曼海姆法硫酸鉀改造及工藝優(yōu)化總結(jié)

雷 亮，高亞娟，雷高明

（1.新疆海德姆化工有限公司，新疆哈密839000；2.盤錦北方瀝青股份有限公司，遼寧盤錦124022）

新疆海德姆化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱新疆海德姆）共有2套曼海姆法硫酸鉀裝置，設(shè)計(jì)每套裝置生產(chǎn)能力為10 kt/a。采用固定床復(fù)分解反應(yīng)法，即氯化鉀和濃硫酸在曼海姆爐內(nèi)進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)生成硫酸鉀和氯化氫氣體。第一套裝置建于2016年8月，于2017年5月15日建成投產(chǎn)，第二套裝置建于2019年6月，于2020年5月2日建成投產(chǎn)。在第二套裝置建設(shè)過程中，吸取同行先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合該公司第一套裝置生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)兩套曼海姆法硫酸鉀裝置進(jìn)行設(shè)備改造和工藝優(yōu)化。經(jīng)過實(shí)踐，裝置運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)?，F(xiàn)把裝置設(shè)備改造及工藝優(yōu)化情況進(jìn)行總結(jié)。

1 裝置簡(jiǎn)介

1.1 工藝流程

曼海姆法硫酸鉀生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1 曼海姆法硫酸鉀生產(chǎn)工藝流程

采用固定床復(fù)分解反應(yīng)法。原料氯化鉀與w(H2SO4)98%硫酸以一定比例經(jīng)各自專用分布器連續(xù)注至φ6 000 mm曼海姆爐床反應(yīng)區(qū)表面，在520～540 ℃高溫下由耙臂帶動(dòng)耙齒連續(xù)不斷地將反應(yīng)物料勻速攪拌混合，并以一定速度將物料由爐中心擴(kuò)散到周邊，確保物料反應(yīng)完全。生成的硫酸鉀粗料由反應(yīng)室出口進(jìn)入密閉的推料冷卻機(jī)內(nèi)進(jìn)行冷卻，然后經(jīng)中和、粉碎、篩分后進(jìn)入料倉，得到成品硫酸鉀[1]。反應(yīng)生成的氯化氫氣體經(jīng)石墨冷卻器冷卻，再經(jīng)混酸塔洗滌后制得w(H2SO4)35%的混酸。剩余氯化氫氣體進(jìn)入降膜塔，制得w(HCl)31%的副產(chǎn)品鹽酸后尾氣經(jīng)尾氣吸收塔洗滌后放空[2]。

1.2 主要設(shè)備

曼海姆法硫酸鉀裝置主要設(shè)備見表1。

表1 曼海姆法硫酸鉀裝置主要設(shè)備

2 裝置改造

2.1 初次改造

2019年6 月，在第二套硫酸鉀裝置建設(shè)過程中，新疆海德姆借鑒其他廠家經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合第一套裝置運(yùn)行實(shí)際狀況，對(duì)兩套裝置進(jìn)行了改造，改造后期系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效果比較理想。

2.1.1 爐頂鋪設(shè)耐高溫陶瓷纖維氈

在爐頂磚上表面，即爐頂磚和保溫膏的接觸處鋪設(shè)一層厚度為20 mm的耐高溫陶瓷纖維氈，然后在此氈上面鋪滿保溫膏，保溫膏厚度為30 mm，以防止?fàn)t頂熱量散失，起到良好的保溫作用。

2.1.2 增大主軸上段軸和軸套間隙量

主軸上軸部位和軸套（銅套）間有一定間隙量，在安裝主軸時(shí)需要調(diào)整好此間隙量。主軸上軸和軸套原間隙量為1.8～2.0 mm，間隙量較小。主軸和軸套升降溫過程中，因主軸和軸套的材質(zhì)不同，二者熱脹冷縮的膨脹系數(shù)不同引起一點(diǎn)或者一側(cè)間隙量變小，主軸和軸套接觸產(chǎn)生摩擦，引起主軸發(fā)生震顫，主機(jī)減速機(jī)晃動(dòng)。將二者間隙量擴(kuò)大至2.8～3.0 mm，避免二者間隙過小產(chǎn)生摩擦。雖可能漏入一定空氣，但可有效避免主軸上軸和軸套接觸產(chǎn)生的摩擦。

