專利名稱：活性碳酸鈉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從廢氣中脫除二氧化硫所用活性碳酸鈉的制備方法。
有一種制備活性碳酸鈉的方法是已知的，就是以碳酸氫鈉(NaHCO3)為起始原料制取此產(chǎn)物。如美國專利4105744號中所述，在由水蒸汽分壓和由溫度所限定的條件下，在一種氣流中使碳酸氫鈉進行熱分解反應(yīng)。用此方法所制成的活性無水碳酸鈉的卓越性能表現(xiàn)在對二氧化硫有極高反應(yīng)活性，它能達到的氣體凈化程度高于95%，并且該活性碳酸鈉的吸收能力的平均可利用率超過90%。
從碳酸氫鈉制備活性碳酸鈉的方法存在缺點，就是此方法消耗能量多，并且該起始原料價格高，比較不易得到。制備碳鈉的另一種方法是利用蘊藏很大的天然鈉鹽原料，例如二碳酸氫三鈉-即一種倍半碳酸鈉，還有礦產(chǎn)碳酸鈉十水合物。這些原料大多是通過煅燒和隨后的燒余物處理加工成煅燒蘇打。這樣加工的缺點是煅燒蘇打的吸收能力不高。
因此，本發(fā)明的目的是解決從廉價易得的天然原料，即主要是碳酸鈉十水合物Na2CO3·10H2O制備活性碳酸鈉所存在的技術(shù)難題。
本發(fā)明的目的是對二氧化硫有反應(yīng)活性的碳酸鈉的制備方法，并且要求對氣體的凈化程度高于90%，并且碳酸鈉的利用率也高于90%，本方法的特征是將含有組成為Na2CO3·10H2O(其中10H2O代表結(jié)晶水)的固態(tài)碳酸鈉十水合物的起始原料在干燥過程中逐步脫水，得到結(jié)晶水含量相應(yīng)于組成為Na2CO3·nH2O(其中n＝0至1)的碳酸鈉，進行干燥的條件為固體物溫度保持在低于32℃，干燥程度達到其結(jié)晶水含量相應(yīng)于Na2CO3·nH2O的組成，其中n＝0至5。
32℃的溫度極限代表碳酸鈉十水合物溶于其本身結(jié)晶水中的熔點溫度。于此處披露并作為本發(fā)明依據(jù)的事實之一，就是在低于所述32℃極限溫度條件下，通過該十水合物逐漸轉(zhuǎn)化為較低級的水合物，而使結(jié)晶水組分減少。通過這樣的步驟，就有可能得到比表面積約10平方米/克，堆積密度約0.4克/立方厘米的活性碳酸鈉或其一水合物。由此方法所制取的固體產(chǎn)物的特征是對二氧化硫有很強反應(yīng)活性，從而參與反應(yīng)的物料的轉(zhuǎn)化率為其化學(xué)計算量的90%以上。
相反情況，若在高于該十水合物于其結(jié)晶水中的熔點(32℃)溫度進行脫水，則原先的晶體結(jié)構(gòu)完全瓦解。以此法生成的固體物相是一種孔隙極少的燒結(jié)物質(zhì)，其比表面積小于1平方米/克，實質(zhì)上對二氧化硫無反應(yīng)活性。
按本發(fā)明的初始目的還有進一步的發(fā)展，就是發(fā)現(xiàn)上述的碳酸鈉十水合物脫水時所需低于其熔點的溫度條件，必須保持到能使其組成至少低至相應(yīng)于五水合物(Na2CO3·5H2O)時為止，當(dāng)組成低于五水合物之后，即可以無限制地提高干燥溫度，從而可加快干燥過程速度，采用此種方式時，該孔隙性結(jié)構(gòu)不致瓦解。由此法制取的活性碳酸鈉或其一水合物具備前述物理性質(zhì)和化學(xué)活性。
因此，進行干燥的有利方式是第一步采用10-31.9℃，使其組成達到相應(yīng)于五水合物Na2CO3·5H2O，然后第二步采用33-150℃進行干燥。
干燥下限溫度為10℃，這是按照該干燥過程的動力學(xué)條件，使之仍能在合理時間內(nèi)完成脫水過程而確定的。
