分离提纯碳酸钠和溴化钠的系统及方法

权利要求书： 1.分离提纯碳酸钠和溴化钠的系统，其特征在于：所述系统包括依次连接的焚烧炉炉底出渣段（1）、等离子体气化炉（3）、第一换热部（4）和第二换热部（5），第一换热部（4）包括至少两组串联的第一换热组件，第一换热组件包括依次连接的第一余热锅炉（41）和第一捕渣均温器（42），第一余热锅炉（41）为绝热炉壁结构，其内腔设有多组第一换热管（7），第一换热管（7）由内向外包括金属材质的第一换热管管壁（71）和隔热材料的第一换热管隔热层（72），相邻第一换热管（7）的管间距为d，边缘的第一换热管（7）距第一余热锅炉（41）壁面的间距为d/2，第一换热管的管内半径为r1，第一换热管管壁（71）厚度为λ1，第一换热管隔热层（72）厚度为λ2，d=（3～8）r1，λ1为4mm～10mm，λ2=（2～8）λ1，第二换热部（5）包括依次连接的第二余热锅炉（51）和第二捕渣均温器（52），第二余热锅炉（51）为水冷壁壁面结构，在第二余热锅炉（51）壁面及内部设置有第二余热锅炉膜式水冷壁（81），膜式水冷壁（81）的单根换热管的管壁为金属材料，相邻第二余热锅炉膜式水冷壁（81）的间距及其与第二余热锅炉（51）壁面间距为d2，第二换热管的管内半径为r2，第二换热管管壁厚度为λ4，d2=（3～8）r2，λ4为4mm～10mm；等离子体气化炉（3）的等离子枪（34）对熔融盐进行加热使其完全变为气态，同时向等离子体气化炉（3）内通入低温二氧化碳。

2.根据权利要求1所述的分离提纯碳酸钠和溴化钠的系统，其特征在于：所述系统具体包括依次连接的焚烧炉炉底出渣段（1）、倒U形的连接管（2）、等离子体气化炉（3）、第一换热部（4）、第二换热部（5）和深处理部（9），第一换热部（4）和第二换热部（5）还分别和双轴冷却器（6）相连。

3.根据权利要求1所述的分离提纯碳酸钠和溴化钠的系统，其特征在于：所述等离子体气化炉（3）自上而下包括进渣口（31）、筒体（32）及锥段（35），在筒体（32）下部开设有进气口（33），在锥段（35）中部布设有等离子枪（34），在锥段（35）底部设有坩埚（36），在筒体（32）侧壁的上部开设有出气口（37）。

4.根据权利要求1所述的分离提纯碳酸钠和溴化钠的系统，其特征在于：所述第一捕渣均温器（42）内包括依次连接的第一捕渣管束（421）和第一均温器（422），第二捕渣均温器（52）包括依次连接的第二捕渣管束（521）和第二均温器（522）；所述第一捕渣管束（421）和第二捕渣管束（521）为耐火材料；第一均温器（422）和第二均温器（522）内部设有蜂窝式陶瓷蓄热体。

5.根据权利要求1所述的分离提纯碳酸钠和溴化钠的系统，其特征在于：所述第一换热管管壁（71）为钢质材料，所述第一换热管隔热层（72）为耐高温陶瓷材料，所述膜式水冷壁（81）的单根换热管的管壁为钢质材料。

6.分离提纯碳酸钠和溴化钠的方法，其特征在于：使用如权利要求1所述的系统，富含碳酸钠和溴化钠的熔融盐A送入到等离子体气化炉（3）内，等离子枪（34）对熔融盐A进行加热使其完全变为气态，同时向等离子体气化炉（3）内通入低温二氧化碳B2，含气态盐的烟气C离开等离子体气化炉（3）进入到第一换热部（4），经过第一换热部（4）的冷却作用，含气态盐的烟气C中的碳酸钠变为液态碳酸钠E离开第一换热部（4），后被冷却变为固态碳酸钠F，分离出碳酸钠后的含气态溴化钠的烟气D进入到第二换热部（5），经过第二换热部（5）的冷却作用，含气态溴化钠的烟气D中的溴化钠变为液态溴化钠G离开第二换热部（5），后被冷却为固态溴化钠H，分离出溴化钠的高温二氧化碳B1经过冷却及升压后变为低温二氧化碳B2并回送入等离子体气化炉（3）中循环利用。

7.根据权利要求6所述的分离提纯碳酸钠和溴化钠的方法，其特征在于：所述第一换热管（7）工作时，在第一换热管隔热层（72）外侧还存在第一换热管液渣层（73），第一换热管液渣层（73）厚度为λ3，λ3为1mm～5mm。

8.根据权利要求6所述的分离提纯碳酸钠和溴化钠的方法，其特征在于：所述第二余热锅炉（51）工作时，在第二换热管管壁（811）外侧依次还存在第二换热管固态渣层（812）、第二换热管液渣层（813），第二换热管固态渣层（812）厚度为λ5，第二换热管液渣层（813）厚度为λ6，λ5=2mm～8mm，λ6为1mm～5mm。

9.根据权利要求6所述的分离提纯碳酸钠和溴化钠的方法，其特征在于：所述熔融盐A为860℃～1200℃，其由PTA废水的焚烧炉炉底出渣段（1）通过倒U形的连接管（2）进入到等离子体气化炉（3），等离子体气化炉（3）为绝热炉膛，温度为1650℃～2000℃，含气态溴化钠的烟气D温度为1400℃～1580℃，高温二氧化碳B1温度为760℃～1200℃，低温二氧化碳B2温度为50℃～200℃，系统运行压力2bar～30bar。

