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硝铵转形生产硝酸钾
硝铵转形生产硝酸钾
硝铵产品转换〔消费硝酸钾〕技术
〔复分解法〕
一、性质
〔一〕、消费原料的性质
1、氯化钾〔KCL〕的性质
分之式:
KCL,分之量:
74.55,实际含钾量:
63.17%,农用氯化钾含钾量:
60.00%。
易溶于水,50℃在水中溶解度为29%;细微吸潮,不容易结块;主要用作钾肥,是钾肥中用量最大、最广、最悠久的种类;也是消费硫酸钾、硝酸钾的原料。
2、硝铵〔NH4NO3〕的性质
分之式:
NH4NO3,分子量:
80.04,是无色结晶;含氮量:
35.00%;硝铵易溶于水、易结块;在常温下是动摇的,当在200-270℃时发作分解,分解式:
NH4NO3=N2O+2H2O;温度高于400℃时迅速分解,分解式:
NH4NO3=N2+1/2O+2H2O。
〔二〕、消费产品的性质
1、硝酸钾〔KNO3〕的性质
硝酸钾是一种重要的无机化工产品和无氯氮、钾二元高质量化肥,属二级氧化剂,为无色透明斜方或三方品系晶体或白色粉末,比重2.109〔16℃〕,熔点337-339℃,在400℃时分束缚出氧气生成亚硝酸钾,继续加热那么生成氧化钾。
硝酸钾与易燃物,无机物接触碰撞时惹起熄灭爆炸,并放出有毒的抚慰性气体,与碳或硫一同加热时,能收回强光并剧烈熄灭,分子式KNO3,分子量101.11,易溶的水、稀乙醇、甘油,但不溶于无水乙醇和乙醚,在空气中不易潮解。
2、氯化铵〔NH4CL〕的性质
氯化铵为本工艺的副产品,分之式:
NH4CL,分子量:
53.50,含N:
24%,K20:
3%-4%,是一种氮、钾复合肥,主要用于农肥以及多元,配复混肥的制造及加工。
二、硝酸钾运用
1、硝酸钾在农业上的运用
农用硝酸钾肥主要用于忌氯经济作物,如烟草、茶叶、瓜果、蔬菜、花卉、甘蔗、咖啡作物等,也可以用于受恶劣气候影响的作物,使其可以迅速吸收营养,恢复生长,硝酸钾还常用于时节性作物和夏季作物,特别适用于盐碱地域农作物施肥,可清楚提高农作物产量和质量。
硝酸钾作为农用化肥施用,具有以下诸多优势:
〔1〕硝酸钾是高质量氮〔N〕钾〔K2O〕二元复合肥,其含N:
13.50-14.20%,K2O:
44.5-45.20%,总有价元素可达60%左右,全部为营养元素,不含其它有害杂质,对任何农作物都可运用,具有普遍顺应性。
〔2〕硝酸钾所含的氮元素为硝基氮,硝基氮能促进钾及其他阳离子的吸收,硝基氮在任何温度下均可向作物迅速提供营养,故其适用于夏季作物
〔3〕由于硝酸钾不含其它有效化学成分和盐类,和Cl-,SO42-,Na+等离子,因此特别适宜于对氯离子〔Cl-〕敏感的作物,同时不会在土壤中因盐类的积聚而招致土壤盐渍化板结或因盐类在农作物根部积聚所惹起的作物病变。
〔4〕硝酸钾具有易溶解性和无氢释放的特点,在无需添加土地酸性条件下,其有效成分可被植物迅速吸收,即使在枯燥的土壤中,其肥效亦不会遭就任何影响。
〔5〕硝酸钾适用各种施肥方式,由于本品没有挥发性,故可直接施用于土地表层,而不需复盖,这对生临时作物极为有利。
由于其高溶解性特点,本品可以作为理想的液肥运用,其与氮、磷在配合后可用于滴灌、渠灌及叶面喷施,不只适用于现代化大农业作业而且可增加用量,降低本钱。
2、硝酸钾在工业上的运用
工业级硝酸钾与农用硝酸钾功用完全分歧,其独一不同表如今纯度上,目前我国尚无农用硝酸钾规范,参照美国规范其含KNO3量96%,而工业级硝酸钾要求含KNO3量99.7%〔优级〕,99.4%〔一级〕99%〔合格〕。
