一种低氯硫酸钾的生产系统的制作方法

本实用新型属于无机化工技术领域，具体地说，涉及一种低氯硫酸钾的生产系统。

背景技术：

现有技术中，硫酸钾的工业化生产多采用曼海姆法，以氯化钾和浓硫酸为原料，按一定的配比连续投入曼海姆炉中进行反应，生成硫酸钾。具体的反应过程包括以下两步：

kcl+h2so4→khso4+hcl

kcl+khso4→k2so4+hcl

以上两步反应均为非均相反应，受到反应过程中加热不均匀等因素的影响，第一步反应生成的硫酸氢钾常包覆在氯化钾表面，阻碍了反应的进一步进行，造成产物中氯含量偏高。对于曼海姆炉生产的硫酸钾，在刚刚出炉子，没有加中和剂的情况下，氯含量在1.5％时，硫酸含量一般在3％；氯含量在1.0％时，硫酸含量一般在4.5％。固体原料在反应过程中发生结块，会导致更大比例的氯化钾被包覆，造成最终产物中的氯含量偏高。因而，对于曼海姆法生产的硫酸钾产品，粒径较小的颗粒中，可能被包覆的氯化钾更少，氯含量相对较低，而粒径较大的颗粒中氯含量普遍偏高。若需要生产低氯硫酸钾产品，则需要对曼海姆法生产硫酸钾的出料进行筛分，粒径较小的筛下物可以直接收集，对于粒径较大的筛上物，还需对其进一步处理，将其中的氯含量降至标准以下。

在上述生产方式中，为对筛上物进行处理，现有生产方法中采用如下方案。对生产硫酸钾产品(k2o≥52％)出炉的产物进行筛分，收集筛下物作为低氯硫酸钾产品(k2o≥52％)，将分离出的大颗粒返料至普通硫酸钾产品(k2o≥50％)的生产设备中，作为普通硫酸钾产品(k2o≥50％)的原料。由于两种产品的价格间存在差异，以及大颗粒作为返料造成的中合剂用量差异等因素，生产低氯硫酸钾产品(k2o≥52％)的成本会比生产游离酸含量小于等于3％，氯含量小于等于1.5％的硫酸钾产品(k2o≥52％)更高。经计算，每吨产品的成本增加约为293元。同时，每生产1000t低氯硫酸钾，就要生产25000t的普通硫酸钾产品(k2o≥50％)来消耗所产生的筛上物，降低了硫酸钾产品(k2o≥52％)所占的生产比例。

申请号为95108703.7的中国专利公开了一种用曼海姆炉法制造硫酸钾的无返料工艺，其特征在于将硫酸钾返料与硫酸混合后，进入反应器加热反应，硫酸浓度为98％，用量为反应理论用量的80％-110％，反应在400-600℃之间进行，经过0.3-4小时后，反应产物经冷却，破碎后得到合格成品。但在该方案中，需增设一台新的反应器进行生产，增加了成本。

有鉴于此特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可充分利用现有设备生产低氯硫酸钾的生产系统，通过将第一曼海姆炉和第二曼海姆炉连通，并在两者之间设置相应装置对第一曼海姆炉的出料进行筛分，破碎，加酸混合，之后投入第二曼海姆炉进行进一步反应，使原料反应更加充分，实现了低氯硫酸钾的连续生产。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：

一种低氯硫酸钾的生产系统，包括第一曼海姆炉、第一筛分装置、第一破碎装置、混合装置和第二曼海姆炉，所述第一曼海姆炉中的硫酸钾产物进入第一筛分装置筛分，筛分后的筛上物进入第一破碎装置，粉碎的筛上物在混合装置中与浓硫酸混合，混合物进入第二曼海姆炉进行加热反应，获得低氯硫酸钾。