10.根据权利要求6所述的分离提纯碳酸钠和溴化钠的方法，其特征在于：所述液态碳酸钠E离开第一换热部（4）后进入双轴冷却器（6），液态溴化钠G离开第二换热部（5）后进入双轴冷却器（6），双轴冷却器（6）包括夹套外壳、螺旋冷却输送轴、驱动机构，夹套外壳和冷却输送轴内通入冷却介质，液态盐物料从冷却器的加料口进入冷却器内，在转动的冷却输送轴的推动下不断翻滚前进，物料在前进过程中被冷却主轴及叶片冷却，热量由循环水置换并带走；深处理部（9）包括余热锅炉和风机。

说明书： 分离提纯碳酸钠和溴化钠的系统及方法技术领域[0001] 本申请涉及钠盐的分离纯化技术领域，具体涉及一种分离提纯碳酸钠和溴化钠的系统及方法。

背景技术[0002] 对苯二甲酸(PTA)是重要的大宗有机原料之一，广泛用于化学纤维、电子、轻工、建筑等国民经济各个行业。目前我国工业上合成PTA应用最广的是采用对二甲苯经过一系列

的氧化还原反应来制得，在这个过程中不可避免的会产生大量的合成废水。根据相关的研

究报道，生产出一吨的PTA会产生0.6～2吨的合成废水。PTA废液是一种高浓度的含盐有机

废水，含有多种环状有机化合物，其污染物浓度、酸碱度、温度的波动较大。

[0003] 近年来，PTA废水的浓缩焚烧技术发展日益成熟，因其处理速度快、回收废水热能并副产大量碳酸钠和溴化钠而得到迅速发展和工业化应用，例如本申请人的在先申请

CN115371061B。PTA焚烧炉产出的灰渣为碳酸钠和溴化钠的混合物，为提高灰渣利用价值，

需将灰渣中的碳酸钠和溴化钠各自分离。目前PTA行业中碳酸钠和溴化钠的分离方法主要

有蒸发结晶、冷却结晶和膜分离等，如CN112811444B、CN114380441A和CN113461199A。无论

上述哪种分离方法，都需较大的额外能量消耗。

[0004] PTA焚烧炉的运行温度通常都高于碳酸钠或溴化钠的熔融温度，其灰渣一般都是以熔融液态离开焚烧炉，之后还需经过冷却才能形成固态灰渣进行后续分离回收，灰渣热

需消耗额外的冷却负荷，无法被利用。本申请人的在先申请，公开号：CN115414692B，名称：

PTA焚烧灰渣熔融热结晶分离碳酸钠的方法及装置，该发明公开了利用PTA焚烧炉液态出渣

的特点，控制液态渣的冷却过程，使碳酸钠先从液态渣的一级冷却中结晶出来，结晶后的碳

酸钠经过固液相分离后，利用焚烧炉的烟气热量将含杂质部分熔融（发汗）进一步提纯。分

离出碳酸钠的液态渣经二级冷却结晶全部转化为固体，形成混合物余渣排出。该发明处理

的熔融灰渣中的碳酸钠回收率≥65%，利用烟气热量提纯分离固相，回收碳酸钠可达工业级

质量标准，可减少后续分离过程负荷达45%以上，装置能量主要来自于焚烧炉熔融灰渣自带

熔融热，利用焚烧烟气热量部分补充，有利于降低整套PTA废液废气焚烧资源回收系统的能

耗。

发明内容[0005] 针对现有技术存在的技术问题，本申请提出了一种新的分离提纯碳酸钠和溴化钠的系统及方法，分离得到的碳酸钠和溴化钠纯度高，系统能耗经济。

[0006] 一方面，本申请提出了分离提纯碳酸钠和溴化钠的系统，所述系统包括依次连接的等离子体气化炉3、第一换热部4和第二换热部5，第一换热部4包括至少两组串联的第一

换热组件，第一换热组件包括依次连接的第一余热锅炉41和第一捕渣均温器42，第一余热

锅炉41为绝热炉壁结构，其内腔设有多组第一换热管7，第一换热管7由内向外包括金属材

质的第一换热管管壁71和隔热材料的第一换热管隔热层72，相邻第一换热管7的管间距为

d，边缘的第一换热管7距第一余热锅炉41壁面的间距为d/2，第一换热管的管内半径为r1，

第一换热管管壁71厚度为λ1，第一换热管隔热层72厚度为λ2，d=（3～8）r1，λ1为4mm～10mm，

λ2=（2～8）λ1，第二换热部5包括依次连接的第二余热锅炉51和第二捕渣均温器52，第二余

热锅炉51为水冷壁壁面结构，在第二余热锅炉51壁面及内部设置有第二余热锅炉膜式水冷

壁81，膜式水冷壁81的单根换热管的管壁为金属材料，相邻第二余热锅炉膜式水冷壁81的

间距及其与第二余热锅炉51壁面间距为d2，第二换热管的管内半径为r2，第二换热管管壁

厚度为λ4，d2=（3～8）r2，λ4为4～10mm。

[0007] 特别的，所述系统具体包括依次连接的焚烧炉炉底出渣段1、倒U形的连接管2、等离子体气化炉3、第一换热部4、第二换热部5和深处理部9，第一换热部4和第二换热部5还分

别和双轴冷却器6相连。

[0008] 特别的，所述等离子体气化炉3自上而下包括进渣口31、筒体32及锥段35，在筒体32下部开设有进气口33，在锥段35中部布设有等离子枪34，在锥段35底部设有坩埚36，在筒