工业硝酸钾主要用作工业原料,运用于火药、焰火、导火索、火柴、金属焊接助剂,氨催化剂,在医药上用作利尿、发汗剂、清凉剂及消费青霉素钾盐,利福对等药物,还用于玻璃制品,光学玻璃,陶瓷,计算机和彩电玻壳等行业。
在食品和机械行业也有一定运用。
三、市场剖析
1、世界硝酸钾市场需求及预测
硝酸钾的消费主要集中在以色列、智利、美国等国度,产量约100万吨,消费也集中在美国、日本、西欧等经济兴旺的国度和地域。
例如美国用于农业消费中硝酸钾占世界硝酸钾总消费量的80%左右。
由于开展中国度如中国、巴西等对硝酸钾的需求增长较快,估量在今后的几年内,世界农业硝酸钾消费量将会以7%~8%的年均速度递增,世界农用硝酸钾的市场前景较好。
2、硝酸钾产品进出口状况
由于对硝酸钾的肥效认同较晚,且其价钱偏高,所以我国在农业上运用硝酸钾作为肥料是近几年才开展的。
我国施用的农用硝酸钾,少数依赖出口。
3、国际硝酸钾市场需求预测
我国农业级硝酸钾主要靠出口,1997年农业级硝酸钾的消费量约为5万吨,我国工业级硝酸钾消费量在没有新的市场开发之前,基本维持在2万吨/年左右。
我国农用硝酸钾大都在烟草种植上施用。
我国烟草种植面积约为1500万亩,烟草产量约占世界总产量的50%左右,烟草行业是国度的利税大户,每年出口创汇1亿美元,近来,烟草出口量虽然不时添加,但由于中国烟草的色度、香气等质量较差,与国外相比有较大差距,所以卖不出价钱。
而影响烟草质量的主要缘由是含氯偏高,含钾偏少。
而硝酸钾就能满足这样的要求。
假定按每亩烟草耕地需无氯钾肥60kg〔巴西种植烟草每亩耕地最低施肥量为60kg无氯钾肥〕计,那么全国1500万亩烟草种植面积共需无氯钾肥90万吨/年。
假设按硝酸钾占无氯钾肥四分之一计算,那么全国每年仅烟草就需求硝酸钾25.5万吨,以全国每年需无氯钾肥180万吨计,那么需求硝酸钾45万吨。
目前仅有几个直属烟草公司自办的采用复分解工艺的硝酸钾工厂在消费农业级的硝酸钾。
但这些厂规模较小消费才干不够动摇。
我国的硝酸钾工业不能满足农业的需求。
因此,依赖出口的局面还要维持。
但这只能是权宜之计。
所以必需开展民族自己的硝酸钾工业来满足农业的需求。
近年来,我国化肥工业开展较快,但不平衡,其中钾肥工业的开展远远不能满足农业消费开展的需求。
形成氮、磷、钾施肥比例严重失调。
致使局部地域农作物缺钾而影响产量。
为此,我国每年必需从国外少量出口钾肥,尤其是无氯钾肥。
硝酸钾是较硫酸钾质量更高的无氯钾肥,目前,国际硝酸钾消费厂家及消费产量有限,远远不能满足国际需求,必需少量从国外出口。
据有关资料预测,今后,我国每年无氯钾肥需求量在100万吨以上。
副产品氯化钾铵的销售状况也较好。
本项目树立契合国度产业政策,它的建成将填补我国大型硝酸钾规模化肥料的空白。
依据市场预测和消费开展的需求,今后一段时期开展我国的钾肥,是化肥工业重要方向之一,市场前景良好。
四、硝酸钾消费工艺综述
1、硝酸钾消费工艺表
方法、称号
原料
产品
特点
硝酸转化法
硝酸
KCL
KNO3
盐酸
1、设备腐蚀严重
2、投资大3、消费本钱低
萃取法
硝酸
KCL
KNO3
盐酸
1、无机溶剂消耗大
2、消费本钱高
离子交流法
硝铵
KCL
KNO3
氯化铵
1、蒸发能耗高
2、产质量量好
硝钠转换法
硝酸钠
KCL
KNO3
氯化钠
1、原料价钱高
2、产质量量较差
硝铵转换法
硝铵
KCL
KNO3
氯化铵
1、原料易得
2、产质量量普通
2、国外工艺消费技术概略
〔1〕、美国西南钾碱技术