在上述方案中，第一曼海姆炉的出料经第一筛分装置筛分，将氯含量偏高的筛上物送入第一破碎装置粉碎，可将内部被包覆的氯化钾暴露出来，再进入混合装置与浓硫酸混合，最后进入第二曼海姆炉进行加热反应，从而将筛上物中过量的氯离子消耗掉，使所生产的硫酸钾产品中氯含量大幅度降低。

进一步地，所述第一曼海姆炉包括多台，多台第一曼海姆炉连接至相同的第一筛分装置或者分别连接一台第一筛分装置；多台第一筛分装置连接至相同的第一破碎装置或者分别连接一台第一破碎装置；

优选的，第一曼海姆炉包括四台，每台第一曼海姆炉分别连接一台第一筛分装置，每台第一筛分装置连接一台第一破碎装置。

在上述方案中，第一曼海姆炉的出料中，筛上物的占比小于筛下物的占比，最终仅筛上物进入第二曼海姆炉进行加热反应，通过设置多台第一曼海姆炉对应一台第二曼海姆炉，可以尽可能充分地利用第二曼海姆炉的生产能力。一般情况下，第一曼海姆炉的出料中筛上物占比约为20％-25％，优选每四台第一曼海姆炉对应一台第二曼海姆炉，在第一与第二曼海姆炉的生产能力接近的情况下，可以使第二曼海姆炉的生产能力得到充分利用。

进一步地，所述第一破碎装置与混合装置之间设有运输装置，所述运输装置将第一破碎装置中物料输送至混合装置；

优选的，所述输送装置为斗提机。

进一步地，所述混合装置具有搅拌装置和喷雾装置，浓硫酸通过喷雾装置成雾状进入混合装置，在搅拌装置的搅拌下与筛上物混合。

在上述方案中，浓硫酸的用量与固体颗粒状的筛上物相比很小，将筛上物送入混合装置中，再向其中喷入雾状的浓硫酸，可以使浓硫酸形成的雾状液滴包裹在固体颗粒表面，通过搅拌使两者混合更加均匀，有利于后续在第二曼海姆炉中的反应更充分的进行。

进一步地，所述第一曼海姆炉的燃烧室设有烟气出口，所述第二曼海姆炉设有烟气入口，所述第一曼海姆炉的烟气出口与第二曼海姆炉的烟气入口通过管路连通。

在上述方案中，送入第二曼海姆炉的混合物料中筛上物颗粒质量占比大于90％，浓硫酸与其混合后为固态，且筛上物中硫酸钾占较大比重，未完全反应的氯化钾及硫酸氢钾相对较少，反应的完成不需要很大的推动力，因而可以在稍低温度下进行反应。第二曼海姆炉中物料的反应温度低于一般曼海姆法生产硫酸钾产生的烟气尾气的温度，可以将第一曼海姆炉的烟气尾气通至第二曼海姆炉为反应提供热量，缺少的能量再由新加的天然气提供，可以大幅度减少天然气的用量，节约了能源，同时节省了生产成本。同时，现有工艺中采用曼海姆法生产硫酸钾时，由于原料硫酸为液态，会腐蚀曼海姆炉的炉床，容易造成酸泄露，一般不将烟气通入炉子底部再次利用其中的热能，而上述的生产系统中，进入第二曼海姆炉的物料为固态，不存在液体浓硫酸，也就不存在炉底的腐蚀现象，因此可以将烟气通至炉底利用该热量。

进一步地，还包括盐酸尾气回收系统，所述第一曼海姆炉和第二曼海姆炉的反应室的盐酸尾气出口与同一盐酸尾气回收系统相连通。

在上述方案中，通过曼海姆法制备硫酸钾会产生大量氯化氢气体，通过设置盐酸尾气回收系统可以对反应尾气中的盐酸气体进行收集用于生产副产品盐酸，避免环境污染。送入第二曼海姆炉的混合物料中大部分为硫酸钾，进一步加热反应产生的盐酸气体在反应尾气中的含量远小于一般曼海姆法产生的尾气中盐酸的含量，经测定，所述盐酸气体的含量约为一般曼海姆法生产硫酸钾产生的尾气中盐酸含量的6％。同一套盐酸尾气处理系统在收集处理第一曼海姆炉盐酸尾气的同时，也具有足够的处理能力对第二曼海姆炉产生的少量盐酸进行收集处理。通过将第一曼海姆炉和第二曼海姆炉的反应室的盐酸尾气出口连接至同一套盐酸尾气回收系统，无需再为第二曼海姆炉单独增设尾气回收系统，节省了成本。

