Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО КАЛИЯ

Изобретение относится к технологии получения хлористого калия методом растворения - кристаллизации.

Известны способы получения хлористого калия из сильвинитовых руд, включающие их растворение, кристаллизацию целевого продукта из горячего осветленного раствора, насыщенного хлористым калием и хлористым натрием, на установках вакуум-кристаллизации (ВКУ), рекуперацию тепла растворного пара первой части ВКУ охлажденным сильвинитовым раствором, полученным после выделения из него кристаллизата - целевого продукта, образующегося при вакуум-охлаждении насыщенного раствора. Конденсация растворного пара второй части ВКУ осуществляется в конденсаторах смешения водой из системы оборотного водоснабжения с возвратом слива конденсаторов в открытую систему оборотного водоснабжения - на градирни - см., например, М.Е. Позин. Технология минеральных солей. Изд. «Химия», 1978, с. 38-43. Недостатком известных способов является снижение выхода кристаллизата хлористого калия с 1 м³ осветленного насыщенного раствора в летний период работы в связи с повышением температуры воды в системе оборотного водоснабжения, что влечет за собой увеличение объема циркулирующих растворов в цикле растворение - кристаллизация, следовательно, возрастание энергозатрат.

С целью устранения существующих проблем в системе конденсации растворного пара второй части ВКУ предлагается использовать так называемый «искусственный холод» - патент РФ №2465203 «Способ получения хлористого калия» от 13.01.2011. Способ отличается тем, что тепло растворного пара второй части ВКУ отводят через теплообменники теплоносителем, охлажденным с применением закрытой холодильной установки, распределение теплоносителя по теплообменникам осуществляется в зависимости от перепада температур между корпусами ВКУ, а сливы теплоносителя из теплообменников возвращают на холодильную установку. Сливы теплоносителя из теплообменников объединяют и дополнительно охлаждают смешением при наличии ограничений по его температуре с частью исходного охлажденного теплоносителя до температуры, определяемой требованиями холодильных установок к возвращаемому на установку теплоносителю.

Недостатки данного способа заключаются в необходимости использования дорогостоящих и сложных в эксплуатации холодильных установок (холодильных машин, аммиачных или фреоновых, либо климатических установок с воздушным охлаждением в зимнее время) для охлаждения воды, либо других теплоносителей (например, растворов гликолей), направляемых на конденсацию растворного пара второй части ВКУ.

На действующих калийных предприятиях конденсация растворного пара второй части вакуум-кристаллизационных установок осуществляется в конденсаторах смешения. В соответствии с патентом РФ №2465203 «Способ получения хлористого калия» для конденсации растворного пара второй части ВКУ используются теплообменники - кожухотрубчатые или пластинчатые. Таким образом, ввод в работу холодильных установок должен сопровождаться заменой установленного оборудования для конденсации пара на действующих предприятиях.

Работа закрытых холодильных установок связана с использованием веществ, небезопасных для здоровья человека, таких как аммиак, фреоны, растворы гликолей.

Известен способ получения хлористого калия - прототип - см. Горный журнал, №8, 2007, ISS №0017-2278, www.rudmed.ru, Технология производства галургического хлористого калия в России и Беларуси, с. 25-30, включающий охлаждение горячего, насыщенного по хлористому калию и хлористому натрию раствора на установках вакуум-кристаллизации с температуры (90-97)°С до (25-40)°С, рекуперацию тепла растворного пара первой части ВКУ охлажденным раствором, полученным при выделении целевого продукта - кристаллизата хлористого калия, отвод тепла растворного пара второй части ВКУ на конденсаторы смешения путем подачи в них воды из системы оборотного водоснабжения с возвратом слива конденсаторов на градирни для охлаждения.

