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        硝酸鉀裝置生產(chǎn)硫酸鉀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

        2015-12-06 13:24:58王玉慶
        云南化工 2015年2期
        關(guān)鍵詞:硝酸鉀母液氯化鉀

        王玉慶

        (云南解化清潔能源開發(fā)有限公司解化化工分公司,云南 開遠(yuǎn) 661699)

        硝酸鉀裝置生產(chǎn)硫酸鉀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

        王玉慶

        (云南解化清潔能源開發(fā)有限公司解化化工分公司,云南 開遠(yuǎn) 661699)

        采用硝酸鉀裝置生產(chǎn)硫酸鉀,對(duì)工藝可行性和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析。

        硫酸鉀;硝酸鉀;締置法;復(fù)分解法

        我公司5萬 t/a硝酸鉀裝置采用復(fù)分解法生產(chǎn)農(nóng)用硝酸鉀,副產(chǎn)氯化鉀銨。農(nóng)用硝酸鉀比硫酸鉀生產(chǎn)成本高,主要用于生產(chǎn)對(duì)硝態(tài)氮要求較高的高濃度三元復(fù)合肥。受市場(chǎng)因素制約,裝置開工率不高。為提高裝置的利用率,公司決定,裝置在不生產(chǎn)硝酸鉀時(shí),以氯化鉀為原料改產(chǎn)硫酸鉀。筆者對(duì)利用硝酸鉀生產(chǎn)硫酸鉀的兩種工藝進(jìn)行了比較分析,給出了推薦意見。

        1 硝酸鉀生產(chǎn)工藝流程

        我公司5萬 t/a硝酸鉀裝置生產(chǎn)工藝流程如圖1。

        氯化鉀、工藝?yán)淠?、氯化鉀銨母液在溶配槽中混合后,進(jìn)入結(jié)晶罐內(nèi)進(jìn)行真空冷卻結(jié)晶,析出硝酸鉀。硝酸鉀晶體在稠厚器中晶粒長(zhǎng)大、強(qiáng)度增強(qiáng)后,進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行分離。分離出的硝酸鉀固體進(jìn)入流化床干燥后,得到硝酸鉀成品。硝酸鉀母液通過兩效負(fù)壓蒸發(fā)提濃后,進(jìn)行冷析結(jié)晶,晶體經(jīng)稠厚器培養(yǎng),進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行固液分離。固體為氯化鉀銨產(chǎn)品,母液返回溶配槽回收利用。

        2 硫酸鉀生產(chǎn)工藝的選擇

        硫酸鉀的生產(chǎn)工藝有復(fù)分解法、締置法和蔓海姆法等。利用現(xiàn)有硝酸鉀裝置生產(chǎn)硫酸鉀,可選擇的工藝為締置法及硫酸銨復(fù)分解法,兩者都可充分利用現(xiàn)有裝置的設(shè)備,節(jié)省項(xiàng)目投資。

        2.1 締置法

        締置法生產(chǎn)硫酸鉀的工藝流程見圖2。

        氯化鉀、硫酸、硫酸鉀母液、冷凝液混合制得溶配液,經(jīng)過濾后與締合劑進(jìn)行締置反應(yīng),生成締置液。締置液經(jīng)稠厚后,上部溢流液進(jìn)行靜止分離。靜止分離的上層締合劑,回收循環(huán)利用,下層締置液返回溶配,回收利用。稠厚后下部的溶液進(jìn)入離心分離,制得硫酸鉀產(chǎn)品,離心分離的硫酸鉀母液與靜止分離的締置液返回溶配。

        解締液經(jīng)稠厚后,上部溢流液進(jìn)行靜止分離。靜止分離的上層締合劑,回收進(jìn)行締置反應(yīng),下層解締液與氯化銨母液進(jìn)行混合。稠厚后下部的溶

        液進(jìn)入離心分離,制得氯化銨產(chǎn)品。離心分離產(chǎn)生的氯化銨母液,與靜止分離產(chǎn)生的解締液混合,一部分用于吸收氣氨,供締置液解締使用,剩余部分進(jìn)行真空蒸發(fā)提濃,回收氯化銨[1]。

        圖1 5萬 t/a硝酸鉀工藝流程圖Fig.1 Flow chart of 5 m illion t/a potassium nitrate

        現(xiàn)有硝酸鉀裝置采用締置法生產(chǎn)硫酸鉀的經(jīng)濟(jì)性分析見表1。

        圖 2 締置法生產(chǎn)硫酸鉀工藝流程Fig.2 Production of potassium sulfate w ith association set process

        表1 硝酸鉀裝置締置法生產(chǎn)硫酸鉀的經(jīng)濟(jì)效益Tab.1 Econom ic benefits of production of potassium sulfate from potassium nitrate plant with association set process

        從表1看出,現(xiàn)有硝酸鉀裝置采用締置法生產(chǎn)硫酸鉀,虧損321元/t。主要原因是締置法所用的締合劑價(jià)格較高,且操作中締置劑易中毒。締合劑中毒后只能用氨進(jìn)行解毒,而氨的利用率較低,只有65%左右。

