生产管理知识)硝铵转形生产硝酸钾(NCL农用硝酸钾

点击次数:   更新时间:2020-10-30 12:30     来源:黄金赌城

  (生产管理知识)硝铵转形生产硝酸钾(NCL农用硝酸钾生产技术)_生产/经营管理_经管营销_专业资料。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

  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,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 KCL KNO3 盐酸 1、设备腐蚀严重 2、投资大 3、生产成本低 萃取法 硝酸 KCL KNO3 盐酸 1、有机溶剂消耗大 2、生产成本高 离子交换法 硝铵 KCL KNO3 氯化铵 1、蒸发能耗高 2、产品质量好 硝钠转换法 硝酸钠 KCL KNO3 氯化钠 1、原料价格高 2、产品质量较差 硝铵转换法 硝铵 KCL KNO3 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(18—22%),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 24—30%的硝酸钾溶液和浓度为 11—12%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:24—30%,盐酸: 11—12%)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 17—19 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+NH4CL 3、工艺流程简图 硝酸钾生产工艺流程简图 (NH4NO3 KCL 复分解反应) KCL 热水 NH4NO3 配料 混合 NH4CL 母液 真空结晶 稠厚 水 NH4NO3 溶解 分离 KNO3 母液 混合 KNO3 产品 NH4CL 产品 分离 稠厚 冷却结晶 蒸发 热水 (NaNO3 KCL 复分解反应) 热水 KCL 配料 KCL NaNO3 母液 KNO3 产品 cp 分离 六、操作法 蒸发 混合 稠厚 冷却结晶 稠厚 热水 水 混合 分离 NaCL 产品 cp 母液 NaNO3 线、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 1 2 3 项目名称 硝酸铵溶液(98%NH4NO3) 氯化钾(60%K2O) 编织袋(50kg 包装计) 单位 条 单耗 (t/t) 0.89 0.76 31 单价 (元/t) 1180 1050 2 单位成本 (元/吨) 1050.20 798.00 62.00 4 蒸汽(1.2MPa) t/t 3.2 5 电(3 相,380V) kw.h/t 110 其它(参考): 6 人工工资 元/t 7 福利费 元/t 8 制造费 元/t 合计 按氯化铵 450 元计,硝酸钾为:1906.9 元. 49.5 0.386 158.40 42.46 16.31 2.28 82.70 2212.35 九、产品指标 1、硝酸钾 指标名称 单位 总养分(N+P2+K) %≥ 氧化钾(KO2) %≥ 氮(N) %≥ 氯化物(Cl—) %≤ 水分(HO2) %≤ 2、氯化铵 指标名称 单位 氧化钾(KO2) %≥ 氮(N) %≥ 水分(HO2) %≤ 优等品 58.80 45.00 14.20 1.00 1.00 优等品 4.00 24.50 2.50 一等品 58.50 44.50 13.50 1.50 1.50 一等品 3.50 24.00 3.00 合格品 58.00 44.00 13.00 2.00 2.00 合格品 3.00 23.50 3.50

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