硫酸钾生产工艺的比较和选择.doc

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硫酸钾生产工艺的比较和选择

随着我国农业经济的发展，忌氯作物如烟草、柑桔、西瓜和茶叶等种值量逐年上升，无氯钾肥显得越来越重要，需求量随之不断提高硫酸钾一直被认为是生产无氯钾肥的最好原料，尤为突出的是硫酸钾不仅含钾，同时也是一种硫肥，这对缺硫地区更为重要。

据对我国南方10省市土壤分析，缺硫耕地面积在600万公顷左右，约占耕地总面积的25%；与此同时，我国又是世界忌氯作物最大种植国之一，全国西瓜种植面积近1333万公顷，需硫酸钾20万t／a。

然而我国又是贫钾国，还未发现可直接生产硫酸钾的矿源。

历年来我国所需的硫酸钾几乎全部从国外进口，每年进口量在5O～80万t左右，预计本世纪末国内年需求量达100万t。

因此，加速发展我国硫酸钾生产技术已势在必行。

1．国内外生产消费状况

目前，世界硫酸钾总生产能力为420万t／a，消费量为300万t／a，占世界K2O总消费量的6%。

硫酸钾生产方法有两种：

一种是从矿石或卤盐中提取，另一种由KCl转化。

其中13%取自盐湖和卤水．50%来自矿石，37%由KCl转化。

世界硫酸钾总生产能力的一半集中在西欧，其它还有美国、南朝鲜、台湾、前苏联和日本等，全球硫酸钾贸易量已超出200万t／a。

我国是硫酸钾消费大国，年需求量在60～80万t，是世界上消费量上升最快的国家。

l992年9月化工部召开了“硫酸钾技术交流会，目的在于探讨我国建设硫酸钾装置的可行性。

此后，云南磷肥厂引进日本技术建立了我国首套硫酸钾生产装置，随后我国又自行开发了由KCI转化为硫酸钾的技术。

现国内已有硫酸钾装置约20套，总生产能力在10～

12万t，离实际需求量相差甚远。

国内硫酸钾市场仍以进口为主。

国内市场，氯化钾到岸价120美元／t，市场价900～1000元／t，硫酸钾到岸价240美元／t，市场价2000～2200元／t，硫酸钾价格是氯化钾的两倍。

由于国家烟草局等部门对硫酸钾仍实行部分补贴，有的地区硫酸钾价格在1700～1900元／t。

但随着市场经济的改革及白行调整，预测硫酸钾价格维持在2200元／t，并呈继续上升趋势。

2．生产工艺方法的比较及选择

世界上由氯化钾转化为硫酸钾生产工艺见表1，这些工艺除石膏法外国内都有装置。

表1硫酸钾生产工艺

2.1从原料来源比较

曼海姆法和硫铵法原料最普遍，硫酸市场货源充足，且很多厂家本身就有硫酸装置。

硫铵法可以采用农用级或工业级硫铵，货源较充足，也可以采用钢铁厂、有机化工厂或制药厂等副产硫铵因此拟建厂家选择硫铵法，原料来源是十分广宽的。

若利用有机化工厂或制药厂副产硫铵母液作原料，不仅大大降低产品成本，而且消除了环境污染，变废为宝，具有明显的社会效益和经济效益。

若采用芒硝法或硫酸镁法，拟建厂必须拥有或靠近芒硝矿场、盐湖或盐场苦卤资源。

因为芒硝和苦卤加工成本在500～600元／t，若需长途运输是不经济的，且芒硝和苦卤资源也有限石膏法可以采用副产磷石膏作原料，成本低廉。

但无论采用复盐法还是加压氨解法，技术和设备要求高，操作难，到目前为止还未能工业化。

缔置法需要的原科有硫酸、液氨、缔合剂等多种，所用的缔合剂价格高（2～3万元／t），货源紧，不能完全回收，且有一定毒性。

2.2从投资、成本情况比较

国内宜采用的工艺方法的投资等综合比较见表2。

