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曼海姆法硫酸钾装置改造措施及建议论文

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  关键词:曼海姆法;硫酸钾生产;改造措施

  0引言

曼海姆法硫酸钾装置改造措施及建议论文

  曼海姆法硫酸钾装置是硫酸钾生产的重要设备,其基本原理为使用曼海姆炉装置,以氯化钾和浓硫酸为原料,将其分解为硫酸钾和氯化氢气体。曼海姆法硫酸钾装置的原理较为简单,但是在实际工作情境中,也容易受到多种因素的影响而出现各种问题,完善其功能对化工生产具有一定现实意义。本文结合传统曼海姆法硫酸钾装置组成与基本原理,对其进行适当改造与优化,以期能够从源头降低装置问题对生产的消极影响,进而促进生产质量稳定提升。

  1曼海姆法硫酸钾装置概述

  1.1曼海姆法硫酸钾装置价值

  钾是植物生长必需的重要元素之一,在促进植物体内酶活化、蛋白质合成、光合效率提升等方面具有重要意义。我国大多数耕地存在比较明显的钾元素缺失情况,对钾肥的依赖程度相对较高,常见钾肥主要包括氯化钾、硫酸钾、钾钙肥等。钾肥生产对我国农产品生产具有重要意义。

  曼海姆法硫酸钾装置是当前技术背景下制作硫酸钾产品的核心设备。农用硫酸钾是无氯钾肥的主要品种,在烟草、甘蔗、马铃薯、葡萄、西瓜等重要作物种植过程中能够发挥出重要价值。因此,对曼海姆法硫酸钾装置及其生产工艺进行研究对我国农业生产、国家稳定、社会和谐均具有重要意义。

  1.2曼海姆法硫酸钾装置构成

  曼海姆法硫酸钾装置的核心设备为曼海姆炉,除此之外,还包括一系列主要设备,分别为主机减速机、推料冷却机、粉碎机、鼓风机、烟气引风机、复热器、石墨冷却器、降膜塔、混酸塔、氯化氢风机、尾气吸收塔、盐酸泵。曼海姆法硫酸钾装置采用固定床酸(液)盐(固)复分解反应法,基于曼海姆法硫酸钾装置的生产流程如图1所示。

  1.3曼海姆法硫酸钾装置常见问题

  在实际生产过程中,以某企业为例,其曼海姆法硫酸钾装置普遍存在以下问题:(1)成品硫酸根离子含量较高。通过数据分析可知,在成品材料中,硫酸根的含量能够达到4%~5%左右,如果将硫酸根含量降低到2.5%以下,则氯离子质量分数会超出2.0%,进而影响产品综合质量[1]。(2)曼海姆炉质量相对较差。在实际工作情境中,技术人员在定期检查过程中发现,设备炉内件损害比较严重,主要表现为耙齿砖断裂脱落、耙臂护瓦腐蚀露出耙臂等,且在检修之后的短时间内也容易出现设备损坏现象[2]。(3)降膜塔吸收效果不好,在实际工作情境中氯化氢气体放空量增大,无法满足工业生产对环保的硬性要求。(4)生产过程中氯化氢气体泄漏情况存在,且比较严重,很容易影响厂区民众的身体健康。(5)堆料冷却机的积料现象比较明显,在实际运行过程中容易导致负荷增大,进而增加物料温度。(6)副产盐酸、尾气吸收塔气体异常[3]。

  2曼海姆炉装置改造措施与优化建议

  曼海姆炉装置是曼海姆法硫酸钾装置的核心结构,能够直接影响硫酸钾的生产质量与产量。

  2.1曼海姆炉装置改造措施

  曼海姆炉装置改造措施如下:(1)采用碳化硅砖。在现代技术背景下,采用碳化硅砖可以有效降低燃气消耗,其具有较高的耐高温与导热性能,在1 000℃的温度背景下,碳化硅的导热系数为11.4,综合使用寿命为4~5 a,在炉内温度背景保持不变的前提下,使用该材料能够将炉顶温度降低25℃左右[4]。(2)涂抹保温膏。技术人员可以在炉墙保温砖和普通红砖之间涂抹保温膏,在传统技术背景下,曼海姆炉在工作过程中大约会产生40%~50%左右的热量损失,损耗程度相对较高,针对此种情况,可以对炉墙保温砖和普通红砖之间的陶瓷纤维毯进行替换,选择性能够好的保温膏以提升炉体热量利用率。(3)加固耙齿砖。根据上文内容可知,耙齿砖断裂脱落、耙臂护瓦腐蚀露出耙臂等现象比较常见,因此应当对其进行适当加固。具体而言,技术人员应当夹砖器和耙齿砖缝隙内灌注碳化硅泥,在干燥后即可形成较为良好的加固效果。

