CN109588048B

CN109588048B - 使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置和使用该装置的碳酸氢钠的生产方法

Info

Publication number: CN109588048B
Application number: CN201880002761.7A
Authority: CN
Inventors: 李知炫; 李东昱; 沈在球; 郭鲁尚; 李姃玹; 柳顺都
Original assignee: East West Power Generation In South Korea; Han Guodianligongshe
Current assignee: East West Power Generation In South Korea; Han Guodianligongshe
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2018-01-04
Publication date: 2021-10-12
Anticipated expiration: 2038-01-04
Also published as: KR101951617B1; KR20190014209A; WO2019022319A1; CN109588048A

Abstract

本发明涉及一种使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置。在一个实施方案中，使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置包括第一反应塔和第二反应塔，其中在第一反应塔中，通过使供应到上部的氢氧化钠(NaOH)溶液与引入下部的燃烧废气接触产生第一处理气体和第一浆料；第二反应塔包括在下部形成的第一反应单元和在第一反应单元上部形成以与第一反应单元连通的第二反应单元，并且其中通过第一气体管道将第一处理气体分支引入第一反应单元下部和第二反应单元下部，并且使引入第一反应单元下部和第二反应单元下部的第一处理气体与引入第二反应单元的上部的NaOH溶液接触。

Description

使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置和使用该装置的碳酸氢钠的生产方法

技术领域

本发明涉及一种使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置以及使用该装置的碳酸氢钠的生产方法。

背景技术

已经研究了许多方法来去除从发电厂排出的废气中去除二氧化碳(CO₂)，这是全球温室气体的原因。在这些方法中，使用广泛使用的单乙醇胺(MEA)通过湿吸收技术去除CO₂的方法能够在大气压下进行大规模处理，但是其缺点是，由于诸如大气压力之类的气流特性造成处理设备的规模很大，因此安装成本高、能耗高。

近年来，通过利用从燃煤电厂等排出的连续废气，并同时减少作为典型温室气体的CO₂，已经积极地进行研究生产例如碳酸氢钠之类的高价值化合物。

与本发明有关的现有技术包括日本未审查专利申请公开No.1999-104440(公开日：1999年4月20日，发明名称：去除废气中酸性气体的方法及装置)。该文献公开了一种用于去除废气中酸性气体的装置构造，该装置包括：立式反应器，其下端具有废气入口，和上端具有废气出口；用于将吸收浆料喷射到立式反应器中的装置；用于分离从反应器排出的废气中所含的干燥固体的分离装置；以及用于将被分离的固体的一部分再循环到反应器的再循环路径。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的涉及一种使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置，该碳酸氢钠生产装置具有高二氧化碳(CO₂)去除效率、环境友好且能够生产出高纯度碳酸氢钠。

本发明的另一目的涉及一种使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置，该碳酸氢钠生产装置具有高经济可行性、高生产率且环境友好。

本发明的又一目的涉及一种利用所述使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置的碳酸氢钠的生产方法。

技术方案

本发明一方面涉及一种使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置。在一个实施方案中，所述使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置包括第一反应塔和第二反应塔，其中在所述第一反应塔中，使供应到上部的氢氧化钠(NaOH)溶液和引入下部的燃烧废气接触产生第一处理气体和第一浆料；所述第二反应塔包括在下部形成的第一反应单元和在第一反应单元上部形成以与所述第一反应单元连通的第二反应单元，并且其中通过将所述第一处理气体第一气体管道分支引入所述第一反应单元下部和所述第二反应单元下部，并使引入所述第一反应单元下部和所述第二反应单元下部的第一处理气体与引入所述第二反应单元上部的NaOH溶液接触，其中：第一浆料和未反应的NaOH溶液停留在所述第一反应塔下部并形成第一混合浆料；并将所述第一混合浆料送至设置在所述第一反应塔下部的浆料干燥单元以产生碳酸氢钠。