体32侧壁的上部开设有出气口37。

[0009] 特别的，所述第一捕渣均温器42内包括依次连接的第一捕渣管束421和第一均温器422，第二捕渣均温器52包括依次连接的第二捕渣管束521和第二均温器522；所述第一捕

渣管束421和第二捕渣管束521为耐火材料；第一均温器422和第二均温器522内部设有蜂窝

式陶瓷蓄热体。

[0010] 特别的，所述第一换热管管壁71为钢质材料，所述第一换热管隔热层72为耐高温陶瓷材料，所述膜式水冷壁81的单根换热管的管壁为钢质材料。

[0011] 另一方面，本申请还提出了分离提纯碳酸钠和溴化钠的方法，使用如上所述的系统，富含碳酸钠和溴化钠的熔融盐A送入到等离子体气化炉3内，等离子枪34对熔融盐A进行

加热使其完全变为气态，同时向等离子体气化炉3内通入低温二氧化碳B2，含气态盐的烟气

C离开等离子体气化炉3进入到第一换热部4，经过第一换热部4的冷却作用，含气态盐的烟

气C中的碳酸钠变为液态碳酸钠E离开第一换热部4，后被冷却变为固态碳酸钠F，分离出碳

酸钠后的含气态溴化钠的烟气D进入到第二换热部5，经过第二换热部5的冷却作用，含气态

溴化钠的烟气D中的溴化钠变为液态溴化钠G离开第二换热部5，后被冷却为固态溴化钠H，

分离出溴化钠的高温二氧化碳B1经过冷却及升压后变为低温二氧化碳B2并回送入等离子

体气化炉3中循环利用。

[0012] 特别的，所述第一换热管7工作时，在第一换热管隔热层72外侧还存在第一换热管液渣层73，第一换热管液渣层73厚度为λ3，λ3为1～5mm。

[0013] 特别的，所述第二余热锅炉51工作时，在第二换热管管壁811外侧依次还存在第二换热管固态渣层812、第二换热管液渣层813，第二换热管固态渣层812厚度为λ5，第二换热

管液渣层813厚度为λ6，λ5=2～8mm，λ6为1～5mm。

[0014] 特别的，所述熔融盐A为860～1200℃，其由PTA废水的焚烧炉炉底出渣段1通过倒U形的连接管2进入到等离子体气化炉3，等离子体气化炉3为绝热炉膛，温度为1650～2000

℃，含气态溴化钠的烟气D温度为1400～1580℃，高温二氧化碳B1温度为760～1200℃，低温

二氧化碳B2温度为50～200℃，系统运行压力2～30bar。

[0015] 特别的，所述液态碳酸钠E离开第一换热部4后进入双轴冷却器6，液态溴化钠G离开第二换热部5后进入双轴冷却器6，双轴冷却器6包括夹套外壳、螺旋冷却输送轴、驱动机

构，夹套外壳和冷却输送轴内通入冷却介质，液态盐物料从冷却器的加料口进入冷却器内，

在转动的冷却输送轴的推动下不断翻滚前进，物料在前进过程中被冷却主轴及叶片冷却，

热量由循环水置换并带走；深处理部9包括余热锅炉和风机。

[0016] 在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件可任意组合，即得本申请各优选实例。

[0017] 上述技术方案具有如下优点或有益效果：本申请将等离子体加热技术和烟气冷却装置深度耦合，在实现热量回收的同时，分离提纯混盐中的碳酸钠及溴化钠。经过本申请的

烟气冷却装置，分离得到的碳酸钠及溴化钠的纯度高。

附图说明[0018] 为了更清楚地说明本申请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，对于本领域技术人员来讲，在

不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0019] 图1是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的流程示意图。[0020] 图2是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的等离子体气化炉的结构示意图。

[0021] 图3是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第一换热部的结构示意图。

[0022] 图4是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第二换热部的结构示意图。

[0023] 图5是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第一余热锅炉的俯视示意图。

[0024] 图6是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第一换热管的结构示意图。

[0025] 图7是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第一换热管截面的结构示意图。

[0026] 图8是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第一换热管结构及温度分布示意图。

[0027] 图9是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第二余热锅炉的俯视示意图。

[0028] 图10是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第二换热管截面的结构示意图。

[0029] 图11是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第二换热管结构及温度分布示意图。

[0030] 图12是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第一组第一余热锅炉内部温度分布示意图。

[0031] 图13是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第二组第一余热锅炉内部温度分布示意图。

[0032] 图14是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的最后一组第一余热锅炉内部温度分布示意图。

[0033] 图15是根据本申请一个实施例的分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的运行时第二余热锅炉内部温度分布示意图。

[0034] 其中，1?焚烧炉炉底出渣段，2?连接管，3?等离子体气化炉，31?进渣口，32?筒体，33?进气口，34?等离子枪，35?锥段，36?坩埚，37?出气口，4?第一换热部，41?第一余热锅炉，

42?第一捕渣均温器，421?第一捕渣管束，422?第一均温器，5?第二换热部，51?第二余热锅

炉，52?第二捕渣均温器，521?第二捕渣管束，522?第二均温器，6?双轴冷却器，7?第一换热

管，71?第一换热管管壁，72?第一换热管隔热层，73?第一换热管液渣层，81?第二余热锅炉

膜式水冷壁，811?第二换热管管壁，812?第二换热管固态渣层，813?第二换热管液渣层，9?

