Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 55 )

Достижение максимально возможной степени карбонизации зависит от концентрации СО2 в карбонизующем газе при прочих одинаковых условиях. Диоксид углерода поступает на карбонизацию из содовых и известковых печей. Газ из содовых печей, содержащий 85-90% СО2, идет на карбонизацию полностью. К нему добавляется необходимое количество газа из известковых печей, содержащего 33-40% СО2.

Все потери газа в производстве восполняются подачей газа известковых печей, поэтому увеличение потерь СО2 приводит к уменьшению его средней концентрации в газе, поступающем на карбонизацию, что крайне нежелательно. Следовательно, потери СО2 из газа, поступившего в производство, должны быть минимальными.

Для увеличения выхода осажденного NаНСО3 требуется снизить температуру карбонизованного раствора. При снижении температуры уменьшается растворимость NаНСО3 и увеличивается его выход. Равновесный состав системы в целом, можно определить, используя правило фаз, константы равновесия реакций, протекающих в аммиачно-содовом процессе, и закон Генри.

Для получения кристаллов NаНСО3 хорошего качества необходимо строго соблюдать температурный режим всего процесса карбонизации. Это в первую очередь относится к температуре в зоне зарождения центров кристаллизации, так как даже небольшое понижение температуры приводит к заметному ухудшению качества кристаллов. Повышение температуры к моменту образования кристаллических зародышей в карбонизационной колонне достигается за счет тепла абсорбции СО2 и протекания химических реакций между СО2 и NН3.

Абсорбция диоксида углерода аммонизированным рассолом представляет собой хемосорбционный процесс. Активным компонентом, реагирующим с абсорбируемым диоксидом углерода, является свободный аммиак. Процесс абсорбции СО2 в данной системе можно разделить на две стадии: первая, начальная, стадия протекает без выделения NаНСО3 в осадок; вторая стадия осложняется кристаллизацией NаНСО3, которая влияет на кинетику абсорбции NаНСО3.

8.6.2.Технологическая схема отделения.

В процессе карбонизации внутренние поверхности карбонизационной колонны постепенно покрываются коркой гидрокарбоната натрия, кристаллизующегося из раствора. Приставшие к поверхности кристаллы облегчают последующее отложение кристаллической массы. Поэтому слой осадка постепенно увеличивается, а свободное сечение для прохода жидкости и карбонизующего газа уменьшается. Отложения кристаллов на охлаждающей поверхности снижают ее теплопроводность. Нормальная работа колонны нарушается, поэтому ее необходимо периодически промывать. Промывку осуществляют аммонизированным рассолом, поступающим из отделения абсорбции. Этот рассол содержит свободный аммиак, который взаимодействует с осажденным на стенках колонн гидрокарбонатом натрия, переводя его в хорошо растворимый карбонат натрия. Образующийся при этом карбонат аммония также хорошо растворимое соединение. Без промывки колонна работает 3-4 суток. Промывка длится 16-20 часов. Чтобы обеспечить непрерывность процесса карбонизации устанавливают несколько карбонизационных колонн.

Для лучшего перемешивания жидкости, а следовательно, для ускорения растворения осадка в промывную колонну подают снизу из известковых печей газ, содержащий 35-40% СО2. Таким образом, промывка колонны совмещается с предварительной карбонизацией аммонизированного рассола. В этот период карбонизационную колонну, находящуюся на промывке, называют колонной предварительной карбонизации (КЛПК). Предельное количество СО2, которое можно ввести в раствор при предварительной карбонизации, ограничено возможностью кристаллизации NаНСО3. Дополнительную более глубокую карбонизацию в современных технологических схемах осуществляют в первом промывателе газа осадительных колонн ПГКЛ-1, где жидкость, прошедшая КЛПК, поглощает СО2 из газа, выходящего из осадительных колонн. Наличие в технологической схеме аппарата ПГКЛ-1 дает возможность поддерживать более высокую концентрацию СО2 в газе после осадительных колонн. Это способствует поглощению СО2 в верхней части колонны, ускоряет начало процесса кристаллизации NаНСО3 и тем самым расширяет зону кристаллизации в осадительной колонне, повышает ее производительность, сохраняя высокое качество кристаллов NаНСО3.

Рис. 7. Технологическая схема отде­ления карбонизации:

/ — колонна предварительной карбониза­ции; 2 — первый промыватель газа колонн; 3 — осадительная карбонизационная колон­на; 4 — насос; 5 — холодильник; б — трубо­провод для подачи смешанного газа; 7 — трубопровод для подачи газа известковых печей

Схема отделения карбонизации представлена на рис. 7. Аммонизированный рассол из сборника центробежным насосом подается в верхнюю часть промывной колонны КЛПК. На схеме промывной колонной служит карбонизационная колонна 1. В ее нижнюю часть компрессором подают газ известковых печей. Проходя через КЛПК, аммонизированный рассол растворяет осевший на внутренних поверхностях колонны гидрокарбонат натрия и поглощает СО2 из газа. Для охлаждения жидкости в холодильники промывной колонны подают охлаждающую воду.