在一个实施方案中，所述第一混合浆料的一部分可经由第一循环管道循环并引入所述第一反应塔上部。

在一个实施方案中，在权利要求1中，所述第二反应塔可包括设置在所述第一反应单元和所述第二反应单元之间的气体分配单元；所述气体分配单元可具有在其内圆周表面上形成的多个孔；并且所述第一处理气体可通过所述多个孔引入所述第二反应单元下部。

在一个实施方案中，可使引入所述第一反应单元下部和所述第二反应单元下部的所述第一处理气体与引入到所述第二反应单元上部的NaOH溶液接触并产生第二处理气体、第二浆料和第三浆料；所述第二浆料、所述第三浆料以及未反应的NaOH溶液可停留在所述第一反应塔下部并形成第二混合浆料；并且所述第二混合浆料的一部分可通过设置在所述第一反应单元下部的第二循环管道循环并引入所述第一反应单元上部，并可与所述第一处理气体接触。

在一个实施方案中，所述第二混合浆料的一部分可经由设置在所述第一反应单元下部的第一进料管道引入所述第一反应塔上部，并且可与所述燃烧废气接触。

在一个实施方案中，在所述第一反应塔下部产生的所述第一混合浆料的pH值可以是约8.5至约9.0。

在一个实施方案中，在所述第一反应单元中产生的第二浆料的pH值可以是约10至约11；和在所述第二反应单元中产生的第三浆料的pH值可以是约11至约12。

在一个实施方案中，可形成所述第一反应塔的直径和第二反应塔的直径，使得所引入的燃烧废气的线速度和第一处理气体的线速度为约50m/hr至约80m/hr。

在一个实施方案中，所述第一反应塔的高度H1和第二反应塔的高度H2为约80cm至约200cm。

在一个实施方案中，可形成所述第一反应塔的高度H1和第二反应塔的高度H2，使其为第一反应塔的直径和第二反应塔的直径的约12倍至约15倍。

在一个实施方案中，所述浆料干燥单元可包括：分离器，通过将所述第一混合浆料通过分离膜而将所供给的第一混合浆料分离成颗粒材料和浆料滤液；干燥器，用于干燥所述颗粒材料以产生碳酸氢钠；以及碳酸氢钠储存器，用于储存所产生的碳酸氢钠，其中：当所述第一混合浆料通过所述分离膜时，使用振动能可将所述第一混合浆料分离成所述颗粒材料和所述浆料滤液，并且可将被分离的浆液滤液引入所述第一反应塔上部。

在一个实施方案中，所述干燥器可以约40℃至约70℃的温度干燥所述颗粒材料。

本发明的另一方面涉及一种使用所述碳酸氢钠生产装置的碳酸氢钠的生产方法。例如，所述碳酸氢钠生产方法包括：使供应到第一反应塔上部的氢氧化钠(NaOH)溶液与引入第一反应塔下部的燃烧废气接触产生第一处理气体和第一浆料，以及通过第一气体管道将第一处理气体分支引入第二反应塔的第一反应单元下部和所述第二反应塔的第二反应单元下部，使得引入所述第一反应单元下部和所述第二反应单元下部的第一处理气体与引入所述第二反应单元上部的NaOH溶液接触，其中：所述第一浆料和未反应的NaOH溶液停留在所述第一反应塔下部并形成第一混合浆料；并将所述第一混合浆料送至设置在所述第一反应塔下部的浆料干燥单元以产生碳酸氢钠。

[有益效果]

当应用了本发明的用于生产碳酸氢钠的装置和方法时，二氧化碳(CO₂)去除效率高，并且可以低成本、小规模的加工设备生产高纯度的碳酸氢钠，从而具有高经济可行性、高生产力且环境友好。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个具体实施例的使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置。