进一步地，包括多套盐酸尾气回收系统，所述第一曼海姆炉和第二曼海姆炉的反应室的盐酸尾气出口分别与不同的盐酸尾气回收系统相连通。

在上述方案中，第一曼海姆炉和第二曼海姆炉中产生的尾气中盐酸含量不同，将第一曼海姆炉和第二曼海姆炉的反应室的盐酸尾气出口分别与不同的盐酸尾气回收系统相连通，更易于生产系统整体的控制。

进一步地，还包括第二筛分装置和第二破碎装置，所述第二曼海姆炉的出料进入第二筛分装置筛分，筛分后的筛上物进入第二破碎装置，粉碎后的筛上物重新进入第一曼海姆炉进行反应。

在上述方案中，由于物料已经混合得很均匀，第二曼海姆炉中产生结块的数量会减少很多，异常时可能产生很少部分氯含量偏高的结块产物，为保证成品中的低氯含量，需要将其从第二曼海姆炉的出料中筛除。通过依次连接相应设备，将所述结块产物粉碎后返料至第一曼海姆炉中重新反应，可进一步将其中的氯离子消耗掉，生成低氯硫酸钾，使原料得到充分的利用。

进一步地，所述第二筛分装置和第二破碎装置之间设有输送装置，将筛分后的筛上物输送至第二破碎装置；或者，所述第二破碎装置与第一曼海姆炉的进料口之间设有输送装置，将第二破碎装置中的物料输送至第一曼海姆炉；

优选地，所述输送装置为斗提机。

进一步地，还包括中和装置，所述第二曼海姆炉的出料进入中和装置，与中和剂混合。

在上述方案中，为使筛上物进一步反应，物料在混合装置中加入浓硫酸进行混合，造成第二曼海姆炉出料中酸含量可能偏高，将出料送至中和装置，再与中和剂混合，可将酸含量降低至客户要求或国家标准要求，同时中和剂的加入起到了稀释的作用，使最终产品中氯含量进一步降低。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。

本实用新型的生产系统，通过将相应设备依次连接，将第一曼海姆炉的出料进行筛分，破碎，加酸混合，之后投入第二曼海姆炉进行进一步反应，使原料反应更加充分，实现了低氯硫酸钾的连续生产，筛上物采用曼海姆炉进行处理，对于采用曼海姆法生产硫酸钾的厂家，可充分利用现有生产设备，在现有生产设备的基础上仅改变物料输送方式即可完成生产系统的搭建，节省了成本投资。

本实用新型的生产系统，通过管路连通，将第一曼海姆炉的烟气尾气通至第二曼海姆炉为反应提供热量，可减少天然气的用量，节约能源，节省了生产成本。

本实用新型的生产系统，通过将第二曼海姆炉中反应产生的盐酸尾气和第一曼海姆炉中反应产生的盐酸尾气通入同一套盐酸尾气回收系统进行处理，无需为单独为第二曼海姆炉增设盐酸尾气回收系统，节省了生产成本。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本实用新型低氯硫酸钾生产系统的示意图。

图中：1、第一曼海姆炉；2、第一破碎装置；3、混合装置；4、第二曼海姆炉；5、斗提机；6、冷却装置。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例所述的低氯硫酸钾的生产系统包括第一曼海姆炉1，第一筛分装置，第一破碎装置2，混合装置3和第二曼海姆炉4。第一曼海姆炉1中的硫酸钾产物进入第一筛分装置筛分，筛分后的筛上物进入第一破碎装置2，粉碎的筛上物在混合装置3中与浓硫酸混合，混合物进入第二曼海姆炉4进行加热反应，获得低氯硫酸钾。

