Mannheimprocessen för kaliumsulfat (K2SO4) Produktion
Huvudsakliga produktionsmetoder för kaliumsulfat
Mannheimprocessen is industriell process för produktion av K2SO4,en sönderdelningsreaktion mellan 98 % svavelsyra och kaliumklorid vid höga temperaturer med saltsyra som biprodukt. De specifika stegen inkluderar att blanda kaliumklorid och svavelsyra och reagera dem vid höga temperaturer för att bilda kaliumsulfat och saltsyra.
Kristallisationsseparationproducerar kaliumsulfat genom rostning av alkali som tungfröskal och växtaska, följt avurlakning, filtrering, koncentrering, centrifugalseparation och torkning för att erhålla kaliumsulfat.
Reaktion avKaliumkloridochSvavelsyra vid specifika temperaturer i ett specifikt förhållande är en annan metod för att få kaliumsulfat.De specifika stegen inkluderar att lösa upp kaliumklorid i varmt vatten, tillsätta svavelsyra för reaktionen och sedan kristallisera vid 100–140 °C, följt av separation, neutralisering och torkning för att producera kaliumsulfat.
Fördelar med Mannheim kaliumsulfat
Mennheimprocessen är den primära metoden för kaliumsulfatproduktion utomlands. Den pålitliga och sofistikerade metoden producerar koncentrerat kaliumsulfat med överlägsen vattenlöslighet. Den svagt sura lösningen är lämplig för alkalisk jord.
Produktionsprinciper
Reaktionsprocess:
1. Svavelsyra och kaliumklorid doseras proportionellt och matas jämnt in i reaktionskammaren i Mannheimugnen, där de reagerar för att producera kaliumsulfat och väteklorid.
2. Reaktionen sker i två steg:
i. Det första steget är exotermt och sker vid en lägre temperatur.
ii. Det andra steget involverar omvandlingen av kaliumbisulfat till kaliumsulfat, vilket är starkt endotermt.
Temperaturkontroll:
1. Reaktionen måste ske vid temperaturer över 268 °C, med det optimala intervallet 500–600 °C för att säkerställa effektivitet utan överdriven nedbrytning av svavelsyra.
2. I faktisk produktion kontrolleras reaktionstemperaturen vanligtvis mellan 510-530 °C för stabilitet och effektivitet.
Värmeanvändning:
1. Reaktionen är starkt endoterm och kräver jämn värmetillförsel från förbränning av naturgas.
2. Omkring 44 % av ugnens värme går förlorad genom väggarna, 40 % förs bort av avgaser och endast 16 % används för själva reaktionen.
Viktiga aspekter av Mannheimprocessen
UgnDiametern är den avgörande faktorn för produktionskapaciteten. De största ugnarna globalt har en diameter på 6 meter.Samtidigt är ett pålitligt körsystem en garanti för kontinuerlig och stabil reaktion.Eldfasta material måste tåla höga temperaturer, starka syror och erbjuda god värmeöverföring. Material för omrörningsmekanismerna måste vara motståndskraftiga mot värme, korrosion och slitage.
Vätekloridgaskvalitet:
1. Genom att upprätthålla ett lätt vakuum i reaktionskammaren säkerställs att luft och rökgaser inte späder ut vätekloriden.
2. Korrekt tätning och drift kan uppnå HCl-koncentrationer på 50 % eller högre.
Råmaterialspecifikationer:
1.Kaliumklorid:Måste uppfylla specifika krav på fukt, partikelstorlek och kaliumoxidhalt för optimal reaktionseffektivitet.
2.Svavelsyra:Kräver en koncentration på 99% för renhet och jämn reaktion.
Temperaturkontroll:
1.Reaktionskammare (510-530°C):Säkerställer fullständig reaktion.
2.Förbränningskammare:Balanserar naturgastillförseln för effektiv förbränning.
3.Temperatur på bakgasen:Kontrollerad för att förhindra avgasblockeringar och säkerställa effektiv gasabsorption.
Processarbetsflöde
- Reaktion:Kaliumklorid och svavelsyra matas kontinuerligt in i reaktionskammaren. Det resulterande kaliumsulfatet töms ut, kyls, siktas och neutraliseras med kalciumoxid före förpackning.
- Hantering av biprodukter:
- Högtemperaturkloridgas kyls och renas genom en serie skrubbrar och absorptionstorn för att producera saltsyra av industriell kvalitet (31–37 % HCl).
- Avgasutsläppen behandlas för att uppfylla miljöstandarder.
Utmaningar och förbättringar
- Värmeförlust:Betydande värme går förlorad genom avgaser och ugnsväggar, vilket belyser behovet av förbättrade värmeåtervinningssystem.
- Utrustningskorrosion:Processen arbetar under höga temperaturer och sura förhållanden, vilket leder till slitage och underhållsutmaningar.
- Användning av biprodukter av saltsyra:Marknaden för saltsyra kan vara mättad, vilket kräver forskning om alternativa användningsområden eller metoder för att minimera biproduktproduktionen.
Produktionsprocessen för kaliumsulfat i Mannheim involverar två typer av avgasutsläpp: förbränningsavgaser från naturgas och biprodukten vätekloridgas.
Förbränningsavgaser:
Temperaturen på förbränningsavgaserna är vanligtvis runt 450 °C. Denna värme överförs genom en rekuperator innan den släpps ut. Men även efter värmeväxling förblir avgastemperaturen på cirka 160 °C, och denna restvärme släpps ut i atmosfären.
Biprodukt vätekloridgas:
Vätekloridgasen skrubbas i ett svavelsyratvätttorn, absorberas i en fallfilmsabsorberare och renas i ett avgasreningstorn innan den släpps ut. Denna process genererar 31 % saltsyra., där högrekoncentration kan leda till utsläppinte upp tillstandarder och orsakar ett "svansbroms"-fenomen i avgasröret.Därför, realtidsaltsyra koncentrationsmätning blir viktig i produktionen.
Följande åtgärder kan vidtas för bättre effekt:
Minska syrakoncentrationen: Sänk syrakoncentrationen under absorptionsprocessenmedinline-densitetsmätare för noggrann övervakning.
Öka den cirkulerande vattenvolymen: Förbättra vattencirkulationen i fallfilmsabsorbatorn för att förbättra absorptionseffektiviteten.
Minska belastningen på avgasreningstornet: Optimera driften för att minimera belastningen på reningssystemet.
Genom dessa justeringar och korrekt drift över tid kan motståndsfenomenet med svansen elimineras, vilket säkerställer att utsläppen uppfyller de erforderliga standarderna.
Publiceringstid: 23 januari 2025
