復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀裝置節(jié)能改造

復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀裝置節(jié)能改造

在過(guò)去10年中，中國(guó)的硝酸鉀生產(chǎn)發(fā)展迅速，2008年生產(chǎn)能力為40萬(wàn)噸/a，排名世界第三。其主要生產(chǎn)工藝在我國(guó)有3種:一是硝酸銨與氯化鉀離子交換法制取硝酸鉀,生產(chǎn)能力約15萬(wàn)t/a;二是硝酸銨與氯化鉀復(fù)分解法制取硝酸鉀,生產(chǎn)能力約23萬(wàn)t/a;三是硝酸與氯化鉀轉(zhuǎn)化法制取硝酸鉀,生產(chǎn)能力約2萬(wàn)t/a。在這些硝酸鉀生產(chǎn)工藝中,蒸汽能耗占硝酸鉀生產(chǎn)成本在15%以上,為此在硝酸鉀生產(chǎn)企業(yè)中進(jìn)行了節(jié)能技術(shù)改造?，F(xiàn)以復(fù)分解法生產(chǎn)硝酸鉀裝置節(jié)能技術(shù)改造為例,簡(jiǎn)要介紹蒸汽直接加熱溶解氯化鉀、空氣冷卻結(jié)晶、二效蒸發(fā)、蒸發(fā)后溶解硝酸銨、干燥機(jī)空氣加熱器串聯(lián)進(jìn)蒸汽等節(jié)能新技術(shù)在硝酸鉀生產(chǎn)中應(yīng)用及節(jié)能效果。1汽直接加熱溶解氯化鉀改造前,氯化鉀溶解與升溫是在攪拌機(jī)攪拌條件下,通蒸汽進(jìn)入蛇管進(jìn)行間壁加熱升溫,使投入的氯化鉀溶解在溶液中。由于蛇管傳熱系數(shù)與傳熱面積受到限制,故加熱升溫時(shí)間長(zhǎng),氯化鉀溶解速度慢,生產(chǎn)效率低,蒸汽所形成的冷凝水顯熱未能被利用。改造后,采用蒸汽直接加熱溶解氯化鉀工藝,即將蒸汽直接通入混合料液中,通入的蒸汽與混合料液(包括氯化鉀)直接換熱,高溫蒸汽換熱后變成冷凝水留在混合料液中,這部分蒸汽冷凝水正好作為溶解氯化鉀所需的補(bǔ)充水;而混合料液溫度不斷升高直至沸騰;同時(shí),由于高溫、高速的蒸汽沖刷、翻動(dòng)料液,使投入的氯化鉀在加熱與沖刷、翻動(dòng)中快速溶解。如通入蒸汽所形成的冷凝水量不夠工藝要求的補(bǔ)充水量,則可以另行補(bǔ)充加入來(lái)自硝酸鉀蒸發(fā)濃縮工段的冷凝水,直到配制成符合工藝要求的氯化鉀溶液。和原傳統(tǒng)溶解氯化鉀工藝相比,蒸汽直接加熱溶解氯化鉀具有以下顯著優(yōu)勢(shì):(1)蒸汽熱能利用率高,每生產(chǎn)1t硝酸鉀可節(jié)省蒸汽用量62kg,相應(yīng)節(jié)省水62kg;(2)可省去攪拌機(jī)和蛇管換熱器設(shè)備,節(jié)省設(shè)備投資;(3)不僅加熱速度快,而且溶解氯化鉀速度也快,從而使生產(chǎn)時(shí)間縮短。2硝酸鉀溶液冷卻法改造前,硝酸鉀冷卻結(jié)晶采用真空冷卻結(jié)晶裝置,使用三級(jí)蒸汽噴射真空泵抽真空,真空結(jié)晶器內(nèi)硝酸鉀溶液在低壓狀態(tài)下蒸發(fā)水分,從而使溶液溫度下降并結(jié)晶析出硝酸鉀。真空冷卻結(jié)晶法所得產(chǎn)品干凈衛(wèi)生、生產(chǎn)效率高,但操作控制復(fù)雜、能耗高,每生產(chǎn)1t硝酸鉀需消耗蒸汽1.18t,冷卻水15.5t,且蒸汽壓力至少要達(dá)到7MPa以上。改造后,采用空氣冷卻結(jié)晶工藝,以空氣為冷卻劑冷卻硝酸鉀溶液。其工作原理是,在空氣冷卻結(jié)晶器內(nèi),通過(guò)特制的噴射裝置將硝酸鉀溶液分散成水滴或水膜狀,通過(guò)風(fēng)機(jī)與空氣分布裝置將空氣均勻鼓入空氣冷卻結(jié)晶器內(nèi),硝酸鉀溶液與空氣逆流充分混合;硝酸鉀溶液與空氣混合過(guò)程中,發(fā)生對(duì)流傳熱和蒸發(fā)傳熱。對(duì)流傳熱是硝酸鉀溶液和空氣之間由于存在溫差,通過(guò)熱傳導(dǎo)傳熱來(lái)冷卻;蒸發(fā)傳熱是空氣吸收水蒸氣,使溶液中的水分蒸發(fā)帶走熱量。