CN1286219A

CN1286219A - 生产硫酸钾的新工艺及主要设备配置

Info

Publication number: CN1286219A
Application number: CN 99116621
Authority: CN
Inventors: 邓辉宇; 邓行健; 邓平杰; 邓琦芳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-03-07

Abstract

本发明的工艺流程和设备配置分别属于无机化工及化工机械的技术领域。氯化钾经溶解过滤、提纯脱色后与硫酸进行除氯反应,生成硫酸氢钾及盐酸;液氨经气化后与硫酸氢钾进行吸氨反应,生成硫酸钾及硫酸铵,两者用盐析法进行分离。化学反应均在液—液、液—气的相间及<100℃和负压条件下进行。除提纯外,钾的转化率>98%,主产品质量达农用优等品,工艺简捷可靠,设备投资及能耗低。

Description

生产硫酸钾的新工艺及主要设备配置

本发明属于无机化工及化工机械的技术领域。

以氯化钾为主要原料，用转化法来生产硫酸钾，目前有曼海姆法、缔置法、复分解法三种。在曼海姆法的生产过程中，强酸腐蚀和高温条件下的化学反应都在曼海姆炉内进行，使得设备的投资和维持费用高、能耗大、投资回收期长。缔置法的工艺路线长，缔合、解缔、反萃取及缔合剂再生等环节繁杂，生产成本高。复分解法的钾回收率低、主产品纯度低、含氯量高。

将工艺的需要与设备的可能两者结合起来考虑，国内CN1082001A发明专利——“制备硫酸钾的中和合成法”，很难实现工业生产，其原因有两条：一、当固体微粒状的氯化钾与浓硫酸接触时，会立即粘结成团、块状，即使经长时间搅拌，也难以保证能彻底进行反应。二、用多级、大水量洗涤法来进行硫酸钾、硫酸铵的分离和处理母液中的结晶物，在实验室的试验阶段是可行的。而在实际生产中，无法做到快速测定或确认并取出工业品级、农用优等品级、农用一等品级等多种级别的产品。

本发明旨在为无氯含硫复合肥行业的发展，提供一种更为简捷、经济的工艺路线和设备配置，以氯化钾、硫酸、液铵为原料，来生产硫酸钾、硫酸铵，并得到副产品盐酸(或氯化工产品)。

现对本发明的实施过程叙述如下(参见附图)：

1、原料预处理—氯化钾的溶解及过滤：

按氯化钾的投料量计算其90℃全部溶解时的需水量，将95℃～100℃的热水经高位计量槽进入溶解罐，在罐内搅拌及夹套内加热的条件下均匀地投入氯化钾，直至其全部溶解。启动盐酸吸收罐的循环泵，通过自吸空气喷射器对反应罐内部产生负压，氯化钾溶液在高位差和负压抽吸作用下，经快卸式过滤器进入反应罐，矿物性机械杂质则留在过滤器内，氯化钾的提纯和脱色得以完成。

2、除氯反应——硫酸氢钾和盐酸的生成：

按氯化钾与硫酸的摩尔比为1∶1的比例，将硫酸高位计量槽中的硫酸缓慢均匀地加入到反应罐内，反应在搅拌条件下进行，其反应式如下：

逸出的氯化氢气体，经自吸空气喷射器与水混合被吸收成盐酸，进入盐酸吸收罐。通过液氨在吸收罐夹套内气化时的吸热作用，对盐酸进行冷却，使其温度控制在20～40℃。

3、吸氨反应——硫酸钾和硫酸铵的生成：

按硫酸氢钾与氨的摩尔比为1∶1的比例，启动反应罐上的循环泵、打开罐顶自吸空气喷射器的进气阀及液氨钢瓶的排气阀，液氨经流量计计量之后，再到盐酸吸收罐的夹套内(或换热器内)气化，最后在自吸空气喷射器内与硫酸氢钾溶液混合并反应，生成硫酸钾和硫酸铵，其反应式如下：

因最初溶解氯化钾时是限量给水，而硫酸铵在水中的溶解度是硫酸钾的4倍以上，因此硫酸铵仍全部溶于水中，而80％以上的硫酸钾结晶析出。

4、加铵盐析——硫酸钾与硫酸铵的分离：

用最初给水量减去移液量、并根据上述化学反应结束时溶液的实际温度来计算所剩水量对硫酸铵的可溶解总量，该总量与反应后应得硫酸铵总量之差，即为应投入硫酸铵的重量。向已有硫酸钾析出的母液中，在搅拌条件下加入上述重量的固体硫酸铵，利用共同离子效应原理，可使剩余部分硫酸钾继续结晶析出，母液中只剩下硫酸铵，其变化过程如下：

