Способ получения сульфата калия

Способ получения сульфата калия

Реферат

 

Изобретение относится к технологии получения бесхлорного калийного удобрения - сульфата калия и может быть использовано на калийных заводах, перерабатывающих сильвиниты на хлористый калий, а также на коксохимических заводах, получающих сульфат аммония. Способ получения сульфата калия включает процесс термохимического взаимодействия кристаллических компонентов - сульфата аммония и хлорида калия в стехиометрической смеси при 300 - 400^oС с выводом кристаллического целевого продукта и хлорида аммония в виде возгона с последующей его кристаллизацией. Процесс взаимодействия компонентов ведут в среде кристаллического сульфата калия, количество которого по отношению к суммарной массе исходных компонентов принимают равным 50 - 250%. Способ позволяет избежать комкования и слипания реакционной массы и повысить качество продукта по химическому и гранулометрическому составам.

Изобретение относится к технологии получения минеральных удобрений и может быть использован на калийных заводах, выпускающих хлористый калий из сильвинитов, или на коксохимических заводах, выпускающих сульфат аммония.

Известен способ получения сульфата калия, включающий процесс взаимодействия хлорида калия с сульфатом аммония при температуре, превышающей температуру улетучивания хлорида аммония, но значительно ниже температуры плавления сульфата калия. Способ предусматривает поглощение в воде возгоняемого хлорида аммония и обработку получаемого раствора хлорида аммония окисью кальция с выделением аммиака. Аммиак обрабатывают серной кислотой с получением сульфата аммония, который направляют в голову процесса для взаимодействия с хлоридом калия [1] Наиболее близким к изобретению является способ получения сульфата калия, включающий процесс термохимического взаимодействия кристаллических компонентов сульфата аммония и хлорида калия в стехиометрической смеси при 300-500^оС с выводом из процесса кристаллического целевого продукта и хлорида аммония в виде возгона с последующей его кристаллизацией [2] Экспериментальная проверка этого способа показала, что процесс взаимодействия компонентов идет с сильным их комкованием и налипанием на поверхности аппарата, несмотря на энергичное перемешивание реакционной массы, а в модели аппарата кипящего слоя процесс вообще оказался практически не осуществим по причине невозможности создания псевдоожиженного слоя из-за интенсивной агломерации, комкования и слипания массы. Кроме того, по тем же причинам реакция взаимодействия компонентов шла далеко не до конца, так как из-за комкования контакт между кристаллами компонентов затруднялся. Сульфат калия получался низкокачественным как по гранулометрическому, так и химическому составам. Содержание сульфата калия составляло не более 60% а непрореагировавшего хлорида калия оставалось до 40% Видимо, по этой причине, казалось бы, довольно простой способ так и не нашел промышленного применения.

Целью предлагаемого способа явилось устранение указанных недостатков: предотвращение слипания и комкования реакционной массы, а также повышение качества получаемого продукта.

Указанная цель достигается тем, что согласно известному способу получения сульфата калия, включающему процесс термохимического взаимодействия кристаллических компонентов сульфата аммония и хлорида калия в стехиометрической смеси при 300-400^оС с выводом из процесса кристаллического целевого продукта и хлорида аммония в виде возгона с последующей его кристаллизацией, процесс взаимодействия компонентов ведут в среде кристаллического сульфата калия, количество которого по отношению к суммарной массе исходных компонентов принимают равным 50-250% Проведение процесса взаимодействия компонентов в среде кристаллического сульфата калия в указанном количестве позволяет предотвратить интенсивную агломерацию, слипание и комкование реакционной массы исходных компонентов и продукта.

Дело в том, что при подаче смеси хлорида калия и сульфата аммония в реакционную зону аппарата, где температура 300-400^оС, сульфат аммония плавится, так как его температура плавления находится в указанных пределах 300-400^оС. Плав сульфата аммония вступает в реакцию с хлоридом калия с образованием сульфата калия и одновременно связывает (склеивает) частицы реакционной массы с получением крупных агломератов (комков). Кроме того, реакционная масса налипает на поверхностях аппарата. В том случае, как это предусматривается в предлагаемом способе, когда смесь исходных компонентов подается в среду сульфата калия (где и осуществляется сам процесс) плавления сульфата аммония не происходит. Он сразу же вступает в реакцию с частью сульфата калия с образованием двойных солей типа K_m(NH₄)_n(SO₄)_g, которые при 300-400^оС не плавясь вступают в реакцию с хлоридом калия с образованием целевого продукта сульфата калия и побочного хлорида калия в виде возгона. Оставшаяся не прореагировавшая часть среды сульфата калия выполняет роль диспергатора реакционной массы, который в свою очередь предотвращает сращивание в агломераты частиц реакционной массы. Благодаря всему этому процесс проходит без интенсивной агломерации (комкования) частиц реакционной массы, реакция идет равномернее и полнее с получением высококачественного продукта.