Раствор, вышедший из КЛПК обычно самотеком подают в первый промыватель газа колонн 2, в нижнюю часть которого поступает газ из осадительных колонн 7 и из КЛПК. Колонны группируют в серии по 4– 5 штук. Каждая колонна серии через 3-4 сутки попеременно работает в качестве промывной колонны.

В ПГКЛ-1 раствор дополнительно поглощает СО2 из газа после осадительных колонн, поступает в сборник, а затем центробежным насосом 9 распределяется по четырем осадительным колоннам 3.

Для охлаждения жидкости в схеме предусматривают холодильник 5, установленный до или после ПГКЛ-1. Преимущество охлаждения жидкости до ПГКЛ-1 заключается в уменьшении уноса аммиака из промывателя, а недостаток – в снижении скорости поглощения и степени извлечения СО2 из газа осадительных колонн. Газ из ПГКЛ-1 уходит через брызгоуловитель в отделение абсорбции и поступает во второй промыватель газа колонн для улавливания аммиака.

Диоксид углерода подают в осадительные колонны из содовых и известковых печей. По мере поглощения диоксида углерода в колонне равновесное давление СО2 над раствором увеличивается. Поэтому для сохранения движущей силы абсорбции на достаточно высоком уровне в нижнюю часть колонны, где жидкость наиболее насыщена СО2, компрессом подают газ, содержащий 70-80% СО2. Последний получают смешением газа содовых печей (87-91% СО2) с газом известковых печей (35-40% СО2).

При подаче в нижнюю часть осадительных колонн концентрированного газа получают раствор с высокой степенью карбонизации и тем самым достигают более высокой степени использования натрия. Оставшуюся часть газа известковых печей подают другим компрессором через второй ввод, расположенный над царгами с охлаждающими трубами рабочих колонн, где жидкость менее насыщена СО2 и концентрация диоксида углерода в газе, идущем снизу по колонне приближается к концентрации СО2 газа известковых печей.

Подача части газа через второй ввод, где сопротивление столба жидкости в колонне меньше, снижает расход энергии на сжатие газа. Кроме того, уменьшение количества газа в нижней части колонны, где проходит густая суспензия, содержащая на выходе до 26% осажденного NаНСО3, снижает возможность подвисания в колонне.

Для охлаждения карбонизуемого раствора нижнюю часть колонны составляют из охлаждающих элементов. В трубках холодильников снизу последовательно проходит охлаждающая вода. Охлажденная суспензия выводится снизу осадительных колонн и самотеком под давлением столба жидкости в колонне поступает в распределительный желоб, а оттуда на вакуум-фильтры для отделения осажденного гидрокарбоната натрия от маточного раствора.

Технологический режим отделения.

При поддержании технологического режима отделения карбонизации обеспечивается высокая степень использования натрия UNа из рассола, хорошее качество кристаллов осажденного NаНСО3, высокая степень использования диоксида углерода и аммиака и высокая производительность карбонизационных колонн.

Одним из основных факторов, от которых зависит величина UNа, является высокая концентрация NаСl. Путем поддержания температурного режима осадительных колонн должно обеспечиваться требуемое качество кристаллов гидрокарбоната натрия. Производительность осадительной колонны лимитируется качеством кристаллов или скоростью роста кристаллических зародышей NаНСО3. Последняя определяет необходимое время пребывания суспензии в колонне, зависящее от рабочей емкости колонны.

Основная аппаратура отделения.

Карбонизационная колонна является основным аппаратом отделения карбонизации. Она представляет собой цилиндрическую пустотелую емкость диаметром до 3 м и высотой27м, состоящую из ряда чугунных царг. Такая колонна имеет 8 холодильных и 17 абсорбционных царг. Сверху в колонну поступает карбонизуемый раствор. Работающая колонна заполнена раствором до определенного уровня, поддерживаемого на постоянной высоте. Проходя через жидкость, газ ее перемешивает. Для более полного извлечения СО2 из газа и достижения более высокой степени карбонизации конечного раствора газ и жидкость движутся в колонне противотоком. Производительность такой колонны 250 т/сутки.

Первый промыватель газа колонн ПГКЛ-1 – аппарат скрубберного типа – представляет собой цилиндрическую пустотелую колонну, состоящую из ряда чугунных царг диаметром 2800мм. Колонна заполнена керамическими кольцами. Общая высота насадки 17м.

8.7.Кальцинация гидрокарбоната натрия.

8.7.1.Физико-химические основы процесса

Осажденный в процессе карбонизации гидрокарбонат натрия отделяется от маточной (фильтровой) жидкости на обычных барабанных вакуум-фильтрах и при нагревании подвергается разложению, или кальцинации.

Отфильтрованный и промытый NаНСО3 содержит 76-80% NаНСО3, Н2О – 14-18%, общего хлора –0.2-0.4%, общего аммиака – 0.6-0.8%.

Опыт показывает, что аммиак нельзя отмыть при промывке осадка, его не удается полностью удалить даже при нагревании до 1000С. Аммиак в техническом гидрокарбонате натрия находится в виде карбамата натрия. Выделение его в твердую фазу происходит на протяжении всего процесса кристаллизации NаНСО3 в карбонизационной колонне.