氯化钾和硝酸在高温下生成硝酸钾和氯化亚硝酰及氯气,硝酸钾—硝酸溶液在酸蒸馏塔里稀释,使硝酸浓度应所生成的氯化亚硝酰及氯气,在150℃下用硝酸〔>80%〕氧化成氯和二氧化氮,经分馏分别,液氯作生品,NO2用空气氧化成65%的HNO3,前往处置氯化钾。
特点:
钾碱工艺由于需求运用权用浓硝酸,反响进程中有氯化亚硝酸及王水发生,工艺操作条件苛刻,操作环境恶劣,为防止腐蚀,需用初级防腐资料,因此设备投资费用及设备维护费用高,该工艺仅在美国建了二套,在国际市场上缺乏竞争力,难以在开展中国度推行。
流程中发生的氯化亚硝酰、氯、以及盐酸和硝酸的混合物,都具有剧烈的腐蚀性,因此,该工程操作条件苛刻,设备需用钛、康耐尔合金、镍等资料制造,投资费用高。
〔2〕、以色列高温萃取技术〔即IMI流程〕
应用异戊醇除去氯化钾和硝酸反响消费成的HCl,再从溶液结晶析出硝酸钾,反响在高温停止,可以防止氯化亚硝酰的生成,该法可制得含N:
13%,K2O:
45%的硝酸钾,并副产浓度为22%的盐酸。
设备大局部用硬质聚乙烯制造,高温传热设备用钛材,高温传热设备用石墨制造。
特点:
IMI工艺是具有竞争力的硝酸钾消费工艺,但该工艺由于用异戊醇做萃取剂,增强了硝酸钾工厂爆炸的风险,且异戊醇依赖出口。
最主要的是IMI工艺副产浓度很低的盐酸〔18—22%〕,不能作为商品出售,需同步树立IMI工艺的稀盐酸为原料的磷酸消费装置,否那么,该工艺无法停止正常消费。
〔3〕、美国AST和Jacobs公司结合交流技术〔ISEP法〕
把KCl和HNO3参与到ESEP回转离子交流接触器内,在压力0.3MPa常温的条件下可延续制得浓度为24—30%的硝酸钾溶液和浓度为11—12%的盐酸,硝酸钾溶液经稀释、结晶、离心分别可得纯度很高的KNO3产品,而稀盐酸须经稀释方可得浓度为31%的商品盐酸。
特点:
该离子交流工艺法仅需中等浓度的硝酸,产质量量好。
但该工艺经离子交流所得的硝酸钾与盐酸浓度都很低〔硝酸钾:
24—30%,盐酸:
11—12%〕需经蒸发稀释方可失掉最终产品。
采用高压0.3MPa和常温操作,操作条件平和,工艺设备大都采用石墨、玻璃钢衬里设备,投资较上述两种工艺为低。
该工艺投资大,运转费用高。
国际已有数家企业拟用该工艺建硝酸钾装置,但最终都未能付诸实施。
〔4〕、智利SQM公司转化法技术
SQM公司转化法系采用硝酸钠与氯化钾停止复分解反响消费硝酸钾的工艺,该法目前主要在智利采用,因智利是世界上最大的自然硝石消费国,硝酸石中含少量的NaNO3。
该工艺用NaNO3与KCl反响,消费的副产品NaCl首先结晶析出。
分别NaCl后的母液再冷却,又析出KNO3结晶。
特点:
该法操作条件平和,不存在困扰其它三种工艺的副产品的应用和贮运效果,产质量量也满足要求。
设备大局部用钢衬里及不锈钢资料制造,投资小,工艺流程复杂。
其工艺复杂易行,但对没有自然硝石资源的国度,采用价钱较贵的硝酸钠做原料消费农用硝酸钾,最终副产品失掉氯化钠,经济上难以过关。
3、国际工艺技术概略
(1)、离子交流法〔复分解〕
离子交流硝铵转化法消费原理:
应用KCL和NH4NO3混合,经过离子交流机在向心力在作用下消费离子交流,KNO3产品吸附在离子交流柱上,在用水清洗下产品,蒸发稀释前方得成品KNO3,交流后的母液加部份NH4NO3,蒸发稀释后得副产品NH4CL。
蒸发是在两道工艺的状况下才干完成。
特点:
消耗目的高〔5.55t/t〕,产量低,流程长而复杂,其反响在树脂媒介中停止,两种原料均需事前溶解,耗用少量的蒸汽,加料用泵打入,吸及解吸分步停止,反响时间较长,操作周期需17—19小时,反响设备〔交流柱〕庞大且结构复杂,同时需停止两次蒸发,蒸发量大,约占产品的4/5,能耗很大,线液浓度低,蒸发时间长。