深处理部，A?熔融盐，B1?高温二氧化碳，B2?低温二氧化碳，C?含气态盐的烟气，D?含气态溴化钠的烟气，E?液态碳酸钠，F?固态碳酸钠，G?液态溴化钠，H?固态溴化钠。d?第一换热管管间距，r1?第一换热管的管内半径，λ1?第一换热管管壁厚度，λ2?第一换热管隔热层厚度，λ

3?第一换热管液渣层厚度，t1?第一换热管内壁温度，t2?第一换热管外壁温度，t3?第一换

热管隔热层外壁温度，t4?第一换热管液渣层外壁温度，T1?第一组第一余热锅炉主体烟气

温度，T2?第二组第一余热锅炉主体烟气温度，Tn?最后一组第一余热锅炉主体烟气温度，

r2?第二换热管的管内半径，d2?第二换热管束间距，λ4?第二换热管管壁厚度，λ5?第二换热

管固态渣层厚度，λ6?第二换热管液渣层厚度，t5?第二换热管内壁温度，t6?第二换热管外

壁温度，t7?第二换热管固态渣层外壁温度，t8?第二换热管液渣层外壁温度，T?第二余热锅

炉主体烟气温度，λ?主体烟气到换热壁面距离。

具体实施方式[0035] 下面结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，旨在用于解释发明构思。基于本申请的

实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于

本申请保护的范围。

[0036] 描述所用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

[0037] 描述所用术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明

示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另

有明确具体的限定。

[0038] 除非另有明确的规定和限定，描述所用术语“相连”、“连通”等应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、通

过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领

域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例中的具体含义。

[0039] 除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“之上”、“之下”或“上面”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在

第二特征“之上”、“上方”或“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示

第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”或“下面”，可以是第

一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二

特征“之下”、“下方”或“下面”可是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一

特征水平高度小于第二特征。

[0040] 描述所用术语“一个具体实施例”意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的

示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者

特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况

下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例

的特征进行结合和组合。

[0041] 参考图1，本申请的一个具体实施例提出了一种分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的，优选用于PTA焚烧熔融灰渣分离提纯钠盐，所述系统包括依次连接的焚烧炉炉底出渣段1、

连接管2、等离子体气化炉3、第一换热部4、第二换热部5和深处理部9。第一换热部4和第二

换热部5还分别和双轴冷却器6相连。倒U形的连接管2为熔融盐A的输送管道，倒U形结构起

到液封作用，可防止等离子体气化炉3和焚烧炉炉底出渣段1间相互串气。

[0042] 参考图2，本申请的一个具体实施例提出了一种分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的等离子体气化炉，等离子体气化炉3自上而下包括进渣口31、筒体32和锥段35，在筒体32下

部开设有进气口33，在锥段35中部设有等离子枪34，在锥段35底部中心位置设置有坩埚36，

在筒体32侧壁的上部开设有出气口37。

[0043] 优选的，进渣口31为圆形结构，布置在等离子体气化炉3的中心位置，筒体32为圆柱形结构，锥段35为上大下小的大小头，出气口37为圆形或方形结构。在等离子气化炉3内

壁设置有耐火材料。等离子枪34设置为多根，优选为3～6根，沿圆周均布，等离子枪34倾斜

布置以使火焰指向坩埚36的中间位置。进气口33设置为多路，优选为3～6路，沿圆周均布。

[0044] 参考图3，本申请的一个具体实施例提出了一种分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第一换热部，第一换热部4包括多组且结构和作用相同的第一换热组件，单个第一换热组件

包括依次连接的第一余热锅炉41和第一捕渣均温器42，第一捕渣均温器42包括依次连接的

第一捕渣管束421和第一均温器422。

[0045] 参考图4，本申请的一个具体实施例提出了一种分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第二换热部，第二换热部5包括依次连接的第二余热锅炉51和第二捕渣均温器52，第二捕渣

均温器52包括依次连接的第二捕渣管束521和第二均温器522。

[0046] 第一捕渣管束421和第二捕渣管束521分别由耐火材料浇筑而成的一组补渣管束，主要用于捕集被烟气携带的液渣。第一均温器422和第二均温器522内部分别装有蜂窝式陶

瓷蓄热体，用于将经过换热后的烟气温度调整至均匀。

[0047] 参考图5至图8，本申请的一个具体实施例提出了一种分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第一余热锅炉，第一余热锅炉41为绝热炉壁结构，壁面不设置水冷壁，内腔内设置多组

蛇形的第一换热管7。第一换热管7由内向外包括第一换热管管壁71和第一换热管隔热层

72。第一换热管管壁71为钢质材料，第一换热管隔热层72为隔热材料，优选为耐高温陶瓷。

进一步地，在第一换热管7工作时，在第一换热管隔热层72外侧还存在第一换热管液渣层

73。优选的，相邻的第一换热管管间距d，边缘第一换热管7距离第一余热锅炉41壁面间距为

d/2，第一换热管的管内半径为r1，第一换热管管壁厚度为λ1，第一换热管隔热层厚度为λ2，

第一换热管液渣层厚度为λ3，d=（3～8）r1，λ1为4～10mm，λ2=（2～8）λ1，λ3为1～5mm。

[0048] 参考图9至图11，本申请的一个具体实施例提出了一种分离提纯碳酸钠和溴化钠系统的第二余热锅炉，第二余热锅炉51为水冷壁壁面结构，在第二余热锅炉51壁面及内部

设置有第二余热锅炉膜式水冷壁81。对于第二余热锅炉膜式水冷壁81的单根换热管而言，

由第二换热管管壁811构成，第二换热管管壁811为钢质材料。第二余热锅炉51工作时，在第

二换热管管壁811外侧依次还存在第二换热管固态渣层812、第二换热管液渣层813。优选

的，相邻的一组第二余热锅炉膜式水冷壁81间距及第二余热锅炉膜式水冷壁81与第二余热

锅炉51壁面间距为d2，第二换热管的管内半径为r2，第二换热管管壁厚度为λ4，第二换热管

固态渣层厚度为λ5，第二换热管液渣层厚度为λ6，d2=（3～8）r2，λ4为4～10mm，λ5=2～8mm，λ

6为1～5mm。

[0049] 双轴冷却器6的作用是冷却液态融盐将其变为固态产品，双轴冷却器6主要包括夹套外壳、螺旋冷却输送轴、驱动机构。夹套外壳和冷却输送轴内通入冷却介质。物料从冷却