图2A示出了根据本发明的一个具体实施例的气体分配单元的横截面，以及图2B示出了气体分配单元。

图3示出了根据本发明的一个具体实施例的浆料干燥单元的分离器。

具体实施方式

在描述本发明时，当与本发明相关的已知技术或配置的详细描述被认为不必要地模糊了本发明的主旨时，将省略其详细描述。

下面将描述的术语是考虑了在本发明中的功能而定义的术语，并且由于术语会根据用户或操作者的意图、实践等而变化，因此术语应该基于描述本发明的整个说明书中的内容来定义。

在下文中，将结合附图详细描述本发明。

使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置

本发明一方面涉及一种使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置。图1示出了根据本发明一个具体实施例的使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置。参看图1，使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置1000包括第一反应塔200和第二反应塔300，在第一反应塔200中，使供应到上部的氢氧化钠(NaOH)溶液与引入下部的燃烧废气接触产生第一处理气体和第一浆料；以及第二反应塔300包括在下部形成的第一反应单元A1和在第一反应单元A1的上部形成以与第一反应单元A2连通的第二反应单元A2，并且其中通过第一气体管道20将第一处理气体分支引入第一反应单元A1下部和第二反应单元A2下部，并且使引入第一反应单元A1下部和第二反应单元A2下部的第一处理气体与引入第二反应单元A2上部的NaOH溶液接触以产生第二处理气体、第三处理气体、第二浆料以及第三浆料。

可使用一般方法将NaOH引入第一反应塔200的上部。例如，可通过连接第一反应塔200的上部和NaOH供应单元400之间的供应管道(未示出)引入NaOH，这将在下文描述。

燃烧废气是由于燃煤发电厂、水泥和石油化厂等的化石燃料的燃烧而排出，并且含有二氧化碳(CO₂)的气体可以用作燃烧废气。燃烧废气中的CO₂浓度可通过发电厂、水泥厂等使用的燃料和燃烧方法来确定。在一个实施方案中，在燃煤发电厂产生燃烧废气的情况下，燃烧废气中可含有约13体积％(体积％)至约16体积％的CO₂。在另一具体实例中，在铁厂的高炉产生燃烧废气的情况下，燃烧废气中可含有约20体积％至约23体积％的CO₂。当燃烧废气中的CO₂浓度变得更高时，由于可以在相同反应器规模中处理的CO₂量增加，因此可能是有利的。

参看图1，燃烧废气可经由燃烧废气引入管道10引入第一反应塔200的下部。在一个实施方案中，燃烧废气可通过气体冷却单元100冷却并被引入第一反应塔200的下部。当冷却燃烧废气时，由于反应效率增加，从第一处理气体中去除CO₂的效率会更高。燃烧废气引入管道10还可包括煤气鼓风机等，以将燃烧废气引入第一反应塔200。

当NaOH溶液与燃烧废气接触时，发生下面化学式1和化学式2所示的碳化反应，使得产生第一处理气体和第一浆料，同时从燃烧废气中去除CO₂。

[化学式1]

CO₂(g)+2NaOH(l)→Na₂CO₃+H₂O

[化学式2]

Na₂CO₃+CO₂(g)+H₂O→2NaHCO₃

参看图1，第一填料210可包括在第一反应塔200中。典型的填料可用作第一填料。例如，可以使用无定形填料。当包括第一填料210时，与燃烧废气和NaOH接触的停留时间增加，使得反应塔的尺寸可以最小化，同时反应效率较高。

第一浆料和未与燃烧废气反应的NaOH溶液停留在第一反应塔200的下部以形成第一混合浆料M1，并且位于第一反应塔200的下部的第一混合浆料M1可保持一定液位。

在一个实施方案中，第一混合浆料M1的一部分可通过设置在第一反应塔200下部的第一循环管道70循环并引入第一反应塔200的上部，并且可与燃烧废气接触。例如，第一混合浆料M1的一部分可通过设置在第一循环管道70上的第一循环泵72循环并引入。当第一混合浆料在上述条件下循环时，由于燃烧废气中的CO₂与NaOH溶液的碳化反应所需的停留时间随着通过第一混合浆料M1的循环而增加，因此在相应的反应器中，燃烧废气中的CO₂与NaOH的反应效率增加，并且这可显著地有助于减小填料塔的总尺寸(或者反应器的体积)。

图2示出了根据一个具体实施例的气体分配单元。参看图1和图2，第一处理气体可经由气体分配单元320的气体入口321引入，气体分配单元320设置在第一反应单元A1的下部并且位于第一反应单元A1和第二反应单元A2之间。在一个实施方案中，第一处理气体可经由形成在气体分配单元320的内周表面上的多个孔322引入第二反应单元。

