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，該項目采用曼海姆法工藝，裝置工藝簡單，投資少，工藝可操作性強(qiáng)。但由于項目所在地靠近地中海，產(chǎn)品包裝后易結(jié)塊，在實際操作過程中，對硫酸鉀包裝溫度、產(chǎn)品粒度、游離酸等影響結(jié)塊的因素進(jìn)行分析，并對生產(chǎn)工藝、儲存方式等進(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［4］，包裝后的硫酸鉀降溫后會有水汽凝結(jié)。包裝后的硫酸鉀溫度過高時，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，包裝溫度越高儲存時越容易結(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為計算基準(zhǔn)，熱損失按10%計算。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)出口硫酸鉀溫度計算如下：1 238 663.67 kJ=Q3+985 213.31 kJ。經(jīng)計算，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，而在實際生產(chǎn)過程中測試溫度為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，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，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運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，顆粒間接觸點與接觸面積成百倍增加，很易造成硫酸鉀結(jié)塊。原設(shè)計的篩網(wǎng)孔徑為0.3 mm，考察后發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)厥袌隹梢越邮芰６葹?.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，不可避免地還會有少量未充分反應(yīng)的KCl存在，如果游離酸含量過高，在儲存過程中游離酸會進(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)、振動篩等產(chǎn)生的粉塵。原設(shè)計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)粉會吸收空氣中更多的水分，包裝冷卻后，水分析出，也會進(jìn)一步加劇肥料結(jié)塊。因此，在實際生產(chǎn)中除塵系統(tǒng)返料應(yīng)單獨包裝。

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影響結(jié)塊的速度，增加硫酸鉀的堆積高度就會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，需要長期庫存的硫酸鉀要盡可能地降低堆放高度，在實際堆放過程中采取每垛15層堆包。

2.6 空氣濕度和儲存溫度的影響

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，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，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)，在實際儲存過程中，一般控制硫酸鉀倉庫的相對濕度在78%～83%。為了實現(xiàn)空氣濕度的可測可調(diào)控，一方面加強(qiáng)了空氣濕度的檢測，每天對倉庫進(jìn)行濕度記錄。另一方面對倉庫進(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，在倉庫固定位置投放干燥劑，配備2臺可移動式的除濕機(jī)，用于空氣濕度的調(diào)節(jié)控制。

2.6.2儲存溫度

硫酸鉀貯存的環(huán)境溫度過高時，在水分存在的情況，環(huán)境溫度的波動會引起硫酸鉀的溶解、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產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，使得包裝溫度降到了50 ℃以下，并且實現(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，以延長硫酸鉀儲存時間；通過控制產(chǎn)品中游離酸的含量，也可以有效延長硫酸鉀的存儲時間；通過將袋式除塵器返料的細(xì)粉單獨包裝，避免與成品混合，亦可以達(dá)到延長儲存時間的效果；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。