器的加料口进入冷却器内，在转动的冷却输送轴的推动下不断翻滚前进，物料在前进过程

中被冷却主轴及叶片冷却，热量由循环水置换并带走。深处理部9的作用是烟气深度降温以

及为烟气循环提供动力，深处理部9主要包括余热锅炉和风机，余热锅炉为现有技术的水管

锅炉，风机为现有技术离心风机。

[0050] 本申请所述的一种用于PTA焚烧熔融灰渣分离提纯钠盐的方法工作流程如下：富含碳酸钠和溴化钠的熔融盐A从焚烧炉炉底出渣段1通过连接管2进入到等离子体气化炉3

的进渣口31，在重力的作用下落到坩埚36内。多根等离子枪34对熔融盐A进行加热使其完全

变为气态，与此同时，低温二氧化碳B2从进气口33进入到等离子体气化炉3内，并作为反应

气氛。含气态盐的烟气C从出气口37离开等离子体气化炉3进入到第一换热部4，经过第一换

热部4的冷却作用，含气态盐的烟气C中的碳酸钠变为液态碳酸钠E离开第一换热部4进入双

轴冷却器6，在双轴冷却器6的冷却作用下液态碳酸钠E变为固态碳酸钠F。分离出碳酸钠的

含气态盐的烟气C变为含气态溴化钠的烟气D进入到第二换热部5，经过第二换热部5的冷却

作用，含气态溴化钠的烟气D中的溴化钠变为液态溴化钠G离开第二换热部5进入双轴冷却

器6，在双轴冷却器6的冷却作用下液态溴化钠G变为固态溴化钠H。分离出溴化钠的高温二

氧化碳B1经过深处理部9冷却及升压后变为低温二氧化碳B2，并进入等离子体气化炉3中循

环利用。

[0051] 进一步地，熔融盐A温度为860～1200℃。等离子体气化炉3为绝热炉膛，温度为1650～2000℃。含气态溴化钠的烟气D温度为1400～1580℃。高温二氧化碳B1温度为760～

1200℃。低温二氧化碳B2温度为50～200℃。整个系统在压力条件下运行，运行压力2～

30bar。

[0052] 本申请提出的一种用于PTA焚烧熔融灰渣分离提纯钠盐的系统及方法的有益效果及其对应的原理：（1）本申请将等离子体加热技术和特殊设计的烟气冷却装置深度耦合，在

实现热量回收的同时，分离提纯混盐中的碳酸钠及溴化钠，得到的产品满足工业级质量要

求。（2）本申请利用碳酸钠和溴化钠的沸点差异来实现分离提纯效果，碳酸钠沸点1600℃，

溴化钠沸点1390℃，PTA焚烧熔融盐温度为860～1200℃。本申请利用等离子热负荷高的特

点，将熔融盐加热至1650～2000℃，使碳酸钠和溴化钠变为气态。进一步地，利用多段余热

回收，首先将含气态盐的烟气冷却至1400～1580℃，使碳酸钠变为液态分离回收，进一步

地，将烟气冷却至760～1200℃，使溴化钠变为液态分离回收。（3）碳酸钠高温状态下会发生

分解反应，分解方程式如下：Na2CO3?Na2O+CO2，本申请采用二氧化碳气氛和高压条件，来促

使上述可逆反应往碳酸钠生成方向移动，防止碳酸钠的高温分解。

[0053] 本申请利用碳酸钠和溴化钠的沸点差异来实现分离提纯，但此技术路线同样存在技术难点，因碳酸钠和溴化钠的沸点仅有210℃的差异，如何保证碳酸钠液化相变的同时溴

化钠仍为气态，也就是说如何能保证第一换热部4中烟气温度稳定在大于1390℃范围内，这

对最终分离的产品纯度有着至关重要的影响。一旦烟气局部温度出现低于1390℃的情况，

溴化钠便会液化相变与碳酸钠混为一体，严重影响碳酸钠的纯度。此外采用换热管来实现

烟气余热回收和混盐分离还存在一个难点，高压二氧化碳气氛辐射换热能力强，与常规燃

煤烟气余热锅炉相比，单位截面热通量大，导致换热面上温差大，极易发生换热壁面温度低

于1390℃的情况。

[0054] 本申请采用多组串联的且结构和作用相同的第一换热组件来解决上述问题。本申请的第一余热锅炉41为绝热炉壁结构，壁面不设置水冷壁，内腔设置多组第一换热管7，第

一换热管7为蛇形换热管。第一换热管7间距为第一换热管的管内半径的3～8倍，如此设置

能防止液态碳酸钠在换热管间搭桥。另外，第一换热管7由内向外包括第一换热管管壁71和

第一换热管隔热层72。第一换热管管壁71为钢质材料，第一换热管隔热层72为隔热材料，优

选为耐高温陶瓷。第一换热管7工作时，在第一换热管隔热层72外侧还有第一换热管液渣层

73。第一换热管隔热层72的导热系数远远低于第一换热管管壁71的导热系数，第一换热管7

工作时温度分布为第一换热管内壁温度为t1，第一换热管外壁温度t2，第一换热管隔热层

外壁温度t3，第一换热管液渣层外壁温度为t4。t1取决于给水及汽包条件，范围为100～300

℃。第一换热管外壁温度t2取决于第一换热管管壁厚度λ1和换热管材质耐温特性，λ1为4～

10mm，t2为400～600℃。第一换热管隔热层外壁温度t3取决于第一换热管隔热层厚度λ2及

隔热层传热特性，λ2=（2～8）λ1，1390℃＜t3＜1600℃。第一换热管液渣层外壁温度为t4取

决于第一换热管液渣层厚度λ3及其传热特性，λ3为1～5mm，t3＜t4＜1600℃。

[0055] 参考图12，本申请第一组第一余热锅炉内部温度分布示意图，第一组第一余热锅炉主体烟气温度为T1，主体烟气到换热壁面距离为λ。参考图13，本申请第二组第一余热锅

