用于制备碳酸氢钠颗粒的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制备碳酸氢钠颗粒的方法，该方法包括以下步骤：(a)向水溶液添加至少一种碱金属碳酸盐以形成含水组合物；其中该碱金属碳酸盐包括碳酸钠并且其中该含水组合物以基于该含水组合物的重量至少200ppm的量包含至少一种多元羧酸和/或其盐，并且(b)从该含水组合物中分离碳酸氢钠，以便在一方面获得碳酸氢钠颗粒，并且在另一方面获得含水母液。
【专利说明】用于制备碳酸氢钠颗粒的方法
[0001]本申请要求于2011年12月21日提交的欧洲申请号11194784.2的优先权，出于所有的目的将该申请的全部内容通过引用结合在此。
发明领域
[0002]本发明涉及一种用于制备碳酸氢钠颗粒的方法以及通过这种方法获得的颗粒。
[0003]发明背景
[0004]碳酸氢钠(NaHCO3)是一种具有宽范围的吸引人的特性和从用于制药工业的高科技成分到人类食品和动物饲料工业的非常宽范围的应用的产品。
[0005]碳酸氢钠可以通过将碳酸钠碳化来生产。在欧洲，碳酸化作用通常是由在苏打灰的生产过程中共同产生的CO2在苏打灰工厂内原处进行的(CO2主要在石灰窑中产生)。在美国，碳酸化作用通常在多个单独的工厂中进行，这些工厂独立地购买苏打灰和CO2并将它们结合。
[0006]传统上，通过使用常规蒸汽管回转干燥机将碳酸氢钠湿饼干燥。这类方法涉及高温脱水以及高达35atm的汽压。经干燥的材料通常具有高本体密度并且从这种方法产生的晶体通常具有不规则的粒度分布和树枝状结构，是物理上脆弱并且在处理时易于碎裂成更细的碎片。此外，在高温下，碳酸氢钠趋向于转化成碳酸钠。
[0007]本发明的一个目的是提供具有高比表面积的碳酸氢钠颗粒。本发明还有一个目的是提供一种用于制备具有高比表面积的碳酸钠颗粒的方法。
[0008]发明概述
[0009]出人意料地，本发明诸位发明人现已发现这些目的中的一个或多个可以通过对制备过程中添加剂进行具体选择而获得。本发明诸位发明人还已经发现，在选定的浓度条件下，可以从一种包含碱金属碳酸盐和至少一种多元羧酸和/或其盐的含水组合物获得大尺寸的具有相对高的比表面积和/或所希望的颗粒形状的碳酸氢钠颗粒。
[0010]根据第一方面，本发明提供了一种用于制备碳酸氢钠颗粒的方法。所述方法包括以下步骤:
[0011](a)向水溶液添加至少一种碱金属碳酸盐以形成一种含水组合物；其中该碱金属碳酸盐包括碳酸钠并且其中该含水组合物以基于该含水组合物的重量至少200ppm的量包含至少一种多元羧酸和/或其盐，并且
[0012](b)从该含水组合物中分离碳酸氢钠，以便在一方面获得碳酸氢钠颗粒，并且在另一方面获得一种含水母液。
[0013]优选地，步骤(b)包括使该含水组合物与含有二氧化碳的气体进行接触的步骤。
[0014]具有高比表面积的碳酸氢钠颗粒可以通过使用相对高用量的多元羧酸和/或其盐来获得。
[0015]根据第二方面，本发明包含一种碳酸氢钠颗粒，该碳酸氢钠颗粒具有如通过激光散射测量的至少?ο μ m的平均等效球直径D50，至少60 μ m的D90，以及至少4.0m2/g的平均BET比表面积。
[0016]根据第三方面，本发明包含一种碳酸钠颗粒，所述碳酸钠颗粒具有如通过激光散射测量的至少?ο μ m的平均等效球直径D50，至少60 μ m的D90，以及至少10.0m2/g、优选至少15m2/g的平均BET比表面积。
[0017]独立权利要求和从属权利要求提出了本发明的具体和优选的特征。适当时，可以将来自从属权利要求的特征与来自独立权利要求或其他从属权利要求的特征结合。
[0018]本发明的上述以及其他的特性、特征和优点将从以下详细说明中变得清楚，该说明作为举例说明了本发明的原则。
[0019]附图简要说明
[0020]图1表示绘制了在不存在或以不同浓度存在不同多元羧酸的情况下制备的碳酸氢钠颗粒的BET比表面积(以m2/g)的图。
[0021]发明详述
[0022]在对本发明配制品进行描述之前，应理解的是本发明不限于具体描述的配制品，因为这类配制品可以变化(理所当然)。还应当理解的是，在此使用的术语不旨在进行限制，因为本发明的范围将仅由所附权利要求进行限制。
[0023]如在此所使用的，单数形式“一个/种”(a/an)和“该”包括单数或复数个参考物，除非上下文另外明确指出。作为举例，“一种添加剂”指一种添加剂或多于一种添加剂。
[0024]如在此使用的术语“包括了(comprising) ”、“包括(comprises) ”和“由...构成(comprised of)” 是与“包含了(including) ”、“包含(includes)”、或“含有的(containing) ”、“含有(contains) ”同义，并且是包括式或开放式的，并且不排除额外的非限制性成分、元素、或方法步骤。将理解的是如在此所使用的术语“包括了”、“包括”和“由...构成”包括这些术语:“由...组成的(consisting of) ”、“由...构成(consist) ”和“由...组成(consist of) ”。
