Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА КАЛИЯ И КОМПЛЕКСНОГО УДОБРЕНИЯ

Изобретение относится к технике производства минеральных удобрений, а именно к технологии получения сульфата калия из хлорида калия и сульфата аммония в водной среде и переработке избыточных растворов на комплексные удобрения.

Известен способ получения сульфата калия и комплексного удобрения (см. патент RU №2144000, кл. C01D 5/08, C05D 1/02, C05G 1/10, публ. 10.01.2000; бюлл. №1), включающий взаимодействие раствора сульфата аммония и суспензии хлорида калия, выделение двойной соли сульфата калия-аммония и ее обработку 5-15%-ным раствором хлорида калия, отделение образовавшегося сульфата калия от маточного раствора, его промывку и возврат маточного раствора на приготовление суспензии хлорида калия. Раствор, полученный после выделения двойной соли, нагревают и в него при интенсивном перемешивании добавляют фосфат аммония и тонкодисперсный хлорид калия, после чего полученную суспензию распыляют и сушат.

Недостатком известного способа является его сложность вследствие опасности термического разложения при сушке суспензии аммонийных солей из-за местных перегревов реакционной массы и выделение в парогазовую фазу дымов хлористого аммония и газообразного аммиака, для улавливания которых необходимо сложное и дорогостоящее оборудование.

Известен способ получения сульфата калия из хлорида калия и сульфата аммония (см. патент RU №2142910, кл. C01D 5/08, публ. 20.12.99; бюлл. №35), включающий взаимодействие раствора сульфата аммония с суспензией хлорида калия, выделение двойной соли сульфата калия-аммония и обработку ее раствором хлорида калия при отношении жидкого к твердому, равном 0,7-1,5, выделение полученного продукта и его промывку. При этом осуществляют ретурный возврат двойной соли сульфата калия-аммония, являющейся продуктом взаимодействия раствора сульфата аммония с суспензией хлорида калия, в количестве до 100% и жидкой фазы до отношения жидкого к твердому, меньшего или равного 7, в реакционной смеси, а раствор сульфата аммония подают порционно при увеличении общего расхода хлорида калия на 5-15%. Выделение полученного продукта ведут на фильтре и фильтрат возвращают на приготовление суспензии хлорида калия и продукт после промывки подвергают сушке. Жидкую фазу, полученную после фильтрации двойной соли сульфатов калия-аммония, сушат с получением NK-удобрения.

Недостатком известного способа является его сложность вследствие необходимости сушки разбавленных водных растворов аммонийных солей, что приведет к перегреву сухого продукта топочными газами и выделению хлористого аммония и аммиака в парогазовую фазу.

Известен способ получения сульфата калия - прототип (см. патент RU №2144501, кл. C01D 5/08, C05D 1/02, публ. 20.01.2000; бюлл. №2), включающий взаимодействие раствора сульфата аммония с суспензией хлорида калия с выделением двойной соли сульфата калия-аммония, ее обработку 5-15%-ным раствором калийной соли, отделение образовавшегося сульфата калия от маточного раствора и направление маточного раствора на стадию получения двойной соли, промывку сульфата калия раствором калийной соли, при этом в качестве калийной соли используют раствор сульфата калия, обработку двойной соли ведут при Ж:Т>1,5. Раствор со стадии получения двойной соли обезвоживают с получением комплексного удобрения.

Недостатком известного способа является его сложность вследствие необходимости прямого обезвоживания растворов с получением комплексного удобрения, что не исключает возможности разложения аммонийных солей в процессе термического на них воздействия и требует применения сложной и дорогостоящей системы газоочистки.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса получения комплексного удобрения в производстве сульфата калия взаимодействием сульфата аммония с хлоридом калия в водной среде.

Поставленная задача решается тем, что в отличие от известного способа, включающего взаимодействие растворов сульфата аммония с суспензией хлорида калия с выделением двойной соли сульфата калия-аммония, ее обработку 5-15%-ным раствором калийной соли, отделение образовавшегося сульфата калия от маточного раствора и направление маточного раствора на стадию получения двойной соли, промывку сульфата калия раствором калийной соли, обезвоживание раствора со стадии выделения двойной соли сульфата калия-аммония с получением комплексного удобрения, по предлагаемому способу обезвоживание раствора ведут в кожухотрубчатых выпарных аппаратах при атмосферном давлении до содержания солей в растворе не более 50%, а затем под вакуумом при содержании твердой фазы в упариваемом растворе 5-20%, выделяют из полученной суспензии твердую фазу гидроклассификацией и фильтруют с получением комплексного азотно-калийного удобрения, а жидкую фазу возвращают на обезвоживание. В качестве раствора калийной соли используют растворы хлорида калия или сульфата калия.