2.1.3 下料器增加延長(zhǎng)板

在硫酸鉀下料口處沿爐床外沿水平位置焊接白鋼延長(zhǎng)板，延長(zhǎng)板長(zhǎng)度為100 mm，增設(shè)的延長(zhǎng)板在爐床外徑呈弧形布置，在此板下部抹上澆注料，既可防止下料器底板的腐蝕，也可提高爐床物料厚度，延長(zhǎng)物料在反應(yīng)室的停留時(shí)間，使物料反應(yīng)完全，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.1.4 采用半自動(dòng)包裝機(jī)

曼海姆硫酸鉀廠家大多數(shù)使用人工包裝，新疆海德姆生產(chǎn)的硫酸鉀是25 kg/袋，依靠人工手動(dòng)包裝，勞動(dòng)強(qiáng)度大。改造中，嘗試使用半自動(dòng)包裝機(jī)，包裝機(jī)分為A，B兩個(gè)倉，兩倉既可同時(shí)包裝也可分開包裝，同時(shí)增加1臺(tái)螺旋推料機(jī)和1臺(tái)斗提機(jī)。改造后，包裝速度快，可達(dá)到6 t/h，實(shí)際曼海姆爐出料速度為2.5 t/h，效果較好。

2.1.5 硫酸泵采用磁力泵

此次改造，摒棄了原帶機(jī)械密封的離心泵，采用CQB32-20-125型磁力泵，雖然效率有所降低，但磁力泵無機(jī)械密封，依靠磁力驅(qū)動(dòng)，無泄漏，電機(jī)功率較小，僅為1.5 kW。經(jīng)過3個(gè)月使用，磁力泵運(yùn)行良好，無故障。

2.1.6 出爐氯化氫鐵管增加觀察孔

氯化氫氣體出爐進(jìn)入石墨冷卻器鐵管彎管段增加觀察口，孔徑為φ200 mm或以上。水平方向可觀察最高彎管處是否積料堵塞氯化氫氣體通道，豎直向下方向可觀察石墨冷卻器第一節(jié)石墨上部是否堆積塊狀物料堵塞石墨列管。若二者堵塞，應(yīng)拆下彎管及時(shí)清理干凈，避免爐內(nèi)氯化氫氣體通路不暢，造成氯化氫泄漏到廠房?jī)?nèi)。每次停車都應(yīng)打開此觀察孔，查看物料堵塞情況。

2.1.7 氯化鉀料倉加鐵網(wǎng)

為防止原料中的較大塊狀物料進(jìn)入曼海姆爐而使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生大量球狀和塊狀物料，造成反應(yīng)不完全而影響產(chǎn)品質(zhì)量，采用φ20 mm鋼筋作為支撐，鋼筋間距為200 mm×300 mm，上面鋪設(shè)孔徑為25 mm×25 mm鐵網(wǎng)，鐵絲為φ5 mm。實(shí)際使用過程中鐵網(wǎng)孔徑偏小，原料氯化鉀中的小塊狀物料堵塞鐵網(wǎng)孔徑，造成下料不暢，更適宜鋪設(shè)35 mm×35 mm鐵網(wǎng)。

2.1.8 采用壓縮天然氣作為燃?xì)?/p>

因天然氣管網(wǎng)未進(jìn)入園區(qū)，為保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，決定采用壓縮天然氣作為燃?xì)狻Ｏ啾炔捎妹簹?，雖成本有所提高，但天然氣熱值高，可避免出現(xiàn)爐中溫度不夠的問題，且操作簡(jiǎn)單，無采用煤氣產(chǎn)生的危廢品煤焦油處理困難的問題。