[0025]贯穿本申请，术语“约”用来指一个值，该值包括对于被用来测定该值的设备或方法的误差的标准偏差。
[0026]如在此所使用的，术语“平均”指的是数均，除非另有说明。
[0027]如在此使用的，术语“按重量计％ ”、“Wt % ”、“重量百分比”、或“按重量计百分比”
是可交换使用的。
[0028]由端点列举的数值范围包括所有整数以及(当合适时)包含在该范围内的分数(例如，当提到例如元素数目时，I至5可以包括1、2、3、4，并且当提到例如测量值时，还可包括1.5、2、2.75、和3.80)。端点叙述还包括这些端点值其自身(例如，从1.0至5.0包括
1.0和5.0 二者)。在此列举的任何数值范围旨在包括包含于其中的全部子范围。
[0029]将在本说明书中提及的所有参考文件通过引用以其全文结合在此。具体而言，在此明确引用的全部参考文件的传授内容通过引用结合在此。除非另有定义，披露本发明时使用的所有术语(包括技术的和科学的术语)具有如本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的一样的含义。通过进一步的指导，将术语的定义包括在内以更好的理解本发明的传授内容。
[0030]在以下段落中，更详细地定义本发明的不同方面。如此定义的每个方面可以与任何其他一个或多个方面结合，除非明确指出相反。具体而言，所指出的作为是优选的或有利的任何特征可以与所指出的作为是优选的或有利的任何其他一个或多个特征结合。
[0031]贯穿本说明书提及的“一个实施例”或“一个实施例”意思是所描述的关于该实施例的一个具体的特征、结构、或特性包括在本发明的至少一个实施例内。因此，贯穿本说明书在不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在一个实施例中”非必须是但是可以是全部指同一个实施例。另外，具体的特征、结构或特性能以任何合适的方式进行组合，如对本领域中技术人员自本披露内容的一个或多个实施例是清楚的。此外，虽然在此描述的一些实施例包括了一些除在其他实施例中包含的其他特征，但是不同实施例的特征的组合是意在本发明的范围内，并且形成了不同的实施例，如应该被本领域的普通人员所理解的。例如，在所附权利要求中，权利要求的实施例中的每一个都能以任意的组合使用。
[0032]根据一个第一方面，本发明提供一种用于制备碳酸氢钠颗粒的方法，该方法包括以下步骤:
[0033](a)将至少一种碱金属碳酸盐添加到一种水溶液中以形成含水组合物；其中，该碱金属碳酸盐包括碳酸钠并且其中该含水组合物以基于该含水组合物的重量至少200ppm的量包括至少一种多元羧酸和/或其盐；并且
[0034](b)从该含水组合物中分离碳酸氢钠，以便在一方面获得碳酸氢钠颗粒，并且在另一方面获得含水母液。
[0035]根据本发明方法的第一阶段包括将至少一种包含碳酸钠的碱金属碳酸盐添加到一种水溶液中由此形成一种含水组合物。
[0036]如在此使用的，术语“碱金属碳酸盐”指的是任何包含碳酸根-CO/—基团和碱金属的化合物。优选地，该碱金属是钠。
[0037]在本方法中使用的碱金属碳酸盐可以是可商购的碳酸钠。用于金属钠碳酸盐的合适的源的非限制性实例可以是一种包含碳酸钠的矿物，如天然碱、苏打石、碳酸氢钠石(Wegscheiderite)或碳酸钠石(Decemite)。天然碱是可以包含约90%-95%的倍半碳酸钠(Na2CO3.NaHCO3.2H20)的一种矿物。
[0038]在一个实施例中，碱金属碳酸盐包括一种倍半碳酸盐，优选是碳酸氢三钠。优选的，该碱金属碳酸盐包括碳酸氢三钠二水合物(Na2CO3.NaHCO3.2H20)。倍半碳酸盐可以有不同的来源。它可以从不同的钠源人工生产。然而，特别令人感兴趣的是倍半碳酸盐得自一种天然碱矿石。合适的碳酸氢三钠可以具有包括在0.1和1mm之间的平均粒径。平均直径是D50，它是这样一个直径，它使得半数(以重量计)的颗粒都具有小于该特定值的直径。对于非球形颗粒，直径是等效球直径。
[0039]在一些实施例中，碱金属碳酸盐是经煅烧的碱金属碳酸盐，例如，煅烧的倍半碳酸盐。在这个实施例中，在将碱金属碳酸盐添加到水溶液之前，首先将其煅烧，优选在包括在100°C和4000°C之间的温度下。
[0040]优选地，碱金属碳酸盐是碳酸钠并且水溶液还包括碳酸氢钠。在一个实施例中，该水溶液可以进一步包括氯化钠。
[0041 ] 在一个实施例中，步骤(a)的含水组合物包括碳酸钠和碳酸氢钠。优选地，碳酸钠和碳酸氢钠的重量比是高于1.0，优选高于2.0，优选高于3.0，优选高于5.0。
[0042]步骤(a)的含水组合物可以具有至少8的pH。
[0043]在一些实施例中，将每kg水溶液至少10g的碱金属碳酸盐添加到水溶液中，优选每kg含水组合物至少150g碱金属碳酸盐,优选每kg含水组合物至少200g碱金属碳酸盐。