参看图1，填料310和312可分别包含在第一反应单元A1和第二反应单元A2中。典型的填料可用作填料310和312。例如，可以使用金属板或规整填料形式的成形填料。当包括填料310和312时，与第一处理气体和NaOH接触的停留时间增加，可使反应塔的尺寸最小化，同时反应效率提高。

在一个实施方案中，通过与在第一反应单元A1中的NaOH溶液接触而去除其中的CO₂的第一处理气体可以在与第一反应单元A1连通的第二反应单元A2中再次与NaOH溶液接触，从中去除CO₂，并且可与第二反应单元A2中的第一处理气体合并以形成第二处理气体。

参看图2，第二浆料、第三浆料和未与第一处理气体反应的NaOH溶液可停留在第一反应单元A1的下部并形成第二混合浆料M2，并且第一反应单元A1的下部的第二混合浆料M2可保持一定液位。

第二混合浆料M2的一部分可通过设置在第一反应单元A1的下部的第二循环管道50循环并引入第一反应单元A1的上部，并且可与第一处理气体接触。例如，可使用设置在第二循环管道50上的第二循环泵52将第二混合浆料循环并引入第一反应单元A1的上部。

第一混合浆料的一部分和第二混合浆料的一部分可分别按照约5升/kg mol·CO₂至约30升/kg mol·CO₂的条件引入第一反应塔200的上部和第一反应单元A1的上部。在上述条件下，产生碳酸氢钠的效率会很高。

参看图1，第二混合浆料M2可通过设置在第一反应单元A1下部的第一进料管道60引入第一反应塔200的上部并且会与燃烧废气接触。

在一个实施方案中，由于与第一反应塔200的上部接触产生的第一浆料的pH值可以是约8.5至约11.0。在这样的范围内，反应性越高，因此碳酸氢钠的生产率和质量就越高。此外，第一反应塔200下部的第一混合浆料M1的pH值可调节至约8.5至约9.0。在该条件下，可使根据本发明生产的碳酸氢钠的纯度最大化。

当第一反应塔200的下端部的第一混合浆料的pH值低于约8.5时，由于碳酸氢钠的溶解度降低会产生沉淀，因此浆料排出管道80可能被堵塞。当pH值超过约9.0时，而碳酸氢钠产生效率降低，因此碳酸氢钠的纯度降低，所产生的碳酸钠(Na₂CO₃)的量会增加。

在一个实施方案中，第一反应单元A1中产生的第二浆料的pH值可以为约10至约11，并且第二反应单元A2中产生的第三浆料的pH值可以为约11至约12。在这样的范围内，反应性越高，并且碳酸氢钠的生产率和质量越高。

当第一反应单元A1中的第二浆料的pH值降低至低于约10时，随着浆料中的Na₂CO₃的含量增加，由于碳酸氢钠的溶解特性而产生沉淀现象，因此第一进料管道60发生堵塞。当第二浆料的pH值超过约11时，由于难以将第一混合浆料M1的pH值维持在约8.5至约9.0，所以会降低碳酸氢钠的纯度。

参看图1，存储在NaOH存储单元400中的NaOH溶液可经由NaOH供应管道40供给至第二反应塔300的第一反应单元A1的上端。在一个实施方案中，基于NaOH溶液的总重量，可含有约10重量％至约30重量％的NaOH。例如，可含有约为15重量％至约20重量％的NaOH。

当NaOH的含量小于约10重量％时，由于与燃烧废气中的CO₂反应的效率降低，使用本发明的反应塔的结构无法得到所需纯度的碳酸钠。当NaOH的含量大于约30重量％时，除了反应器的腐蚀之外，由于Na₂CO₃和碳酸氢钠的溶解特性，在低温下会在进料管道中产生沉淀，因此在长期运行方面会出现许多困难。例如，基于NaOH溶液的总重量，可含有约为10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％或者30重量％的NaOH。