2.2 二次改造

2套裝置于2020年5月2日投料，于2020年7月28日因鹽酸儲(chǔ)罐滿罐，停車檢修。經(jīng)過5—7月生產(chǎn)實(shí)踐，設(shè)備出現(xiàn)問題表現(xiàn)在以下方面：①收塵桶下料較多時(shí)堵塞粉碎機(jī)；②取樣器鹽酸溢出；③2#主機(jī)主軸異響；④耙齒磚掉落；⑤氯化鉀螺旋推料機(jī)達(dá)到最高頻率時(shí)硫酸鉀產(chǎn)量達(dá)不到滿負(fù)荷。針對(duì)生產(chǎn)中設(shè)備出現(xiàn)的問題，停車期間對(duì)裝置進(jìn)行二次改造。

2.2.1 收塵桶放料管連接至粉碎機(jī)后斗提機(jī)

收塵桶收集來的粉塵物料粒徑較小，原設(shè)計(jì)是將其返回到粉碎機(jī)前斗提機(jī)，即粒徑較小的物料重新回到粉碎機(jī)，不僅增加了粉碎機(jī)能耗，而且在下料較快時(shí)，會(huì)堵塞粉碎機(jī)，造成粉碎機(jī)跳車。更改收塵桶放料管位置，將放料管連接至粉碎機(jī)后斗提機(jī)上，有效解決了該問題。

2.2.2 中間槽放空管連接至2#混酸塔

改造前，中間槽放空管線連接在煙囪管上，使中間槽內(nèi)氯化氫氣體處于正壓狀態(tài)，若制酸流量計(jì)閥門開度稍大，則鹽酸會(huì)從取樣器內(nèi)溢出。為解決該問題，將中間槽放空管線連接在2#混酸塔上，2#混酸塔為微負(fù)壓操作，則中間槽內(nèi)也為微負(fù)壓，可有效避免取樣器內(nèi)鹽酸溢出。

2.2.3 調(diào)整中軸軸套間隙

2#爐停車降溫過程中發(fā)現(xiàn)2#主機(jī)中軸有異響，主軸和主機(jī)減速機(jī)顫動(dòng)，中軸及軸套所注入的甘油從水套上部流出，說明中軸和軸套間隙上部比下部大，且中軸和軸套間隙量發(fā)生改變，產(chǎn)生中軸和軸套摩擦。拆下水套后，采用油磨石對(duì)主軸中軸部位進(jìn)行研磨，同時(shí)，采用特制磨具，對(duì)中軸軸套（銅套）進(jìn)行研磨。經(jīng)過調(diào)整主軸中軸和銅套間隙，主機(jī)開啟后運(yùn)轉(zhuǎn)正常，未見異響和顫動(dòng)。

2.2.4 洗滌塔內(nèi)噴淋器采用塑料螺栓

拆各洗滌塔上蓋檢查瓷環(huán)過程中，發(fā)現(xiàn)6臺(tái)洗滌塔噴淋器脫落，洗滌氯化氫氣體的稀酸進(jìn)入洗滌塔后未經(jīng)過噴淋器，直接流到分布器上，致使稀酸分布不均勻。采用塑料螺栓，將6臺(tái)洗滌塔噴淋器全部緊固，可有效避免螺栓腐蝕使噴淋器脫落。

2.2.5 增大氯化鉀加料機(jī)減速機(jī)齒輪直徑

當(dāng)原料氧化鉀含量較低時(shí)，即使氯化鉀加料機(jī)減速機(jī)已加至最高負(fù)荷50 Hz/h，2臺(tái)爐的產(chǎn)量仍達(dá)不到60 t/d。增大加料機(jī)減速機(jī)鏈輪直徑，將鏈輪齒數(shù)由24齒增加到36齒。改造后，氯化鉀加料機(jī)減速機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)加至36 Hz/h時(shí)2臺(tái)爐產(chǎn)量即能達(dá)到60 t/d 以上。

