工艺技术_农用硝酸钾生产技术

农用硝酸钾生产技术硝铵产品转换（生产硝酸钾）技术（ 复 分 解 法 ）一、性质（一）、生产原料的性质1、氯化钾（KCL）的性质分之式：KCL，分之量：74.55，理论含钾量：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；轻微吸潮，不容易结块；主要用作钾肥，是钾肥中用量最大、最广、最悠久的品种；也是生产硫酸钾、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；在常温下是稳定的，当在200-270时发生分解，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）、生产产品的性质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、钾二元高品质化肥，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时分解放出氧气生成亚硝酸钾，继续加热则生成氧化钾。硝酸钾与易燃物，有机物接触碰撞时引起燃烧爆炸，并放出有毒的刺激性气体，与碳或硫一起加热时，能发出强光并激烈燃烧，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，配复混肥的制作及加工。二、硝酸钾应用1、硝酸钾在农业上的应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，使其能够迅速吸收养分，恢复生长，硝酸钾还常用于季节性作物和冬季作物，特别适用于盐碱地区农作物施肥，可显著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）硝酸钾是高品质氮（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，对任何农作物都可使用，具有广泛适应性。（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养分，故其适用于冬季作物（3）由于硝酸钾不含其它无效化学成分和盐类，和Cl-，SO42-，Na+等离子，因此特别适合于对氯离子（Cl-）敏感的作物，同时不会在土壤中因盐类的积聚而导致土壤盐渍化板结或因盐类在农作物根部积聚所引起的作物病变。（4）硝酸钾具有易溶解性和无氢释放的特点，在无需增加土地酸性条件下，其有效成分可被植物迅速吸收，即使在干燥的土壤中，其肥效亦不会受到任何影响。（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，这对生长期作物极为有利。由于其高溶解性特点，本品可以作为理想的液肥使用，其与氮、磷在配合后可用于滴灌、渠灌及叶面喷施，不仅适用于现代化大农业作业而且可减少用量，降低成本。2、硝酸钾在工业上的应用工业级硝酸钾与农用硝酸钾性能完全一致，其唯一不同表现在纯度上，目前我国尚无农用硝酸钾标准，参照美国标准其含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，应用于火药、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、清凉剂及生产青霉素钾盐，利福平等药物，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应用。三、市场分析1、世界硝酸钾市场需求及预测硝酸钾的生产主要集中在以色列、智利、美国等国家，产量约100万吨，消费也集中在美国、日本、西欧等经济发达的国家和地区。例如美国用于农业生产中硝酸钾占世界硝酸钾总消费量的80%左右。 由于发展中国家如中国、巴西等对硝酸钾的需求增长较快,预计在今后的几年内，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、硝酸钾产品进出口情况由于对硝酸钾的肥效认同较晚，且其价格偏高，所以我国在农业上应用硝酸钾作为肥料是近几年才发展的。我国施用的农用硝酸钾，多数依赖进口。3、国内硝酸钾市场需求预测我国农业级硝酸钾主要靠进口，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，烟草行业是国家的利税大户，每年出口创汇1亿美元，近来，烟草出口量虽然不断增加，但由于中国烟草的色度、香气等品质较差，与国外相比有较大差距，所以卖不出价格。