200 kt/a复合肥氢钾转化、盐酸吸收系统改造总结

曹　辉，王　磊

(威海恒邦化工有限公司　山东威海　264501)



200 kt/a复合肥氢钾转化、盐酸吸收系统改造总结

曹辉，王磊

(威海恒邦化工有限公司山东威海264501)

经多年的运行，与100 kt/a喷浆造粒复合肥装置和100 kt/a氨化造粒复合肥装置配套的氢钾转化系统和盐酸吸收系统已无法满足生产要求。针对存在的问题，对原有的氢钾转化系统和盐酸吸收系统进行了设计改造。改造后，不仅消除了安全隐患，而且排放尾气中氯化氢含量符合国家标准要求。

复合肥氢钾转化盐酸吸收改造

威海恒邦化工有限公司现有100 kt/a喷浆造粒生产装置和100 kt/a氨化造粒生产装置各1套，其中混酸料浆部分共用1套低温氯化钾转化脱氯系统，产生的氯化氢气体经两次换热、两次吸收工艺副产盐酸。因转化、盐酸吸收系统在设计方面存在缺陷，造成转化能力无法满足生产负荷的要求，且出现转化槽槽体严重渗漏、盐酸吸收尾气不达标等安全、环保问题。为解决以上问题，公司组织技术人员进行了自主设计改造。从新系统投入运行的实际情况来看，完全达到设计目的，在满足200 kt/a生产负荷要求的同时，留有一定的余量；在消除转化槽存在的安全隐患的同时，提高了氢钾转化率；盐酸吸收效果良好，尾气中氯化氢含量远低于国家标准要求，为创建资源节约型及环境友好型企业打下了良好的基础。

1　工艺流程

浓硫酸、氯化钾按配方要求计量后加入转化槽内，通过调节过热蒸汽加入量控制反应温度在125～135 ℃，氯化钾与浓硫酸在相对低温下发生氢钾转化反应，产生的硫酸氢钾经配酸后输送至造粒系统，产生的氯化氢气体依次经一级降膜换热器、二级降膜换热器、一级吸收塔、二级吸收塔回收氯化氢后，达标尾气由烟囱排放；工艺软水则按相反的路线通过逆流接触吸收氯化氢气体，最终得到w(HCl)=31%的盐酸。改造前、后的工艺流程见图1和图2。

图1　改造前工艺流程

图2　改造后工艺流程

2　装置设计

2.1转化槽

转化槽设计的关键点：①足够的停留时间，保证氯化钾与硫酸反应完全，提高转化率；②反应温度控制合理、控制方式得当，不仅要保证主反应的进行，还要避免对槽体造成损害；③槽体防腐措施得当，满足强酸、高温等工况条件的要求；④搅拌功率及搅拌桨形式设计合理。

针对改造前转化槽内物料停留时间短、蒸汽加入点存在缺陷等问题，进行了优化设计。氯化钾与硫酸彻底反应，停留时间需在3 h以上，反应温度应控制在125～135 ℃。通过物料衡算，最终确定转化槽设计尺寸为9 750 mm×3 750 mm×4 050 mm，槽体分为三室，串联设置，原料加入第1室后，料浆通过溢流的方式依次经过第2室和第3室，再经缓冲槽去配酸。控温蒸汽采取顶部和底部同时加入，且以底部为主、顶部为辅的设计方案，确保反应温度严格控制在125～135 ℃，并可进行微调，解决原转化槽蒸汽调节导致温度波动大的问题。同时，采用上下双层搅拌形式，上层搅拌对料浆进行上翻搅拌，下层搅拌对料浆进行下压搅拌，有效强化了氢钾转化反应。在转化槽防腐问题上，通过对各种防腐方式的对比，最终采用衬胶衬砖的防腐措施：槽体采用整体混凝土浇筑,砼内表面贴衬厚5 mm预硫化胶板,底面KPI胶泥砌2层230 mm×113 mm×65 mm耐酸瓷砖，侧壁KPI胶泥砌2层230 mm×113 mm×65 mm耐酸瓷砖，顶盖采用KPI混凝土整体浇筑。

转化系统投入运行后，氢钾转化率极高，混酸内w(Cl-)可控制在0.1～0.5%，满足了硫基复合肥对氯离子含量的要求。

2.2盐酸吸收系统

2.2.1设计参数

含氯化氢尾气量16 000 m3/h(标态)；尾气各组分体积分数为HCl 13.98%，H2O 2.78%，O219.40%，N263.85%；处理后尾气含氯化氢质量浓度≤100 mg/m3(标态)，成品盐酸含氯化氢质量分数≥31%。

2.2.2降膜换热器设计计算

石墨降膜换热器分为列管换热器和块孔换热器2种形式，鉴于列管换热器制作简单、耗材省、利用率高等特点，选用列管形式换热器。在吸收过程中，气体和吸收液均从换热器顶部进入，吸收液呈薄膜状沿列管四周均匀下移，在此过程中不断吸收、移热。因此，降膜换热器的设计不仅要满足吸收面积的要求，还要满足换热面积的要求。

