硝酸钾装置生产硫酸钾的技术经济分析

王玉庆

（云南解化清洁能源开发有限公司解化化工分公司，云南 开远 661699）

硝酸钾装置生产硫酸钾的技术经济分析

王玉庆

（云南解化清洁能源开发有限公司解化化工分公司，云南 开远 661699）

采用硝酸钾装置生产硫酸钾，对工艺可行性和经济效益进行了分析。

硫酸钾；硝酸钾；缔置法；复分解法

我公司5万 t／a硝酸钾装置采用复分解法生产农用硝酸钾，副产氯化钾铵。农用硝酸钾比硫酸钾生产成本高，主要用于生产对硝态氮要求较高的高浓度三元复合肥。受市场因素制约，装置开工率不高。为提高装置的利用率，公司决定，装置在不生产硝酸钾时，以氯化钾为原料改产硫酸钾。笔者对利用硝酸钾生产硫酸钾的两种工艺进行了比较分析，给出了推荐意见。

1 硝酸钾生产工艺流程

我公司5万 t／a硝酸钾装置生产工艺流程如图1。

氯化钾、工艺冷凝液、氯化钾铵母液在溶配槽中混合后，进入结晶罐内进行真空冷却结晶，析出硝酸钾。硝酸钾晶体在稠厚器中晶粒长大、强度增强后，进入离心机进行分离。分离出的硝酸钾固体进入流化床干燥后，得到硝酸钾成品。硝酸钾母液通过两效负压蒸发提浓后，进行冷析结晶，晶体经稠厚器培养，进入离心机进行固液分离。固体为氯化钾铵产品，母液返回溶配槽回收利用。

2 硫酸钾生产工艺的选择

硫酸钾的生产工艺有复分解法、缔置法和蔓海姆法等。利用现有硝酸钾装置生产硫酸钾，可选择的工艺为缔置法及硫酸铵复分解法，两者都可充分利用现有装置的设备，节省项目投资。

2.1 缔置法

缔置法生产硫酸钾的工艺流程见图2。

氯化钾、硫酸、硫酸钾母液、冷凝液混合制得溶配液，经过滤后与缔合剂进行缔置反应，生成缔置液。缔置液经稠厚后，上部溢流液进行静止分离。静止分离的上层缔合剂，回收循环利用，下层缔置液返回溶配，回收利用。稠厚后下部的溶液进入离心分离，制得硫酸钾产品，离心分离的硫酸钾母液与静止分离的缔置液返回溶配。

解缔液经稠厚后，上部溢流液进行静止分离。静止分离的上层缔合剂，回收进行缔置反应，下层解缔液与氯化铵母液进行混合。稠厚后下部的溶

液进入离心分离，制得氯化铵产品。离心分离产生的氯化铵母液，与静止分离产生的解缔液混合，一部分用于吸收气氨，供缔置液解缔使用，剩余部分进行真空蒸发提浓，回收氯化铵［1］。

图1 5万 t／a硝酸钾工艺流程图Fig.1 Flow chart of 5 m illion t／a potassium nitrate

现有硝酸钾装置采用缔置法生产硫酸钾的经济性分析见表1。

图 2 缔置法生产硫酸钾工艺流程Fig.2 Production of potassium sulfate w ith association set process

表1 硝酸钾装置缔置法生产硫酸钾的经济效益Tab.1 Econom ic benefits of production of potassium sulfate from potassium nitrate plant with association set process

从表1看出，现有硝酸钾装置采用缔置法生产硫酸钾，亏损321元／t。主要原因是缔置法所用的缔合剂价格较高，且操作中缔置剂易中毒。缔合剂中毒后只能用氨进行解毒，而氨的利用率较低，只有65%左右。

2.2 硫酸铵复分解法

硫酸铵复分解法生产硫酸钾的工艺流程见图3。

氯化钾、硫酸铵、工艺冷凝液，在溶配槽中混合后，打入结晶罐内进行真空冷却结晶。硫酸钾晶体在稠厚器中晶粒长大、强度变强后，进入离心机进行分离。分离出的硫酸钾固体进入流化床干燥后，得到硫酸钾成品。硫酸钾母液通过两效负压蒸发提浓后，进行冷析结晶，经稠厚器培养晶体后，进入离心机进行固液分离。固体为氯化钾铵产品，母液返回蒸发系统进行循环蒸发。