而影响烟草质量的主要原因是含氯偏高，含钾偏少。而硝酸钾就能满足这样的要求。若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，则全国1500万亩烟草种植面积共需无氯钾肥90万吨/年。如果按硝酸钾占无氯钾肥四分之一计算，则全国每年仅烟草就需要硝酸钾25.5万吨，以全国每年需无氯钾肥180万吨计，则需要硝酸钾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生产农业级的硝酸钾。但这些厂规模较小生产能力不够稳定。我国的硝酸钾工业不能满足农业的需求。因此，依赖进口的局面还要维持。但这只能是权宜之计。所以必须发展民族自己的硝酸钾工业来满足农业的需求。近年来，我国化肥工业发展较快，但不平衡，其中钾肥工业的发展远远不能满足农业生产发展的需要。造成氮、磷、钾施肥比例严重失调。致使部分地区农作物缺钾而影响产量。为此，我国每年必须从国外大量进口钾肥，尤其是无氯钾肥。硝酸钾是较硫酸钾品质更高的无氯钾肥，目前，国内硝酸钾生产厂家及生产产量有限，远远不能满足国内需求，必须大量从国外进口。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。本项目建设符合国家产业政策，它的建成将填补我国大型硝酸钾规模化肥料的空白。根据市场预测和生产发展的需要，今后一段时期发展我国的钾肥，是化肥工业重要方向之一，市场前景良好。四、硝酸钾生产工艺综述1、硝酸钾生产工艺表方法、名称原料产品特点硝酸转化法硝酸KCLKNO3盐酸1、设备腐蚀严重2、投资大3、生产成本低萃取法硝酸KCLKNO3盐酸1、有机溶剂消耗大2、生产成本高离子交换法硝铵KCLKNO3氯化铵1、蒸发能耗高2、产品质量好硝钠转换法硝酸钠KCLKNO3氯化钠1、原料价格高2、产品质量较差硝铵转换法硝铵KCLKNO3氯化铵1、原料易得2、产品质量一般2、国外工艺生产技术概况（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浓缩，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，经分馏分离，液氯作生品，NO2用空气氧化成65%的HNO3，返回处理氯化钾。特点:钾碱工艺由于需要使用权用浓硝酸，反应过程中有氯化亚硝酸及王水产生，工艺操作条件苛刻，操作环境恶劣，为防止腐蚀，需用高级防腐材料，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，难以在发展中国家推广。流程中产生的氯化亚硝酰、氯、以及盐酸和硝酸的混合物，都具有强烈的腐蚀性，因此，该工程操作条件苛刻，设备需用钛、康耐尔合金、镍等材料制作，投资费用高。（2）、以色列低温萃取技术（即IMI流程）利用异戊醇除去氯化钾和硝酸反应生产成的HCl，再从溶液结晶析出硝酸钾，反应在低温进行，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。设备大部分用硬质聚乙烯制作，低温传热设备用钛材，高温传热设备用石墨制作。特点: IMI工艺是具有竞争力的硝酸钾生产工艺，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危险，且异戊醇依赖进口。最主要的是IMI工艺副产浓度很低的盐酸（1822%），不能作为商品出售，需同步建设IMI 工艺的稀盐酸为原料的磷酸生产装置，否则，该工艺无法进行正常生产。（3）、美国AST和Jacobs公司联合交换技术（ISEP法） 把KCl和HNO3加入到ESEP回转离子交换接触器内，在压力0.3MPa常温的条件下可连续制得浓度为2430%的硝酸钾溶液和浓度为1112%的盐酸，硝酸钾溶液经浓缩、结晶、离心分离可得纯度很高的KNO3产品，而稀盐酸须经浓缩方可得浓度为31%的商品盐酸。特点: 该离子交换工艺法仅需中等浓度的硝酸，产品质量好。但该工艺经离子交换所得的硝酸钾与盐酸浓度都很低（硝酸钾：2430%，盐酸：1112%）需经蒸发浓缩方可得到最终产品。采用低压0.3MPa和常温操作，操作条件温和，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，运行费用高。