Недостатки данного способа обусловлены тем, что температура воды в системе оборотного водоснабжения в летний период составляет (25-26)°С и выше; с целью снижения ее температуры осуществляется сброс части отработанной воды в открытые водоемы и пополнение системы оборотного водоснабжения холодной речной водой, в связи с чем возникают проблемы экологического характера, поскольку вода в системе оборотного водоснабжения имеет повышенную засоленность. Засоленность оборотной воды - повышенное содержание хлоридов калия, натрия и магния, достигающее 1,5 г/дм³ - обусловлена брызгоуносом в корпусах ВКУ. При охлаждении на градирнях также имеет место интенсивный брызгоунос засоленной оборотной воды, особенно при сильном ветре, сопровождающийся загрязнением атмосферного воздуха солями: хлоридами калия, натрия и магния.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение выхода целевого продукта - кристаллизата хлористого калия с одновременным улучшением гранулометрического состава получаемого продукта.

Технический результат достигается тем, что в способе получения хлористого калия, включающем охлаждение горячего насыщенного по хлористому калию и хлористому натрию раствора на установке вакуум-кристаллизации (ВКУ), рекуперацию тепла растворного пара первой части ВКУ охлажденным раствором, полученным после выделения целевого продукта, конденсацию растворного пара второй части вакуум-кристаллизационной установки в конденсаторах смешения, в соответствии с предлагаемым изобретением, растворный пар второй части ВКУ конденсируют путем подачи в каждый конденсатор смешения рассола со шламохранилищ галургических и флотационных калийных фабрик с управлением расходом рассола в зависимости от перепада температур между корпусами вакуум-кристаллизационной установки.

Сущность способа как технического решения заключается в следующем.

По предлагаемому способу растворный пар второй части ВКУ конденсируют подачей рассолов со шламохранилищ галургических и флотационных калийных фабрик индивидуально в каждый конденсатор смешения второй части ВКУ с управлением расходом рассола в зависимости от перепада температур между корпусами ВКУ, что позволяет достигнуть равномерного охлаждения раствора во второй части вакуум-кристаллизационной установки, и за счет этого получать кристаллизат хлористого калия с однородным гранулометрическим составом, улучшая, таким образом, потребительские свойства продукта.

Температура рассолов в шламохранилищах всегда ниже, чем воды в системе оборотного водоснабжения, а также речной воды. В летнее время года температура рассолов не превышает 20°С, в холодное время года составляет не более чем (3-5)°С. При использовании для конденсации растворного пара второй части ВКУ рассолов эффективность охлаждения насыщенного раствора возрастет по сравнению с достигнутой в настоящее время, следовательно, возрастет выход целевого продукта - кристаллизата хлористого калия.

В таблице 1 приведены данные по выходу кристаллизата хлористого калия с 1 м³ осветленного раствора со степенью насыщения по KCl 97% при температуре 97°С в зависимости от температуры в последнем корпусе ВКУ, которая, в свою очередь, определяется температурой теплоносителя, подаваемого на конденсацию растворного пара.

Охлаждение воды в системе оборотного водоснабжения с использованием градирни возможно в самое холодное время года до (12-15)°С; температура в последнем корпусе ВКУ при этом будет не ниже чем 25°С. При использовании рассола со шламохранилища в холодное время года возможно охлаждения раствора на ВКУ до 15°С и ниже. Выход кристаллизата хлористого калия при этом возрастет со 136,3 до 155,5 кг с 1 м³ осветленного насыщенного раствора, то есть на ~15%.

При этом не требуется использование дорогостоящего и сложного в эксплуатации оборудования специальных холодильных станций, работа которых сопровождается дополнительными энергозатратами на охлаждение теплоносителя до низких температур с использованием таких реагентов, как аммиак, фреоны, растворы гликолей.

По предлагаемому способу при использовании рассола для конденсации растворного пара второй части ВКУ в конденсаторах смешения проблема брызгоуноса из корпусов ВКУ перестает иметь значение, поскольку рассол представляет собой раствор тех же самых солей - хлоридов калия, натрия и магния.

По предлагаемому способу сливы конденсаторов, представляющих собой смесь рассола с конденсатом растворного пара, направляют обратно на шламохранилища. Охлаждение отработанного рассола и испарение воды из него при этом происходит в естественных условиях за счет климатических факторов. Площади шламохранилищ на действующих калийных предприятиях достигают десятков гектаров, охлаждение рассолов в них происходит с высокой интенсивностью.

