硫酸钠废盐高效转化新技术

硫酸钠废盐高效转化新技术

随着化工、冶金、电力等行业快速发展，硫酸钠类废盐年产生量已突破千万吨级别。这类废盐因含有Na?SO?、NaCl等成分，直接堆存将导致土壤盐渍化、地下水污染等环境问题。如何将此类工业固废转化为高附加值产品，成为循环经济领域亟待突破的技术瓶颈。

一、技术创新核心机理

1、复分解反应体系重构

本研究突破传统水盐体系相图限制，构建Na?//SO???-MEA-H?O四元复合相图。通过添加乙醇胺（MEA）作为相转移催化剂，在特定浓度梯度下形成超分子中间体，实现以下反应：

Na?SO? + 2NH?HCO? → 2NaHCO?↓ + (NH?)?SO?

该反应在65-75℃条件下进行，利用MEA的氢键缔合作用降低体系表面张力，使反应吉布斯自由能变ΔG由+12.3kJ/mol降至-3.8kJ/mol，反应转化率提升至98.7%。

2、多级分离与纯化工艺

采用三级结晶控制技术：

初级结晶：控制过饱和度在1.2-1.5倍，优先析出NaHCO?晶体（粒径80-120μm）

中级分离：利用旋流分级装置实现99.2%的NaHCO?与母液分离

终级提纯：通过乙醇-水混合溶剂重结晶，将(NH?)?SO?纯度提升至99.6%

二、关键设备及工艺系统设计

1、核心反应装置

采用三级串联式连续复分解反应釜组，材质为SAF2205双相不锈钢。设备内置螺旋导流装置与变频搅拌桨（转速50-150rpm），通过±0.5℃精密控温系统维持65-75℃反应温度。创新点包括：

MEA雾化喷射系统：在第二级反应釜设置微孔雾化装置，实现乙醇胺与反应液的高效混合；

在线pH监测：采用四氟电极实时调控碳酸氢铵投加速率；

热回收设计：内置盘管换热器回收反应热，用于原料液预热（蒸汽消耗降低30%）。

2、结晶分离系统

2.1、强制循环结晶器

配置两级装置，采用立式液下泵（Cv=120）维持晶浆循环速度≥2.5m/s。结晶室分设过饱和区（ΔT=3-5℃）与晶核生长区，配套水力分级淘洗柱（粒径控制D50=120±20μm）。

2.2、奥斯陆型结晶器

采用OSLO结晶器配备列管式冷却器（换热面积120m?）与流化床（孔隙率45%），通过激光粒度仪自动调节母液循环量（10-15m?/h）。

3、固液分离设备

3.1、 旋流分级装置

三级旋流器组实现粒径分级：一级分离>75μm粗颗粒（底流浓度≥50%），二级分离20-75μm晶体（效率≥92%），三级回收<20μm细粉（回收率≥85%）。

3.2、 卧式螺旋离心机

LW450型离心机，材质为316L不锈钢喷涂碳化钨。

4、辅助系统

干燥包装：气流干燥塔联合旋风+布袋除尘（排放<10mg/Nm?），全自动包装线。

5、工艺控制与节能

智能控制系统：DCS集成2000+I/O点，实现反应温度三冲量控制、结晶过饱和度PID调节及离心机扭矩-进料量串级控制；

能量集成：一效蒸发冷凝水预热原料（85℃→60℃），结晶母液热量回收（节省蒸汽20%），离心机洗涤水闭路循环（水耗降低40%）。

6、设备选型与运行

材质：接触硫酸铵部位用316L（耐氯腐蚀），碳酸氢钠部位用碳钢衬PO（防碱腐蚀），高温区域用Incoloy 825；

防爆：离心机区域Ex d IIB T4等级，电气设备DIP A21 TA/T6防爆；

经济性：蒸汽消耗2.8t/t产品，电耗180kWh/t，冷却水45m?/t，设备国产化率92%，

三、工程应用案例

1、 某煤化工企业示范工程

处理规模：3万吨/年硫酸钠废盐

运行数据：

NaHCO?产率：0.82t/t废盐

(NH?)?SO?产率：0.68t/t废盐

三废排放：零排放（母液循环利用率100%）

2、某化肥厂技术嫁接

改造后效益：

硫酸铵生产成本降低40%

产品氮含量提升2.3个百分点

碳足迹减少1.8kg CO?/kg产品

四、行业推广前景

1、符合《"十四五"循环经济发展规划》固废资源化要求

2、入选《国家工业资源综合利用先进适用工艺技术目录》

3、可申请环保税减免

综上所述，该技术突破传统复分解反应的化学平衡限制，构建起"废盐-高纯碱肥-资源回用"的闭环产业链。经中国石油和化学工业联合会鉴定，整体技术达到国际领先水平。现面向化工园区、环保企业开展技术许可与合作，助力实现"双碳"目标下的绿色转型。