Mannheim-prosessen for produksjon av kaliumsulfat (K2SO4)

Mannheim-prosessen for kaliumsulfat (K₂SO₄) Produksjon

Hovedproduksjonsmetoder for kaliumsulfat

Mannheim-prosessen is industriell prosess for produksjon av K2SO4,en dekomponeringsreaksjon mellom 98 % svovelsyre og kaliumklorid ved høye temperaturer med saltsyre som biprodukt. De spesifikke trinnene inkluderer blanding av kaliumklorid og svovelsyre og omsetning av dem ved høye temperaturer for å danne kaliumsulfat og saltsyre.

Krystalliseringsseparasjonproduserer kaliumsulfat gjennom steking av alkali som tungfrøskall og planteaske, deretter etterfulgt avutvasking, filtrering, konsentrering, sentrifugalseparasjon og tørking for å oppnå kaliumsulfat.

Reaksjon avKaliumkloridogSvovelsyre ved spesifikke temperaturer i et spesifikt forhold er en annen metode for å få kaliumsulfat.De spesifikke trinnene inkluderer å løse opp kaliumklorid i varmt vann, tilsette svovelsyre for reaksjonen, og deretter krystallisere ved 100–140 °C, etterfulgt av separasjon, nøytralisering og tørking for å produsere kaliumsulfat.

Fordeler med Mannheim kaliumsulfat

Mennheim-prosessen er den primære metoden for kaliumsulfatproduksjon i utlandet. Den pålitelige og sofistikerte metoden produserer konsentrert kaliumsulfat med overlegen vannløselighet. Den svake syreløsningen er egnet for alkalisk jord.

Produksjonsprinsipper

Reaksjonsprosess:

1. Svovelsyre og kaliumklorid doseres proporsjonalt og mates jevnt inn i reaksjonskammeret i Mannheim-ovnen, hvor de reagerer for å produsere kaliumsulfat og hydrogenklorid.

2. Reaksjonen skjer i to trinn:

i. Det første trinnet er eksotermisk og skjer ved en lavere temperatur.

ii. Det andre trinnet involverer omdannelsen av kaliumbisulfat til kaliumsulfat, som er sterkt endotermisk.

Temperaturkontroll:

1. Reaksjonen må foregå ved temperaturer over 268 °C, med det optimale området 500–600 °C for å sikre effektivitet uten overdreven nedbrytning av svovelsyre.

2. I faktisk produksjon kontrolleres reaksjonstemperaturen vanligvis mellom 510–530 °C for stabilitet og effektivitet.

Varmeutnyttelse:

1. Reaksjonen er svært endoterm, og krever jevn varmetilførsel fra forbrenning av naturgass.

2. Rundt 44 % av ovnens varme går tapt gjennom veggene, 40 % føres bort av eksosgasser, og bare 16 % brukes til selve reaksjonen.

Viktige aspekter ved Mannheim-prosessen

OvnDiameter er den avgjørende faktoren for produksjonskapasitet. De største ovnene globalt har en diameter på 6 meter.Samtidig er et pålitelig kjøresystem garantien for kontinuerlig og stabil reaksjon.Ildfaste materialer må tåle høye temperaturer, sterke syrer og tilby god varmeoverføring. Materialer til omrøringsmekanismene må være motstandsdyktige mot varme, korrosjon og slitasje.

Kvaliteten på hydrogenkloridgass:

1. Ved å opprettholde et lett vakuum i reaksjonskammeret sikres det at luft og røykgasser ikke fortynner hydrogenkloridet.

2. Riktig tetting og drift kan oppnå HCl-konsentrasjoner på 50 % eller høyere.

Spesifikasjoner for råmaterialer:

1.Kaliumklorid:Må oppfylle spesifikke krav til fuktighet, partikkelstørrelse og kaliumoksidinnhold for optimal reaksjonseffektivitet.

2.Svovelsyre:Krever en konsentrasjon på 99% for renhet og konsistent reaksjon.

Temperaturkontroll:

1.Reaksjonskammer (510–530 °C):Sikrer fullstendig reaksjon.

2.Forbrenningskammer:Balanserer naturgasstilførselen for effektiv forbrenning.

3.Temperatur på halegass:Kontrollert for å forhindre blokkeringer i eksosen og sikre effektiv gassabsorpsjon.

Prosessarbeidsflyt

• Reaksjon:Kaliumklorid og svovelsyre tilføres kontinuerlig reaksjonskammeret. Det resulterende kaliumsulfatet tømmes ut, avkjøles, siktes og nøytraliseres med kalsiumoksid før pakking.
• Håndtering av biprodukter:
  • Høytemperatur hydrogenkloridgass avkjøles og renses gjennom en serie skrubbere og absorpsjonstårn for å produsere saltsyre av industriell kvalitet (31–37 % HCl).
  • Restgassutslipp behandles for å oppfylle miljøstandarder.

Utfordringer og forbedringer

1. Varmetap:Betydelig varme går tapt gjennom avgasser og ovnsvegger, noe som understreker behovet for forbedrede varmegjenvinningssystemer.
2. Utstyrskorrosjon:Prosessen opererer under høye temperaturer og sure forhold, noe som fører til slitasje og vedlikeholdsutfordringer.
3. Utnyttelse av biprodukt av saltsyre:Markedet for saltsyre kan være mettet, noe som nødvendiggjør forskning på alternative bruksområder eller metoder for å minimere biproduktproduksjonen.

Produksjonsprosessen for kaliumsulfat i Mannheim involverer to typer avgassutslipp: forbrenningseksos fra naturgass og biprodukt av hydrogenkloridgass.

Forbrenningseksos:

Temperaturen på forbrenningseksosen er vanligvis rundt 450 °C. Denne varmen overføres gjennom en rekuperator før den slippes ut. Selv etter varmeveksling forblir imidlertid eksosgasstemperaturen på omtrent 160 °C, og denne restvarmen frigjøres til atmosfæren.

Biprodukt hydrogenkloridgass:

Hydrogenkloridgassen gjennomgår skrubbing i et svovelsyrevasketårn, absorpsjon i en fallfilmabsorber og rensing i et eksosgassrensetårn før den slippes ut. Denne prosessen genererer 31 % saltsyre., der høyerekonsentrasjon kan føre til utslippikke opp tilstandarder og forårsaker et "halemotstand"-fenomen i eksosen.Derfor, sanntidsaltsyre konsentrasjonsmåling blir viktig i produksjonen.

Følgende tiltak kan iverksettes for bedre effekt:

Reduser syrekonsentrasjonen: Senk syrekonsentrasjonen under absorpsjonsprosessenmedinnebygd tetthetsmåler for nøyaktig overvåking.

Øk sirkulerende vannvolum: Forbedre vannsirkulasjonen i fallfilmabsorberen for å forbedre absorpsjonseffektiviteten.

Reduser belastningen på eksosgassrensetårnet: Optimaliser driften for å minimere belastningen på rensesystemet.

Gjennom disse justeringene og riktig drift over tid, kan halemotstandsfenomenet elimineres, noe som sikrer at utslippene oppfyller de nødvendige standardene.