如上文所述，在本发明的碳酸氢钠生产装置中，燃烧废气从第一反应塔200流到第二反应塔300，并且通过使NaOH溶液和燃烧废气接触形成的浆料从第二反应塔300流到第一反应塔200，使得燃烧废气和浆料的处理流彼此相交。当在上述条件下进行该方法时，可将pH值水平控制在最佳pH值水平以产生高纯度碳酸氢钠。

参看图1，气体排出管道30可设置在第二反应塔300的上部，以将所形成的第二处理气体排至外部。

在一个实施方案中，可形成第一反应塔的直径和第二反应塔的直径，使得所引入的燃烧废气的线速度和第一处理气体的线速度为约50m/hr至约80m/hr。在这样的线速度范围内，本发明的碳化反应的速度和处理效率会很高。

在一个实施方案中，第一反应塔的高度H1和第二反应塔的高度H2可以为约80cm至约200cm。在这样的范围内，本发明的碳化反应的速度和加工效率会很高。例如，第一反应塔的高度H1和第二反应塔的高度H2可以为约80cm至约150cm。

在一个实施方案中，可形成第一反应塔的高度H1和第二反应塔的高度H2，使之是第一反应塔的直径和第二反应塔的直径的约12倍至约15倍。在这样的范围内，本发明的碳化反应的速度和加工效率会很高。

在一个实施方案中，第一反应塔200和第二反应塔300还可包括温度测量单元、pH值测量单元、电导率测量单元等，以在操作期间对各种条件变化进行分析。

在一个实施方案中，为了从第一处理气体和第二处理气体中去除液滴，可将雾去除器230和雾去除器330分别安装在第一反应塔200和第二反应塔300中，从而使得可以保持该过程的水平衡。

在一个实施方案中，可在燃烧废气引入管道10、第一气体管道20和气体排出管道30的每一个中设置CO₂测量传感器，以根据反应过程对CO₂去除效率(或者CO₂转化效率)进行实时分析。

在一个实施方案中，将第一混合浆料M送至设置在第一反应塔200下部的浆料干燥单元500，并产生碳酸氢钠。在一个实施方案中，浆料干燥单元500包括：分离器，该分离器通过使第一混合浆料M1通过分离膜将进料而将第一混合浆料M1分离成颗粒材料和浆料滤液；干燥器，用于干燥颗粒材料以产生碳酸氢钠；以及碳酸氢钠储存器，用于储存所产生的碳酸氢钠，其中经分离的浆液滤液可通过滤液排出管道引至第一反应塔的上部。

在一个实施方案中，第一混合浆料的固体颗粒的平均尺寸可以为约20μm或者更小。例如，平均尺寸可大于约0μm且小于或等于约20μm。第一混合浆料M1的固体含量可为约10重量％至约20重量％。因此，第一混合浆料M1可在浆料干燥单元中脱水和干燥，以获得固体碳酸氢钠。

当第一混合浆料M1通过分离膜时，可使用振动能将第一混合浆料M1分离成颗粒材料和浆料滤液。图3示出了根据本发明的一个具体实施例的浆料干燥单元500的分离器510。参看图3，分离器510可包括：分离膜502，用于从第一混合浆料M1分离出颗粒材料和浆料滤液；振动器504，设置在分离膜502的下部；滤液排出管道510，使通过分离膜的浆料滤液通过该滤液排出管线510排出；以及颗粒材料储存器506，用于储存已经通过分离膜的颗粒材料。

当施加振动能量时，分离膜本身会以高频率振动，并且可以防止混合浆料M1中的希望分离的细颗粒附着到膜表面并因此降低膜分离效率的现象。按照这种方式，处理效率会很高。

使用本发明的振动和分离方法从浆料中去除水分的方法在干燥器的后期操作和能量效率方面也具有优势。具体地，由于通过分离膜去除了残留在第一混合浆料中的大部分含有杂质的水，因此在喷雾干燥过程中应释放的水分量也会减少相应的水量，并因此能量消耗显著降低。