Таким образом, сульфат калия, создающий среду для процесса взаимодействия компонентов, препятствует интенсивной агломерации реакционной массы, выполняя роль, с одной стороны, посредника в реакции компонентов через образование неплавящихся двойных солей, а с другой стороны диспергатора реакционной массы.

Технологический прием проведения процесса взаимодействия сульфата аммония с хлоридом калия в среде сульфата калия по литературным и патентным источникам не известен. Следовательно, предлагаемый способ обладает существенной новизной. Относительно прототипа способ обладает существенным отличием, так как без применения нового технического приема способ по прототипу в промышленности трудноосуществим даже с получением низкокачественного сульфата калия.

Количество сульфата калия для создания среды, в которой осуществляется процесс взаимодействия компонентов, должен находиться в пределах 50-250% по отношению к суммарной массе исходных компонентов. Экспериментально найдено, что в этом пределе можно получить продукт удовлетворительного качества по химическому и гранулометрическому составам: с содержанием сульфата калия 90-96% и среднеарифметической крупностью кристаллов 1-4 мм. С увеличением количества среды сульфата калия крупность кристаллов продукта уменьшается, а содержание сульфата калия в продукте повышается. При нижнем пре-деле 50% получается продукт крупностью 4 мм с содержанием сульфата калия 90% а при верхнем пределе 250% 1 мм и 96% соответственно.

При значениях ниже 50% происходит резкое увеличение агломерации реакционной массы с сильным комкованием и налипанием массы на стенках аппарата. Проведение процесса становится практически невозможным. Содержание сульфата калия при этом также резко уменьшается. При значениях выше 250% химический и гранулометрический составы продукта остаются на том же уровне, что и при 250% поэтому по практическим соображениям отпадает необходимость увеличения выше 250% так как при этом снижается производительность аппарата и увеличиваются энергетические затраты.

Процесс осуществляют в барабанных аппаратах или в аппаратах кипящего слоя. Последние аппараты предпочтительны по производительности и тепло-массообмену. При непрерывном режиме процесса для создания среды сульфата калия в зоне реакции аппарата, часть выходящего из аппарата сульфата калия непрерывно возвращают в аппарат. Нижнему пределу 50% соответствует возврат 44,6% сульфата калия, верхнему пределу 250% 80,1% Для пуска процесса, когда еще сульфат калия в аппарате не получен, для создания среды сульфата калия в зоне реакции в аппарат подают сульфат калия, доставляемый с другого завода. Подача этого сульфата калия необходима лишь в первые моменты пуска (не более часа). Затем переходят на возврат выходящего из аппарата сульфата калия. Для последующих пусков процесса некоторое количество продукционного сульфата калия оставляют на заводе.

При осуществлении способа в аппарате кипящего слоя можно исключить возврат сульфата калия для создания его среды в зоне реакции. Дело в том, что сама масса кипящего слоя, особенно в нижней его части над решеткой аппарата, содержит в основном сульфат калия.

П р и м е р 1. Процесс осуществляют в непрерывном режиме в аппарате кипящего слоя с диаметром решетки 1 м. При этом принимают высоту кипящего слоя 0,7 м; долю объема частиц реакционной массы в кипящем слое 0,25 (0,75 доля объема газовоздушной среды); удельный вес частиц реакционной массы в слое 2,0 т/м³; долю содержания сульфата калия в массе кипящего слоя 0,75.

Следовательно, масса сульфата калия в кипящем слое, т.е. среда, где осуществляется процесс взаимодействия компонентов, составит G 3,14 (1/2)² 0,7 0,25 2,0 0,75= 0,206 т (206 кг) Пример осуществляют при нижнем пределе значения количества среды сульфата калия, в которой протекает процесс, т.е. 50% по отношению к суммарной массе исходных компонентов. Следовательно, в кипящей слой, т.е. в среду сульфата калия, подают суммарно 412 кг/ч сульфата аммония и хлорида калия. Массу каждого компонента определяют по стехиометрическому отношению молекулярных весов, исходя из уравнения реакции (NH₄)₂SO₄ + 2KCl K₂SO₄ + 2NH₄Cl При молекулярном весе (NH₄)₂SO₄ 132,07 и 2KCl 149,11 сульфат аммония по-дают в количестве 194 кг/ч, а хлорид калия 218 кг/ч, т.е. суммарно 412 кг/ч.