表2各生产工艺综合比较（万t／a规模）

从成本上看，硫酸镁法和芒硝法成本最低，但建厂有条件限制。

硫铵法适中，但投资费用最低（只占曼海姆法的13%，芒硝法的20%，缔置法的60%），资金回收周期短。

缔置法和曼海姆法成本最高，投资最高，回收期长。

从产品质量看，虽然硫铵法指标略差一些，但作为无氯复台肥的农用硫酸钾已完全符合要求了。

拟建厂者若采用曼海姆法需要大量资金投人，否则不宜选择此法。

2.3从技术、设备和操作情况比较

曼海姆法技术先进、成熟，国外大多数装置采用此法，但此法操作温度高（炉温700℃以上），操作难度大，设备材质要求高，所用的耐火材料需全部进口，炉体砌成难度大，能耗高，炉体维修困难。

硫铵法工艺流程简单，可靠性高，连续性好，操作温度低（60～70℃），能耗低，采用先进的循环连续反应工艺，是较适宜的工艺之一。

芒硝法和硫酸镁法操作温度较低，产品质量较高，但为了提高钾回收率和转化率，工艺过程中多次进行蒸发、结晶、分离等步骤，流程长且复杂，能耗较高，操作较繁，从工艺、技术先进性来看没有突出之处。

缔置法钾转化率较高，反应条件温和是较先进的工艺之一，但由于采用萃取反萃取步骤，流程较复杂，技术条件尚不十分成熟。

3.4从副产物比较

曼海姆法和芒硝法副产盐酸和氯化钠是市场滞销产品，生产经常因副产物满库难以平衡而停产。

硫铵法副产氯化铵，其本身是一种普通氮肥，是市场紧销的普通复合肥的重要原料。

综上所述，对一般厂家来说，硫铵法是适合国内的最佳方法。

国内正在运行的装置约60%是采用硫铵法生产的。

国内拥有硫铵法生产技术的有上海化工研究院、南化（集团）公司研究院、湖南化肥工业公司、河北工学院等单位，还有多家生产厂家正在自行开发。

各开发的硫铵法也有些差异，如上海院采用不循环，一步制取；南化院和湖南化肥公司采用循环法；河北工学院工艺所采用的相图数据是最精确的，由于数据精确，配料循环量准确，生产稳定。

北京1.5万t／a装置即采用此技术。

经多套装置运行总结，硫铵法也存在许多问题，如传热效率不好，结晶效果不佳，产品组成波动较大，生产不稳定，设备腐蚀较严重等等。

3硫铵法生产工艺简述

以硫酸铵和氯化钾为原料，水相转化制取硫酸钾和氯化铵，反应如下：

2（m+1）KC1+（m+1）（NH4）2SO4mK2SO4·（NH4）2SO4+2mNH4C1·KC1

其工艺流程见图1。

KC1（NHt）zSO-

硫酸钾成品氯化氨副产物

图l硫铵法工艺流程

3.1原料规格

氯化钾K2O%≥57%青海产

K2O%≥60%进口

硫酸铵N%≥20%或副产硫铵母液

3.2产品规格

3.3消耗定额

4结束语

硫铵复分解法生产硫酸钾因其工艺适合国内生产，迄今，该工艺已有多套装置在运行，各项工艺指标均达设计要求。

其优点是：

a工艺技术较先进，操作方便，原料消耗指标低，能耗低，投资省，产品成本低，利润高。

b主副产品均为肥料，工艺过程中无废气、废渣、废水排放。

c可利用副产的硫铵母液为原料，成本大为降低，估计产品成本只有1100元／t，综合利用效益极高。

随着世界经济的发展和我国农业市场的建立和完善，世界对硫酸钾需求将进一步扩大，预计本世纪末需求量为350万t／a，国内缺口很大，今后几年内，开发和建立氯化钾转化为硫酸钾装置，具有较好的社会效益和经济效益。

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