室通入制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，所述第一电解槽的阴极室收集的混合气进入到所述气体分离塔，所述第一电解槽的阴极室流出的液体进入到所述氨气解吸塔，所述第一电解槽的阳极室通入制碱工艺中精制后的盐水，其收集的气体进入到所述第一氯气净化器；
所述第二电解槽包括阴极室和阳极室，所述第二电解槽的阴极室通入稀氢氧化钠溶液，并收集氢气和流出的浓氢氧化钠溶液，所述氢气进入所述氢气净化器，所述第二电解槽的阳极室通入所述氨气解吸塔内解吸了氨气的液体，并收集氯气和流出氢氧化钠和碳酸钠的混合液，所述氯气进入所述第二氯气净化器，所述氢氧化钠和碳酸钠的混合液进入所述两碱分离器；
所述两碱分离器将所述氢氧化钠和碳酸钠的混合液分成氢氧化钠溶液和碳酸钙沉淀，所述氢氧化钠溶液回收进入所述稀NaOH储罐，所述碳酸钙沉淀进入所述焙烧窑；
所述焙烧窑设置为能够制备二氧化碳和生石灰，且所述二氧化碳能够进入纯碱生产的碳化工序，所述生石灰能够进入加水制备石灰乳，所述石灰乳进入所述石灰乳槽。
2.根据权利要求1所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述气体分离塔设置为能够使氨气和氢气分离。
3.根据权利要求1所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述氨气解吸塔设置为能够解吸从所述第一电解槽的阴极室流出的液体中的氨。
4.根据权利要求1所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述第一电解槽是阳离子隔膜电解槽。
5.根据权利要求1所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述第一电解槽是阳离子隔膜电解槽，且所述第一电解槽的阳极室流出的液体返回到所述化盐车间。
6.根据权利要求1所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述第一氯气净化器设置为能够得到净化的氯气。
7.根据权利要求1所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述第二电解槽是阳离子隔膜电解槽。
8.根据权利要求1所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其特征在于，所述石灰乳经石灰乳槽能够进入所述两碱分离器，进而将氢氧化钠和碳酸钠的混合液分成氢氧化钠溶液和碳酸钙沉淀。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置在制碱中的应用。
设计说明书
技术领域
本发明属于纯碱制造领域，特别涉及一种电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺及其应用。
背景技术
纯碱作为重要的基础化工原料，广泛应用于冶金、化工、建材等行业。2017年中国大陆纯碱产量为2677.1万吨，位居世界第一。制碱工艺包括：联碱法、氨碱法和天然碱法。
目前，氯化钠是一种价廉易得的获取钠离子的原料。在联碱法(侯德榜法)中，氯化钠中的氯，进入了氯化铵产品。在氨碱法中，氯化钠中的氯，进入了碱渣。在一定的历史时期，联碱法(侯德榜法)的氯化铵产品对农业生产起了极大的促进作用，但是，氯化铵并不适用于碱性土壤和许多的忌氯作物，尽管氯化铵在其他部门有所消费，但是总体而言，氯化铵的产能过剩，联碱法(侯德榜法)不再是一种清洁生产工艺。氨碱法(Solvay法)中，碳酸氢钠母液中的铵，先被苛化，然后蒸出，氨循环使用。在氨碱法(Solvay法)的整个循环中，除一部分的挥发损失外，氨在氨碱法(Solvay法)中作为催化剂存在。但是，铵的苛化蒸出需要产生大量碱渣。每生产1吨纯碱，至少产生1.05吨的碱渣(至少1.05吨氯化钙，不计入氯化钙溶于水中对水和土壤的污染，下同)。碱渣的产生，一方面带来了能源资源的浪费，另一方面碱渣带来了严重的污染隐患。