因此,硝酸鉀溶液冷卻并結(jié)晶析出硝酸鉀。采用空氣冷卻結(jié)晶工藝過(guò)程時(shí),熱量是靠液滴和空氣主體間的擴(kuò)散和對(duì)流來(lái)傳遞的,推動(dòng)力為液滴與周?chē)諝忾g的焓差。硝酸鉀溶液冷卻傳熱速率隨空氣與溶液的界面面積、相對(duì)流速、接觸時(shí)間以及冷卻范圍的增加而增加。改造后的空氣冷卻結(jié)晶裝置采用二級(jí)冷卻,即第一級(jí)空氣冷卻結(jié)晶器先將硝酸鉀溶液進(jìn)行初步冷卻,初步冷卻后的硝酸鉀溶液再進(jìn)入第二級(jí)空氣冷卻結(jié)晶器中冷卻至終點(diǎn)溫度,并結(jié)晶析出大量硝酸鉀。和原真空冷卻結(jié)晶工藝相比,改造后的空氣冷卻結(jié)晶工藝具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)使用空氣作為冷卻介質(zhì),不需使用冷卻水與蒸汽,每生產(chǎn)1t硝酸鉀節(jié)省蒸汽1.18t,冷卻水15.5t;(2)采用大風(fēng)量、小功率的軸流風(fēng)機(jī),耗電較低;(3)投資不足真空冷卻裝置的50%。3硝酸鉀溶液蒸發(fā)法硝酸銨溶解原來(lái)在蒸發(fā)濃縮前進(jìn)行,即先將分離硝酸鉀后母液通蒸汽加熱升溫后,加入硝酸銨溶解,再送蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮,濃縮后再冷卻結(jié)晶析出氯化銨。硝酸銨溶解熱為3663kJ/kg,溶解硝酸銨過(guò)程中需消耗蒸汽。實(shí)際生產(chǎn)中,硝酸鉀溶銨消耗蒸汽為520kg/t。改造后,將硝酸銨溶解改為蒸發(fā)后進(jìn)行,即將分離硝酸鉀后母液直接送蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮后,再加入硝酸銨溶解,再冷卻結(jié)晶析出氯化銨。硝酸鉀母液蒸發(fā)后,出料溫度一般為95℃,加入硝酸銨溶解后,由于硝酸銨溶解吸熱,溶液溫度下降9℃左右。顯然,蒸發(fā)前溶解硝酸銨因吸熱而需消耗蒸汽,而蒸發(fā)后溶解硝酸銨卻省去了這部分蒸汽能耗。同時(shí),蒸發(fā)后溶解硝酸銨,由于降低了溫度,還有利于氯化銨冷卻結(jié)晶。和蒸發(fā)前溶解硝酸銨工藝相比,蒸發(fā)后溶解硝酸銨工藝具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)硝酸銨溶解不需消耗蒸汽,利用蒸發(fā)濃縮液顯熱溶解,每生產(chǎn)1t農(nóng)用硝酸鉀,節(jié)省蒸汽520kg;(2)氯化銨冷卻結(jié)晶冷卻初始溫度由原95℃下降為86℃,節(jié)省冷卻水14.5t。4蒸發(fā)結(jié)晶工藝改造前,使用2臺(tái)外循環(huán)蒸發(fā)器,蒸發(fā)方式為單效蒸發(fā),先將溶液在第1臺(tái)蒸發(fā)器蒸發(fā)至一定濃度,然后再送入第2臺(tái)蒸發(fā)器蒸發(fā)至終點(diǎn)濃度,每生產(chǎn)1t農(nóng)用硝酸鉀,耗蒸汽量為2.1t。改造后,將原2臺(tái)外循環(huán)蒸發(fā)器改為二效順流蒸發(fā)工藝。其物料工藝流程是:溶液先經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱,然后進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)器,在0.1MPa條件下蒸發(fā)濃縮到溶液溫度約122℃;Ⅰ效蒸發(fā)器出來(lái)的溶液靠壓力差進(jìn)入Ⅱ效蒸發(fā)器,在負(fù)壓條件下蒸發(fā)濃縮到溶液溫度約95℃左右,最后用泵將完成液打入氯化銨冷卻結(jié)晶器,加入硝酸銨溶解后,再進(jìn)行冷卻結(jié)晶。