  (4)燃烧室改造。燃烧室是反应产生的核心区域,长时间处于高温灼烧状态,其温度通常在1 200℃以上,为了降低高温对燃烧室火道下部炉砖的影响,应当在其下部铺设厚度为20 mm的含锆陶瓷纤维毯、10 mm的薄片型高铝砖,以提升燃烧室的综合使用寿命[5]。

  2.2曼海姆炉装置优化建议

  曼海姆炉装置优化建议如下:(1)使用下烟道。在曼海姆法硫酸钾装置生产过程中,燃烧产生热量的15%~16%被物料吸收,40%被烟气吸收,这是导致热量无法得到有效利用的重要因素之一,针对此种情况,可以使用曼海姆炉下烟道,能够提升2%左右的热量回收率,同时也可以提升烟气引风机的使用寿命。(2)炉床泄漏问题处理。炉床泄漏问题在实践中比较常见,主要表现为第2圈、第3圈炉床砖之间的缝隙问题,在生产过程中,泄漏的硫酸氢钾液体会通过该缝隙进入烟道,进而腐蚀设备,影响生产。(3)炉顶塌陷问题处理。炉顶塌陷问题在实践中也比较常见,主要表现为炉顶砖最外圈和燃烧火道连接部位塌陷。针对此类问题,需要根据范围、程度进行差异化处理,如果范围较小,技术人员则可以在塌陷处铺入陶瓷纤维毯维持生产,一定程度上能降低高温影响。如果范围较大,则应当首先在塌陷处进行支撑处理,并覆盖含锆陶瓷纤维毯,从而为生产活动提供必要支持[6]。(4)清理耙齿。在工作过程中,氯化钾、硫酸在反应室发生复分解反应,其内部温度相对较高,在长期使用之后,炉门开启会导致内部温度不均匀,热胀冷缩现象明显,进而导致碳化硅砖产生裂缝,针对此种情况,应当交替使用炉门,分别用不同炉门清理耙齿1个月左右。(5)冬季低温环境下的防冻问题处理。在冬季,特别是中国的北部地区,冬季温度普遍低于零下,因此,在生产过程中必须充分考虑车辆的防冻问题,在实际工作情境中,首先,技术人员可以采用电热带对管线进行保温。其次,技术人员还应当重视设备保温问题。例如在冬季停车时,应当在停车前1 h停止制酸,把各塔稀酸浓度提高,使稀酸在4个尾气吸收塔依次流动,最后关闭冷却塔风扇[7]。

  3曼海姆法硫酸钾装置尾气吸收装置改造措施与优化建议

  尾气吸收装置是曼海姆法硫酸钾装置的重要组成部分。在当前时代背景下,工业生产活动都存在一定的环保指标,氯化氢气体吸收装置质量能够直接影响环保指标的有效达成,同时也是厂房内部员工身体健康的重要保障。

  3.1曼海姆法硫酸钾装置尾气吸收装置改造措施

  尾气吸收装置改造措施如下:(1)降膜塔改造措施。即技术人员应当适当增加降膜塔的吸收能力,在传统技术背景下,氯化氢气体吸收装置主要包括3台φ500 mm×3 925 mm的降膜塔,其吸收能力相对较弱,针对此种情况,技术人员可以将其调整为3台φ700 mm×4 025 mm的降膜塔,可以有效增加传质传热面积与降膜吸收能力。(2)小填料塔改造措施。传统小填料塔采用的普遍为50 mm×50 mm型瓷环,其接触面积小,传质、传热效果相对较差,在实践中,技术人员可以将其调整为25 mm×25 mm的矩鞍形瓷环,此类瓷环具有更强的技术优势,能够显著提升吸收效率[8]。(3)尾气吸收塔、混酸塔装填瓷环。可以对其摆放方式进行调整,中部、顶部分别堆叠50 mm×50 mm型瓷环、25 mm×25 mm型瓷环。(4)二次混酸塔。在其上部应当装填25 mm×25 mm的矩鞍形瓷环,这种改造方式能够有效阻止混酸液滴影响盐酸质量,降低硫酸根含量。(5)氯化氢风机改造。可以在条件允许的情况下适当提高氯化氢风机的风量水平,例如可以采用风量为4 800 m3/h、功率为11 kW、调速方式为变频的风机设备。

