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硝酸鉀裝置生產硫酸鉀的技術經濟分析

2015-12-06 13:24:58王玉慶
云南化工 2015年2期
關鍵詞:工藝流程生產

王玉慶

(云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司,云南 開遠 661699)

硝酸鉀裝置生產硫酸鉀的技術經濟分析

王玉慶

(云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司,云南 開遠 661699)

采用硝酸鉀裝置生產硫酸鉀,對工藝可行性和經濟效益進行了分析。

硫酸鉀;硝酸鉀;締置法;復分解法

我公司5萬 t/a硝酸鉀裝置采用復分解法生產農用硝酸鉀,副產氯化鉀銨。農用硝酸鉀比硫酸鉀生產成本高,主要用于生產對硝態氮要求較高的高濃度三元復合肥。受市場因素制約,裝置開工率不高。為提高裝置的利用率,公司決定,裝置在不生產硝酸鉀時,以氯化鉀為原料改產硫酸鉀。筆者對利用硝酸鉀生產硫酸鉀的兩種工藝進行了比較分析,給出了推薦意見。

1 硝酸鉀生產工藝流程

我公司5萬 t/a硝酸鉀裝置生產工藝流程如圖1。

氯化鉀、工藝冷凝液、氯化鉀銨母液在溶配槽中混合后,進入結晶罐內進行真空冷卻結晶,析出硝酸鉀。硝酸鉀晶體在稠厚器中晶粒長大、強度增強后,進入離心機進行分離。分離出的硝酸鉀固體進入流化床干燥后,得到硝酸鉀成品。硝酸鉀母液通過兩效負壓蒸發提濃后,進行冷析結晶,晶體經稠厚器培養,進入離心機進行固液分離。固體為氯化鉀銨產品,母液返回溶配槽回收利用。

2 硫酸鉀生產工藝的選擇

硫酸鉀的生產工藝有復分解法、締置法和蔓海姆法等。利用現有硝酸鉀裝置生產硫酸鉀,可選擇的工藝為締置法及硫酸銨復分解法,兩者都可充分利用現有裝置的設備,節省項目投資。

2.1 締置法

締置法生產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,經過濾后與締合劑進行締置反應,生成締置液。締置液經稠厚后,上部溢流液進行靜止分離。靜止分離的上層締合劑,回收循環利用,下層締置液返回溶配,回收利用。稠厚后下部的溶液進入離心分離,制得硫酸鉀產品,離心分離的硫酸鉀母液與靜止分離的締置液返回溶配。

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

液進入離心分離,制得氯化銨產品。離心分離產生的氯化銨母液,與靜止分離產生的解締液混合,一部分用于吸收氣氨,供締置液解締使用,剩余部分進行真空蒸發提濃,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

現有硝酸鉀裝置采用締置法生產硫酸鉀的經濟性分析見表1。

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

表1 硝酸鉀裝置締置法生產硫酸鉀的經濟效益Tab.1 Econom ic benefits of production of potassium sulfate from potassium nitrate plant with association set process

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

2.2 硫酸銨復分解法

硫酸銨復分解法生產硫酸鉀的工藝流程見圖3。

氯化鉀、硫酸銨、工藝冷凝液,在溶配槽中混合后,打入結晶罐內進行真空冷卻結晶。硫酸鉀晶體在稠厚器中晶粒長大、強度變強后,進入離心機進行分離。分離出的硫酸鉀固體進入流化床干燥后,得到硫酸鉀成品。硫酸鉀母液通過兩效負壓蒸發提濃后,進行冷析結晶,經稠厚器培養晶體后,進入離心機進行固液分離。固體為氯化鉀銨產品,母液返回蒸發系統進行循環蒸發。

2.2.1 硫酸銨復分解法生產硫酸鉀工藝條件的確定

以氯化鉀、硫酸銨為原料生產硫酸鉀,主要影響因素為硫酸銨溶液濃度及原料配比。

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

1)硫酸銨溶液濃度確定

氯化鉀、硫酸銨物質的量比(折純)為 2.2∶1,反應時間1 h,硫酸銨溶液質量分數分別為18%、24.2%、30%、35%。在上述操作條件下,硫酸鉀中的氯離子質量分數分別為1.14%、1.64%、2.85%、3.23%。

硫酸銨溶液濃度提高后,蒸發系統蒸汽、電消耗降低,產品經濟性提高。但硫酸鉀中的Cl-含量提高會縮小硫酸鉀的使用范圍。確定硫酸銨溶液質量分數為30%。

2)原料配比確定

硫酸銨溶液質量分數為30%,反應時間1 h,氯化鉀:硫酸銨物質的量比分別為:2.0∶1、2.2∶1、2.4∶1,硫酸鉀中的氯離子質量分數分別為1.18%、2.85%、2.91%。K2O質量分數分別為44.33%、45.2%、45.6%。

隨氯化鉀與硫酸銨物質的量比提高時,硫酸鉀中Cl-含量、K2O含量都提高。當二者之比為2時,硫酸鉀中氧化鉀質量分數小于 45%,為不合格產品。主要是硫酸銨反應不完全,帶入硫酸鉀中,降低了硫酸鉀的純度。氯化鉀與硫酸銨物質的量比為2.4時K2O含量增加不大,由于氯化鉀用量增加,不經濟。綜合考慮后,氯化鉀與硫酸銨物質的量之比定為2.2∶1。

2.2.2 硫酸銨復分解法生產硫酸鉀的經濟性分析

現有硝酸鉀裝置采用復分解法生產硫酸鉀的經濟效益分析見表2。

從表2看出,現有硝酸鉀裝置采用復分解法生產硫酸鉀,可獲利747元/t。

3 小結

以氯化鉀為原料,利用公司硝酸鉀裝置改產硫酸鉀,從技術上可選用締置法、硫酸銨復分解法。恢復生產硝酸鉀時,裝置不需改動。

表2 硝酸鉀裝置復分解法生產硫酸鉀經濟效益Tab.2 Economic benefits of production of potassium sulfate from potassium nitrate plantwith metathesis process

締置法生產的硫酸鉀,產品純度比復分解法生產的高,但締合劑會帶入硫酸鉀產品中,長期使用對農作物有一定影響。且締合劑中毒后,用氨進行解毒,對環境影響較大。

硫酸銨復分解法的經濟效益優于締置法。硫酸銨復分解法生產硫酸鉀,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,提高裝置的經濟性。有氨法脫硫裝置的企業,可利用氨法脫硫副產的硫酸銨溶液為原料生產硫酸鉀,可進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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