氯化钾盐水热法脱硝副产硫酸钾产品的系统及方法

摘要

本发明涉及化工技术领域，公开了一种氯化钾盐水热法脱硝副产硫酸钾产品的系统及方法，本方法包括：纳滤膜单元接收来自外界钾碱装置的脱氯淡盐水并将该脱氯淡盐水输送至换热单元进行换热，蒸发结晶单元产生二次气冷凝液输送至换热单元，在换热单元内，脱氯淡盐水与二次气冷凝液进行换热，换热后的脱氯淡盐水输入至蒸发结晶单元进行蒸发浓缩得到硫酸钾结晶，而换热后的二次气冷凝液进行余热回收处理，硫酸钾结晶经离心分离单元处理后进入干燥单元干燥，得到合格的硫酸钾产品，离心分离后的离心母液则输出至钾碱装置进入二次盐水精制工序。本发明有效弥补了目前工业生产中所使用的钡法脱硝或钙法脱硝流程的不足，达到了降本增效的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种氯化钾盐水热法脱硝副产硫酸钾产品的系统及方法。

背景技术

从溶液中脱除硫酸根也称为脱硝。在离子膜钾碱装置的生产中，氯化钾精制盐水的质量对离子膜的寿命和电耗有决定作用，而硫酸根的含量是精制盐水质量的重要指标之一。在电解槽中，精盐水中的阳离子和硫酸根会形成硫酸盐不溶物，沉积在离子膜上，从而引起电解的电流效率下降。精盐水中的硫酸根长期超标，会对离子膜造成物理损伤，导致膜电阻升高，增加电耗。

由于硫酸钾在氯化钾溶液中的溶解度低，且硫酸钾和氯化钾的溶解度曲线接近平行，无法通过冷冻结晶有效分离硫酸钾，因此不能使用“离子膜氢氧化钠”生产中常用的冷冻脱硝工艺。目前，各生产厂按照总量控制的原则，采用投加氯化钡、硫酸钙等化学试剂的方法来脱除硫酸根，但这些方法均存在一定不足，具体如下：

(1)钡法脱硝，即投加氯化钡，产生硫酸钡沉淀后通过过滤去除硫酸根，存在如下问题：

(a)氯化钡毒性大，运输成本高，管理难度大，且氯化钡溶液的配置系统复杂，需考虑剧毒粉尘的收集和操作人员的劳动防护；

(b)氯化钡为限制类产品，价格昂贵，尤其是在使用硫酸根含量高的原盐时，生产成本非常高；

(c)脱硝后产生的钡泥中，残留有部分氯化钡，需要特别处理，费用高；

(2)钙法脱硝，即投加氯化钙，产生硫酸钙沉淀后通过过滤去除硫酸根，存在如下问题：

(a)硫酸钙易结垢，会造成管道等的堵塞；

(b)氯化钙原料的质量会对盐水系统造成一定的影响；

(c)投加氯化钙后，系统内的钙离子增加，增加了除钙的费用；

(d)有采用纳滤膜进行硫酸钾的预浓缩，再投加氯化钙的方法，有所改进，但仍存在以上不足。

因此需要发明一种不额外引入杂质，同时不产生固废的硫酸根脱除工艺，以有效解决目前工业生产中所使用的钡法脱硝或钙法脱硝流程的不足，达到降本增效的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种氯化钾盐水热法脱硝副产硫酸钾产品的系统及方法，本发明采用纳滤浓缩+蒸发结晶+离心分离+干燥的方法脱除硫酸根，并副产硫酸钾产品；离心母液直接返回钾碱装置的二次盐水精制工序，可降低钾碱装置一次盐水工序的负荷。

本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种氯化钾盐水热法脱硝副产硫酸钾产品的系统，该系统包括：纳滤膜浓缩单元、换热单元、蒸发结晶单元、离心分离单元和干燥单元，所述纳滤膜浓缩单元通过所述换热单元连接至所述蒸发结晶单元，所述蒸发结晶单元、离心分离单元和干燥单元依次连接；纳滤膜单元接收来自外界钾碱装置的脱氯淡盐水并进行浓缩，浓缩后的浓缩液输送至换热单元，同时蒸发结晶单元产生的二次气冷凝液也输送至换热单元，在换热单元内，浓缩液与二次气冷凝液进行换热，换热后的浓缩液输入至蒸发结晶单元进行蒸发浓缩得到硫酸钾结晶，硫酸钾结晶经离心分离单元处理后进入干燥单元干燥，得到合格的硫酸钾产品；