在持续搅拌的条件下完成上述反应过程，打开反应罐底阀，固体硫酸钾与硫酸铵母液经离心机分离。母液经蒸发、浓缩、冷却结晶、离心分离得固体硫酸铵。

在说明书附图中，数字1～7表示加料或进行反应的顺序。括号内的数字则表示本项工作或设备的运行与相应号码的反应联动，否则处于停止状态，例如，“(6)”表示：当“6.气态氨”进入空气喷射器时，反应罐的循环泵开始启动并运行，否则停止。依此类推，两个“(5)”亦如此。

附图中未予表示的是：液氨经计量后，亦可去冷却结晶器的换热器壳程内转化为气态氨，然后再进入喷射器参与吸氨反应。

在本发明中，将氯化钾转变为液相，既便于提纯和脱色，又能实现除氯反应的快速、均匀及完全彻底。因此，产品质量从工艺上得到了可靠的保证。当原料氯化钾为俄罗斯或加拿大等国的红色产品时，本工艺中的原料预处理必不可少。经溶解过滤后清除的滤渣，是本工艺流程中唯一排放的废渣(其重量为氯化钾投料量的4％左右，系无毒、无味的红色不溶性矿物质，可作铺路、填沟之用)，除此之外，无废气、废液的排放。

又因除氯反应是在均为液相和低于100℃的条件下进行，硫酸一旦进入氯化钾溶液，立刻被稀释，其腐蚀程度大为降低。全部化学反应可在搪玻璃反应罐内进行，使得设备的投资和维持费用以及能源消耗大幅度降低。以年产1万吨硫酸钾的装置为例，曼海姆法需投资4000万元，投资回收期为5年；而采用本发明的工艺流程和设备配置，只需400～800万元，投资回收期为2.5年，两者悬殊很大。

本发明的工艺简捷可靠，全过程的温度低、能耗低、成本低，产品质量高，易于操作和控制。生产设备均可从国产定型产品中选用，可立体多层布置，减少占地面积。因投资规模小、建设周期短，特别适合于中、小型化肥厂、化工厂开发新产品时采用。

投入原料的规格及数量：实施例1 实施例21．热水： 95～100℃ 430ml 45kg2.氯化钾：K₂O≥60％(俄罗斯产) 240g 25kg3.硫酸： 98％工业级 170ml 34kg4.液氨： 99％ 53g 6kg5.硫酸铵：含N21％一级品 93g 10kg

实际收得的产品及数量实施例1 实施例21．硫酸钾：K₂O≥50.3％ CL≤0.5％ 260g 27kg2.硫酸铵：(已减盐析时的投入量后的实收) 187g 20kg3.盐酸： 31％ 360g 37kg

Claims

1、工艺流程上的本质特征：

化学反应的全过程均在非固相及小于100℃的条件下进行。

将原料氯化钾在90℃～100℃和搅拌条件下溶解。通过溶解和过滤来实现提纯和脱色，并使氯化钾与硫酸之间的化学反应在均为液相的条件下进行。

用硫酸氢钾溶液循环吸收气态氨、用水循环吸收气态氯化氢的过程均在液—气两相之间进行。

以液氨为原料，利用其气化时的吸热作用，来分别对盐酸和硫酸铵溶液进行冷却，达到提高盐酸浓度、促使硫酸铵结晶析出、减少生产过程中的水处理量三项目的。

2、设备配置上的本质特征：

主要的化学反应及生产过程均在负压条件下进行。

通过循环泵及自吸空气喷射器组成的真空发生装置，使得氯化钾溶液的过滤、气态氯化氢及气态氨的吸收、硫酸铵溶液的蒸发和浓缩等过程均在负压条件下进行。

3、采用盐析法来实现硫酸钾与硫酸铵的分离：

对已完成化学反应的硫酸钾与硫酸铵混合溶液，在搅拌条件下定量加入固体的硫酸铵，使得硫酸钾结晶析出，所加入的固体硫酸铵则溶解。固、液两相用离心机进行分离。