第一曼海姆炉1包括四台，每台第一曼海姆炉1分别连接一台第一筛分装置，每台第一筛分装置连接一台第一破碎装置2，每台第一破碎装置2分别连通至混合装置3。本实施例的另一种方案中，也可以是四台第一曼海姆炉连接至相同的第一筛分装置，或者每台第一曼海姆炉分别连接一台第一筛分装置，四台第一筛分装置连接至相同的第一破碎装置。

第一破碎装置2与混合装置3之间设有斗提机5，将粉碎后的物料向上运送，便于后续向第二曼海姆炉4中投料。第二曼海姆炉4还连接有冷却装置6，用于将第二曼海姆炉4的出料冷却，进而转移到其他设备中进行后续处理以加工成可销售的成品。

采用上述生产系统生产低氯硫酸钾的方法如下：

1)向1至4号第一曼海姆炉分别投料，投料的速率为氯化钾1050kg/h和浓硫酸730kg/h，原料在470℃下停留1-2小时，出料过第一筛分装置，其筛分孔径为1.25mm，筛下物收集为合格产品，筛上物输送至第一破碎装置粉碎成16目固体颗粒；

2)粉碎后的筛上物经过斗提机输送至混合装置，向混合装置中加入浓硫酸，混合均匀，浓硫酸的加入量为筛上物总质量的(c+2.5)％，其中筛上物总质量的c％为浓硫酸的反应理论用量；

3)混合后的物料输送至第二曼海姆炉中，反应室内温度保持在470℃，停留1-2小时；

4)第二曼海姆炉的出料输送至冷却设备冷却得到合格产品，与步骤1)中筛下物混合。

其中，上述的反应理论用量为理论上将筛上物中氯离子完全消耗还需补充的硫酸的用量。具体地，每1mol的氯离子，理论上需要0.5mol的硫酸将其消耗掉。当筛上物中氯含量为a％，硫酸含量为b％时，c％＝(49a/35.5-b)％。

本实施例中，采用上述生产系统及上述生产方法进行低氯硫酸钾生产，1至4号第一曼海姆炉的产量为每台1288kg/h，也即该生产系统的产量为5152kg/h，筛上物约占第一曼海姆炉出料总质量的20％。经过测定，1至4号第一曼海姆炉出料的筛下物中，各成分的质量占比为：52.47％k2o，0.38％cl，2.33％h2so4；第二曼海姆炉的出料中，各成分的质量占比为：52.77％k2o，0.32％cl，1.82％h2so4；混合后得到的最终产品中，各成分的质量占比为：52.53％k2o，0.34％cl，2.23％h2so4。

本实施例中，通过将相应设备依次连接，将第一曼海姆炉的出料进行筛分，破碎，加酸混合，之后投入第二曼海姆炉进行进一步反应，使原料反应更加充分，实现了低氯硫酸钾的连续生产；筛上物采用曼海姆炉进行处理，对于采用曼海姆法生产硫酸钾的厂家，可充分利用现有生产设备，在现有生产设备的基础上仅改变物料输送方式即可完成生产系统的搭建，节省了成本投资；通过设置四台第一曼海姆炉并列连通至第二曼海姆炉，使进入第二曼海姆炉的物料的量与每台第一曼海姆炉的投料量接近，在第一与第二曼海姆炉的生产能力接近的情况下，可以使第二曼海姆炉的生产能力得到充分利用。

实施例二

如图1所示，本实施例所述的为上述实施例一的进一步限定，所述的混合装置3具有搅拌装置和喷雾装置，浓硫酸通过喷雾装置成雾状进入混合装置3，在搅拌装置的搅拌下与筛上物混合。由于浓硫酸的用量与固体颗粒状的筛上物相比很小，将浓硫酸以喷雾形式喷入混合装置3中，可以使浓硫酸形成的雾状液滴包裹在固体颗粒表面，经搅拌后两者混合更加均匀，有利于后续第二曼海姆炉4的反应更充分的进行。

