硫酸钾制备系统及方法与流程

本发明涉及一种硫酸钾的制备方法，特别是一种在常温下以氯化钾和硫酸铵为原料的复分解法制备高回收率硫酸钾的制备系统及方法。

背景技术：

硫酸钾是一种重要的无氯优质钾肥，钾元素是植物三大营养素之一，硫是植物所需的中量营养元素。对于如烟草、柑橘、茶叶、甘蔗等忌氯经济作物硫酸钾是较氯化钾更适合的多样分肥料，施用范围和效果远比氯化钾要好。此外，硫酸钾也是一种基础化工原料，广泛应用在医药、玻璃及染料行业中。目前我国硫酸钾年需求量在100万吨以上，国内硫酸钾总产量远低于需求量，硫酸钾很大程度上依赖进口。

目前，国内生产硫酸钾的方法主要有钾矿石综合利用法、苦卤综合利用法、曼海姆法和硫酸盐与氯化钾的复分解法。其中，钾矿石综合利用法和苦卤综合利用法因为资源有限不能被广泛应用，曼海姆法则由于投资大、能耗高、设备腐蚀严重、副产物销路不畅等原因也受到限制。因此，研究开发硫酸钾的生产工艺，具有一定的现实意义。

通过硫酸盐和氯化钾复分解生产的方法，从经济和社会效益上来看具有更强的优势，因此越来越吸引大家的目光。

中国专利cn1168350a提出先将氯化钾、硫酸铵分别制成高温饱和溶液，然后将两种溶液混合，再经过降温结晶出主产品硫酸钾，滤液蒸发去水得到副产品氯化钾铵，但钾的转化率只有70％，且蒸发能耗高，质量不太稳定。

中国专利cn104386713a提出将硫酸铵、氯化钾、循环母液、洗涤液在一定条件下混合反应，过滤得到粗硫酸钾，粗硫酸钾经水洗涤得到产品硫酸钾。滤液降温冷却结晶后洗出氯化铵，析出氯化铵后的母液与洗涤液返回循环使用。此过程产品硫酸钾无法达到优等品标准，且钾转化率小于75％，无法大量应用与工业生产。

中国专利cn1086178a提出用氯化钾、硫酸铵饱和溶液混合搅拌反应，后又加入nh4hco3，过滤得到粗硫酸钾，粗硫酸钾中加入氯化钾溶液二次反应，过滤分离得到经硫酸钾。产品质量好、钾利用率高。但由于过程中加入催化剂koh，引起的催化剂富集及回收问题，不利于工业生产。

中国专利cn104386713a提出用钾母液和硫酸铵按比例在一定温度下搅拌、沉降分离出铵钾清液和浆料，铵钾清液蒸发分离出氯化铵钾副产物和铵母液，铵母液升温后同浆料和硫酸钾浆洗液按一定比例混合并加入氯化钾二次反应、沉降，得到粗硫酸钾浆液，再在其中加入钾洗液洗涤后离心分离后再二次洗涤得到硫酸钾产品。此过程需高温加热，能耗大，且高温腐蚀对设备材料要求高，故不太经济。

为解决上述问题，本发明提出一种流程简单，能耗较低，产品品位高，便于工业化的常温复分解转化制取硫酸钾的新工艺。

技术实现要素：

为解决上述缺陷，本发明提供一种硫酸钾的制备方法，一种硫酸钾的制备方法，包括如下步骤：s1：将硫酸铵加入化盐槽中配置成硫酸铵浓度达到饱和的溶液，然后将所述化盐槽内的溶液引入结晶器中，并将固体氯化钾加入所述结晶器中与所述溶液进行反应并形成结晶；s2：将s1步骤中反应后的溶液和结晶物进行重力分离，分离出上层的含氯化铵固体的浆液和下层的含硫酸钾铵、硫酸钾固体的料浆；s3：将所述含硫酸钾铵、硫酸钾固体的料浆进行固液分离，液相为母液2，固相硫酸钾铵和硫酸钾被送入转化器，将氯化钾饱和溶液加入所述转化器与所述硫酸钾铵进行反应形成硫酸钾。

根据本发明的一实施方式，所述s1步骤中还包括将所述化盐槽内的溶液引入所述结晶器之前对所述溶液进行过滤步骤。

根据本发明的另一实施方式，还包括步骤s4：将s2步骤中产生的所述含氯化铵固体的浆液进行固液分离，液相为母液1，固相为氯化铵。

根据本发明的另一实施方式，还包括步骤s5：将s3步骤制备的硫酸钾进行洗涤，洗涤后的溶液返回至所述化盐槽。

根据本发明的另一实施方式，还包括步骤s6：将所述母液1和所述母液2分别引入至蒸发器，在所述蒸发器中蒸发浓缩形成浓缩母液，所述浓缩母液返回至所述化盐槽；蒸发产生的冷凝水用于s5步骤的洗涤。