        2.2 硫酸銨復(fù)分解法

        硫酸銨復(fù)分解法生產(chǎn)硫酸鉀的工藝流程見圖3。

        氯化鉀、硫酸銨、工藝?yán)淠海谌芘洳壑谢旌虾?,打入結(jié)晶罐內(nèi)進(jìn)行真空冷卻結(jié)晶。硫酸鉀晶體在稠厚器中晶粒長(zhǎng)大、強(qiáng)度變強(qiáng)后,進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行分離。分離出的硫酸鉀固體進(jìn)入流化床干燥后,得到硫酸鉀成品。硫酸鉀母液通過兩效負(fù)壓蒸發(fā)提濃后,進(jìn)行冷析結(jié)晶,經(jīng)稠厚器培養(yǎng)晶體后,進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行固液分離。固體為氯化鉀銨產(chǎn)品,母液返回蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)蒸發(fā)。

        2.2.1 硫酸銨復(fù)分解法生產(chǎn)硫酸鉀工藝條件的確定

        以氯化鉀、硫酸銨為原料生產(chǎn)硫酸鉀,主要影響因素為硫酸銨溶液濃度及原料配比。

        圖3 硫酸銨復(fù)分解法生產(chǎn)硫酸鉀工藝流程Fig.3 Production of potassium sulfate with ammonium sulfatemetathesis process

        1)硫酸銨溶液濃度確定

        氯化鉀、硫酸銨物質(zhì)的量比(折純)為 2.2∶1,反應(yīng)時(shí)間1 h,硫酸銨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為18%、24.2%、30%、35%。在上述操作條件下,硫酸鉀中的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.14%、1.64%、2.85%、3.23%。

        硫酸銨溶液濃度提高后,蒸發(fā)系統(tǒng)蒸汽、電消耗降低,產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性提高。但硫酸鉀中的Cl-含量提高會(huì)縮小硫酸鉀的使用范圍。確定硫酸銨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。

        2)原料配比確定

        硫酸銨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,反應(yīng)時(shí)間1 h,氯化鉀:硫酸銨物質(zhì)的量比分別為:2.0∶1、2.2∶1、2.4∶1,硫酸鉀中的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.18%、2.85%、2.91%。K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為44.33%、45.2%、45.6%。

        隨氯化鉀與硫酸銨物質(zhì)的量比提高時(shí),硫酸鉀中Cl-含量、K2O含量都提高。當(dāng)二者之比為2時(shí),硫酸鉀中氧化鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 45%,為不合格產(chǎn)品。主要是硫酸銨反應(yīng)不完全,帶入硫酸鉀中,降低了硫酸鉀的純度。氯化鉀與硫酸銨物質(zhì)的量比為2.4時(shí)K2O含量增加不大,由于氯化鉀用量增加,不經(jīng)濟(jì)。綜合考慮后,氯化鉀與硫酸銨物質(zhì)的量之比定為2.2∶1。

        2.2.2 硫酸銨復(fù)分解法生產(chǎn)硫酸鉀的經(jīng)濟(jì)性分析

        現(xiàn)有硝酸鉀裝置采用復(fù)分解法生產(chǎn)硫酸鉀的經(jīng)濟(jì)效益分析見表2。

        從表2看出,現(xiàn)有硝酸鉀裝置采用復(fù)分解法生產(chǎn)硫酸鉀,可獲利747元/t。

        3 小結(jié)

        以氯化鉀為原料,利用公司硝酸鉀裝置改產(chǎn)硫酸鉀,從技術(shù)上可選用締置法、硫酸銨復(fù)分解法?;謴?fù)生產(chǎn)硝酸鉀時(shí),裝置不需改動(dòng)。

        表2 硝酸鉀裝置復(fù)分解法生產(chǎn)硫酸鉀經(jīng)濟(jì)效益Tab.2 Economic benefits of production of potassium sulfate from potassium nitrate plantwith metathesis process

        締置法生產(chǎn)的硫酸鉀,產(chǎn)品純度比復(fù)分解法生產(chǎn)的高,但締合劑會(huì)帶入硫酸鉀產(chǎn)品中,長(zhǎng)期使用對(duì)農(nóng)作物有一定影響。且締合劑中毒后,用氨進(jìn)行解毒,對(duì)環(huán)境影響較大。

        硫酸銨復(fù)分解法的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于締置法。硫酸銨復(fù)分解法生產(chǎn)硫酸鉀,氯化鉀需稍過量,以提高硫酸鉀純度。硫酸銨濃度提高,有利于降低蒸汽及電用量、減少 K2O的損耗,提高裝置的經(jīng)濟(jì)性。有氨法脫硫裝置的企業(yè),可利用氨法脫硫副產(chǎn)的硫酸銨溶液為原料生產(chǎn)硫酸鉀,可進(jìn)一步降低硫酸銨裝置的蒸汽及電消耗。

        [1] 解化化工分公司硫酸鉀車間崗位操作法(締置法)

        Technical and Econom ic Analysis of Production of Potassium Su lfate w ith Potassium Nitrate Plant

        W ANG Yu-qing

        (Yunnan Jiehua solution of the Clean Energy Development Co.,Ltd.Jiehua Chemical Branch,Kaiyuan 661699,China)

        production of potassium sulfate with potassium nitrate plant,the process feasibility and economic benifits were analyzed.

        potassium sulfate;potassium nitrate;association set process;metathesis process

        TQ443

        A

        1004-275X(2015)02-0064-03

        12.3969/j.issn.1004-275X.2015.02.017

        收稿:2014-02-09

        王玉慶(1976-),男,云南永勝人,工程師。

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