曼海姆法硫酸钾装置工艺设计介绍

摘　要：本文介绍韩国某套10000t/a曼海姆法硫酸钾装置的工艺流程，总结工艺及管道设计的体会和认识。

关键词：曼海姆法　硫酸钾　总结

2009年7月～2010年5月本人参与了国内公司总承包的韩国某套10000t/a曼海姆法硫酸钾装置的工艺及管道设计。今年10月已经建设完毕并已试车成功，目前装置运行情况良好，各项指标基本达到了设计要求，填补了该企业的生产空白。

一、工艺描述

1.化学反应过程

曼海姆反应炉生产硫酸钾总的来讲是吸热反应，反应分两步进行：

KCL+H2SO4=KHSO4+HCL +16.4kJ/mol (1)

KCL+KHSO4===K2SO4+HCL -71.6kJ/mol (2)

（副反应）H2SO4SO3+H2O

HCL+H2OHCL·H2O（盐酸）

（副反应）SO3+H2OH2SO4

第一步浓硫酸与氯化钾生成硫酸氢钾和氯化氢, 第二步生成的硫酸氢钾与剩余的氯化钾反应生成硫酸钾和氯化氢。控制浓硫酸稍微过量，以保证氯化钾的完全转化，因此出反应炉的硫酸钾含有7～8％的硫酸氢钾，在随后工序中加入少量的石粉（碳酸钠或碳酸钙）中和其酸性，得到含氧化钾50％的成品硫酸钾。

采用固定床[酸（液）盐（固）]复分解反应法。固态的氯化钾与98%硫酸按一定的投料比连续加入反应室，在高于500℃高温（一般控制在500～530℃）推动耙齿匀速推料（搅拌混合作用）的条件下进行反应。原料连续投入以维持正常床面，成品硫酸钾则不断由反应室出口（对称二处）排入成品推料机，在冷却且伴有搅拌粉碎的作用下经气封输送器进入刮板输送机，为中和硫酸钾成品中的游离酸，在刮板机上设置可调CaCO3细粉加料机，然后再经提升筛选粉碎入成品料仓。反应中产生之氯化氢气体用水吸收制取盐酸装入储罐。尾气经洗涤后符合废气排放标准的前提下排入大气。

2.工艺流程简介

该套曼海姆法硫酸钾装置共分三个工序：硫酸钾反应工序、硫酸钾成品包装工序、盐酸吸收工序。

2.1硫酸钾反应工序

原料库中的氯化钾经斗式提升机、皮带运输机转运至氯化钾料斗，经计量皮带机计量后由密封螺旋输送机加入曼海姆反应炉；浓度为98%的硫酸由外管送至硫酸储槽，由硫酸输送泵送入车间硫酸高位槽,通过位差浓硫酸自流经电磁流量计计量后加入反应炉,氯化钾和浓硫酸的反应物料在不断转动的耙齿系统搅动下进行混合，并由高温烟气间接加热，反应室温度控制在500～530℃。氯化钾和浓硫酸不断反应，同时不断被耙齿推向炉腔周边。反应生成的氯化氢气体被引至盐酸吸收工序，反应生成的硫酸钾经两个对称的出料口进入两侧的冷却推料机，物料在推料机中被冷却和粉碎后，经螺旋输送机送到成品刮板机，由刮板机送往成品斗式提升机再送至成品包装工序。在刮板机上设有碳酸钠（或碳酸钙）加料机，加入少量碳酸钠（或碳酸钙）对产品中的游离酸进行中和；反应室内保持一定的负压，一般控制在-60～-30Pa，略高于上加热室，以防止氯化氢气体被吸入燃油尾气中，造成空气污染。

预热后的重油与热空气在燃烧室燃烧，形成高温烟气。高温烟气首先进入上加热室通过碳化硅拱顶传热，以从上部提高反应室温度；从上加热室出来后再进入下加热室，加热底板以从下部提高反应室温度。反应炉出口的热烟气与鼓风机鼓入的空气在换热器内进行换热，以提高燃烧室进口空气的温度，从而提高热利用率。燃烧后的废气经复热器换热后，由燃烧尾气烟囱经净化后放空。

2.2成品包装工序

产品硫酸钾由斗式提升机提升后先经振动筛筛分，粒度合格的产品进入成品贮斗A，由包装机包装为粉料成品。经振动筛筛分后的中等粒度物料经粉碎机粉碎后又经螺旋输送机进入成品贮斗B，然后经造粒机造粒后，由包装机包装为粒料成品。所有成品由汽车运送至成品库贮存。

为了改善操作环境，在成品包装工序设有一套除尘装置，对振动筛分和粉粹过程中产生的粉尘进行收尘回收处理。

2.3 盐酸吸收工段

来自反应炉的450℃左右的氯化氢气体，经过石墨冷凝器冷却，温度降至低于50℃，并进入二级硫酸气洗涤塔洗涤，除去大部分粉尘和少量硫酸雾，同时产生含硫酸[w（H2SO4）5％]的盐酸（通称混酸）。洗涤后的炉气进入盐酸二级降膜吸收塔，生成[w（HCL）31％]以上的工业级盐酸，送至盐酸成品槽。尾气经多次净化洗涤达标后，由烟囱排空。

二、装置工艺特点

1.采用国产曼海姆技术

本套硫酸钾装置生产工艺为开封辛巴达化工工业技术有限公司开发的国产曼海姆法。该公司在充分消化吸收国外相关技术后，经过不断的完善和工业化试验，实现了全套设备的国产化。十多年来，该公司已经在国内及国外安装修建了数十套曼海姆法硫酸钾装置，其工艺技术已经相当成熟可靠。

2.采用DCS自动控制系统

根据韩国业主方提出的“装置生产系统需实现自动控制”的要求，我们工艺设计结合硫酸钾生产的特点，引入了DCS自动控制系统，对硫酸钾生产系统进行实时控制，不但稳定了工艺操作，减轻了劳动强度，而且使生产系统保持最佳运行状态。该装置主要的自动控制设计有：

2.1由硫酸高位槽下部出酸口流出的硫酸经电磁流量计和电磁调节阀加入反应炉,通过DCS设定流量自动调节电磁阀，高位槽保持部分溢流以稳定硫酸进电磁流量计压力，电磁流量计输出的信号自动调节电磁调节阀开度以稳定和调节硫酸给料量。

2.2氯化钾入炉前计量皮带机装有电子秤传感元件，通过DCS由称重和测速传感信号反馈调节皮带机变频电机转速，以改变皮带输送速度的方式稳定和调节KCL的加料量。

2.3综合工艺计算、原料与成品分析和实际运行情况可编制和不断完善氯化钾与硫酸的配比菜单，输入DCS，以适时选用最佳配比实现氯化钾与硫酸供料的自动控制和调节。

2.4硫酸高位槽设置液位计，发出低液位报警信号。