储存在颗粒材料储存器506中的颗粒材料可以送至干燥器中并干燥。已经通过振动分离膜的颗粒材料中的水分含量可为约10重量％至约20重量％。因此，需要通过干燥去除残留的水分。例如，可以使用流化床干燥器来用作干燥器。在一个实施方案中，干燥器可使用温度为约40℃至约70℃的空气来干燥颗粒材料。在这样的条件下，干燥效率会很高，并且可以防止碳酸氢钠的热分解。

在一个实施方案中，第一反应塔A1的下部与浆料干燥单元500之间还可以包括浆料储存单元(未示出)。在一个实施方案中，在第一反应塔200的下部可进一步包括隔膜形式的浆料进料泵。当进一步包括浆料进料泵时，可将浆料送至浆料干燥单元500，而浆料排出管道80不会由于其中的浆料沉淀而被堵塞。

利用使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置的碳酸氢钠的生产方法

本发明的另一方面涉及一种利用使用燃烧废气的碳酸氢钠生产装置的碳酸氢钠生产方法。该碳酸氢钠生产方法包括：通过使供应到第一反应塔的上部的氢氧化钠(NaOH)溶液与引入所述第一反应塔的下部的燃烧废气接触产生第一处理气体和第一浆料；以及通过第一气体管道将第一处理气体分支引入所述第二反应塔的第一反应单元的下部和所述第二反应塔的第二反应单元的下部，使得引入所述第一反应单元的下部和所述第二反应单元的下部的第一处理气体与引入所述第二反应单元的上部的NaOH溶液接触，其中：第一浆料和未反应的NaOH溶液停留在第一反应塔的下部并且形成第一混合浆料；并且将第一混合浆料送至设置在第一反应塔的下部的浆料干燥装置以产生碳酸氢钠。由于碳酸氢钠生产装置与上述碳酸氢钠生产装置相同，因此将省略其详细描述。

本发明可利用燃煤电厂、水泥和石油化厂等因化石燃料燃烧而排出的燃烧废气来生产具有很高商业价值的碳酸氢钠并同时减少作为典型的温室气体的二氧化碳。

根据本发明生产的碳酸氢钠是可用于各种工业领域的材料，例如肥皂、洗涤剂、食品添加剂和废气精炼。碳酸氢钠可具有高附加值和高可用性。

发明的模式

下面将使用本发明的优选实施方案更详细地描述本发明的配置和作用。然而，以下示例仅作为本发明的优选示例来提供，并且本发明不受以下示例的任何形式的限制。

实施例和对比例

实施例1

碳酸氢钠生产：使用图1中所示的碳酸氢钠生产装置来生产碳酸氢钠。第一反应塔的高度H1和第二反应塔的高度H2为150cm。在第一反应塔200中，使供应至填充有其中包含无定形填料的第一填料210的第一反应塔200的上部的NaOH溶液(含有15重量％的NaOH，以45毫升/分钟的流速引入)与含有14体积％至15体积％的CO₂的燃烧废气接触，使用气体冷却单元100冷却，并通过燃烧废气引入管道10以25升/分钟的流速引入第一反应塔200的下部，以产生第一处理气体和第一浆料。

然后，将第一处理气体通过第一气体管道20引入设置在第二反应塔300的第一反应单元A1的下部的气体分配单元320的气体入口321以及第一反应单元A1和第二反应单元A2之间，使得第一处理气体通过在气体分配单元的内周表面上形成的多个孔322引入第二反应单元的下部。

在这种情况下，将被分支的第一处理气体通过气体分配单元以50体积％引入第一反应单元的下部，并且以50体积％引入第二反应单元。

引入第一反应单元的下部和第二反应单元的下部的第一处理气体与引入第二反应单元的上部的NaOH溶液(含有15重量％的NaOH，其以45ml/min的流速引入)接触，以产生第二处理气体、第三处理气体、第二浆料和第三浆料。

第一浆料和未与燃烧废气反应的NaOH溶液停留在第一反应塔的下部并形成第一混合浆料。将一部分第一混合浆料通过设置在第一反应塔的下部的第一循环管道循环并送至第一反应塔的上部并使与燃烧废气接触。