Так, в Пермском крае, в котором работают калийные предприятия на базе руд Верхнекамского месторождения, продолжительность холодного периода – с октября по май; температура рассолов в шламохранилищах не превышает в этот период 5°С, а в период с декабря по март достигает нулевых и отрицательных значений. Предлагаемый способ не требует замены установленного оборудования для конденсации растворного пара второй части ВКУ - конденсаторов смешения, и позволит вовлечь в технологический процесс отходы производства - рассолы из существующих шламохранилищ.

Способ осуществляется следующим образом.

Осветленный насыщенный раствор с температурой (90-97)°С, насыщенный по хлористому калию и хлористому натрию, подают на вакуум-кристаллизационную установку, на которой насыщенный раствор охлаждается до температуры (15-33)°С с получением кристаллизата хлористого калия, который выделяют из образующейся суспензии сгущением и фильтрацией.

Раствор после отделения кристаллизата хлористого калия подают для рекуперации тепла первой части ВКУ в поверхностные теплообменники (конденсаторы), в которых раствор нагревается за счет тепла растворного пара, который при этом конденсируется.

Конденсация растворного пара второй части ВКУ осуществляется в конденсаторах смешения подачей рассола со шламохранилища индивидуально в каждый конденсатор смешения с управлением расходом рассола в зависимости от перепада температур между корпусами ВКУ, что позволяет достигнуть равномерного охлаждения раствора во второй части вакуум-кристаллизационной установки, и за счет этого получать кристаллизат хлористого калия с однородным гранулометрическим составом, улучшая, таким образом, потребительские свойства продукта.

Слив конденсаторов смешения, в которые подается рассол со шламохранилища, направляют обратно на шламохранилища, где происходит испарение из рассола воды и охлаждение рассола за счет климатических факторов.

Пример осуществления способа

1000 м³/ч осветленного раствора, насыщенного по хлористому натрию и со степенью насыщения по хлористому калию 97%, с температурой 97°С подавали на установку вакуум-кристаллизации, состоящую из 14 ступеней, где охлаждали до температуры 18°С за счет испарения воды из жидкой фазы суспензии под вакуумом. Для предотвращения кристаллизации в твердую фазу хлористого натрия в вакуум-кристаллизаторы добавляли воду в количестве, эквивалентном испарению воды под вакуумом.

Образующийся при охлаждении раствора кристаллизат хлористого калия в количестве 149,5 т/ч выделяли из охлажденной суспензии сгущением и фильтрацией с получением целевого продукта.

Раствор, полученный после выделения кристаллизата хлористого калия, с температурой 18°С направляли в поверхностные теплообменники (конденсаторы) первых девяти ступеней ВКУ, в которых раствор нагревался до 65°С за счет рекуперации тепла растворного пара, а затем поступал для дополнительного нагревания для растворения сильвинитовых руд.

В первой части ВКУ суспензия кристаллизата хлористого калия охлаждалась до 51°С и далее поступала во вторую часть ВКУ, где охлаждалась до 18°С.

Растворный пар второй части ВКУ, состоящей из пяти корпусов, поступал в конденсаторы смешения, в каждый из конденсаторов индивидуально подавался рассол со шламохранилища с температурой 5°С.

Управление расходом рассола в каждый конденсатор осуществляли таким образом, чтобы обеспечить перепад температуры между корпусами второй части ВКУ (5-6)°С. Слив конденсаторов смешения (смесь рассола с конденсатом растворного пара) направляли на шламохранидище, где происходило испарение из рассола воды и охлаждение рассола за счет климатических факторов.

Из приведенного описания видно, что благодаря предлагаемым техническим решениям достигается повышение выхода кристаллизата хлористого калия с одновременным улучшением гранулометрического состава получаемого продукта и, следовательно, его потребительских свойств, упрощение процесса получения целевого продукта без дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат, а также без негативных последствий экологического характера.