本实施例中采用具有搅拌装置和喷雾装置的混合装置，将浓硫酸以喷雾形式喷入筛上物中，再通过搅拌可以使两者混合更加均匀。

实施例三

本实施例所述的为上述实施例一的进一步限定，所述的第一曼海姆炉的燃烧室设有烟气出口，第二曼海姆炉设有烟气入口，所述第一曼海姆炉的烟气出口与第二曼海姆炉的烟气入口通过管路连通。现有工艺中采用曼海姆法生产硫酸钾时，由于原料硫酸为液态，会腐蚀曼海姆炉的炉床，容易造成酸泄露，一般不将烟气通入炉子底部再次利用其中的热能，而在本实施例中，浓硫酸与筛上物在混合装置中混合后成为固态，再进入第二曼海姆炉，不存在液体浓硫酸，也就不存在炉底的腐蚀现象，因此可以通过管路连通，将第一曼海姆炉燃烧室产生的高温烟气通至第二曼海姆炉底部，采用第一曼海姆炉燃烧室产生的高温烟气对第二曼海姆炉的炉底进行加热。对于利用高温烟气后仍缺少的能量再由天然气提供，可以大幅度减少天然气的用量，节约了能源，同时节省了生产成本。

具体地，第一曼海姆炉的烟气约为780℃，将其通至第二曼海姆炉的底部，在第二曼海姆炉底部降温至约600℃，可利用的烟气流量为310m³/h，则可供给第二曼海姆炉的热能为17737.19kcal/h。天然气的燃烧热值为9000kcal/m³，通过利用第一曼海姆炉的烟气，可节省天然气的用量为1.97m³/h。

实施例四

本实施例所述的为上述实施例一的进一步限定，所述的生产系统还包括盐酸尾气回收系统，第一曼海姆炉的反应室设有第一盐酸尾气出口，第二曼海姆炉的反应室设有第二盐酸尾气出口，第一盐酸尾气出口和第二盐酸尾气出口连接至同一套盐酸尾气回收系统。

由于采用曼海姆法制备硫酸钾会产生大量盐酸气体，一般通过设置盐酸尾气回收系统，并通过管路将其与曼海姆炉反应室的盐酸尾气出口连接，将产生的盐酸气体引入所述盐酸尾气回收系统进行处理或回收用于生产副产品盐酸。送入第二曼海姆炉的混合物料中大部分为硫酸钾，进一步加热反应产生的盐酸气体在反应尾气中的含量远小于一般曼海姆法产生的尾气中盐酸的含量，经测定，所述盐酸气体的含量约为一般曼海姆法生产硫酸钾产生的尾气中盐酸含量的6％。因此，采用同一套盐酸尾气回收系统就足以对第一曼海姆炉和第二曼海姆炉中产生的盐酸尾气进行收集处理。

本实施例中，通过将第二盐酸尾气出口与第一盐酸尾气出口连接至同一套盐酸尾气回收系统，无需再为第二曼海姆炉单独增设尾气回收系统，节省了成本。

实施例五

本实施例与上述实施例四的区别在于，所述的盐酸尾气回收系统包括多套，第一盐酸尾气出口和第二盐酸尾气出口连接至不同的盐酸尾气回收系统。

本实施例中，第一曼海姆炉和第二曼海姆炉中产生的尾气中盐酸含量不同，将第一曼海姆炉和第二曼海姆炉的反应室的盐酸尾气出口分别与不同的盐酸尾气回收系统相连通，更易于生产系统整体的控制。

实施例六

本实施例为上述实施例一的进一步限定，所述的生产系统还包括第二筛分装置和第二破碎装置，所述第二曼海姆炉的出料进入第二筛分装置筛分，筛分后的筛上物进入第二破碎装置，粉碎后的筛上物重新进入第一曼海姆炉进行反应。