炉内部温度分布示意图，第二组第一余热锅炉主体烟气温度为T2。参考图14，本申请最后一

组第一余热锅炉内部温度分布示意图，最后一组第一余热锅炉主体烟气温度为Tn。T1＞T2

＞1600℃＞Tn＞1390℃。

[0056] 为了进一步说明本申请第一换热管的优异性，以不设第一换热管隔热层的情况做比对说明。含气态盐的烟气进入第一余热锅炉时，换热管管壁物料分布情况与图11类似，在

第一换热管管壁外会形成一层固态渣，在固态渣的外侧会形成一层液态渣。此时假定，第一

换热管内壁温度为t1，第一换热管外壁温度t2，第一固态渣外壁温度t3，第一液态渣外壁为

温度t4。t1取决于给水及汽包条件，范围为100～300℃。第一换热管外壁温度t2取决于第一

换热管管壁厚度和换热管材质耐温特性，t2为400～600℃。第一固态渣外壁温度t3取决于

第一层固态渣厚度及其传热特性，t2＜t3＜755℃（小于溴化钠熔点）。第一层液态渣外壁为

温度t4取决于第一层液态渣厚度及其传热特性，t3＜t4＜1600℃。由此可见此时t4的温度

分布区间包括低于1390℃的区间，此时会发生碳酸钠和溴化钠同时液化的现象，进一步导

致系统分盐功能的失效。上述对比分析表明，第一换热管隔热层72的存在使得换热管＜

1390℃的温度区间存在于隔热层内部，从而杜绝了碳酸钠和溴化钠同时液化的现象发生。

[0057] 由于第一余热锅炉41内布置的受热面有限，同时第一换热管隔热层72的存在进一步限制了热通量，单个第一余热锅炉换热量有限，含气态盐的烟气经过单个第一余热锅炉

后温度降低控制为60～100℃。换句话说，含气态盐的烟气经过单个第一余热锅炉后温度降

低幅度小，更能防止换热壁面温度低于1390℃情况的发生。进一步地，第一余热锅炉入口烟

气温度不均，很可能将导致局部烟气温度过低，本申请通过第一捕渣均温器来连接相邻两

个第一余热锅炉，第一捕渣均温器设置有第一捕渣管束和第一均温器，用于捕集烟气携带

的液渣，同时保证进入下级第一余热锅炉的烟气温度均匀。进一步地，经过多级第一余热锅

炉冷却后，最后一组第一余热锅炉主体烟气温度为Tn，1600℃＞Tn＞1390℃，保证全部碳酸

钠都在第一换热部4中析出，进而避免出现残留碳酸钠进入第二换热部5。

[0058] 综上所述，本申请特殊设计的第一换热部能保证其内部的烟气温度稳定在大于1390℃，保证分离出的碳酸钠的纯度。

[0059] 除去碳酸钠的含气态溴化钠的烟气由于基本只含有溴化钠，直接采用一组第二换热部5进行余热回收，同时分离出溴化钠。第二换热部5由依次连接的第二余热锅炉51和第

二捕渣均温器52组成，第二捕渣均温器52包括依次连接的第二捕渣管束521和第二均温器

522。

[0060] 第二余热锅炉51为水冷壁壁面结构，在第二余热锅炉51壁面及的内腔设置有第二余热锅炉膜式水冷壁81，d2=（3～8）r2的设置方式能防止液态溴化钠在膜式水冷壁间搭桥。

对于第二余热锅炉51膜式水冷壁的单根换热管而言，由第二换热管管壁构成，第二换热管

管壁为钢质材料。第二余热锅炉工作时，在第二换热管管壁外侧还存在第二换热管固态渣

层，在第二换热管固态渣层外侧还存在第二换热管液渣层。第二换热管工作时温度分布为

第二换热管内壁温度为t5，第二换热管外壁温度为t6，第二换热管固态渣层外壁温度为t7，

第二换热管液渣层外壁温度为t8。第二换热管内壁温度为t5决于给水及汽包条件，范围为

100～300℃。第二换热管外壁温度为t6取决于第二换热管管壁厚度λ4和换热管材质耐温特

性，λ4为4～10mm，t6为400～600℃。第二换热管固态渣层外壁温度为t7取决于第二换热管

固态渣层厚度λ5及其传热特性，λ5=2～8mm，t6＜t7＜755℃（小于溴化钠熔点）。第二换热管

液渣层外壁温度为t8取决于第二换热管液渣层厚度λ6及其传热特性，λ6为1～5mm，t7＜t8

＜1390℃。由此可见，第二换热部在工作时，第二换热管会形成一层溴化钠固态渣层，保护

换热壁面不受液渣侵蚀的同时回收烟气热量并分离溴化钠。进一步地，参照图15，本申请第

二余热锅炉内部温度分布示意图，第二余热锅炉主体烟气温度为T，1390℃＜T≤Tn。

实施例1

[0061] 富含碳酸钠和溴化钠的熔融盐A质量流量为1000kg/h，其中碳酸钠的质量分数为90%，其余为溴化钠，进料温度900℃，从焚烧炉炉底出渣段1通过连接管2进入到等离子体气

