孫藝飛

（北京中科格瑞特科技有限公司，北京 101100）

鉀是植物生長(zhǎng)必需的三大元素之一。硫酸鉀主要用于煙草、甜菜、甘蔗、馬鈴薯、葡萄、西瓜、菠蘿、茶葉等喜鉀忌氯作物，不但能提高農(nóng)作物產(chǎn)量，而且還能提高其質(zhì)量，如提高煙草的可燃性，提高葡萄、西瓜的糖度，提高薯類淀粉的含量等，在干旱地區(qū)施用硫酸鉀還能避免有害氯化物在作物體內(nèi)積累，保持穩(wěn)定高產(chǎn)［1-3］。

2016年北京中科格瑞特科技有限公司承建了埃及60 kt/a硫酸鉀裝置，該項(xiàng)目采用曼海姆法工藝，裝置工藝簡(jiǎn)單，投資少，工藝可操作性強(qiáng)。但由于項(xiàng)目所在地靠近地中海，產(chǎn)品包裝后易結(jié)塊，在實(shí)際操作過程中，對(duì)硫酸鉀包裝溫度、產(chǎn)品粒度、游離酸等影響結(jié)塊的因素進(jìn)行分析，并對(duì)生產(chǎn)工藝、儲(chǔ)存方式等進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

1 60 kt/a硫酸鉀裝置生產(chǎn)工藝

在550 ℃左右，氯化鉀和濃硫酸在曼海姆反應(yīng)爐中反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)品進(jìn)入冷卻推料機(jī)（對(duì)反應(yīng)后的產(chǎn)品進(jìn)行粉碎降溫），之后進(jìn)入氣封螺旋輸送機(jī)，然后由埋刮板機(jī)送至粉碎機(jī)粉碎，經(jīng)振動(dòng)篩篩分后進(jìn)入包裝系統(tǒng)，硫酸鉀輸送及包裝系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵由袋式除塵器收集處理。反應(yīng)產(chǎn)生的HCl氣體經(jīng)過石墨換熱器冷卻降溫后，進(jìn)入硫酸洗滌塔除去SO3氣體以及粉塵等雜質(zhì)，然后進(jìn)入降膜吸收塔，生成w（HCl）31%的鹽酸溶液，尾氣進(jìn)入尾氣洗滌塔，用清水進(jìn)一步吸收HCl氣體，以達(dá)到環(huán)保排放的要求。

2 影響硫酸鉀結(jié)塊的主要因素分析

2.1 包裝溫度的影響

通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)冷卻推料機(jī)冷卻后的硫酸鉀溫度在75～82 ℃，進(jìn)入包裝機(jī)的硫酸鉀溫度在67～73 ℃。有研究表明，當(dāng)包裝溫度大于50 ℃時(shí)［4］，包裝后的硫酸鉀降溫后會(huì)有水汽凝結(jié)。包裝后的硫酸鉀溫度過高時(shí)，在冷卻過程中，原來溶解在殘余水分中的硫酸鉀鹽就結(jié)晶析出，形成鹽橋，從而導(dǎo)致結(jié)塊。因此，包裝溫度越高儲(chǔ)存時(shí)越容易結(jié)塊，一般將產(chǎn)品包裝溫度控制到50 ℃以下。

為了降低硫酸鉀的溫度，選擇夾套水冷式埋刮板機(jī)對(duì)其進(jìn)行冷卻降溫，即在每節(jié)刮板機(jī)兩側(cè)及下側(cè)裝有夾套，每節(jié)之間的夾套通過管道連接，冷卻介質(zhì)為冷卻循環(huán)水［5］。

1） 計(jì)算條件 進(jìn)入埋刮板機(jī)的硫酸鉀溫度為78 ℃，硫酸鉀進(jìn)入量為7.5 t/h，比熱容為0.796 kJ/（kg·℃），冷卻水進(jìn)水溫度為35 ℃，出水溫度為39 ℃，循環(huán)水密度為1 060 kg/m3，比熱容為4.187 kJ/（kg·℃），以1 h為計(jì)算基準(zhǔn)，熱損失按10%計(jì)算。循環(huán)水管為φ48 mm×4 mm，循環(huán)水流速為1.1 m/s。

2） 輸入熱量 每小時(shí)硫酸鉀帶入熱量Q1=7.5×1 000×0.796×78 kJ=465 660 kJ，冷卻循環(huán)水帶入熱量Q2=3.141 59×0.020×0.020×1 060×1.1×3 600×35×4.187kJ=773003.67kJ，總輸入熱量Q入=Q1+Q2=（465 660.00+773 003.67）kJ=1 238 663.67 kJ。