В начале массу кипящего слоя создают единовременной загрузкой на решетку 206 кг сульфата калия, доставляемого со стороны (затем эта масса образуется сама). Процесс ведут при температуре в кипящем слое 300^оС. Из аппарата с решетки непрерывно отбирают кристаллический продукт сульфат калия в количестве 250-260 кг/ч с содержанием сульфата калия 90-91% и крупностью частиц 4 мм.

Возгоняющийся хлорид аммония кристаллизуют путем контактирования с насыщенным раствором хлорида аммония в скруббере любой конструкции. Полученную суспензию хлорида аммония отстаивают, осадок фильтруют, а затем сушат. Получают 140-150 кг/ч кристаллического хлорида аммония.

П р и м е р 2. Пример выполняют аналогично примеру 1. Отличие состоит в том, что массу среды сульфата калия берут по верхнему пределу 250% к суммарной массе исходных компонентов. Кроме того, температуру в зоне реакции (в кипящем слое) увеличивают до 400^оС. Масса среды сульфата калия в кипящем слое, как показано в примере 1, составляет 206 кг. Следовательно, суммарную массу исходных компонентов берут с расходом 206:2,5 82,4 кг/ч, из них 38,8 кг/ч сульфата аммония и 43,6 кг/ч хлорида калия. Получают 50-52 кг/ч кристаллического сульфата калия с содержанием основного вещества 95-96% и крупностью частиц 1 мм, а также 28-30 кг/ч кристаллического хлорида аммония.

П р и м е р 3. Выполняют то же, аналогично примеру 1. Процесс проводят при средних значениях отличительных параметров, т.е. при массе среды сульфата калия в кипящем слое равной (50+250):2 150% от суммарной массы исходных компонентов. Кроме того, температуру в кипящем слое поддерживают равной 350^оС. Масса среды сульфата калия, как и в примере 1, равна 206 кг, тогда суммарную массу исходных компонентов берут с расходом 206:1,5 137,3 кг/ч, из них 64,5 кг/ч сульфата аммония и 72,8 кг/ч хлорида калия.

В результате получают 84-86 кг/ч кристаллического сульфата калия с содержанием основного вещества 94-95% и крупностью частиц 2 мм, а также 48-50 кг/ч кристаллического хлорида аммония.

П р и м е р 4. Процесс осуществляют в барабанном вращающемся аппарате в непрерывном режиме при прямоточном движении исходных компонентов готового продукта. В этом аппарате процесс взаимодействия исходных компонентов начинается в начальной части аппарата и заканчивается в конце аппарата. Следовательно, сульфат калия будет присутствовать только в конце аппарата и не может быть средой для осуществления взаимодействия компонентов. Поэтому для создания среды сульфата калия часть сульфата калия возвращают в начало аппарата.

Для осуществления процесса возвращают от 44,6 до 80,1% сульфата калия, выходящего из аппарата. В данном примере возвращают среднее количество (44,6 + +80,1):2 62,3% что позволяет создать среду сульфата калия в зоне реакции в количестве 150% по отношению к суммарной массе исходных компонентов, т.е. процесс ведут при средних значениях отличительных параметров.

Аналогично примеру 3 массу исходных компонентов берут с расходом 137,3 кг/ч, из них 64,5 кг/ч сульфата аммония и 72,8 кг/ч хлорида калия. Возвращают в начало аппарата 206 кг/ч сульфата калия для создания его среды в зоне реакции. Процесс ведут при 350^оС в начале аппарата и 310^оС в конце аппарата. На выходе из аппарата получают 291 кг/ч кристаллического сульфата калия, из них 206 кг/ч (70,7%) возвращают в начало аппарата, а 85 кг/ч отправляют на склад в качестве товарного продукта с содержанием сульфата калия 95% и крупностью частиц 2-3 мм.

В пусковой момент процесса в аппарат подают совместно с исходными компонентами 206 кг/ч сульфата калия, доставляемого со стороны.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ, включающий взаимодействие кристаллических сульфата аммония и хлорида калия в стехиометрической смеси при 300 400^oС, вывод кристаллического целевого продукта и хлорида аммония в виде возгона с последующей его кристаллизацией, отличающийся тем, что взаимодействие исходных компонентов осуществляют в среде кристаллического сульфата калия, взятого в количестве 50 250% массы исходной смеси.