2.2.6 更換耙齒磚

該次停車，發(fā)現(xiàn)1#爐耙齒磚掉落3塊，2#爐耙齒磚掉落1塊。利用此次停車機(jī)會(huì)，將2臺(tái)爐子掉落的4塊耙齒磚更換。同時(shí)把白鋼板切割成長(zhǎng)條形，通過此長(zhǎng)條形板將耙齒磚與夾磚器焊接在一起，起到加固耙齒磚的作用。

2.2.7 新上大容量?jī)?chǔ)罐

原有3臺(tái)200 m3的儲(chǔ)罐無法滿足生產(chǎn)需要，新上5臺(tái)500 m3的儲(chǔ)罐。相比于原來僅能儲(chǔ)存8～9 d的鹽酸生產(chǎn)量，改造后能儲(chǔ)存45 d的鹽酸生產(chǎn)量，極大緩解了鹽酸銷售淡季銷售不暢的不利局面。

2.2.8 儲(chǔ)罐液位計(jì)采用電子液位計(jì)

3臺(tái)鹽酸儲(chǔ)罐和2臺(tái)硫酸儲(chǔ)罐全部采用電子液位計(jì)取代原有的浮漂液位計(jì)，電子液位計(jì)雖觀測(cè)數(shù)據(jù)沒有浮漂液位計(jì)直觀，但測(cè)量準(zhǔn)確性較高。

2.2.9 更換粉碎機(jī)下螺旋輸送機(jī)鏈輪

更換粉碎機(jī)下螺旋輸送機(jī)鏈輪，增大鏈輪直徑和齒子數(shù)量，即增大了粉碎機(jī)下螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，相應(yīng)提高了其輸送物料的能力。

2.3 待改造項(xiàng)目

檢修過程中，因一些設(shè)備未就位，檢修項(xiàng)目并未全部完成，故遺留一些待改造項(xiàng)目。

2.3.1 煙道管增加水換熱器用于余熱采暖

引風(fēng)機(jī)進(jìn)口煙道管增加1臺(tái)列管式換熱器，管程走熱的煙道氣，殼程走水。水被加熱后準(zhǔn)備供給全廠采暖，此煙道氣所帶熱量為余熱，通過安裝換熱器，既降低了進(jìn)入煙氣引風(fēng)機(jī)的煙氣溫度，有利于煙氣引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，又把余熱進(jìn)行回收，可極大減少采暖費(fèi)用，屬于余熱利用，但須注意該換熱器的泄漏。

2.3.2 發(fā)電機(jī)更換

原備用發(fā)電機(jī)為建廠時(shí)購買的二手設(shè)備，發(fā)電機(jī)故障較多，計(jì)劃更換該發(fā)電機(jī)。

3 工藝優(yōu)化

2020年5—7 月，采用氧化鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的國產(chǎn)氯化鉀生產(chǎn)氧化鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硫酸鉀。工藝出現(xiàn)的問題表現(xiàn)在3個(gè)方面：①成品氧化鉀含量偏高，氧化鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到51%～52%，氯離子含量偏高，氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)經(jīng)常超過2.0%；②成品物料黏稠，在斗提機(jī)溜槽處不易下料；③1#曼海姆爐爐門往泄漏氯化氫氣體。

3.1 工藝優(yōu)化

針對(duì)2020年5—7月生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題認(rèn)真分析，決定采取合理措施對(duì)生產(chǎn)裝置工藝進(jìn)行優(yōu)化。

3.1.1 成品中加入硫酸鈉

生產(chǎn)中采用w(K2O)為60%的氯化鉀生產(chǎn)w(K2O)為50%的全水溶硫酸鉀，成品中w(K2O)可達(dá)到51%～52%，成品氧化鉀含量較高。鑒于此，決定在硫酸鉀成品中加入硫酸鈉，加入后w(K2O)降至50%～51%。