采用本实施例中的生产系统进行硫酸钾生产，进入第二曼海姆炉的物料已经混合得很均匀，第二曼海姆炉中产生结块的数量会减少很多。异常时可能产生很少部分结块的产物，这些结块产物中氯含量相对偏高，针对所述结块产物，为进一步精制降低其中的氯含量，可将其返料至第一曼海姆炉中重新反应。通过设置相应装置并依次顺序连接，可以对第二曼海姆炉出料中的结块产物进行筛除，并将所述结块产物粉碎后输送至第一曼海姆炉中重新反应。

优选地，如图1所示，第二曼海姆炉4的出料口与第一曼海姆炉1的进料口之间设有斗提机5。具体地，斗提机5设置在第二筛分装置与第二破碎装置之间，或者斗提机5设置在第二破碎装置与第一曼海姆炉1的进料口之间。通过斗提机5将第二曼海姆炉4出料中的结块产物向上输送，便于向第一曼海姆炉1中投料。

本实施例中，通过将第二曼海姆炉的出料口与第一曼海姆炉的进料口连通，并在两者之间的管路上依次设置第二筛分装置和第二破碎装置，可将第二曼海姆炉的出料中结块产物筛去，并将结块产物破碎输送至第一曼海姆炉重新反应精制，实现了对结块产物的自动处理及返料，节省了人工劳动力。

实施例六

本实施例为上述实施例一的进一步限定，所述的生产系统还包括中和装置，所述第二曼海姆炉的出料进入中和装置中与中和剂混合。由于第一曼海姆炉出料中的筛上物在混合装置中加浓硫酸混合，第二曼海姆炉的出料中酸含量相对偏高，为使最终产品中酸含量降低至标准要求，还需向反应产物中加入中和剂进行中和。通过设置中和装置，将第二曼海姆炉的出料输送至中和装置中，向中和装置中加入中和剂进行混合，可将产品中的酸含量降低到标准要求。具体地，采用本实施例所述的生产系统，按照实施例一中所述的生产方法进行生产时，每产生1t出料向中和装置中投入3-8kg纯碱。

本实施例中，通过设置中和装置，对第二曼海姆炉的出料加中和剂降酸，同时，加入的中和剂还起到了一定的稀释作用，可进一步降低最终产品中的氯含量。

对采用上述实施例中的生产系统进行低氯硫酸钾生产的生产成本进行计算，当利用第一曼海姆炉的烟气尾气对第二曼海姆炉的炉底进行加热时，可供给的热量为17737.19kcal/h。通过计算，反应总热量的需求为226936kcal/h，第二曼海姆炉本体的散热量为51810kcal/h，则还需补充给第二曼海姆炉的热量为226936+51810-17737.19＝261008.81kcal/h。天然气的燃烧热值为9000kcal/m³，则还需向第二曼海姆炉补充天然气的量为29m³/h。1至4号第一曼海姆炉的产量为1288kg/h，相当于每生产一吨硫酸钾产品，还需向第二曼海姆炉补充5.63m³的天然气以维持反应的正常进行。目前市面上天然气的价格为4元/m³，则补充天然气造成的成本增加为22.52元/t。

原有生产1t硫酸钾的设备折旧是73.72元，除天然气外的动力成本是32.15元，增设第二曼海姆炉对第一曼海姆炉出料的筛上物进行处理，上述两项成本增加到(73.72+32.15)×5÷4＝132.34元/t，即增加成本26.47元/t。

综上所述，在本实用新型所述的生产系统搭建完成后，每生产一吨低氯硫酸钾的成本增加仅为22.52+26.47＝48.99元。若采用本实用新型所述的生产系统生产低氯硫酸钾产品的年产量为4万吨，以每吨低氯硫酸钾产品的销售价格可以增加210元进行计算，则每年可增加利润约640万元。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

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