曼海姆法硫酸鉀改造及工藝優化總結

雷 亮，高亞娟，雷高明

（1.新疆海德姆化工有限公司，新疆哈密839000；2.盤錦北方瀝青股份有限公司，遼寧盤錦124022）

新疆海德姆化工有限公司（以下簡稱新疆海德姆）共有2套曼海姆法硫酸鉀裝置，設計每套裝置生產能力為10 kt/a。采用固定床復分解反應法，即氯化鉀和濃硫酸在曼海姆爐內進行復分解反應生成硫酸鉀和氯化氫氣體。第一套裝置建于2016年8月，于2017年5月15日建成投產，第二套裝置建于2019年6月，于2020年5月2日建成投產。在第二套裝置建設過程中，吸取同行先進經驗并結合該公司第一套裝置生產實踐經驗，對兩套曼海姆法硫酸鉀裝置進行設備改造和工藝優化。經過實踐，裝置運行良好，達到了預期目標。現把裝置設備改造及工藝優化情況進行總結。

1 裝置簡介

1.1 工藝流程

曼海姆法硫酸鉀生產工藝流程見圖1。

圖1 曼海姆法硫酸鉀生產工藝流程

采用固定床復分解反應法。原料氯化鉀與w(H2SO4)98%硫酸以一定比例經各自專用分布器連續注至φ6 000 mm曼海姆爐床反應區表面，在520～540 ℃高溫下由耙臂帶動耙齒連續不斷地將反應物料勻速攪拌混合，并以一定速度將物料由爐中心擴散到周邊，確保物料反應完全。生成的硫酸鉀粗料由反應室出口進入密閉的推料冷卻機內進行冷卻，然后經中和、粉碎、篩分后進入料倉，得到成品硫酸鉀[1]。反應生成的氯化氫氣體經石墨冷卻器冷卻，再經混酸塔洗滌后制得w(H2SO4)35%的混酸。剩余氯化氫氣體進入降膜塔，制得w(HCl)31%的副產品鹽酸后尾氣經尾氣吸收塔洗滌后放空[2]。

1.2 主要設備

曼海姆法硫酸鉀裝置主要設備見表1。

表1 曼海姆法硫酸鉀裝置主要設備

2 裝置改造

2.1 初次改造

2019年6 月，在第二套硫酸鉀裝置建設過程中，新疆海德姆借鑒其他廠家經驗，并結合第一套裝置運行實際狀況，對兩套裝置進行了改造，改造后期系統運行穩定，效果比較理想。

2.1.1 爐頂鋪設耐高溫陶瓷纖維氈

在爐頂磚上表面，即爐頂磚和保溫膏的接觸處鋪設一層厚度為20 mm的耐高溫陶瓷纖維氈，然后在此氈上面鋪滿保溫膏，保溫膏厚度為30 mm，以防止爐頂熱量散失，起到良好的保溫作用。

2.1.2 增大主軸上段軸和軸套間隙量

主軸上軸部位和軸套（銅套）間有一定間隙量，在安裝主軸時需要調整好此間隙量。主軸上軸和軸套原間隙量為1.8～2.0 mm，間隙量較小。主軸和軸套升降溫過程中，因主軸和軸套的材質不同，二者熱脹冷縮的膨脹系數不同引起一點或者一側間隙量變小，主軸和軸套接觸產生摩擦，引起主軸發生震顫，主機減速機晃動。將二者間隙量擴大至2.8～3.0 mm，避免二者間隙過小產生摩擦。雖可能漏入一定空氣，但可有效避免主軸上軸和軸套接觸產生的摩擦。

2.1.3 下料器增加延長板

在硫酸鉀下料口處沿爐床外沿水平位置焊接白鋼延長板，延長板長度為100 mm，增設的延長板在爐床外徑呈弧形布置，在此板下部抹上澆注料，既可防止下料器底板的腐蝕，也可提高爐床物料厚度，延長物料在反應室的停留時間，使物料反應完全，提高產品質量。

2.1.4 采用半自動包裝機

曼海姆硫酸鉀廠家大多數使用人工包裝，新疆海德姆生產的硫酸鉀是25 kg/袋，依靠人工手動包裝，勞動強度大。改造中，嘗試使用半自動包裝機，包裝機分為A，B兩個倉，兩倉既可同時包裝也可分開包裝，同時增加1臺螺旋推料機和1臺斗提機。改造后，包裝速度快，可達到6 t/h，實際曼海姆爐出料速度為2.5 t/h，效果較好。

2.1.5 硫酸泵采用磁力泵

此次改造，摒棄了原帶機械密封的離心泵，采用CQB32-20-125型磁力泵，雖然效率有所降低，但磁力泵無機械密封，依靠磁力驅動，無泄漏，電機功率較小，僅為1.5 kW。經過3個月使用，磁力泵運行良好，無故障。