国内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进行复分解反应生产硝酸钾的工艺，该法目前主要在智利采用，因智利是世界上最大的天然硝石生产国，硝酸石中含大量的NaNO3。该工艺用NaNO3与KCl反应，生产的副产品NaCl首先结晶析出。分离NaCl后的母液再冷却，又析出KNO3结晶。特点: 该法操作条件温和，不存在困扰其它三种工艺的副产品的利用和贮运问题，产品质量也满足要求。设备大部分用钢衬里及不锈钢材料制造，投资小，工艺流程简单。其工艺简单易行，但对没有天然硝石资源的国家，采用价格较贵的硝酸钠做原料生产农用硝酸钾，最终副产品得到氯化钠，经济上难以过关。3、国内工艺技术概况(1)、离子交换法（复分解）离子交换硝铵转化法生产原理：利用KCL和NH4NO3混合，经过离子交换机在离心力在作用下生产离子交换，KNO3产品吸附在离子交换柱上，在用水清洗下产品，蒸发浓缩后方得成品KNO3，交换后的母液加部份NH4NO3，蒸发浓缩后得副产品NH4CL。蒸发是在两道工艺的情况下才能完成。特点：消耗指标高（5.55t/t），产量低，流程长而复杂，其反应在树脂媒介中进行，两种原料均需事先溶解，耗用大量的蒸汽，加料用泵打入，吸及解吸分步进行，反应时间较长，操作周期需1719小时，反应设备（交换柱）庞大且结构复杂，同时需进行两次蒸发，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。另外离子交换剂价格较贵，洗脱过程中由于NH4+穿透，须加入适量的KOH除NH4+，增加了成本。工艺过程中有废液产出，增加环保投资。（2）、硝铵转化法（复分解）硝铵转化法生产原理：利用KCL原料和NH4CL母液加热水反应，经过真空冷却结晶生成KNO3，经过分离机分离，得KNO3产品；KNO3母液加NH4NO3混合，经过蒸发去除一部分水，蒸发浓缩的溶液在冷却结晶，经过分离机分离，得NH4CL产品；母液在用于配料，整过程为闭路循环，在不同的温度下生产出俩种不同的产品KNO3和NH4CL。特点：以硝铵为原料与氯化钾反应生产硝酸钾的工艺技术，原料来源易解决，副产品氯化钾铵为一种优良的氮肥（含少量钾），可以充分利用，从而降低了生产成本。蒸汽耗量低（2.8-3.2t/t），工艺流程短，易于操作，既可生产工业级硝酸钾又可生产农用硝酸钾，灵活性高。生产系统为闭路循环，无废液排放，有利于环境保护。五、生产工艺概述1、原理利用KCL原料和NH4CL母液加热水反应，经过真空冷却结晶生成KNO3，经过分离机分离，得KNO3产品；KNO3母液加NH4NO3混合，经过蒸发去出一部分水，蒸发浓缩的溶液在冷却结晶，经过分离机分离，得NH4CL产品；母液在用于配料，整过程为闭路循环，在不同的温度下生产出俩种不同的产品KNO3和NH4CL。2、化学反应方程式KCL+NH4NO3=KNO3+NH4CL3、工艺流程简图硝酸钾生产工艺流程简图（NH4NO3 KCL复分解反应）配料真空结晶分离KNO3母液混合蒸发冷却结晶分离NH4CL母液溶解NH4NO3KCLNH4CL产品热水NH4NO3稠厚稠厚混合热水KNO3产品水（NaNO3 KCL复分解反应）KCL配料稠厚冷却结晶蒸发母液分离稠厚混合母液分离混合NaNO3配料真空冷却NaCL产品cp KNO3产品cp 热水热水KCLNaNO3NaNO3热水水六、操作法1、工艺操作规程2、分析操作规程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、理论在实际生产中遇到的问题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、成本与消耗消耗定额和成本(1吨硝酸钾+0.55吨氯化铵)序号项目名称单 位单耗（t/t） 单价（元/t）单位成本 （元/吨）1硝酸铵溶液(98%NH4NO3)0.8911801050.20 2氯化钾(60%K2O)0.761050798.00 3编织袋(50kg包装计)条31262.00 4蒸汽(1.2MPa)t/t3.249.5158.40 5电(3相,380V)kw.h/t1100.38642.46 其它(参考):6人工工资元/t16.31 7福利费元/t2.28 8制造费元/t82.70 合计2212.35 按氯化铵450元计,硝酸钾为:1906.9元.九、产品指标1、硝酸钾指标名称单位优等品一等品合格品总养