【doc】氯化钾—硝酸铵复分解法制硝酸钾生产技术开发

【doc】氯化钾—硝酸铵复分解法制硝酸钾生产技术开发 氯化钾—硝酸铵复分解法制硝酸钾生产技 术开发 熙=E蒽踅重爱邑 氯化钾一?硝酸铵复分解法制硝酸钾生产技术开发/ 陈明良周志夹/陈国华 (五I200062)T及; 摘要通过对KC1一m03一KNOj—cl体系的相周分析,理论上求证了以氯化钾和 硝酸铵为原料 制取硝酸钾的可能性,撂计了合理的工艺条件.然后通过实验生蝥验求取井验证了 所取得的工艺条件,为 艄萎薹/~~-o…折一…2蔓魄『8巳.关键词氯化钾复分解硝酸钾相图分析生产技术 开发l孑琵_『I曰【} DevelopmentofProductionTechnologyforManufacture ofPotassimNitratebyDoubleDecompositionofPotassimnChloride andAmmonimnNitrate ChenMingllang,ZhouZhi~.gandChenGuohua AbstractByanalysisofthephasediagramoftheKCI— NH4NO3-KNo3-NH~CIsystem,thepossi— b/lityis&mo~tratedtheomtica? yoftheproductionofpotassimnnitratefrompotassiumchlorideand mimnnitrate,andrationalprocessconditionsadiscussed.Then,theprocessconditionsob- rainedaIefoundandpmvedinlaboratoryexperiments,pmvldingfavorableprocessconditio nsforCOn- dnuousexperiments. Keywm'dspotassiumnitratedoubledecompositionpotassiumchlorideanalysisofphasedia - gramdevelopmentofproductiontechnology 农用硝酸钾(KNO含量>96%)是一种高 教全溶性的氮钾肥(总养份>58%),作物对它 的吸收利用率高.作为化肥,硝酸钾具有广泛 的适应性和显着的优点 硝酸钾的生产方法有高温蒸馏法,低温草 取法,离子交换法.但最主要的还是用可溶性 硝酸盐(硝酸铵,硝酸钠,硝酸钙)与氯化钾,硫 酸钾转化制硝酸钾.全世界年产量70%的硝 酸钾用于农业,其原料成本又占产品成本的 80%以上.因此采用低价的农用硝酸铵与氯化 钾复分解法制硝酸钾成j,十分诱人的工艺,但 目前国内还未见有工业化生产的报道上海化 工研究院于1995年完成了氯化钾一硝酸铵复 分解法制硝酸钾的试验研究,并可为1万t/a 硝酸钾生产装置的基础设计提供所需数据和资 料. 1相图分析 前人对KCI—NthN0~一H20系统进行了不 同温度下的溶解度数据和固相组成的测定,明 确了系统中三相点的数目和所处饱和溶液的性 质,并绘制等温溶解度匿(图1).该体系有 KCI,Nl{4CI,n和NthN0~4个结晶区,每2 个区的分界线表示与2种盐处于平衡的饱和溶 液的组成.这些线相交于E点和F点,而此2 点的饱和溶液与3种盐平衡KC1与NthNO 的结晶区彼此不相连接,这说明KC1与NthNO 盐对是不稳定的.而KN03与NH4CI盐对的结 2I 囤10qc时KC1一NN嘎;=?3+M0 系统的溶解度等温围 晶区沿EF线相连,形成稳定盐对 从多温溶解度图(图2)可以看出,随着温 度的降低,硝酸钾的结晶区急剧增大,即溶解度 显着降低.因此可利用温度变化,完成体系循 环,并得到所需要的产品. 围2KC1一NHaNO3;一q+NC1 系统的溶解度多温围 当溶液蒸发或冷却时,其图形点的移动可 用引结晶射线的方法来确定.如图中a点, 当温度为0?时,a点位于KNO3的结晶区.冷 却时KNO3将结晶析出,溶液组成点沿KNO3一a 结晶射线移动,直至与0的等温线相交于b 点.若将分离出KNO3结晶后组成为b的溶液 在60?下蒸发,由于在60?下,b点属于 NH4Cl结晶区,随着水份减少,NH4Cl将析出 溶液组成点沿射线NH4Ct—b移动至EF线,相 交于c点.进一步蒸发溶液c时,K?与 NH4Ct同时析出,直至E?的位置.从E?点继 续蒸发,则NH4Cl,KNO3,NI{4N3种盐同时析 22 gl业基踅鱼曼点 出,直至溶液全部干涸. 若在蒸发过程中,于z点停止蒸发,滤出 NH,,Cl并往溶液中加入等摩尔比的KCI和 NI~NO3,笋补充水,就把此溶液恢复到原来的 组成点a,而形成一循环.这是由于Z和a位于 KCI—NHzNO3对角线上. 本试验利用KCI—NH4NO3一H2O系统的这 一 性质实现KNO3和NH,,Ct的分离. 表1不同原始组成溶液冷却到0?的结晶率 表1列出了3种不同组成的原始溶液冷却 到0?,KNO3的理论结晶率.从表中数据可 知,K(即KcI)量增加,硝酸钾的一次析出量也 增加,但结晶率(即形成硝酸钾的K量与加入 总K量之比)减少.采用循环时,为了使 每一次冷却结晶所得到的硝酸钾量最多,须采 用较高的KCI量但从该体系溶解度数据的等 水线(见图1)来看,当原始溶液组成向上方移 动时,等水线的数值亦将由低向高增大,说明饱 和溶液的含水量将随NI~NO3含量的增加而降 低.