專利名稱：生產(chǎn)硫酸鉀的新工藝及主要設(shè)備配置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)化工及化工機(jī)械的技術(shù)領(lǐng)域。
以氯化鉀為主要原料，用轉(zhuǎn)化法來(lái)生產(chǎn)硫酸鉀，目前有曼海姆法、締置法、復(fù)分解法三種。在曼海姆法的生產(chǎn)過(guò)程中，強(qiáng)酸腐蝕和高溫條件下的化學(xué)反應(yīng)都在曼海姆爐內(nèi)進(jìn)行，使得設(shè)備的投資和維持費(fèi)用高、能耗大、投資回收期長(zhǎng)。締置法的工藝路線長(zhǎng)，締合、解締、反萃取及締合劑再生等環(huán)節(jié)繁雜，生產(chǎn)成本高。復(fù)分解法的鉀回收率低、主產(chǎn)品純度低、含氯量高。
將工藝的需要與設(shè)備的可能兩者結(jié)合起來(lái)考慮，國(guó)內(nèi)CN1082001A發(fā)明專利——“制備硫酸鉀的中和合成法”，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，其原因有兩條一、當(dāng)固體微粒狀的氯化鉀與濃硫酸接觸時(shí)，會(huì)立即粘結(jié)成團(tuán)、塊狀，即使經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間攪拌，也難以保證能徹底進(jìn)行反應(yīng)。二、用多級(jí)、大水量洗滌法來(lái)進(jìn)行硫酸鉀、硫酸銨的分離和處理母液中的結(jié)晶物，在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)階段是可行的。而在實(shí)際生產(chǎn)中，無(wú)法做到快速測(cè)定或確認(rèn)并取出工業(yè)品級(jí)、農(nóng)用優(yōu)等品級(jí)、農(nóng)用一等品級(jí)等多種級(jí)別的產(chǎn)品。
本發(fā)明旨在為無(wú)氯含硫復(fù)合肥行業(yè)的發(fā)展，提供一種更為簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)的工藝路線和設(shè)備配置，以氯化鉀、硫酸、液銨為原料，來(lái)生產(chǎn)硫酸鉀、硫酸銨，并得到副產(chǎn)品鹽酸(或氯化工產(chǎn)品)。
現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程敘述如下(參見(jiàn)附圖
)1、原料預(yù)處理—氯化鉀的溶解及過(guò)濾按氯化鉀的投料量計(jì)算其90℃全部溶解時(shí)的需水量，將95℃～100℃的熱水經(jīng)高位計(jì)量槽進(jìn)入溶解罐，在罐內(nèi)攪拌及夾套內(nèi)加熱的條件下均勻地投入氯化鉀，直至其全部溶解。啟動(dòng)鹽酸吸收罐的循環(huán)泵，通過(guò)自吸空氣噴射器對(duì)反應(yīng)罐內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，氯化鉀溶液在高位差和負(fù)壓抽吸作用下，經(jīng)快卸式過(guò)濾器進(jìn)入反應(yīng)罐，礦物性機(jī)械雜質(zhì)則留在過(guò)濾器內(nèi)，氯化鉀的提純和脫色得以完成。
2、除氯反應(yīng)——硫酸氫鉀和鹽酸的生成
按氯化鉀與硫酸的摩爾比為1∶1的比例，將硫酸高位計(jì)量槽中的硫酸緩慢均勻地加入到反應(yīng)罐內(nèi)，反應(yīng)在攪拌條件下進(jìn)行，其反應(yīng)式如下逸出的氯化氫氣體，經(jīng)自吸空氣噴射器與水混合被吸收成鹽酸，進(jìn)入鹽酸吸收罐。通過(guò)液氨在吸收罐夾套內(nèi)氣化時(shí)的吸熱作用，對(duì)鹽酸進(jìn)行冷卻，使其溫度控制在20～40℃。