2.1.6 出爐氯化氫鐵管增加觀察孔

氯化氫氣體出爐進入石墨冷卻器鐵管彎管段增加觀察口，孔徑為φ200 mm或以上。水平方向可觀察最高彎管處是否積料堵塞氯化氫氣體通道，豎直向下方向可觀察石墨冷卻器第一節石墨上部是否堆積塊狀物料堵塞石墨列管。若二者堵塞，應拆下彎管及時清理干凈，避免爐內氯化氫氣體通路不暢，造成氯化氫泄漏到廠房內。每次停車都應打開此觀察孔，查看物料堵塞情況。

2.1.7 氯化鉀料倉加鐵網

為防止原料中的較大塊狀物料進入曼海姆爐而使爐內產生大量球狀和塊狀物料，造成反應不完全而影響產品質量，采用φ20 mm鋼筋作為支撐，鋼筋間距為200 mm×300 mm，上面鋪設孔徑為25 mm×25 mm鐵網，鐵絲為φ5 mm。實際使用過程中鐵網孔徑偏小，原料氯化鉀中的小塊狀物料堵塞鐵網孔徑，造成下料不暢，更適宜鋪設35 mm×35 mm鐵網。

2.1.8 采用壓縮天然氣作為燃氣

因天然氣管網未進入園區，為保證生產順利進行，決定采用壓縮天然氣作為燃氣。相比采用煤氣，雖成本有所提高，但天然氣熱值高，可避免出現爐中溫度不夠的問題，且操作簡單，無采用煤氣產生的危廢品煤焦油處理困難的問題。

2.2 二次改造

2套裝置于2020年5月2日投料，于2020年7月28日因鹽酸儲罐滿罐，停車檢修。經過5—7月生產實踐，設備出現問題表現在以下方面：①收塵桶下料較多時堵塞粉碎機；②取樣器鹽酸溢出；③2#主機主軸異響；④耙齒磚掉落；⑤氯化鉀螺旋推料機達到最高頻率時硫酸鉀產量達不到滿負荷。針對生產中設備出現的問題，停車期間對裝置進行二次改造。

2.2.1 收塵桶放料管連接至粉碎機后斗提機

收塵桶收集來的粉塵物料粒徑較小，原設計是將其返回到粉碎機前斗提機，即粒徑較小的物料重新回到粉碎機，不僅增加了粉碎機能耗，而且在下料較快時，會堵塞粉碎機，造成粉碎機跳車。更改收塵桶放料管位置，將放料管連接至粉碎機后斗提機上，有效解決了該問題。

2.2.2 中間槽放空管連接至2#混酸塔

改造前，中間槽放空管線連接在煙囪管上，使中間槽內氯化氫氣體處于正壓狀態，若制酸流量計閥門開度稍大，則鹽酸會從取樣器內溢出。為解決該問題，將中間槽放空管線連接在2#混酸塔上，2#混酸塔為微負壓操作，則中間槽內也為微負壓，可有效避免取樣器內鹽酸溢出。

2.2.3 調整中軸軸套間隙

2#爐停車降溫過程中發現2#主機中軸有異響，主軸和主機減速機顫動，中軸及軸套所注入的甘油從水套上部流出，說明中軸和軸套間隙上部比下部大，且中軸和軸套間隙量發生改變，產生中軸和軸套摩擦。拆下水套后，采用油磨石對主軸中軸部位進行研磨，同時，采用特制磨具，對中軸軸套（銅套）進行研磨。經過調整主軸中軸和銅套間隙，主機開啟后運轉正常，未見異響和顫動。

2.2.4 洗滌塔內噴淋器采用塑料螺栓

拆各洗滌塔上蓋檢查瓷環過程中，發現6臺洗滌塔噴淋器脫落，洗滌氯化氫氣體的稀酸進入洗滌塔后未經過噴淋器，直接流到分布器上，致使稀酸分布不均勻。采用塑料螺栓，將6臺洗滌塔噴淋器全部緊固，可有效避免螺栓腐蝕使噴淋器脫落。

2.2.5 增大氯化鉀加料機減速機齒輪直徑

當原料氧化鉀含量較低時，即使氯化鉀加料機減速機已加至最高負荷50 Hz/h，2臺爐的產量仍達不到60 t/d。增大加料機減速機鏈輪直徑，將鏈輪齒數由24齒增加到36齒。改造后，氯化鉀加料機減速機轉數加至36 Hz/h時2臺爐產量即能達到60 t/d 以上。

2.2.6 更換耙齒磚

該次停車，發現1#爐耙齒磚掉落3塊，2#爐耙齒磚掉落1塊。利用此次停車機會，將2臺爐子掉落的4塊耙齒磚更換。同時把白鋼板切割成長條形，通過此長條形板將耙齒磚與夾磚器焊接在一起，起到加固耙齒磚的作用。

2.2.7 新上大容量儲罐

原有3臺200 m3的儲罐無法滿足生產需要，新上5臺500 m3的儲罐。相比于原來僅能儲存8～9 d的鹽酸生產量，改造后能儲存45 d的鹽酸生產量，極大緩解了鹽酸銷售淡季銷售不暢的不利局面。