3） 輸出熱量 硫酸鉀帶出熱量為Q3，冷卻循環(huán)水帶出熱量Q4=3.141 59×0.020×0.020×1 060×1.1×3 600×39×4.187 kJ=861 346.94 kJ，熱損失Q5=Q入×10%=123 866.4 kJ，總輸出熱量Q出=Q3+Q4+Q5=Q3+985 213.31 kJ。

4） 熱量平衡 根據(jù)Q出=Q入，刮板機(jī)出口硫酸鉀溫度計(jì)算如下：1 238 663.67 kJ=Q3+985 213.31 kJ。經(jīng)計(jì)算，刮板機(jī)出口硫酸鉀溫度為42.45 ℃，可以滿足進(jìn)入包裝機(jī)的硫酸鉀溫度低于50 ℃的要求，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中測(cè)試溫度為48.5 ℃左右。而且出口硫酸鉀溫度也可以通過控制循環(huán)水的進(jìn)入量合理控制，即當(dāng)進(jìn)入包裝機(jī)的溫度高時(shí)，增加循環(huán)水閥門開度，加大循環(huán)水加入量；當(dāng)進(jìn)入包裝機(jī)硫酸鉀溫度低時(shí)，減小循環(huán)水加入量。

2.2 硫酸鉀粒度的影響

硫酸鉀粒度也是影響結(jié)塊的重要因素，粒度越小，比表面積越大，顆粒之間的接觸面積越大，硫酸鉀越容易結(jié)塊。而且小粒徑硫酸鉀儲(chǔ)運(yùn)過程中顆粒間接觸緊，摩擦多，顆粒易破碎，發(fā)生不均勻離散，易造成結(jié)塊。顆粒過細(xì)，其抗壓強(qiáng)度、耐磨性、抗沖擊強(qiáng)度也比較差，在貯運(yùn)中易粉化或受壓變形，分離度高。這些細(xì)粉填滿了顆粒之間的空隙，顆粒間接觸點(diǎn)與接觸面積成百倍增加，很易造成硫酸鉀結(jié)塊。原設(shè)計(jì)的篩網(wǎng)孔徑為0.3 mm，考察后發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)可以接受粒度為0.5 mm的硫酸鉀，因此，更換為孔徑0.5 mm的篩網(wǎng)，通過增加粒度來減小接觸面積，以減緩硫酸鉀結(jié)塊的速度。

2.3 游離酸的影響

硫酸鉀的生產(chǎn)過程為固液反應(yīng)，濃硫酸有一定的過量，不可避免地還會(huì)有少量未充分反應(yīng)的KCl存在，如果游離酸含量過高，在儲(chǔ)存過程中游離酸會(huì)進(jìn)一步與未反應(yīng)的KCl反應(yīng)產(chǎn)生KHSO4，該反應(yīng)的進(jìn)行也會(huì)加速結(jié)塊發(fā)生。游離酸具有親水性，其存在使得硫酸鉀吸水吸潮，而水分的存在導(dǎo)致毛細(xì)粘合，并產(chǎn)生晶橋，另一方面水分也會(huì)導(dǎo)致肥料顆粒軟化，在壓力作用下變形，使顆粒間接觸面積增大，加大了顆粒間結(jié)合的強(qiáng)度。硫酸鉀粉體的水含量越少，結(jié)塊的可能性就越小，產(chǎn)品的水含量越高，結(jié)塊就會(huì)更嚴(yán)重。因此，在生產(chǎn)過程中盡可能地控制游離酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%以下。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，在成品斗提機(jī)的進(jìn)口增加石粉料倉和石粉給料螺旋輸送機(jī)，根據(jù)游離酸的含量，加入相應(yīng)量的石粉（粒徑0.147 mm的CaCO3細(xì)粉）中和多余的游離酸，將產(chǎn)品的pH控制在6.0～6.5，以消除游離酸的影響。