3、吸氨反應(yīng)——硫酸鉀和硫酸銨的生成按硫酸氫鉀與氨的摩爾比為1∶1的比例，啟動(dòng)反應(yīng)罐上的循環(huán)泵、打開(kāi)罐頂自吸空氣噴射器的進(jìn)氣閥及液氨鋼瓶的排氣閥，液氨經(jīng)流量計(jì)計(jì)量之后，再到鹽酸吸收罐的夾套內(nèi)(或換熱器內(nèi))氣化，最后在自吸空氣噴射器內(nèi)與硫酸氫鉀溶液混合并反應(yīng)，生成硫酸鉀和硫酸銨，其反應(yīng)式如下
因最初溶解氯化鉀時(shí)是限量給水，而硫酸銨在水中的溶解度是硫酸鉀的4倍以上，因此硫酸銨仍全部溶于水中，而80％以上的硫酸鉀結(jié)晶析出。
4、加銨鹽析——硫酸鉀與硫酸銨的分離用最初給水量減去移液量、并根據(jù)上述化學(xué)反應(yīng)結(jié)束時(shí)溶液的實(shí)際溫度來(lái)計(jì)算所剩水量對(duì)硫酸銨的可溶解總量，該總量與反應(yīng)后應(yīng)得硫酸銨總量之差，即為應(yīng)投入硫酸銨的重量。向已有硫酸鉀析出的母液中，在攪拌條件下加入上述重量的固體硫酸銨，利用共同離子效應(yīng)原理，可使剩余部分硫酸鉀繼續(xù)結(jié)晶析出，母液中只剩下硫酸銨，其變化過(guò)程如下
在持續(xù)攪拌的條件下完成上述反應(yīng)過(guò)程，打開(kāi)反應(yīng)罐底閥，固體硫酸鉀與硫酸銨母液經(jīng)離心機(jī)分離。母液經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶、離心分離得固體硫酸銨。
在說(shuō)明書(shū)附圖中，數(shù)字1～7表示加料或進(jìn)行反應(yīng)的順序。括號(hào)內(nèi)的數(shù)字則表示本項(xiàng)工作或設(shè)備的運(yùn)行與相應(yīng)號(hào)碼的反應(yīng)聯(lián)動(dòng)，否則處于停止?fàn)顟B(tài)，例如，“(6)”表示當(dāng)“6.氣態(tài)氨”進(jìn)入空氣噴射器時(shí)，反應(yīng)罐的循環(huán)泵開(kāi)始啟動(dòng)并運(yùn)行，否則停止。依此類推，兩個(gè)“(5)”亦如此。
附圖中未予表示的是液氨經(jīng)計(jì)量后，亦可去冷卻結(jié)晶器的換熱器殼程內(nèi)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氨，然后再進(jìn)入噴射器參與吸氨反應(yīng)。
在本發(fā)明中，將氯化鉀轉(zhuǎn)變?yōu)橐合啵缺阌谔峒兒兔撋?，又能?shí)現(xiàn)除氯反應(yīng)的快速、均勻及完全徹底。因此，產(chǎn)品質(zhì)量從工藝上得到了可靠的保證。當(dāng)原料氯化鉀為俄羅斯或加拿大等國(guó)的紅色產(chǎn)品時(shí)，本工藝中的原料預(yù)處理必不可少。經(jīng)溶解過(guò)濾后清除的濾渣，是本工藝流程中唯一排放的廢渣(其重量為氯化鉀投料量的4％左右，系無(wú)毒、無(wú)味的紅色不溶性礦物質(zhì)，可作鋪路、填溝之用)，除此之外，無(wú)廢氣、廢液的排放。
又因除氯反應(yīng)是在均為液相和低于100℃的條件下進(jìn)行，硫酸一旦進(jìn)入氯化鉀溶液，立刻被稀釋，其腐蝕程度大為降低。全部化學(xué)反應(yīng)可在搪玻璃反應(yīng)罐內(nèi)進(jìn)行，使得設(shè)備的投資和維持費(fèi)用以及能源消耗大幅度降低。以年產(chǎn)1萬(wàn)噸硫酸鉀的裝置為例，曼海姆法需投資4000萬(wàn)元，投資回收期為5年；而采用本發(fā)明的工藝流程和設(shè)備配置，只需400～800萬(wàn)元，投資回收期為2.5年，兩者懸殊很大。