[0044]根据本发明，该含水组合物包括至少200ppm的至少一种多元羧酸和/或其盐，其中该ppm是基于该含水组合物的总重量。该含水组合物可以包括至少300ppm的多元羧酸和/或其盐，例如至少400ppm、例如至少500ppm、例如至少600ppm、优选至少lOOOppm、优选至少2000ppm的多元羧酸和/或其盐，优选至少2500ppm、优选至少2700ppm的多元羧酸和/或其盐，其中该ppm是基于该含水组合物的总重量。如在此所使用的，术语“ppm”指的是百万分之重量份。例如，该含水组合物可以包括至少Ig的多元羧酸和/或其盐/Ikg含水组合物，优选至少1.5g、更优选至少2g/kg,还更优选2.5g/kg,例如至少2.7g/kg,并且例如最多5g多元羧酸和/或其盐/Ikg含水组合物。
[0045]如在此所使用的，术语“多元羧酸或其盐”指的是包含两个或更多个羧酸_C00_基团的酸或其盐。在一个优选的实施例中，多元羧酸或其盐是处于酸或钠盐形式。在一个实施例中，多元羧酸或其盐是一种酸。在一个实施例中，多元羧酸或其盐是一种钠盐。
[0046]该多元羧酸和/或其盐可以选自包含以下项的组:聚丙烯酸钠；丙烯酸和马来酸的共聚物；聚丙烯酸；及其混合物或共混物；优选其中该多元羧酸和/或其盐是聚丙烯酸钠或丙烯酸和马来酸的共聚物，优选其中该多元羧酸和/或其盐是丙烯酸和马来酸的共聚物。
[0047]如在此使用的，术语“聚丙烯酸钠”指的是包括以下通式(I)的聚合物，其中η是至少2:
[0048]
【权利要求】
1.一种用于制备碳酸氢钠颗粒的方法，该方法包括以下步骤: -(a)向水溶液添加至少一种碱金属碳酸盐以形成含水组合物；其中该碱金属碳酸盐包括碳酸钠并且其中该含水组合物以基于该含水组合物的重量为至少200ppm的量包含至少一种多元羧酸和/或其盐，并且 -(b)从该含水组合物中分离碳酸氢钠，以在一方面获得碳酸氢钠颗粒，并且在另一方面获得含水母液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括使该含水组合物与含有二氧化碳的气体进行接触的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中该步骤(a)的含水组合物包含碳酸钠和碳酸氢钠，并且其中碳酸钠和碳酸氢钠的重量比是高于1.0。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该至少一种多元羧酸和/或其盐选自:聚丙烯酸钠、丙烯酸和马来酸的共聚物、和聚丙烯酸、以及它们的共混物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中该步骤(a)的含水组合物具有的pH是至少8。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中该方法是在最高70°C的温度下进行。
7.根据权利要求1 至6中任一项所述的方法，其中该含水组合物包括至少10g碱金属碳酸盐/kg含水组合物。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中该含水组合物包括从0.2g至5.0g该多元羧酸和/或其盐/kg含水组合物。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述碳酸氢钠颗粒具有至少10μ m的平均等效球直径D50，如通过激光散射测量的。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述碳酸氢钠颗粒具有至少.60 μ m的平均等效球直径D90，如通过激光散射测量的。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述碳酸氢钠颗粒具有至少.1.0m2/g的平均BET比表面积。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述碳酸氢钠颗粒具有至少.10 μ m的平均等效球直径D50，至少60 μ m的D90,以及至少1.0m2/g的平均BET比表面积。
13.一种用于制备碳酸钠颗粒的方法，该方法包括通过在至少80°C的温度下进行煅烧将通过权利要求1至10中任一项所述的方法获得的碳酸氢钠颗粒转化成碳酸钠的步骤，其中所述碳酸钠颗粒具有至少10m2/g、优选至少15m2/g的平均BET比表面积。
14.碳酸氢钠颗粒，具有如通过激光散射测量的至少10μ m的平均等效球直径D50，至少60 μ m的D90，以及至少4.0m2/g的平均BET比表面积。
15.碳酸钠颗粒，具有如通过激光散射测量的至少10μ m的平均等效球直径D50，至少.60 μ m的D90,以及至少10m2/g、优选至少15m2/g的平均BET比表面积。
【文档编号】C01D7/12GK104136372SQ201280070327
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年12月19日 优先权日:2011年12月21日
【发明者】T-D.朝, D.J.L.萨瓦里 申请人:索尔维公司