在第二反应塔300中，第二浆料、第三浆料和未与第一处理气体反应的NaOH溶液停留在第一反应单元A1的下部并形成第二混合浆料。第二混合浆料通过设置在第一反应单元A1下部的第二循环管道50循环并送至第一反应单元的上部，并与第一处理气体接触。另外，第二混合浆料的一部分经由设置在第一反应单元A1的下部的第一进料管道60引入第一反应塔200的上部，并与燃烧废气接触。

在这种情况下，将第一混合浆料和第二混合浆料循环并以50升/kgmol CO₂的流速引入。

将第一混合浆料经由浆料排出管道80送至设置在第一反应塔的下部的浆料干燥单元。将第一混合浆料送至分离器中并通过经过分离膜分离成颗粒材料和浆料滤液。当第一混合浆料通过分离膜时，使用振动能将第一混合浆料分离成颗粒材料和浆料滤液，将颗粒材料送至干燥器中并以40℃的温度进行干燥以产生碳酸氢钠，并将所产生的碳酸氢钠送至储存器中并储存在该储存器中。将经分离的浆料滤液通过滤液排出管道引入第一反应塔的上部。

实施例2

使用与实施例1中相同的方法制备碳酸氢钠，除了引入第二反应塔的上部(第二反应单元的上部)的NaOH溶液的浓度为20重量％并将每分钟注入的NaOH溶液的量调整为30ml之外。

实施例3

使用与实施例1中相同的方法制备碳酸氢钠，除了将引入第二反应塔的上部(第二反应单元的上部)的NaOH溶液的每分钟注入的量调整为30ml之外。

实施例4

使用与实施例1中相同的方法制备碳酸氢钠，除了第一反应塔的高度和第二反应塔的高度为200cm之外。

对比例1

使用与实施例1中相同的方法制备碳酸氢钠，除了将第一处理气体注入第二反应塔的第一反应单元的下部而不被分支。

对比例2

使用与实施例1中相同的方法制备碳酸氢钠，除了将第一处理气体注入第二反应塔的第二反应单元的下部而不被分支。

关于实施例1至4，进行连续操作3小时的操作结果示于下表1中。

[表1]

参看表1中所示的结果，在实施例1的情况下，CO₂的捕获率(转化率)恒定地保持在约90％或更高。对所得的颗粒材料进行X射线衍射(XRD)的结果显示出纯度为约98％，这与已经商业化的产品没有显著差异。

接下来，实施例2和实施例3示出了通过改变NaOH的注入量或浓度同时反应器的高度保持不变所进行的实验结果。作为操作结果，平均CO₂的捕获率为90％或更高，这是非常好的，但是当操作进行2小时或更长时间时，会发生由于其中产生的沉淀物而使得管道经常堵塞的现象。

此外，关于实施例1和对比例1以及对比例2，进行3小时连续操作的操作结果示于下表2中。为了确保运行结果的可靠性，利用预先获得的处理模拟工具(PSE的gPROMS)来配置能够模拟实施例1和对比例1以及对比例2的碳化反应模型，然后对在与连续操作相同的条件下的CO₂的转化率进行分析。通过比较模拟和连续操作中的CO₂转化率的分析结果在下表2中给出。

[表2]

参看表2中所示的结果，在对比例1和对比例2的情况下，与实施例1相比，分析了平均CO₂的捕获率(转化率)较低。如上文本发明的详细描述，在实施例1的情况下，将从第一反应塔排出的大部分废气注入第二反应塔的第二反应单元，在pH值相对较高的区域(第三浆液的pH值范围：11至12)中操作，使得在短停留时间内引发碳化反应，并且在其在pH值水平相对较低的区域中操作第一反应单元中(第二浆料的pH值至范围：10至11)，从第一反应塔分出的第一处理气体首先在第二反应塔的第一反应单元中反应，然后在第二反应塔中反应。与对比例1和对比例2相比，认为是改善CO₂转化率的原因。