2.4 除塵系統(tǒng)返料的影響

硫酸鉀成品的輸送系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生粉塵，為了減少粉塵污染，成品輸送系統(tǒng)配備袋式除塵器以收集斗提機(jī)、皮帶輸送機(jī)、粉碎機(jī)、振動(dòng)篩等產(chǎn)生的粉塵。原設(shè)計(jì)袋式除塵器收集的粉塵返回到產(chǎn)品料倉，與成品混合后進(jìn)入包裝系統(tǒng)。除塵器收集的粉塵粒度很小，而且水含量較高，當(dāng)細(xì)粉與成品混合后，增加了產(chǎn)品的接觸面積，引起顆粒間鹽橋的增加，細(xì)粉在硫酸鉀顆粒之間形成的鹽橋?qū)⒋箢w粒連接在一起，進(jìn)一步促使硫酸鉀包裝后出現(xiàn)結(jié)塊。另外，細(xì)粉的比表面積較大，在相同條件下，由于毛細(xì)現(xiàn)象的作用，細(xì)粉會(huì)吸收空氣中更多的水分，包裝冷卻后，水分析出，也會(huì)進(jìn)一步加劇肥料結(jié)塊。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中除塵系統(tǒng)返料應(yīng)單獨(dú)包裝。

2.5 硫酸鉀堆積高度的影響

硫酸鉀包裝后的堆積高度也會(huì)影響結(jié)塊的速度，增加硫酸鉀的堆積高度就會(huì)增加顆粒形變的可能性和顆粒間的接觸面積，使晶體交聯(lián)的可能性加大，從而增加結(jié)塊的可能性。因此，需要長(zhǎng)期庫存的硫酸鉀要盡可能地降低堆放高度，在實(shí)際堆放過程中采取每垛15層堆包。

2.6 空氣濕度和儲(chǔ)存溫度的影響

2.6.1空氣濕度

空氣濕度是影響硫酸鉀結(jié)塊速率的重要因素，在倉庫管理的過程中要避免濕度的劇烈波動(dòng)，盡可能將空氣濕度控制在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。當(dāng)空氣濕度較大時(shí)，硫酸鉀吸濕使水含量增加，特別是在硫酸鉀粒度較小情況下硫酸鉀極易吸收水分。顆粒間的水分會(huì)形成凹形液面，其飽和蒸汽壓低于平面液體蒸汽壓，空氣中的水蒸氣很容易使顆粒表面硫酸鉀溶液達(dá)到飽和而產(chǎn)生凝結(jié)，在實(shí)際儲(chǔ)存過程中，一般控制硫酸鉀倉庫的相對(duì)濕度在78%～83%。為了實(shí)現(xiàn)空氣濕度的可測(cè)可調(diào)控，一方面加強(qiáng)了空氣濕度的檢測(cè)，每天對(duì)倉庫進(jìn)行濕度記錄。另一方面對(duì)倉庫進(jìn)行整改，增加通風(fēng)口來加快空氣流通，以達(dá)到調(diào)節(jié)倉庫空氣濕度的目的；當(dāng)空氣濕度過大時(shí)，在倉庫固定位置投放干燥劑，配備2臺(tái)可移動(dòng)式的除濕機(jī)，用于空氣濕度的調(diào)節(jié)控制。

2.6.2儲(chǔ)存溫度

硫酸鉀貯存的環(huán)境溫度過高時(shí)，在水分存在的情況，環(huán)境溫度的波動(dòng)會(huì)引起硫酸鉀的溶解、結(jié)晶反復(fù)發(fā)生，產(chǎn)生晶橋。貯存的環(huán)境溫度過高，硫酸鉀的臨界相對(duì)濕度將降低，其吸濕性將增強(qiáng)，導(dǎo)致結(jié)塊容易發(fā)生，通常情況下將硫酸鉀倉庫溫度控制在15～30 ℃。溫度的控制要結(jié)合空氣濕度的控制要求，切忌溫度在短期內(nèi)劇烈變化。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過改用帶水夾套埋刮板對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，使得包裝溫度降到了50 ℃以下，并且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品包裝溫度的可調(diào)可控，以延緩硫酸鉀結(jié)塊的速度；通過將產(chǎn)品振動(dòng)篩更換為0.5 mm的篩網(wǎng)，提高產(chǎn)品的粒度，減小比表面積，以延長(zhǎng)硫酸鉀儲(chǔ)存時(shí)間；通過控制產(chǎn)品中游離酸的含量，也可以有效延長(zhǎng)硫酸鉀的存儲(chǔ)時(shí)間；通過將袋式除塵器返料的細(xì)粉單獨(dú)包裝，避免與成品混合，亦可以達(dá)到延長(zhǎng)儲(chǔ)存時(shí)間的效果；通過降低硫酸鉀的堆積高度，控制倉庫的溫度和濕度，亦可控制硫酸鉀產(chǎn)品的結(jié)塊速度。