  3.2曼海姆法硫酸钾装置尾气吸收装置优化建议

  尾气吸收装置优化建议如下:(1)增加尾气吸收塔设备。在实践中,夏季气温超过38℃的地区,其温度相对较高,应当适当增加尾气吸收塔设备,以增加整体的吸收能力。(2)调整制酸区位置。在实践中,制酸区应当放置在厂房南面,在冬季,这种放置策略能够提升制酸区的温度,与厂房北面,厂房南面的整体温度大约能够提升5~10℃。(3)提升盐酸储存能力。在实际工作情境中,盐酸胀库会诱发停车问题,针对此种情况,应当适当增加盐酸的存储能力,一般而言,盐酸的存储能力应当能够达到厂区20 d的生产量[9]。(4)设立中和池。在制酸区位置,通常存在地面和设备的冲洗水及雨水所产生的酸性水,此类污水如果不及时对其进行处理,则很容易对设备造成腐蚀,进而影响工作的正常进行。针对此种情况,应当结合实际情况,需要在制酸区位置设置中和池,以中和酸性污水。(5)增大硫酸卸车泵和盐酸装车泵流量。在实际工作情境中,硫酸卸车和盐酸装车是两项消耗时间较长的工作流程,会对整个工作的正常进行造成消极影响。因此,为了降低硫酸卸车、盐酸装车两个流程的时间消耗,可以适当提升硫酸卸车泵和盐酸装车泵流量,一般而言,装车泵的流量一般为25 m3/h,可以适当增大至40左右,可以显著降低装车、卸车时间,提升运行效率。(6)厂房内部的氯化氢气体处理。在实际工作情境中,厂房内部会泄漏一部分氯化氢气体,从而对厂房内部工作人员的身体健康造成消极影响。针对此种情况,应当对其进行适当处理,处理措施主要包括检查并去除氯化氢气体弯管处和石墨上封头处的积料堵塞、清理除沫器内瓷环、清理内壁附着的油泥类物质、疏通堵塞孔眼等。

  4结语

  纵观全文,在实际工业生产情境中,曼海姆法硫酸钾装置很容易出现各种问题,进而影响正常生产活动的顺利进行,本文结合实际工作情况,以曼海姆法硫酸钾装置中的曼海姆炉装置、尾气吸收装置为研究对象,对其改造措施与优化建议进行了详细分析。在实际工作情境中,相关工作单位可以适当参考本文的内容,但同时必须充分结合自身实际情况进行针对性调整,否则很容易对曼海姆法硫酸钾装置产生消极影响,进而影响整体工作质量。在本文研究的技术上,技术人员对某单位进行了6个月的生产实践,对硫酸钾装置进行优化改造,之后设备产量、产品质量达到了相关标准要求,出料稳定,综合改造达到了预期目标,证明本文的研究内容具有一定现实应用价值。

  参考文献:

  [1]黄平.曼海姆法硫酸钾生产装置技术改造总结[J].肥料与健康,2023,50(3):43-46,53.

  [2]王金台,刘伟伟.一种曼海姆硫酸钾工艺副产盐酸尾气的治理技术[J].纯碱工业,2023(3):39-41.

  [3]姜杰,王金台.硫酸钾曼海姆炉外排高温烟道气热量回收利用[J].纯碱工业,2023(2):18-20.

  [4]熊峰.曼海姆法硫酸钾生产工艺发展趋势与优化浅议[J].中氮肥,2023(2):70-73.

  [5]黄平.20 kt/a曼海姆法硫酸钾装置技术改造总结[J].硫磷设计与粉体工程,2023(1):20-23,48.

  [6]雷亮,雷高明,高亚娟.曼海姆法硫酸钾装置所用原料对成品质量的影响[J].中氮肥,2021(2):73-77.

  [7]雷亮,雷高明,高亚娟.曼海姆法硫酸钾装置综合改造及建议[J].硫酸工业,2021(1):20-24.

  [8]叶坤国,王德兵,王刚,等.不同工艺硫酸钾对高塔硝硫基复合肥料质量的影响[J].磷肥与复肥,2017,32(7):17-18,21.

  [9]龚幸,游伟,杨培发.基于AspenPlus的硫酸钾工艺流程模拟[J].化肥设计,2017,55(2):17-20.

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