本领域普通技术人员可对本发明进行简单的修改或变化，并且这些修改或变化应当被解释为落入本发明的范围内。

Claims

1.一种利用燃烧废气生产碳酸氢钠的装置，包括：

第一反应塔，其中通过使供应到上部的氢氧化钠NaOH溶液和引入到下部的燃烧废气接触产生第一处理气体和第一浆料；和

第二反应塔，包括在下部形成的第一反应单元和在第一反应单元上部形成以与所述第一反应单元连通的第二反应单元，并且其中将所述第一处理气体通过第一气体管道分支引入所述第一反应单元下部和所述第二反应单元下部，并且使引入到所述第一反应单元下部和所述第二反应单元下部的第一处理气体与引入到所述第二反应单元上部的NaOH溶液接触，其中：

第一浆料和未反应的NaOH溶液停留在所述第一反应塔下部并形成第一混合浆料；

将所述第一混合浆料送至设置在所述第一反应塔下部的浆料干燥单元，以产生碳酸氢钠；和

将所述第一混合浆料的一部分经由第一循环管道循环并引入所述第一反应塔上部；

所述第二反应塔包括设置在所述第一反应单元和所述第二反应单元之间的气体分配单元；

所述气体分配单元具有形成在其内圆周表面上的多个孔；以及

将所述第一处理气体通过所述多个孔引入所述第二反应单元下部。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括设置在所述第一反应塔下部与所述浆料干燥单元之间的浆料储存器。

3.根据权利要求1所述的装置，其中：

使引入所述第一反应单元下部和所述第二反应单元下部的所述第一处理气体与引入所述第二反应单元上部的NaOH溶液接触并产生第二处理气体、第二浆料和第三浆料；

所述第二浆料、所述第三浆料以及未反应的NaOH溶液停留在所述第一反应塔下部并形成第二混合浆料；以及

所述第二混合浆料的一部分通过设置在所述第一反应单元下部的第二循环管道循环并引入所述第一反应单元上部，并与所述第一处理气体接触。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第二混合浆料的一部分经由设置在所述第一反应单元下部的第一进料管道引入所述第一反应塔上部，并与所述燃烧废气接触。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一反应塔的下部产生的所述第一混合浆料的pH值为8.5至9.0。

6.根据权利要求3所述的装置，其中

所述第一反应单元中产生的第二浆液的pH值为10至11；和

所述第二反应单元中产生的第三浆料的pH值为11至12。

7.根据权利要求1所述的装置，其中形成所述第一反应塔和所述第二反应塔的直径使得所引入的燃烧废气的线速度和第一处理气体的线速度为50m/hr至80m/hr。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一反应塔的高度H1和第二反应塔的高度H2为80cm至200cm。

9.根据权利要求1所述的装置，其中形成所述第一反应塔的高度H1和所述第二反应塔的高度H2使其为所述第一反应塔的直径和所述第二反应塔的直径的12倍至15倍。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述浆料干燥单元包括：

分离器，通过使所述第一混合浆料通过分离膜而将所供给的第一混合浆料分离成颗粒材料和浆料滤液；

干燥器，用于干燥所述颗粒材料以产生碳酸氢钠；以及

碳酸氢钠储存器，用于储存所产生的碳酸氢钠，其中

当所述第一混合浆料通过所述分离膜时，利用振动能将所述第一混合浆料分离成所述颗粒材料和所述浆料滤液；以及

将被分离的浆液滤液引入所述第一反应塔上部。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述干燥器以40℃至70℃的温度干燥所述颗粒材料。

12.一种使用权利要求1所述装置生产碳酸氢钠的方法，包括：

使供应至第一反应塔上部的氢氧化钠NaOH溶液与引入所述第一反应塔下部的燃烧废气接触产生第一处理气体和第一浆料；和

通过第一气体管道将第一气体管道分支引入第二反应塔的第一反应单元下部和第二反应塔的第二反应单元下部，使引入所述第一反应单元下部和所述第二反应单元下部的第一处理气体与引入所述第二反应单元上部的NaOH溶液接触，其中：

所述第一浆料和未反应的NaOH溶液停留在所述第一反应塔下部并形成第一混合浆料；

将所述第一混合浆料送至设置在所述第一反应塔下部的浆料干燥单元以产生碳酸氢钠；和