综上所述，联碱法(侯德榜法)和氨碱法(Solvay法)制备纯碱时，原料氯化钠只有钠进入了产品，氯化钠的利用率只有39.3％。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供了一种电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺。在电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺内，沉淀出碳酸氢钠的母液先后在两个电解槽内分别进行电解。所述的电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺克服了现有技术的不足，杜绝了纯碱生产过程中碱渣的产生，既实现了纯碱生产过程中氯化钠的全组分利用，又保护了环境。
为达此目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明的第一方面，提供一种电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置，其包括第一电解槽1、第二电解槽2、化盐车间7、第一氯气净化器8、氨气解吸塔9、气体分离塔10、稀NaOH储罐11、氢气净化器12、第二氯气净化器13、两碱分离器14、石灰乳槽15、焙烧窑16和按照工艺相连接的管道。
优选地，所述的第一电解槽1是阳离子隔膜电解槽。
优选地，所述的第一电解槽1的阴极室4通入制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，阳极室3通入制碱工艺中精制后的盐水。制碱工艺中沉淀碳酸氢钠的化学反应方程式如下，碳酸氢钠沉淀是因为混合液中碳酸氢钠的含量多，而碳酸氢钠的溶解度小。沉淀了碳酸氢钠的母液中含有氯化铵、氯化钠、碳酸氢钠三种盐。
CO2<\/sub>+NH3<\/sub>+NaCl+H2<\/sub>O→NaHCO3<\/sub>↓+NH4<\/sub>Cl
优选地，所述的第一电解槽1的阴极室收集的混合气，进入到气体分离塔10。第一电解槽1的阴极室收集的混合气是氢气和氨气的混合气。在气体分离塔10内，氢气和氨气的分离满足工业上的使用要求。
优选地，所述的第一电解槽1的阴极室流出的液体，进入到氨气解吸塔9。第一电解槽1的阴极室流出的液体含有的溶质包括氢氧化钠、氯化铵、氯化钠、碳酸钠。其中，氯化铵在氢氧化钠的作用下，生成氨，在氢氧化钠和高温(＞50℃)的条件下，几乎将所含有的氨气全部释放。氨气可以回到制碱工艺的氨化塔，而液体进入第二电解槽2。
优选地，所述的氨气解吸塔9用于解吸从第一电解槽1的阴极室4流出的液体中的氨。
优选地，所述的第一电解槽1的阳极室收集的气体，进入到第一氯气净化器8。第一电解槽1产生的氯气通过第一氯气净化器8后，进入氯气处理工序，最终得到不含水的氯气或者液氯。
优选地，所述的第一电解槽1的阳极室流出的液体，返回到化盐车间7。第一电解槽1的阳极室注入的精制盐水，精制盐水在阳极电解后，变成淡盐水。淡盐水用于制碱工业的化盐车间，再经过盐水精制后重新得到精制盐水。
优选地，所述的第二电解槽2的阴极室5通入稀的氢氧化钠溶液，阳极室6通入来自氨气解吸塔9的液体。来自氨气解吸塔9的液体含有的溶质包括氢氧化钠、氯化钠、碳酸钠。
优选地，所述的第二电解槽2的阴极室5收集氢气和流出的浓的氢氧化钠溶液。
优选地，所述的第二电解槽2的阳极室6收集氯气和流出氢氧化钠和碳酸钠的混合液。
优选地，所述的阴极室5收集的氢气进入氢气净化器，最终得到纯净的氢气。
优选地，所述的阳极室6收集的氯气进入第二氯气净化器13后，进入氯气处理工序，最终得到不含水的氯气或者液氯。
优选地，所述的阳极室6流出氢氧化钠和碳酸钠的混合液进入两碱分离器14。
优选地，所述的两碱分离器14将氢氧化钠和碳酸钠的混合液分成氢氧化钠溶液和碳酸钙沉淀。
优选地，所述的碳酸钙沉淀用于焙烧窑16进行焙烧。
优选地，所述的焙烧窑16用于制备二氧化碳和生石灰，其中二氧化碳用于纯碱生产的碳化工序，生石灰用于加水制备石灰乳。
优选地，所述的石灰乳用于两碱分离器14中，将氢氧化钠和碳酸钠的混合液分成氢氧化钠溶液和碳酸钙沉淀。
本发明的第二方面，提供一种电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联装置在制碱中的应用。