第二步干燥的上限溫度為150℃，這是按通常燃燒過程所產(chǎn)生的煙道氣溫度而確定的。本方法就可以利用到這些煙道氣。
實行本干燥過程的方式可以是采用減壓或真空條件，或于自然氣侯中風(fēng)干，或是在惰性氣體氣流中以流化床方式干燥，該惰性氣體的水分含量應(yīng)低于3.2%(體積)。在制備過程中，可以將這種熱的碳酸鈉應(yīng)用于其后的煙道氣脫硫反應(yīng)中，不必再專門提供能源。在干燥過程中，即可提高被干燥物的溫度。
上述的活性碳酸鈉制備方法還可應(yīng)用于低活性碳酸鈉的再活化，例如將細粉末狀的煅燒蘇打與水混合，混合重量比為1∶1.7或更高，然后按本發(fā)明將所形成的爛漿狀混合物進行干燥。
以下各實例更詳細描述按本發(fā)明制備活性碳酸鈉的方法，以及按本發(fā)明所制產(chǎn)品的應(yīng)用方法和效果。
實例1于實驗室中，將粒度為0.25-0.33毫米的碳酸鈉十水合物于24℃和低于2帕減壓條件下干燥1小時。將由此得到的碳酸鈉半水合物(Na2CO3·H2O)置于反應(yīng)器中，于150℃與如下組成的混合氣接觸0.2%(體積)二氧化硫，2%(體積)水蒸汽，其余為氮。氣體總流量為100毫升/分鐘，使送進的二氧化硫?qū)μ妓徕c的化學(xué)計算量比率達到1，該氣體脫除二氧化硫的平均凈化度為高于98%，該固體物的最終轉(zhuǎn)化率高于99%。
實例2將粒度為0.25-0.33毫米的碳酸鈉十水合物于24℃鋪成薄層進行自然氣候風(fēng)干24小時。試驗完成后進行化學(xué)分析，其組成為Na2CO3·1.2H2O。將此一水合物置于152℃的反應(yīng)器中，與如下組成之混合氣體接觸0.2%(條件)二氧化硫，2%(體積)水蒸汽，其余為氮。氣體總流量為100毫升/分鐘，通氣時間32分鐘后，相應(yīng)于送進的二氧化硫?qū)μ妓徕c的化學(xué)計算量比率為1，該氣體脫除二氧化硫的平均凈化度為94%，該固體物的最終轉(zhuǎn)化率為96%。
實例3將粒度為0.25-0.33毫米的碳酸鈉十水合物于流化床中脫水，溫度為30℃，流化用氣體為含2%(體積)水增強的空氣。按空反應(yīng)器計算的空氣線速度為0.44米/秒。經(jīng)1小時干燥操作后，生成二水合物Na2CO3·2H2O。經(jīng)2小時操作后，完成干燥，將固相進行分析。脫水的最終產(chǎn)物為一水合物Na2CO3·H2O。將此一水合物置于151℃的反應(yīng)器中，并與如下組成的混合氣體接觸0.077%(體積)二氧化硫，2%(體積)水蒸汽，其余為氮。氣體總流量為50毫升/分鐘，使送進的二氧化硫?qū)μ妓徕c的化學(xué)計算量比率達到1，該氣體脫除二氧化硫的平均凈化度高于92%，該固體物的最終轉(zhuǎn)化率為93%。
實例4將粒度0.25-0.33毫米的碳酸鈉十水合物(重17克)于20℃在流化床中脫水。所用空氣的初始水分含量為0.32%(體積)，流量為0.18立方米/小時。按空流化床計算的空氣線速度為0.44米/秒。于流化狀態(tài)干燥30分鐘后，得到組成為Na2CO3·5H2O的產(chǎn)物。將此產(chǎn)物于固定床反應(yīng)器中使用氮氣流并升溫至不超過130℃進一步干燥，干燥時間15分鐘。平均升溫速率為7℃/分鐘。干燥之終產(chǎn)物為無水碳酸鈉。于110℃，與固態(tài)碳酸鈉一水合物成平衡的水蒸汽壓力等于一大氣壓。
