硝酸鉀裝置生產(chǎn)硫酸鉀的技術經(jīng)濟分析

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 661699）

硝酸鉀裝置生產(chǎn)硫酸鉀的技術經(jīng)濟分析

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 661699）

采用硝酸鉀裝置生產(chǎn)硫酸鉀，對工藝可行性和經(jīng)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(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)對硝態(tài)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(chǎn)硝酸鉀時，以氯化鉀為原料改產(chǎn)硫酸鉀。筆者對利用硝酸鉀生產(chǎn)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(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、工藝冷凝液、氯化鉀銨母液在溶配槽中混合后，進入結晶罐內(nèi)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(fā)提濃后，進行冷析結晶，晶體經(jīng)稠厚器培養(yǎng)，進入離心機進行固液分離。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分解法，兩者都可充分利用現(xiàn)有裝置的設備，節(jié)省項目投資。

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)過濾后與締合劑進行締置反應，生成締置液。締置液經(jīng)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(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(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(chǎn)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(nèi)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(fā)提濃后，進行冷析結晶，經(jīng)稠厚器培養(yǎng)晶體后，進入離心機進行固液分離。固體為氯化鉀銨產(chǎn)品，母液返回蒸發(fā)系統(tǒng)進行循環(huán)蒸發(fā)。

2.2.1 硫酸銨復分解法生產(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，反應時間1 h，硫酸銨溶液質(zhì)量分數(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)量分數(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(zhì)量分數(shù)為30%。

2）原料配比確定

硫酸銨溶液質(zhì)量分數(shù)為30%，反應時間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)量分數(shù)分別為1.18%、2.85%、2.91%。K2O質(zhì)量分數(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，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(zhì)量分數(shù)小于 45%，為不合格產(chǎn)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(zhì)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(jīng)濟。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 硫酸銨復分解法生產(chǎn)硫酸鉀的經(jīng)濟性分析

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

從表2看出，現(xiàn)有硝酸鉀裝置采用復分解法生產(chǎn)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(chǎn)硫酸鉀，從技術上可選用締置法、硫酸銨復分解法?；謴蜕a(chǎn)硝酸鉀時，裝置不需改動。

表2 硝酸鉀裝置復分解法生產(chǎn)硫酸鉀經(jīng)濟效益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)品純度比復分解法生產(chǎn)的高，但締合劑會帶入硫酸鉀產(chǎn)品中，長期使用對農(nóng)作物有一定影響。且締合劑中毒后，用氨進行解毒，對環(huán)境影響較大。

硫酸銨復分解法的經(jīng)濟效益優(yōu)于締置法。硫酸銨復分解法生產(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。