与已有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述的一种电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺用于无碱渣的制碱；
2、本发明所述的一种电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺同时联产烧碱；
3、本发明所述的一种电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺用于制备纯碱时，氯化钠的利用率为100％，同时副产氯气和氢气。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺图。
1-第一电解槽；2-第二电解槽；3-第一电解槽的阳极室；4-第一电解槽的阴极室；5-第二电解槽的阴极室；6-第二电解槽的阳极室；7-化盐车间；8-第一氯气净化器；9-氨气解吸塔；10-气体分离塔；11-稀NaOH储罐；12-氢气净化器；13-第二氯气净化器；14-两碱分离器；15-石灰乳槽；16-焙烧窑。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
具体实施例1
按照图1，组合电解后除碳的阳离子隔膜电解槽串联工艺。
第一电解槽1的阴极室4通入制碱工艺中沉淀了碳酸氢钠的母液，阳极室3通入制碱工艺中精制后的盐水。第一电解槽1的阴极室收集的混合气，进入到气体分离塔10。在气体分离塔10内，氢气和氨气的分离满足工业上的使用要求。将第一电解槽1的阴极室流出的液体，接入到氨气解吸塔9。从氨气解吸塔9解吸出的氨气可以回到制碱工艺的氨化塔，而从氨气解吸塔9流出的液体经过检验氨含量合格后进入第二电解槽2。第一电解槽1产生的氯气通过第一氯气净化器8后，进入氯气处理工序，最终得到不含水的氯气或者液氯。第一电解槽1的阳极室注入的精制盐水，精制盐水在阳极电解后，变成淡盐水。淡盐水用于制碱工业的化盐车间，再经过盐水精制后重新得到精制盐水。
第二电解槽2的阴极室5通入稀的氢氧化钠溶液，阳极室6通入来自氨气解吸塔9的液体。第二电解槽2的阴极室5收集氢气和流出的浓的氢氧化钠溶液。第二电解槽2的阳极室6收集氯气和流出氢氧化钠和碳酸钠的混合液。阴极室5收集的氢气进入氢气净化器，最终得到纯净的氢气。阳极室6收集的氯气进入第二氯气净化器13后，进入氯气处理工序，最终得到不含水的氯气或者液氯。阳极室6流出氢氧化钠和碳酸钠的混合液进入两碱分离器14。
两碱分离器14将氢氧化钠和碳酸钠的混合液分成氢氧化钠溶液和碳酸钙沉淀。碳酸钙沉淀用于焙烧窑16进行焙烧。焙烧窑16用于制备二氧化碳和生石灰，其中二氧化碳用于纯碱生产的碳化工序，生石灰用于加水制备石灰乳。石灰乳用于两碱分离器14中，将氢氧化钠和碳酸钠的混合液分成氢氧化钠溶液和碳酸钙沉淀。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺特征以及使用方法，但本发明并不局限于上述详细工艺特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用设备的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910010663.4
申请日:2019-01-04
公开号:CN109609971A
公开日:2019-04-12
国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN109609971B
授权时间:20191231
主分类号:C25B1/46
专利分类号:C25B1/46;C25B9/18
范畴分类:23D;
申请人:北京神州瑞霖环境技术研究院有限公司
第一申请人:北京神州瑞霖环境技术研究院有限公司
申请人地址:100000 北京市海淀区丰德东路9号院2号楼2层2190
发明人:肖传绪;刘文祥
第一发明人:肖传绪
当前权利人:北京神州瑞霖环境技术研究院有限公司
代理人:李静文
代理机构:11371
代理机构编号:北京超凡志成知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计