化炉3的进渣口31，进一步在重力的作用下落到坩埚36内。多跟等离子枪34对熔融盐A进行

3

加热使其完全变为气态，于此同时，低温二氧化碳B2（150℃，10000m /h，5bar）从进气口33

进入到等离子体气化炉3内，并作为反应气氛。等离子体气化炉3为绝热炉膛，温度为1850

℃，压力为5bar。含气态盐的烟气C（1850℃）从出气口37离开等离子体气化炉3进入到第一

换热部4，经过第一换热部4的冷却作用，含气态盐的烟气C中的碳酸钠变为液态碳酸钠E离

开第一换热部4进入双轴冷却器6，在双轴冷却器6的冷却作用下液态碳酸钠E变为固态碳酸

钠F，质量为898kg/h，纯度＞99.9%。分离出碳酸钠的含气态盐的烟气C变为含气态溴化钠的

烟气D（1450℃）进入到第二换热部5，经过第二换热部5的冷却作用，含气态溴化钠的烟气D

中的溴化钠变为液态溴化钠G离开第二换热部6进入双轴冷却器6，在双轴冷却器6的冷却作

用下液态溴化钠G变为固态溴化钠H，质量102kg/h，纯度＞98%。分离出溴化钠的含气态盐的

高温二氧化碳B1（780℃）经过深处理部9冷却及升压后变为低温二氧化碳B2（150℃，

3

10000m/h，5bar），并进入等离子体气化炉3中循环利用。

[0062] 第一换热部4包括四组第一换热组件。含气态盐的烟气经过单个第一余热锅炉后温度降低100℃。其中，对于第一组第一换热组件而言，第一组第一余热锅炉主体烟气温度

T1为1850℃；第一换热管液渣层外壁温度t4为1500℃，第一换热管液渣层厚度λ3为2mm，第

一换热管隔热层外壁温度t3为1450℃；第一换热管隔热层厚度λ2为40mm，第一换热管外壁

温度t2为450℃；第一换热管管壁厚度λ1为8mm，第一换热管内壁温度t1为250℃。第一组第

一余热锅炉出口烟气经过第一捕渣均温器42后，变为温度均匀的温度为1750℃的烟气进入

第二组第一余热锅炉。

[0063] 对于第二组第一换热组件而言，第二组第一余热锅炉主体烟气温度T2为1750℃；第一换热管液渣层外壁温度t4为1500℃，第一换热管液渣层厚度λ3为2mm，第一换热管隔热

层外壁温度t3为1450℃；第一换热管隔热层厚度λ2为40mm，第一换热管外壁温度t2为450

℃；第一换热管管壁厚度λ1为8mm，第一换热管内壁温度t1为250℃。第二组第一余热锅炉出

口烟气经过第一捕渣均温器42后，变为温度均匀的温度为1650℃的烟气进入第三组第一余

热锅炉。

[0064] 对于第三组第一换热组件而言，第三组第一余热锅炉主体烟气温度为1650℃；第一换热管液渣层外壁温度t4为1500℃，第一换热管液渣层厚度λ3为2mm，第一换热管隔热层

外壁温度t3为1450℃；第一换热管隔热层厚度λ2为40mm，第一换热管外壁温度t2为450℃；

第一换热管管壁厚度λ1为8mm，第一换热管内壁温度t1为250℃。第三组第一余热锅炉出口

烟气经过第一捕渣均温器42后，变为温度均匀的温度为1550℃的烟气进入第四组第一余热

锅炉。

[0065] 对于第四组（最后一组）第一换热组件而言，第四组第一余热锅炉主体烟气温度Tn为1550℃；第一换热管液渣层外壁温度t4为1420℃，第一换热管液渣层厚度λ3为1mm，第一

换热管隔热层外壁温度t3为1395℃；第一换热管隔热层厚度λ2为40mm，第一换热管外壁温

度t2为420℃；第一换热管管壁厚度λ1为8mm，第一换热管内壁温度t1为230℃。第四组第一

余热锅炉出口烟气经过第一捕渣均温器42后，变为温度均匀的温度为1450℃的烟气进入第

二换热部5。

[0066] 进一步地，第一换热管的管内半径r1为36mm，相邻的第一换热管管间距d为180mm，边缘第一换热管7距离第一余热锅炉41壁面间距为90mm。

[0067] 对于第二换热部5而言，第二余热锅炉主体烟气温度T为1450℃；第二换热管液渣层外壁温度为t8为790℃，第二换热管液渣层厚度λ6为4mm，第二换热管固态渣层外壁温度

为t7为550℃；第二换热管固态渣层厚度λ5为4mm，第二换热管外壁温度t6为420℃；第二换

热管管壁厚度λ4为6mm，第二换热管内壁温度t5为260℃。第二余热锅炉出口烟气经过第二

捕渣均温器52后，变为温度均匀的温度为780℃的烟气深处理部9。

[0068] 进一步地，第二换热管的管内半径r2为36mm，第二换热管束间距d2为180mm。[0069] 综上所述，本申请所述的一种用于PTA焚烧熔融灰渣分离提纯钠盐的系统及方法能将1000kg/h富含碳酸钠和溴化钠的熔融盐A（碳酸钠质量分数90%，溴化钠10%），分离得到