實例5將粒度為0.25-0.33毫米的碳酸鈉十水合物(重17克)于30℃在流化床中脫水。所用空氣的初始水分含量為2%(體積)，流速為0.26米/秒。于流化床中干燥60分鐘后，所得產(chǎn)物組成為Na2CO3·4H2O。然后將流化床氣體溫度升至40℃，繼續(xù)干燥30分鐘，所得產(chǎn)物為碳酸鈉一水合物(Na2CO3·1H2O)。
實例6將實例4所得干燥產(chǎn)物置于150℃的反應(yīng)器中，并與如下組成的混合接觸870ppm(＝0.087%，體積)二氧化硫，2%(體積)水蒸汽，其余為氮。氣體總流量為50毫升/分鐘，使送進的二氧化硫?qū)μ妓徕c的化學(xué)計算量比率達到1，氣體脫除二氧化硫的平均凈化度高于92%，該固體物的最終轉(zhuǎn)化率為94.7%。
為了證明按本發(fā)明所制活性碳酸鈉的脫硫效能，進行了對比測定，結(jié)果示于附圖
中。此圖中示出一種碳酸鈉反應(yīng)床層的脫除二氧化硫效果曲線。
W表示該反應(yīng)床層的化學(xué)計算量負荷程度，也具有無量綱時間之函義，并且表示NSR(規(guī)一化的化學(xué)計算量比率)的倒數(shù)數(shù)值;E表示其脫硫效率。
一種低反應(yīng)活性碳酸鈉的脫硫效果由曲線1表示。由所述低反應(yīng)活性碳酸鈉制備成活性碳酸鈉后，其脫硫效果曲線位于曲線2和3所包入的范圍內(nèi)。這些曲線都是用相同反應(yīng)條件試驗所得溫度150℃;混合氣組成0.2%(體積)二氧化硫，2%(體積)水蒸汽，其余為氮;粒度為0.25-0.33毫米。該低反應(yīng)活性碳酸鈉樣品的最終轉(zhuǎn)化率為7.7%，而該高反應(yīng)活性固體碳酸鈉樣品的轉(zhuǎn)化率達到90-93%范圍。
權(quán)利要求
1.具有對二氧化硫反應(yīng)活性的碳酸鈉的制備方法，該活性碳酸鈉能達到氣體凈化率高于90%，碳酸鈉利用率高于90%，其特征在于將組成為Na2CO3·10H2O，其中10H2O代表結(jié)晶水的固態(tài)碳酸鈉十水合物作為起始原料，采用干燥方法逐步脫水，得到結(jié)晶水含量相應(yīng)于組成為Na2CO3·nH2O，其中n=0至1的碳酸鈉，其中該固體物是保持在低于32℃溫度進行干燥，直至其結(jié)晶水含量相應(yīng)于組成為Na2CO3·nH2O，其中n=0至5為止。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中在干燥過程的第一階段，該固體物的溫度范圍為10-31.9℃，干燥程度達到其組成相應(yīng)于其五水合物Na2CO3·5H2O;其后的第二干燥階段的溫度范圍為33-150℃。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中干燥過程是于一種氣流中進行，而該氣流的水分含量低于3.2%(體積)。
4.按權(quán)利要求1的方法，其中干燥過程是于一個流化床中進行。
5.按權(quán)利要求1的方法，其中的干燥溫度是逐步升高的。
全文摘要
將Na
文檔編號B01J8/00GK1035272SQ8810711
公開日1989年9月6日 申請日期1988年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月17日
發(fā)明者卡雷爾·莫切克, 埃默里?！ざ蚨嗨? 埃里希·利佩特, 達里奧·貝魯托, 簡·塞馬克, 瓦克拉夫·韋斯利, 米洛斯拉夫·赫特曼, 吉里·沃爾德 申請人:捷克斯洛伐克科學(xué)院