本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)捷可靠，全過(guò)程的溫度低、能耗低、成本低，產(chǎn)品質(zhì)量高，易于操作和控制。生產(chǎn)設(shè)備均可從國(guó)產(chǎn)定型產(chǎn)品中選用，可立體多層布置，減少占地面積。因投資規(guī)模小、建設(shè)周期短，特別適合于中、小型化肥廠、化工廠開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)采用。
投入原料的規(guī)格及數(shù)量實(shí)施例1實(shí)施例21．熱水 95～100℃ 430ml 45kg2.氯化鉀K2O≥60％(俄羅斯產(chǎn)) 240g25kg3.硫酸 98％工業(yè)級(jí)170ml 34kg4.液氨 99％ 53g 6kg5.硫酸銨含N21％一級(jí)品 93g 10kg實(shí)際收得的產(chǎn)品及數(shù)量 實(shí)施例1實(shí)施例21．硫酸鉀K2O≥50.3％ CL≤0.5％ 260g27kg2.硫酸銨(已減鹽析時(shí)的投入量后的實(shí)收) 187g20kg3.鹽酸 31％ 360g37kg
權(quán)利要求
1.工藝流程上的本質(zhì)特征化學(xué)反應(yīng)的全過(guò)程均在非固相及小于100℃的條件下進(jìn)行。將原料氯化鉀在90℃～100℃和攪拌條件下溶解。通過(guò)溶解和過(guò)濾來(lái)實(shí)現(xiàn)提純和脫色，并使氯化鉀與硫酸之間的化學(xué)反應(yīng)在均為液相的條件下進(jìn)行。用硫酸氫鉀溶液循環(huán)吸收氣態(tài)氨、用水循環(huán)吸收氣態(tài)氯化氫的過(guò)程均在液—?dú)鈨上嘀g進(jìn)行。以液氨為原料，利用其氣化時(shí)的吸熱作用，來(lái)分別對(duì)鹽酸和硫酸銨溶液進(jìn)行冷卻，達(dá)到提高鹽酸濃度、促使硫酸銨結(jié)晶析出、減少生產(chǎn)過(guò)程中的水處理量三項(xiàng)目的。
2.設(shè)備配置上的本質(zhì)特征主要的化學(xué)反應(yīng)及生產(chǎn)過(guò)程均在負(fù)壓條件下進(jìn)行。通過(guò)循環(huán)泵及自吸空氣噴射器組成的真空發(fā)生裝置，使得氯化鉀溶液的過(guò)濾、氣態(tài)氯化氫及氣態(tài)氨的吸收、硫酸銨溶液的蒸發(fā)和濃縮等過(guò)程均在負(fù)壓條件下進(jìn)行。
3.采用鹽析法來(lái)實(shí)現(xiàn)硫酸鉀與硫酸銨的分離對(duì)已完成化學(xué)反應(yīng)的硫酸鉀與硫酸銨混合溶液，在攪拌條件下定量加入固體的硫酸銨，使得硫酸鉀結(jié)晶析出，所加入的固體硫酸銨則溶解。固、液兩相用離心機(jī)進(jìn)行分離。
全文摘要
本發(fā)明的工藝流程和設(shè)備配置分別屬于無(wú)機(jī)化工及化工機(jī)械的技術(shù)領(lǐng)域。氯化鉀經(jīng)溶解過(guò)濾、提純脫色后與硫酸進(jìn)行除氯反應(yīng),生成硫酸氫鉀及鹽酸;液氨經(jīng)氣化后與硫酸氫鉀進(jìn)行吸氨反應(yīng),生成硫酸鉀及硫酸銨,兩者用鹽析法進(jìn)行分離。化學(xué)反應(yīng)均在液—液、液—?dú)獾南嚅g及<100℃和負(fù)壓條件下進(jìn)行。除提純外,鉀的轉(zhuǎn)化率>98%,主產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)農(nóng)用優(yōu)等品,工藝簡(jiǎn)捷可靠,設(shè)備投資及能耗低。
文檔編號(hào)C01D5/02GK1286219SQ9911662
公開(kāi)日2001年3月7日 申請(qǐng)日期1999年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月1日
發(fā)明者鄧輝宇, 鄧行健, 鄧平杰, 鄧琦芳 申請(qǐng)人:鄧輝宇, 鄧行健, 鄧平杰