3.1.2 降低爐溫

生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)成品硫酸鉀黏度大，在斗提機(jī)溜槽處不易下料，此種情況應(yīng)該是和原料氯化鉀中所含有的雜質(zhì)有關(guān)。在原料氯化鉀無法更換的情況下，盡量保持較低爐溫，將爐中溫度從520～530 ℃降至500～520 ℃，使硫酸鉀成品黏度降低，改善硫酸鉀在斗提機(jī)溜槽處下料不暢通的問題。爐溫的降低，節(jié)省了燃?xì)獾南?，但溫度過低會(huì)造成氯化鉀和硫酸的反應(yīng)不完全。

3.1.3 控制原料水含量

根據(jù)爐內(nèi)件腐蝕狀況，嚴(yán)格控制原料氯化鉀和濃硫酸的水含量，保證原料氯化鉀中w(H2O)小于1.0%，濃硫酸中w(H2SO4)大于98%。

3.1.4 避免用長(zhǎng)釬撞擊耙齒磚

3個(gè)月的生產(chǎn)過程中，1#爐耙齒磚掉落3塊，2#爐耙齒磚掉落1塊。根據(jù)耙齒磚掉落的狀況，生產(chǎn)中嚴(yán)禁在用長(zhǎng)釬清料時(shí)撞擊耙齒磚。

3.2 1#曼海姆爐氯化氫氣體外泄的應(yīng)對(duì)

兩套裝置于7月28日停車。7月22—24日，發(fā)現(xiàn)1#爐2個(gè)爐門處泄漏氯化氫氣體，說明氯化氫氣體通道有堵塞。針對(duì)1#爐爐門氯化氫氣體泄漏的情況，停車檢修時(shí)對(duì)其進(jìn)行了處理。

3.2.1 更換新瓷環(huán)

更換二次吸收塔及二次混酸塔上部除沫器內(nèi)的瓷環(huán)。

3.2.2 清理氯化氫鐵管積料

打開新增加的氯化氫鐵管觀察孔，發(fā)現(xiàn)氯化氫鐵管彎頭處以及鐵管插入石墨部位堆積物料。拆下氯化氫鐵管，清理氯化鐵管彎管處和插入石墨上封頭內(nèi)鐵管堆積的物料，使氯化氫氣體通道暢通。

3.2.3 檢查降膜塔列管

降膜塔列管為石墨材質(zhì)，打開降膜塔上蓋板，對(duì)降膜塔列管內(nèi)管壁進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)降膜塔列管內(nèi)管壁上未附著油泥狀臟物，因此未對(duì)降膜塔列管進(jìn)行清理。

3.3 1#制酸裝置降膜塔列管堵漏

2020年9月25 日技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)1#制酸系統(tǒng)氯化氫尾氣放空量較大，說明制酸系統(tǒng)吸收效果較差，同時(shí)發(fā)現(xiàn)3臺(tái)降膜塔中的3臺(tái)稀酸流量計(jì)流量數(shù)值較停車前低，初步判斷為2臺(tái)降膜塔列管有漏水的情況。于2020年11月7日停車檢漏并更換2臺(tái)降膜塔中漏水的列管。開車后稀酸流量計(jì)流量恢復(fù)到正常值，尾氣放空量恢復(fù)正常。

4 結(jié)語

2020年9月19日兩套裝置開始升溫，9月25日投料并生產(chǎn)，仍使用w(K2O)為60%的國產(chǎn)氯化鉀生產(chǎn)w(K2O)為50%的硫酸鉀。生產(chǎn)期間，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)量達(dá)到60 t/d以上，w(K2O)為50%～51%，w(Cl-)小于2.0%，燃?xì)庀挠?—7月的75 m3/t降低到70 m3/t，說明對(duì)裝置的改造和優(yōu)化是成功的，取得了理想的效果，為該公司節(jié)能增效，穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)工作做出了貢獻(xiàn)。