另外离子交流剂价钱较贵,洗脱进程中由于NH4+穿透,须参与过量的KOH除NH4+,添加了本钱。
工艺进程中有废液产出,添加环保投资。
〔2〕、硝铵转化法〔复分解〕
硝铵转化法消费原理:
应用KCL原料和NH4CL母液加热水反响,经过真空冷却结晶生成KNO3,经过火离机分别,得KNO3产品;KNO3母液加NH4NO3混合,经过蒸发去除一局部水,蒸发稀释的溶液在冷却结晶,经过火离机分别,得NH4CL产品;母液在用于配料,整进程为闭路循环,在不同的温度下消费出俩种不同的产品KNO3和NH4CL。
特点:
以硝铵为原料与氯化钾反响消费硝酸钾的工艺技术,原料来源易处置,副产品氯化钾铵为一种优秀的氮肥〔含大批钾〕,可以充沛应用,从而降低了消费本钱。
蒸汽耗量低〔2.8-3.2t/t〕,工艺流程短,易于操作,既可消费工业级硝酸钾又可消费农用硝酸钾,灵敏性高。
消费系统为闭路循环,无废液排放,有利于环境维护。
五、消费工艺概述
1、原理
应用KCL原料和NH4CL母液加热水反响,经过真空冷却结晶生成KNO3,经过火离机分别,得KNO3产品;KNO3母液加NH4NO3混合,经过蒸发去出一局部水,蒸发稀释的溶液在冷却结晶,经过火离机分别,得NH4CL产品;母液在用于配料,整进程为闭路循环,在不同的温度下消费出俩种不同的产品KNO3和NH4CL。
2、化学反响方程式
KCL+NH4NO3=KNO3+NH4CL
3、工艺流程简图
硝酸钾消费工艺流程简图
〔NH4NO3KCL复分解反响〕
〔NaNO3KCL复分解反响〕
六、操作法
1、工艺操作规程
2、剖析操作规程
3、操作人员培训教材
七、硝酸钾工艺流程图
1、2万吨/年工艺流程〔CAD2002图〕
2、5万吨/年工艺流程〔CAD2002图〕
3、10万吨/年工艺流程〔CAD2002图〕
八、实际在实践消费中遇到的效果
1、设备选型
2、设备腐蚀
3、设备尺寸
4、泵的选型
5、工艺控制
6、工艺平衡
7、配管
8、本钱与消耗
消耗定额和本钱(1吨硝酸钾+0.55吨氯化铵)
序号
项目称号
单位
单耗〔t/t〕
单价
〔元/t〕
单位本钱〔元/吨〕
1
硝酸铵溶液(98%NH4NO3)
0.89
1180
1050.20
2
氯化钾(60%K2O)
0.76
1050
798.00
3
编织袋(50kg包装计)
条
31
2
62.00
4
蒸汽(1.2MPa)
t/t
3.2
49.5
158.40
5
电(3相,380V)
kw.h/t
110
0.386
42.46
其它(参考):
6
人工工资
元/t
16.31
7
福利费
元/t
2.28
8
制造费
元/t
82.70
算计
2212.35
按氯化铵450元计,硝酸钾为:
1906.9元.
九、产品目的
1、硝酸钾
目的称号
单位
优等品
一等品
合格品
总营养〔N+P2+K〕
%≥
58.80
58.50
58.00
氧化钾〔KO2〕
%≥
45.00
44.50
44.00
氮〔N〕
%≥
14.20
13.50
13.00
氯化物〔Cl—〕
%≤
1.00
1.50
2.00
水分〔HO2〕
%≤
1.00
1.50
2.00
2、氯化铵
目的称号
单位
优等品
一等品
合格品
氧化钾〔KO2〕
%≥
4.00
3.50
3.00
氮〔N〕
%≥
24.50
24.00
23.50
水分〔HO2〕
%≤
2.50
3.00
3.50
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