2.2.1 硫酸铵复分解法生产硫酸钾工艺条件的确定

以氯化钾、硫酸铵为原料生产硫酸钾，主要影响因素为硫酸铵溶液浓度及原料配比。

图3 硫酸铵复分解法生产硫酸钾工艺流程Fig.3 Production of potassium sulfate with ammonium sulfatemetathesis process

1）硫酸铵溶液浓度确定

氯化钾、硫酸铵物质的量比（折纯）为 2.2∶1，反应时间1 h，硫酸铵溶液质量分数分别为18%、24.2%、30%、35%。在上述操作条件下，硫酸钾中的氯离子质量分数分别为1.14%、1.64%、2.85%、3.23%。

硫酸铵溶液浓度提高后，蒸发系统蒸汽、电消耗降低，产品经济性提高。但硫酸钾中的Cl-含量提高会缩小硫酸钾的使用范围。确定硫酸铵溶液质量分数为30%。

2）原料配比确定

硫酸铵溶液质量分数为30%，反应时间1 h，氯化钾：硫酸铵物质的量比分别为：2.0∶1、2.2∶1、2.4∶1，硫酸钾中的氯离子质量分数分别为1.18%、2.85%、2.91%。K2O质量分数分别为44.33%、45.2%、45.6%。

随氯化钾与硫酸铵物质的量比提高时，硫酸钾中Cl-含量、K2O含量都提高。当二者之比为2时，硫酸钾中氧化钾质量分数小于 45%，为不合格产品。主要是硫酸铵反应不完全，带入硫酸钾中，降低了硫酸钾的纯度。氯化钾与硫酸铵物质的量比为2.4时K2O含量增加不大，由于氯化钾用量增加，不经济。综合考虑后，氯化钾与硫酸铵物质的量之比定为2.2∶1。

2.2.2 硫酸铵复分解法生产硫酸钾的经济性分析

现有硝酸钾装置采用复分解法生产硫酸钾的经济效益分析见表2。

从表2看出，现有硝酸钾装置采用复分解法生产硫酸钾，可获利747元／t。

3 小结

以氯化钾为原料，利用公司硝酸钾装置改产硫酸钾，从技术上可选用缔置法、硫酸铵复分解法。恢复生产硝酸钾时，装置不需改动。

表2 硝酸钾装置复分解法生产硫酸钾经济效益Tab.2 Economic benefits of production of potassium sulfate from potassium nitrate plantwith metathesis process

缔置法生产的硫酸钾，产品纯度比复分解法生产的高，但缔合剂会带入硫酸钾产品中，长期使用对农作物有一定影响。且缔合剂中毒后，用氨进行解毒，对环境影响较大。

硫酸铵复分解法的经济效益优于缔置法。硫酸铵复分解法生产硫酸钾，氯化钾需稍过量，以提高硫酸钾纯度。硫酸铵浓度提高，有利于降低蒸汽及电用量、减少 K2O的损耗，提高装置的经济性。有氨法脱硫装置的企业，可利用氨法脱硫副产的硫酸铵溶液为原料生产硫酸钾，可进一步降低硫酸铵装置的蒸汽及电消耗。

［1］ 解化化工分公司硫酸钾车间岗位操作法（缔置法）

Technical and Econom ic Analysis of Production of Potassium Su lfate w ith Potassium Nitrate Plant

W ANG Yu-qing

（Yunnan Jiehua solution of the Clean Energy Development Co.，Ltd.Jiehua Chemical Branch，Kaiyuan 661699，China）

production of potassium sulfate with potassium nitrate plant，the process feasibility and economic benifits were analyzed.

potassium sulfate；potassium nitrate；association set process；metathesis process

TQ443

A

1004-275X（2015）02-0064-03

12.3969／j.issn.1004-275X.2015.02.017

收稿：2014-02-09

王玉庆（1976-），男，云南永胜人，工程师。