根据本发明的另一实施方式，还包括将s3步骤反应后的浆料进行固液分离，液相返回至所述化盐槽，固相进行干燥、冷却步骤。

本发明还提供一种硫酸钾的制备系统，包括：一次反应单元，用于将硫酸铵浓度达到饱和的溶液与固体氯化钾进行反应并形成结晶；重力分离单元，用于将所述一次反应单元中反应得到的溶液和结晶物分离出上层的含氯化铵固体的浆液和下层的含硫酸钾铵、硫酸钾固体的料浆；二次转化单元，用于将所述含硫酸钾铵、硫酸钾固体的料浆进行固液分离，并将固相中硫酸钾铵与氯化钾饱和溶液进行反应形成硫酸钾。

根据本发明的一实施方式，所述的硫酸钾的制备系统还包括浓缩单元，用于将经所述重力分离单元分离后的所述含氯化铵固体浆液固液分离后的液相和所述二次转化单元中的所述含硫酸钾铵、硫酸钾固体的料浆进行固液分离后液相蒸发浓缩形成浓缩母液，所述浓缩母液返回至所述一次反应单元。

根据本发明的另一实施方式，所述的硫酸钾的制备系统还包括干燥单元，用于干燥所述二次转化单元形成的硫酸钾。

根据本发明的另一实施方式，所述干燥单元包括除尘器，用于回收干燥过程产生的粉尘。

本发明通过重力选择分离和二次转化制备的以氧化钾计质量百分含量在50％以上的硫酸钾产品，避免使用催化剂，减少蒸发量，技术简单，条件易控，成本低。同时，通过重力分离还可以实现副产物氯化铵高纯度分离。更进一步，过程中的母液浓缩循环利用，节约成本，减少对环境的危害。

附图说明

图1是本发明复分解法制取硫酸钾的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

实施例1

一次反应单元中进行一次反应。在常温下，在化盐槽中加入硫酸铵固体用水溶解，混合时间20min后，配制成硫酸铵浓度达到饱和的溶液，过滤除去不溶物。以硫酸铵和氯化钾的摩尔比为1:0.9的比例，将硫酸铵饱和溶液和工业级氯化钾固体加入反应结晶器中反应并结晶，反应结晶时间为20min，氯化钾在硫酸铵溶液中充分反应完成，反应器中浆液备用。本工序硫酸钾一次收率为90％。

将一次反应单元的浆液(含固量为17％)经泵泵入重力分离单元，经重力分离单元的重力分离器进行重力分离，重力分离器顶部出口出料为氯化铵料浆，底部出料为含固相硫酸钾铵和硫酸钾的浆液，本工序硫酸钾一次收率在95％以上。

将重力分离器底部出料的含固相硫酸钾铵和硫酸钾的浆液在二次转化单元中进行离心分离，分离的液相为母液2，固相微湿物料硫酸钾铵、硫酸钾(含水量≤8％)。将微湿物送入转化器，加入氯化钾饱和溶液进行二次转化，将硫酸钾铵转化为粗硫酸钾。然后将粗硫酸钾浆离心分离，液相为母液3，固相粗硫酸钾(含水量≤8％)备用，本工序硫酸钾一次收率95％以上。

将二次转化单元中制备的粗硫酸钾送入洗涤罐中进行调浆洗涤，调节料浆固含量为20％左右，洗涤时间为15min，然后进行离心分离，滤液即为母液4，湿物料硫酸钾(含水量≤8％)备用，本工序硫酸钾一次收率85％以上。

将重力分离器顶部出口处料的含氯化铵固体的浆液进行固液分离，液相为母液1，固相为湿料氯化铵。

将上述过过中产生的母液1和母液2在蒸发单元的蒸发器中蒸发浓缩，然后进行冷却。冷凝水用于配制氯化钾饱和溶液和对二次转化单元中制备的湿物料硫酸钾的洗涤，浓缩后的浓缩母液、母液3和部分母液4返回至硫酸铵化盐槽。

洗涤后的湿物料硫酸钾进入干燥单元，经过滚筒式干燥器干燥，由斗式提升机输送至料仓，干燥器出口的硫酸钾粉尘由旋风除尘器和袋式除尘器处理后排入料仓，本工序硫酸钾一次收率98％以上。

湿料氯化铵(含水量≤11％)进入滚筒式干燥器干燥，由斗式提升机输送至料仓，干燥器出口的硫酸钾粉尘由旋风除尘器和袋式除尘器处理后排入料仓。

干燥所用热风由热风炉系统燃烧焦粒经过换热器、鼓风机和引风机带入干燥筒中。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。