其中，所述蒸发结晶单元包括循环泵、循环加热器、蒸发器和MVR蒸汽再压缩系统，所述循环加热器、循环泵和蒸发器三者循环连接，所述MVR蒸汽再压缩系统的一端连接在所述蒸发器上，另一端连接在所述循环加热器上；蒸发温度控制在80～105℃之间，以节约投资，降低能耗；

所述换热单元包括盐水加热器，所述盐水加热器输入端分别与所述纳滤膜浓缩单元和所述循环加热器连接，所述盐水加热器的第一路输出端连接至所述蒸发器，第二路输出端用于回收换热后的二次气冷凝液。

进一步的，所述离心分离单元包括连接在所述蒸发器上的稠厚器和连接在所述干燥单元上的离心机，所述稠厚器与所述离心机之间互相连接，稠厚器用于对硫酸钾结晶的取出液进行增稠，离心机用于对增稠后的取出液进行离心分离。

进一步的，还包括回收单元，所述回收单元连接在所述离心分离单元上，所述回收单元包括连接在一起的母液缓冲槽和母液泵，所述母液缓冲槽连接在所述稠厚器上，所述母液泵将母液缓冲槽中的离心母液输送至钾碱装置进行二次盐水精制工序，通过该回收单元可以将离心母液直接返回至钾碱装置进行二次盐水精制工序，降低了常规流程中的一次盐水精制工序的负荷。

进一步的，所述干燥单元包括气流干燥器、旋风分离器、布袋除尘器、风机、空气加热器和空气风机，所述气流干燥器连接在所述离心分离单元上，所述气流干燥器、旋风分离器、布袋除尘器和风机依次连接，所述空气加热器连接在所述气流干燥器上，所述空气风机与所述空气加热器连接，其中，空气风机和空气加热器用于给气流干燥器输入热空气，以便对硫酸钾晶体进行干燥。

进一步的，所述纳滤膜浓缩单元包括纳滤膜系统，所述纳滤膜系统连接至所述盐水加热器。

另一方面，本发明提供一种氯化钾盐水热法脱硝副产硫酸钾产品的方法，该方法包括：

将来自钾碱装置的脱氯淡盐水进行温度调节后，输入至纳滤膜浓缩单元进行硫酸根的浓缩，浓缩后产生的透过液返回钾碱装置用于化盐，而浓缩后产生的浓缩液则输入至换热单元；

将浓缩液与来自蒸发结晶单元的二次气冷凝液在换热单元中进行换热，经过换热后的浓缩液进入蒸发结晶单元，经过蒸发浓缩后，浓缩液中的硫酸钾在蒸发结晶单元中析出，析出后的硫酸钾结晶进入离心分离单元进行离心分离；

离心分离后得到的硫酸钾固体进入干燥单元进行干燥，得到硫酸钾产品。

进一步的，本方法还包括：硫酸钾结晶经过离心分离后得到离心母液，离心母液通过回收单元返回至钾碱装置的二次盐水精制工序。

进一步的，本方法还包括：将经过换热后的二次气冷凝液通过换热单元进行余热回收。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

本发明通过纳滤膜系统进行硫酸根浓缩得到富硝盐水，然后通过蒸发结晶的方式从富硝盐水中分离出K

氢氧化钾生产的原盐(KCl)消耗量约为：1350kg/t KOH，硫酸根(SO

副产的高纯硫酸钾按农业级价格：2800元/吨，工业氯化钡按市场价4000元/吨；则每吨氢氧化钾产品可增加营收61.7元；

目前国内离子膜钾碱的生产能力为：130万吨/年，本发明具有较高的推广价值，可以逐步替代目前国内外现有钾碱装置中采用的钡法脱硝或钙法脱硝流程。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种氯化钾盐水热法脱硝副产硫酸钾产品的系统结构示意图。

附图标记：1、纳滤膜系统，2、盐水加热器，3、循环泵，4、循环加热器，5、蒸发器，6、稠厚器，7、离心机，8、气流干燥器，9、旋风分离器，10、MVR蒸汽再压缩系统，11、布袋除尘器，12、风机，13、空气加热器，14、空气风机，15、母液缓冲槽，16、母液泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

针对目前钾碱装置脱除硫酸根工艺中存在的一下问题：1)需投加化学药品，2)引入额外杂质，3)需排放固废等，本发明提出了一种新的硫酸根去除系统及方法，即：一种不额外引入杂质，同时不产生固废的硫酸根脱除工艺，具体如下：

一方面，本实施例提供一种氯化钾盐水热法脱硝副产硫酸钾产品的系统，本系统包括：纳滤膜浓缩单元、换热单元、蒸发结晶单元、离心分离单元、回收单元和干燥单元，所述纳滤膜浓缩单元通过所述换热单元连接至所述蒸发结晶单元，蒸发结晶单元、离心分离单元和回收单元三者依次连接，回收单元连接在离心分离单元上。