以一级降膜换热器设计为例，综合考虑各蒸汽分压条件下的气体组成，计算得到的结果：入口气体温度为100 ℃时，各气体组分带入的热量为3.55×106kJ/h；若一级吸收率为40%，氯化氢气体的溶解热为2.11×106kJ/h；在出口气体温度为40 ℃条件下，气体带出热量为2.96×106kJ/h。根据计算结果可得出一级降膜换热器的移热量为2.69×106kJ/h，结合换热器计算公式，最终计算得到一级降膜换热器的换热面积为49.94 m2。同理，可计算出二级降膜换热器的换热面积为237.16 m2，总换热面积为287.10 m2。

原装置配置的一级和二级降膜换热器的换热面积均为80 m2，为了节省投资，通过进一步的核算和优化工艺配置，最终决定采购换热面积为160 m2的降膜换热器，原一级和二级降膜换热器并联后与新购降膜换热器串联使用。

2.2.3吸收塔的设计计算

吸收塔选用弧鞍环填料，充分利用该填料所提供的巨大接触面积，有效加强气液之间的传质效果，提高气体的吸收率。吸收塔的设计关键在于既要提高尾气中氯化氢的吸收效率，保证排放尾气达标，又要保证塔顶出口气体不带液，为此，在吸收塔顶部设置1组栅板丝网除沫器。

经计算，设计的吸收塔规格为Φ2 500 mm×10 200 mm；塔顶设置1组分酸器，分酸器总管为DN 125 mm，分支管有效内经为Φ80 mm，呈120°夹角，间隔120 mm设置Φ15 mm喷淋孔1组；气体下进上出，顶部设置了丝网除沫器；在气速为1.2 m/s、喷淋密度为20 m3/(m2·h)的条件下，配备100UHB工程塑料循环泵。

经实际运行，塔顶除沫效果较好，尾气中氯化氢含量完全控制在设计指标范围内。

2.2.4吸收塔换热器设计计算

吸收塔换热器同样选用石墨换热器，采用逆流换热方式，工作原理等同或接近于降膜换热器，同样需要考虑进出口不同气体组分状态下的显热、潜热、溶解热等，其设计计算方式不再赘述。经设计计算，吸收塔换热器换热面积为150 m2。原装置配置的2台换热器的换热面积均为50 m2，考虑到装置未满负荷运行，且经核算可满足当前工况下的设计配置，故决定暂时不对其进行改造。

3　运行效果

改造后，氢钾转化系统完全可以满足200 kt/a复合肥生产负荷的要求，氯化钾转化率高，料浆中w(Cl-)可控制在0.5%以下；盐酸吸收系统在保证副产盐酸产品质量的同时，排放尾气中氯化氢质量浓度可控制在100 mg/m3(标态)以下，达到了国家标准要求。改造后氢钾转化系统和盐酸吸收系统主要运行指标统计见表1。

表1改造后转化系统和盐酸吸收系统主要运行指标统计

料浆中w(Cl-)/%尾气中ρ(HCl)/(mg·m-3)盐酸密度/(g·mL-1)w(HCl)/%0.12861.15531.200.14721.15731.500.11831.15431.000.19651.15431.000.36831.15531.200.42581.15831.700.08621.15731.500.06551.15631.400.07721.15431.000.06681.15431.00

4　结语

近年来，国内复合肥市场明显优于磷肥市场。由于我国的种植结构及农作物对养分需求的特点，相当一部分复合肥装置生产的产品为硫基复合肥，配置合理的氢钾转化系统和盐酸吸收系统至关重要。

通过技术改造后的实际运行情况看，氢钾转化系统和盐酸吸收系统设计合理、流程简单、设计参数选取得当，完全可以满足现有复合肥生产装置的运行要求，并留有一定的余量。通过改造，在消除原转化槽安全隐患的同时，确保盐酸吸收尾气达标排放，从经济、安全、环保三方面获得最佳收益。

Sum-Up of Renovation of System of Concentrated Sulfuric Acid Reacting with Potassium Chloride and Hydrochloric Acid Absorption System of 200kt/a Compound Fertilizer Plant

CAO Hui, WANG Lei

(Weihai Humon Chemical Co., Ltd.Shandong Weihai264501)

After years of operation, the system of concentrated sulfuric acid reacting with potassium chloride and hydrochloric acid absorption system, which are associated with 100 kt/a compound fertilizer plant with spraying granulation and 100 kt/a compound fertilizer plant with ammoniation granulation, are no longer able to meet the production requirement. In connection with the existing problem, design and renovation are implemented on original concentrated sulfuric acid and potassium chloride reaction system and hydrochloric acid absorption system. After the revamp, not only the hidden perils in safety are eliminated, but also the hydrogen chloride content contained in tail gas is in conformity with national standards.

compound fertilizerconcentrated sulfuric acid and potassium chloride reaction systemhydrochloric acid absorptionrenovation

曹辉，威海恒邦化工有限公司总工程师，技术总经理，多年从事硫酸、氮肥、磷复肥行业工作；13853534617@163.com。

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