蒸發(fā)過(guò)程中,來(lái)自鍋爐房的生蒸汽進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)器加熱蒸發(fā),由Ⅰ效蒸發(fā)器出來(lái)的二次蒸汽進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)器加熱蒸發(fā),由Ⅱ效蒸發(fā)器出來(lái)的二次蒸汽進(jìn)入預(yù)熱器預(yù)熱溶液,從預(yù)熱器中出來(lái)的蒸汽與冷凝水經(jīng)汽水分離器分離冷凝水后,進(jìn)入冷凝器冷凝,再去真空系統(tǒng)抽真空以維持Ⅱ效蒸發(fā)器內(nèi)一定的負(fù)壓。經(jīng)過(guò)2年多運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)踐表明,采用二效順流蒸發(fā)工藝比原單效蒸發(fā)工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)節(jié)能降耗顯著:每生產(chǎn)1t農(nóng)用硝酸鉀,耗蒸汽量由原來(lái)2.1t下降為1.3t,節(jié)省蒸汽0.8t。(2)設(shè)備腐蝕現(xiàn)象顯著減輕:原來(lái)2臺(tái)蒸發(fā)器蒸發(fā)操作溫度、壓力、濃度都較高,設(shè)備在惡劣環(huán)境下運(yùn)行,故腐蝕速度較快;采用二效順流蒸發(fā)工藝后,Ⅰ效蒸發(fā)器在低溫度、低濃度環(huán)境下運(yùn)行,Ⅱ效蒸發(fā)器在低溫、高濃度環(huán)境下運(yùn)行,從而緩解了設(shè)備腐蝕速度。5物料表面熱風(fēng)供給分布優(yōu)化硝酸鉀干燥選用的干燥機(jī)為振動(dòng)流化床干燥機(jī)。改造前,采用蒸汽并聯(lián)進(jìn)入三臺(tái)空氣加熱器加熱,每臺(tái)空氣加熱器出口的蒸汽較多,蒸汽損失大,每生產(chǎn)1t農(nóng)用硝酸鉀,干燥機(jī)耗蒸汽量為220kg。硝酸鉀物料的干燥過(guò)程中分為兩個(gè)階段。恒速干燥階段:開(kāi)始干燥時(shí),硝酸鉀物料含有水分較多,干燥過(guò)程主要是除去物料表面含有的自由水及濕分從物料內(nèi)部因毛細(xì)管力遷移到表面的內(nèi)部水。在恒速干燥階段,需大熱風(fēng)量、大氣流速度,把水分汽化的蒸氣從物料表面迅速吹走,以提高干燥速率。降速干燥階段:當(dāng)物料干燥到濕含量達(dá)到臨界含量時(shí),進(jìn)一步干燥使表面出現(xiàn)干點(diǎn),干燥速率下降,在物料的濕含量降至與氣相濕度相應(yīng)的平衡值時(shí),干燥停止。在降速干燥階段,從物料表面水分汽化的蒸氣顯著減少,需要的熱風(fēng)量顯著減少、熱風(fēng)氣流速度顯著減少。根據(jù)這一原理,對(duì)干燥機(jī)內(nèi)部熱風(fēng)供給分布進(jìn)行了改造,將原3臺(tái)空氣加熱器的蒸汽由并聯(lián)進(jìn)汽改為串聯(lián)進(jìn)汽。即蒸汽先進(jìn)入第1臺(tái)空氣加熱器,從加熱器出口排出的蒸汽進(jìn)入第1臺(tái)汽-液分離器進(jìn)行汽-液分離;汽-液分離后的低壓蒸汽送入第2臺(tái)空氣加熱器,加入器排出的蒸汽進(jìn)入第2臺(tái)汽-液分離器進(jìn)行汽-液分離;汽-液分離后的低壓蒸汽送入第3臺(tái)空氣加熱器,加熱器排出的蒸汽進(jìn)入第3臺(tái)汽-液分離器進(jìn)行汽-液分離,蒸汽冷凝水外排供溶解氯化鉀使用。改造后,每生產(chǎn)1t農(nóng)用硝酸鉀,干燥機(jī)節(jié)省蒸汽量為60kg。6降能新技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益硝酸鉀生產(chǎn)采用蒸汽直接加熱溶解氯化鉀、空氣冷卻結(jié)晶、二效蒸發(fā)、蒸發(fā)后溶解硝酸銨、干燥機(jī)空氣加熱器串聯(lián)進(jìn)蒸汽