Сущность способа состоит в следующем. В отличие от известного способа обезвоживание растворов, полученных взаимодействием растворов сульфата аммония с суспензией хлорида калия с выделением двойной соли сульфата калия-аммония, ведут в кожухотрубчатых выпарных аппаратах при атмосферном давлении до содержания солей в растворе не более 50%, а затем под вакуумом при содержании твердой фазы в упариваемом растворе 5-20%. Полученную суспензию подвергают гидроклассификации и фильтрации с выделением второго целевого продукта - комплексного азотно-калийного удобрения, а жидкую фазу возвращают на обезвоживание.

В ходе экспериментов по предлагаемому способу установлено, что при обезвоживании растворов, содержащих хлориды и сульфаты калия-аммония, при атмосферном давлении в кожухотрубчатых аппаратах до содержания в них 40-50% солей твердая фаза не образуется, температура кипения раствора постепенно повышается со 102 до 120°С (при сумме солей соответственно 27 и 49,5%), раствор при повышенной температуре является однородным и инкрустации греющих поверхностей не наблюдается. Ниже приведены данные об изменении коэффициента теплопередачи в зависимости от содержания твердой фазы в упариваемом растворе.

При создании вакуума в выпарном аппарате происходит охлаждение раствора и интенсивная кристаллизация из раствора твердой фазы за счет дальнейшего испарения воды из раствора и понижения температуры суспензии. При этом установлено, что до содержания твердой фазы в суспензии менее 5% наблюдается инкрустация греющих поверхностей, однако при дальнейшем повышении содержания твердой фазы в упариваемом растворе интенсивность зарастания резко снижается за счет кристаллизации солей на кристаллах, находящихся в суспензии. Одновременно происходит очистка греющей поверхности вследствие воздействия суспензии, обладающей абразивными свойствами. При содержании твердой фазы в суспензии более 10% инкрустация поверхностей незначительна. Дальнейшее увеличение концентрации твердой фазы в суспензии за счет упаривания раствора под вакуумом способствует равномерности кипения и укрупнению частиц твердой фазы, однако при содержании твердой фазы в суспензии более 20% создаются трудности с ее циркуляцией и перекачкой.

Упаривание раствора при атмосферном давлении ведут до концентрации солей не выше 50%, так как при дальнейшем удалении воды из раствора наблюдается кристаллизация солей, инкрустация греющих поверхностей солевыми отложениями и снижение эффективности теплопередачи.

Понижение содержания солей менее 40% в упариваемом растворе целесообразно лишь в случае использования многокорпусных выпарных станций с перераспределением тепла растворного пара по корпусам.

При использовании многокорпусных выпарных установок, например трехкорпусных, работающих по принципу прямотока, создаются оптимальные условия обезвоживания раствора как при атмосферном давлении, так и под вакуумом. Суспензия, выгружаемая из последнего корпуса, работающего под максимальным вакуумом, имеет минимальную температуру, что позволяет без охлаждения подвергать ее гидроклассификации и фильтрации.

Суспензию, полученную обезвоживанием исходного раствора на выпарной установке, подвергают гидроклассификации, например, на сгустителях и (или) циклонах с получением второго целевого продукта с массовой долей воды 4-6%, жидкую фазу направляют на обезвоживание.

Образовавшаяся твердая фаза представляет собой комплексное азотно-калийное удобрение, имеющее состав, соответствующий составу исходного раствора. Продукт может быть использован непосредственно в качестве азотно-калийного удобрения либо для производства гранулированных NPK-удобрений, например, путем добавления аммофоса и других компонентов в заданном соотношении с последующей грануляцией смеси в барабанах-грануляторах.

По предлагаемому способу в качестве раствора калийной соли с содержанием основного вещества 5-15% используют растворы хлорида калия или сульфата калия. Растворы хлорида калия используют при производстве сульфата калия с содержанием хлорид-иона в нем не более 1%, а растворы сульфата калия - при получении целевого продукта с содержанием хлорид-иона менее 0,4%.

Решение задачи предлагаемого изобретения - упрощение процесса получения комплексного удобрения в производстве сульфата калия взаимодействием сульфата аммония с хлоридом калия в водной среде достигается тем, что заявляемые технические решения позволяют исключить опасность разложения аммонийных солей за счет обезвоживания растворов методом упаривания, так как процесс выделения кристаллов происходит в водной среде с образованием твердых растворов хлоридов-сульфатов калия-аммония. Упрощение процесса достигается за счет исключения из технологического цикла сложного и дорогостоящего узла газоочистки от возгонов хлорида аммония и паров аммиака, образующихся при разложении хлорида и сульфата аммония. Кроме того, в отличие от известного способа, по которому паро-газовая смесь, имеющая температуру свыше 130°С, сбрасывается на газоочистку, по предлагаемому способу тепло растворного пара и конденсата используется для упаривания суспензии под вакуумом и нагрева щелоков.