纯度＞99.9%的碳酸钠898kg/h和分离得到纯度＞98%的溴化钠102kg/h。

实施例2

[0070] 富含碳酸钠和溴化钠的熔融盐A质量流量为2000kg/h，其中碳酸钠的质量分数为80%，其余为溴化钠，进料温度1100℃，从焚烧炉炉底出渣段1通过连接管2进入到等离子体

气化炉3的进渣口31，进一步在重力的作用下落到坩埚36内。多跟等离子枪34对熔融盐A进

3

行加热使其完全变为气态，于此同时，低温二氧化碳B2（100℃，23000m/h，10bar）从进气口

33进入到等离子体气化炉3内作为反应气氛。等离子体气化炉3为绝热炉膛，温度为1700℃，

压力为10bar。含气态盐的烟气C（1700℃）从出气口37离开等离子体气化炉3进入到第一换

热部4，经过第一换热部4的冷却作用，含气态盐的烟气C中的碳酸钠变为液态碳酸钠E离开

第一换热部4进入双轴冷却器6，在双轴冷却器6的冷却作用下液态碳酸钠E变为固态碳酸钠

F，质量为1597kg/h，纯度＞99.9%。分离出碳酸钠的含气态盐的烟气C变为含气态溴化钠的

烟气D（1460℃）进入到第二换热部5，经过第二换热部5的冷却作用，含气态溴化钠的烟气D

中的溴化钠变为液态溴化钠G离开第二换热部6进入双轴冷却器6，在双轴冷却器6的冷却作

用下液态溴化钠G变为固态溴化钠H，质量403kg/h，纯度＞99%。分离出溴化钠的含气态盐的

高温二氧化碳B1（800℃）经过深处理部9冷却及升压后变为低温二氧化碳B2（100℃，

3

23000m/h，10bar），并进入等离子体气化炉3中循环利用。

[0071] 第一换热部4包括四组组成的结构和作用相同的第一换热组件。含气态盐的烟气经过单个第一余热锅炉后温度降低60℃。其中，对于第一组第一换热部而言，第一组第一余

热锅炉主体烟气温度T1为1700℃；第一换热管液渣层外壁温度t4为1550℃，第一换热管液

渣层厚度λ3为1.5mm，第一换热管隔热层外壁温度t3为1520℃；第一换热管隔热层厚度λ2为

50mm，第一换热管外壁温度t2为400℃；第一换热管管壁厚度λ1为8mm，第一换热管内壁温度

t1为220℃。第一组第一余热锅炉出口烟气经过第一捕渣均温器42后，变为温度均匀的温度

为1640℃的烟气进入第二组第一余热锅炉。

[0072] 对于第二组第一换热部而言，第二组第一余热锅炉主体烟气温度T2为1640℃；第一换热管液渣层外壁温度t4为1550℃，第一换热管液渣层厚度λ3为1.5mm，第一换热管隔热

层外壁温度t3为1520℃；第一换热管隔热层厚度λ2为50mm，第一换热管外壁温度t2为400

℃；第一换热管管壁厚度λ1为8mm，第一换热管内壁温度t1为220℃。第二组第一余热锅炉出

口烟气经过第一捕渣均温器42后，变为温度均匀的温度为1580℃的烟气进入第三组第一余

热锅炉。

[0073] 对于第三组第一换热部而言，第三组第一余热锅炉主体烟气温度为1580℃；第一换热管液渣层外壁温度t4为1480℃，第一换热管液渣层厚度λ3为1.5mm，第一换热管隔热层

外壁温度t3为1460℃；第一换热管隔热层厚度λ2为45mm，第一换热管外壁温度t2为400℃；

第一换热管管壁厚度λ1为8mm，第一换热管内壁温度t1为220℃。第三组第一余热锅炉出口

烟气经过第一捕渣均温器42后，变为温度均匀的温度为1520℃的烟气进入第四组第一余热

锅炉。

[0074] 对于第四组（最后一组）第一换热部而言，第四组第一余热锅炉主体烟气温度T2为1520℃；第一换热管液渣层外壁温度t4为1420℃，第一换热管液渣层厚度λ3为1.5mm，第一

换热管隔热层外壁温度t3为1400℃；第一换热管隔热层厚度λ2为40mm，第一换热管外壁温

度t2为400℃；第一换热管管壁厚度λ1为8mm，第一换热管内壁温度t1为220℃。第四组第一

余热锅炉出口烟气经过第一捕渣均温器42后，变为温度均匀的温度为1460℃的烟气进入第

二换热部5。

[0075] 进一步地，第一换热管的管内半径r1为40mm，相邻的第一换热管管间距d为240mm，边缘第一换热管7距离第一余热锅炉41壁面间距为120mm。

[0076] 对于第二换热部5而言，第二余热锅炉主体烟气温度T为1460℃；第二换热管液渣层外壁温度为t8为810℃，第二换热管液渣层厚度λ6为4mm，第二换热管固态渣层外壁温度

为t7为580℃；第二换热管固态渣层厚度λ5为4mm，第二换热管外壁温度t6为450℃；第二换

热管管壁厚度λ4为8mm，第二换热管内壁温度t5为230℃。第二余热锅炉出口烟气经过第二

捕渣均温器52后，变为温度均匀的温度为800℃的烟气深处理部9。

[0077] 进一步地，第二换热管的管内半径r2为40mm，第二换热管束间距d2为240mm。[0078] 综上所述，本申请所述的一种用于PTA焚烧熔融灰渣分离提纯钠盐的系统及方法能将2000kg/h富含碳酸钠和溴化钠的熔融盐A（碳酸钠质量分数80%，溴化钠20%），分离得到

纯度＞99.9%的碳酸钠1597kg/h和分离得到纯度＞99%的溴化钠403kg/h。

[0079] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各

种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请范围内。