因此从节能角度考虑,采用较高的NI-hNO3 含量有利.至于选用何种组成为工艺的起始 点,应结台工艺全面考虑之. ? 2试验 实验室试验包含硝酸钾冷却结晶和氯化铵 蒸发结晶两部分. 21硝酸钾冷却结晶 采用全循环工艺,因此期望每次冷却结晶 得到高的结晶率,这样循环部分的氧化钾比例 最小.试验选定原料组成点为干盐中KCI: NH4NO3(Trl0l比)O.4:0.6. 实验室试验工作主要是寻找较佳的原料液 浓度和结晶的终点温度,试验结果见表2.硝 酸钾结晶曲线见图3 (1)由图3可见,K2O的结晶率随结晶终 熙些蒽踅童曼. 表2硝酸钾j幸却结晶实验窒试验结果 船 喀 ) 温厦(? 国3?硅钾冷却结晶曲线 cKCI:.~NO3为0.4:0.6.水/干盐为4.23) 点温度降低而显着升高.当水/干盐为4.23 时,结晶率可由20?的36.76%升高到0?的 64.71%. (2)由表2可知.原料液中的水含量对K20 结晶率也有影响.水含量降低,KN的结晶率 增加.但更主要的是对产品质量.即含氯量有很 大的影响.如当水/干盐为3.23时,结晶率达 到8l%,但KNO3中含氯量高达9.95%.需选 择一个合适的水含量,既能有高的K2O结晶 率,又能保证成品K中氯的含量不过高. 我们认为选择水/干盐为4.23是合理的. 2.2氯化铵蒸发结晶 为使氯化钾,硝酸铵复分解制硝酸钾的工 艺得以实现,控制氯化铵的析出量是至关重要 的.由于K和~,4Cl基本上以等当量析 出,在循环液中再加入相等当量的氯化钾,硝酸 铵和适量的水就能使原始液组成不变.试验目 的是寻求析出与硝酸钾等当量的氯化铵的蒸发 结晶条件. 硝酸钾的结晶母液在常压下的沸点温度为 l1O?.从相图上可以看出,在此温度下蒸发, 组成点将进入KC1的结晶区,浓缩过程中会首 先析出Kcl结晶.为了避免Ka的析出,必须 将溶液的沸点温度降低,即在真空状态下操作. 现初步确定在真空度0.09MPa,60?的条件下 进行蒸发. 表3和图4列出了蒸发过程母液(即循环 液)中水含量和Na结晶率的关系.由实验 结果可知,当循环液中水含量约为28%时, N地CI结晶率基本与0?时硝酸钾结晶率相 当.试验确定蒸发结晶终点含水量为'』%时 可以完成循环. * 碍 螺 蛊 城 糖环灌中H.?音量I%) 国4曩化铵结昌事与母液中水古量的关系 3结论 23 王莲踅鲞曼曼 EA—PZ—H2O溶液中CO2转化度的简化计算 驵嚣200237)(华东理工工工所上海T.f 摘要根据CO2一MDEA—PZ—H20俸系的热力学模型计算结果,对体系平钎关系 简化后手出一个 C02舟压与其转化度的简单关系,并关联出计算所需的2个表现平衡常数表达式 该关系式可简使用于 篓MDEAmC02讯关键词——坚毪丝良哩日簧凝.>辛b,几 SilnplifiedCalculationofDegreeofCO2Conversionin MDEA-PZ-IL0Solution LiuHuabing,LiRuijiangandZhangChengfang AbstractM'tersimpllfieafionoftheequilibriumrelationshipoftheC02一MDEA—PZ— H20system basedOnthecalculationresultsfromthethermodynamicmodelofthesystem,asimplerelationisde— rivedoftheC02paalpressureanditsdegree0fconversion,andtwoexpressiansofapparentequilib— riumconstantrequiredforcalculationarecorrelated.TherelationCallbeusedconveniendyintheen一 neeringcalculationoftheprocessofco2renxn,albyMDEA,andthecalculationvalueofco2partial pn~ssureagreeswellwiththeexperimentalvalue.tI1anaveragedeviationof11.3%. KeywordsMDEApiperazinedegreeofC02conversionsimplifiedcalculation 从天然气,氨厂合成气,CO/Ha合成气中脱 除c02是一种重要的气体净化过程.以合成氨 为倒,其能耗约占氨生产总能耗的10%.近十 几年来,MDEA(N一甲基二乙醇胺)脱碳技术的 表3氯化铵结晶率 *试验中依据此含量计算结晶率 (1)通过相图分析,确定以氯化钾一硝酸 铵为原料复分解生产硝酸钾和氰化铵的可能 24 研究和应用得到了很大的发展.该工艺具有 CO2溶解度大,溶液再生能耗低,稳定性好和对 碳钢设备无腐蚀等优点.研究表明,MDEA溶 液中加入少量哌嗪(Pz),可促进co2的吸收和 ?,驴?,驴?,驴?驴?,驴 性,并分析了可行的工艺条件. (2)试验确定硝酸钾冷却结晶工艺条件. 原始组成:KC1:NH~NOz(mol比)=0.4:0.6;水/ 干盐(mol比)=4.23;结晶终点温度:0硝 酸钾产品符合,结晶率>60% (3)确定了氯化铵蒸发结晶的工艺条件. 真空度0.09MPa,温度60,结晶终点母液含 水量一28%. (收稿日期1999一O3一l5)