Способ осуществляется следующим образом.

При взаимодействии раствора сульфата аммония с суспензией хлорида калия с выделением двойной соли сульфата калия-аммония получают раствор состава: 7-9% KCl, 7-9% (NH₄)₂SO₄, 12-14% NH₄Cl, H₂O - остальное.

Двойную соль обрабатывают 5-15%-ным раствором калийной соли, в качестве которой используют хлорид или сульфат калия в зависимости от требования потребителей к содержанию хлорид-иона в целевом продукте - сульфате калия.

При содержании хлорид-иона в сульфате калия не более 1% используют хлорид калия, а при содержании хлорид-иона менее 0,4% - сульфат калия.

Образующийся сульфат калия выделяют фильтрацией, а жидкую фазу - маточный раствор используют для приготовления суспензии хлорида калия. Сульфат калия после сушки используют как целевой продукт.

Раствор, полученный после выделения двойной соли сульфата калия-аммония, обезвоживают в кожухотрубчатых выпарных аппаратах при атмосферном давлении до содержания солей 40-50%, а затем под вакуумом при содержании твердой фазы в упариваемом растворе 5-20%.

Полученную суспензию подвергают гидроклассификации в сгустителях и (или) гидроциклонах и фильтрации, например, на центрифугах с получением комплексного азотно-калийного удобрения, имеющего солевой состав, соответствующий составу исходного раствора.

Продукт может быть использован непосредственно в качестве азотно-калийного удобрения с содержанием в пересчете на K₂O 16-18%, N 16-18%.

Продукт также является ценным компонентом при производстве сбалансированных NPK-удобрений, например, путем добавления к нему аммофоса и других компонентов в заданном соотношении с последующим смешением и гранулированием в барабанах-грануляторах.

Примеры осуществления способа

Пример 1.

1000,0 мас.ч. раствора сульфата аммония с массовой долей 35,5% (NH₄)₂SO₄ подвергли взаимодействию с 375,3 мас.ч. хлорида калия с выделением 435,4 мас.ч. двойной соли сульфата калия-аммония. Получили раствор с массовой долей 8,3% KCl, 7,7% (NH₄)₂SO₄, 12,7% NH₄Cl, H₂O - остальное. Двойную соль обработали 458,6 мас.ч. 10%-ного раствора KCl, полученную суспензию разделили фильтрацией с получением сульфата калия, который после сушки имел состав: 92,2% K₂SO₄, 1,1% KCl, 6,2% (NH₄)₂SO₄, 0,5% H₂O; или в пересчете на К₂O - 50,5%, хлорид ион - 0,5%.

Раствор, полученный после выделения двойной соли сульфата калия-аммония, обезводили в кожухотрубчатом выпарном аппарате с принудительной циркуляцией при атмосферном давлении до содержания солей 45% при температуре 117°С. Затем раствор обезводили на втором выпарном аппарате под вакуумом 650 мм рт.ст. и при температуре 68°С до содержания 15% твердой фазы. Полученную суспензию сгустили и затем расфильтровали на центрифуге. Получили NK-удобрение состава: 27,4% KCl, 25,6% (NH₄)₂SO₄, 42,2% NH₄Cl, 4,8% Н₂О с соотношением K₂O:N:S=1,0:0,97:0,37 с суммой питательных веществ 40,1%.

Пример 2.

Способ осуществляли в соответствии с примером 1, но в качестве раствора калийной соли использовали 8%-ный раствор сульфата калия и получили сульфат калия состава: 91,8% K₂SO₄, 0,6% KCl, 6,9% (NH₄)₂SO₄, 0,7% H₂O; или в пересчете на K₂O - 50,0%, хлорид ион - 0,3%. Жидкую фазу после выделения комплексного удобрения объединили с раствором, упаренным при атмосферном давлении, а содержание твердой фазы при обезвоживании под вакуумом поддерживали на уровне 20%.

Пример 3.

В соответствии с примером 1 получили азотно-калийное удобрение состава: 27,4% KCl, 25,6% (NH₄)₂SO₄, 42,2% NH₄Cl, 4,8% H₂O.

Для получения комплексного удобрения с соотношением питательных веществ К₂O:P₂O₅:N=1:1:1,5 добавили к 100 мас.ч. азотно-калийного удобрения 34,4 мас.ч. аммофоса с содержанием 50% Р₂O₅ и 12% N, а также 11,1 мас.ч. карбамида с содержанием 46% N. Полученную смесь подвергли гранулированию в барабане-грануляторе известным способом и получили удобрением состава: К₂О:P₂O₅:N=1:1:1,5 или 11,8% К₂O; 11,8% Р₂O₅; 17,7% N; 4,3% S с суммой питательных веществ 45,6%.