纳滤膜单元接收来自外界钾碱装置的脱氯淡盐水并进行浓缩，浓缩后的浓缩液输送至换热单元，同时蒸发结晶单元产生的二次气冷凝液也输送至换热单元，在换热单元内，浓缩液与二次气冷凝液进行换热，换热后的浓缩液输入至蒸发结晶单元进行蒸发浓缩得到硫酸钾结晶，硫酸钾结晶经离心分离单元处理后进入干燥单元干燥，得到合格的硫酸钾产品，同时通过回收单元将离心母液直接返回至钾碱装置进行二次盐水精制工序。

具体的，在本实施例中，如图1所示，纳滤膜浓缩单元包括纳滤膜系统，换热单元包括盐水加热器，蒸发结晶单元包括循环泵、循环加热器、蒸发器和MVR蒸汽再压缩系统。

其中，纳滤膜系统和循环加热器分别连接在盐水加热器的输入端，盐水加热器的一路输出端连接在蒸发器上，盐水加热器将纳滤膜系统传输来的浓缩液与来自循环加热器的二次气冷凝液进行换热，将换热后的浓缩液传输到蒸发器进行蒸发结晶，而换热后的二次气冷凝液则通过盐水加热器的另一路输出端输出，进行余热回收处理。

循环加热器、循环泵和蒸发器三者循环连接，通过循环加热器向盐水加热器提供二次气冷凝液；而MVR蒸汽再压缩系统的一端连接在蒸发器上，另一端连接在循环加热器上，MVR蒸汽再压缩系统将蒸发温度控制在80～105℃之间，以节约投资，降低能耗。

具体的，在本实施例中，如图1所示，离心分离单元包括连接在一起的稠厚器和离心机，回收单元包括连接在一起的母液缓冲槽和母液泵。

其中，稠厚器连接在蒸发器上，母液缓冲槽连接在稠厚器上，稠厚器将从蒸发器中析出的硫酸钾结晶进行增稠，增稠后输入至离心机进行离心分离，而离心母液则输入至母液缓冲槽，通过母液泵将离心母液输送至钾碱装置进行二次盐水精制工序。

具体的，在本实施例中，如图1所示，干燥单元包括气流干燥器、旋风分离器、布袋除尘器、风机、空气加热器和空气风机，其中，气流干燥器、旋风分离器、布袋除尘器和风机依次连接，气流干燥器连接在离心分离机上，接收离心分离机传输来的硫酸钾固体，并对经离心分离后的硫酸钾固体进行气流干燥，干燥后得到的硫酸钾产品从旋风分离器和布袋除尘器处收集至包装系统；而空气风机与空气加热器连接，空气加热器连接在气流干燥器上，空气风机配合空气加热器给气流干燥器输入热空气，以便对硫酸钾固体进行干燥。

其中，干燥器可采用脉冲式干燥器，也可采用沸腾床、振动流化床等流化床干燥器。

另一方面，本实施例还提供一种氯化钾盐水热法脱硝副产硫酸钾产品的方法，在本实施例中，该方法通过图1所示的系统实现，主要包括以下步骤：

来自钾碱装置的脱氯淡盐水，含硫酸钾的浓度约为7g/l，调节脱氯淡盐水的温度后将其输入纳滤膜系统，以避免在纳滤膜过滤时硫酸钾的析出；利用纳滤膜对二价阴离子的截留作用，透过液(即贫硝盐水)直接返回钾碱装置用于化盐，浓缩液(即富硝盐水)的硫酸钾浓度提升至30～40g/l。

浓缩液与来自循环加热器的二次气冷凝液在盐水换热器中进行换热后，进入蒸发器，而换热后的二次气冷凝液则通过盐水加热器输出进行余热回收。

包含硫酸钾的浓缩液经过蒸发器进行蒸发浓缩后，析出硫酸钾结晶，硫酸钾结晶进入稠厚器进行稠厚，在稠厚器中冷却降温的同时，硫酸钾结晶进一步长大，进而进入离心机进行离心分离。

离心分离后得到氯化钾浓度为290～330g/l的离心母液(即贫硝盐水)，在母液缓冲槽中缓冲后，通过母液泵将离心母液输送至钾碱装置的二次盐水精制工序；离心分离得到的硫酸钾固体则进入气流干燥器进行干燥，得到合格的硫酸钾产品，作为复合肥外售。

在该方法中，硫酸钾产品的纯度可以通过控制结晶点和离心机的洗水量来调整，可满足不同纯度的产品需求。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。