2.2.8 儲罐液位計采用電子液位計

3臺鹽酸儲罐和2臺硫酸儲罐全部采用電子液位計取代原有的浮漂液位計，電子液位計雖觀測數據沒有浮漂液位計直觀，但測量準確性較高。

2.2.9 更換粉碎機下螺旋輸送機鏈輪

更換粉碎機下螺旋輸送機鏈輪，增大鏈輪直徑和齒子數量，即增大了粉碎機下螺旋輸送機的轉數，相應提高了其輸送物料的能力。

2.3 待改造項目

檢修過程中，因一些設備未就位，檢修項目并未全部完成，故遺留一些待改造項目。

2.3.1 煙道管增加水換熱器用于余熱采暖

引風機進口煙道管增加1臺列管式換熱器，管程走熱的煙道氣，殼程走水。水被加熱后準備供給全廠采暖，此煙道氣所帶熱量為余熱，通過安裝換熱器，既降低了進入煙氣引風機的煙氣溫度，有利于煙氣引風機的運行，又把余熱進行回收，可極大減少采暖費用，屬于余熱利用，但須注意該換熱器的泄漏。

2.3.2 發電機更換

原備用發電機為建廠時購買的二手設備，發電機故障較多，計劃更換該發電機。

3 工藝優化

2020年5—7 月，采用氧化鉀質量分數為60%的國產氯化鉀生產氧化鉀質量分數為50%的硫酸鉀。工藝出現的問題表現在3個方面：①成品氧化鉀含量偏高，氧化鉀質量分數達到51%～52%，氯離子含量偏高，氯離子質量分數經常超過2.0%；②成品物料黏稠，在斗提機溜槽處不易下料；③1#曼海姆爐爐門往泄漏氯化氫氣體。

3.1 工藝優化

針對2020年5—7月生產中出現的問題認真分析，決定采取合理措施對生產裝置工藝進行優化。

3.1.1 成品中加入硫酸鈉

生產中采用w(K2O)為60%的氯化鉀生產w(K2O)為50%的全水溶硫酸鉀，成品中w(K2O)可達到51%～52%，成品氧化鉀含量較高。鑒于此，決定在硫酸鉀成品中加入硫酸鈉，加入后w(K2O)降至50%～51%。

3.1.2 降低爐溫

生產中發現成品硫酸鉀黏度大，在斗提機溜槽處不易下料，此種情況應該是和原料氯化鉀中所含有的雜質有關。在原料氯化鉀無法更換的情況下，盡量保持較低爐溫，將爐中溫度從520～530 ℃降至500～520 ℃，使硫酸鉀成品黏度降低，改善硫酸鉀在斗提機溜槽處下料不暢通的問題。爐溫的降低，節省了燃氣的消耗，但溫度過低會造成氯化鉀和硫酸的反應不完全。

3.1.3 控制原料水含量

根據爐內件腐蝕狀況，嚴格控制原料氯化鉀和濃硫酸的水含量，保證原料氯化鉀中w(H2O)小于1.0%，濃硫酸中w(H2SO4)大于98%。

3.1.4 避免用長釬撞擊耙齒磚

3個月的生產過程中，1#爐耙齒磚掉落3塊，2#爐耙齒磚掉落1塊。根據耙齒磚掉落的狀況，生產中嚴禁在用長釬清料時撞擊耙齒磚。

3.2 1#曼海姆爐氯化氫氣體外泄的應對

兩套裝置于7月28日停車。7月22—24日，發現1#爐2個爐門處泄漏氯化氫氣體，說明氯化氫氣體通道有堵塞。針對1#爐爐門氯化氫氣體泄漏的情況，停車檢修時對其進行了處理。

3.2.1 更換新瓷環

更換二次吸收塔及二次混酸塔上部除沫器內的瓷環。

3.2.2 清理氯化氫鐵管積料

打開新增加的氯化氫鐵管觀察孔，發現氯化氫鐵管彎頭處以及鐵管插入石墨部位堆積物料。拆下氯化氫鐵管，清理氯化鐵管彎管處和插入石墨上封頭內鐵管堆積的物料，使氯化氫氣體通道暢通。

3.2.3 檢查降膜塔列管

降膜塔列管為石墨材質，打開降膜塔上蓋板，對降膜塔列管內管壁進行檢查，發現降膜塔列管內管壁上未附著油泥狀臟物，因此未對降膜塔列管進行清理。

3.3 1#制酸裝置降膜塔列管堵漏

2020年9月25 日技術人員發現1#制酸系統氯化氫尾氣放空量較大，說明制酸系統吸收效果較差，同時發現3臺降膜塔中的3臺稀酸流量計流量數值較停車前低，初步判斷為2臺降膜塔列管有漏水的情況。于2020年11月7日停車檢漏并更換2臺降膜塔中漏水的列管。開車后稀酸流量計流量恢復到正常值，尾氣放空量恢復正常。

4 結語

2020年9月19日兩套裝置開始升溫，9月25日投料并生產，仍使用w(K2O)為60%的國產氯化鉀生產w(K2O)為50%的硫酸鉀。生產期間，裝置運行平穩，產量達到60 t/d以上，w(K2O)為50%～51%，w(Cl-)小于2.0%，燃氣消耗由5—7月的75 m3/t降低到70 m3/t，說明對裝置的改造和優化是成功的，取得了理想的效果，為該公司節能增效，穩產高產工作做出了貢獻。