Способ термической обработки калийных солей

 

Изобретение относится к технике обезвоживания влажных калийных солей, например сульфата калия, полученного взаимодействием хлористого калия с сульфатом аммония или флотационного хлористого калия в пневматической сушилке. Способ включает ввод соли и горячих газов в аппарат, откуда они в "ожиженном" состоянии увлекаются в систему газоочистки и сепарируются от газов. Способ отличается тем, что часть обезвоженных калийных солей смешивают с исходным влажным материалом в соотношении (0,5-1,5):1,0 по массе и полученную смесь подают на термообработку. Для смешения предпочтительно используют циклонную пыль или мелкодисперсную часть сухого продукта. Для улучшения физико-механических и потребительских свойств обезвоженных калийных солей могут быть использованы известные реагенты, такие как связующие добавки, пылеподавители и антислеживатели, которые добавляют в смесь калийных солей до ее подачи на термическую обработку выборочно либо комплексно. Изобретение позволит упростить процесс обезвоживания, снизить энергозатраты, улучшить физико-механические свойства калийных солей. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технике обезвоживания калийных солей в пневматических сушилках и может быть использовано, например, в производстве сульфата калия.

Широко известно обезвоживание зернистых и кристаллических материалов во взвешенном состоянии в пневматических сушилках (см., например, Плановский А. Н. , Рамм В. М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1968, с. 771-772; а.с. СССР N 264980 кл. 82a 25/10 (F 26 В) заявл. 9.06.67, опубл. 12.06.70; а.с. СССР N 737741, кл. F 26 В 7/10 от 18.07.78, Бюл. N 20, 1980).

В соответствии с известными способами влажный материал подают в вертикальную трубу, в которую снизу нагнетают нагретый воздух, который движется со скоростью ~40 м/сек. Высушенный материал удаляется из аппарата и сепарируется от воздуха. Продолжительность пребывания материала в зоне сушки несколько секунд. Однако при обезвоживании сульфата калия в соответствии с требованиями до влажности менее 0,5%, полученного конверсией хлорида калия с сульфатом аммония (см., например, патент России N 2133220, кл. C 01 D 5/08 от 07.10.97, Бюл. N 20, 20.07.99), имеющего влажность после вакуум-фильтров 8-12%, необходимо поддерживать температуру отходящих газов свыше 190^oC. При повышении влажности осадка на фильтрах до 14% при образовании мелкозернистого сульфата калия в случае использования хлорида калия, содержащего синтетические реагенты, температуру отходящих газов следует повышать до 240-260^oC.

В этих условиях материал комкуется и часть его поступает в провал сушилки, что влечет за собой необходимость его дробления в соответствии, например, с патентом Франции N 1311351, кл. F 26 В, B 02 C, 25.10.61 - 7.12.62.

Известен усовершенствованный способ термической обработки зернистых или порошкообразных продуктов - прототип (см. патент Франции N 1336183, кл. F 26 В, 6.07.62 - 30.08.63.

Способ включает термическую обработку зернистого или порошкообразного материала горячим газом путем ввода его в пневматическую сушилку, откуда материал в "сжиженном" состоянии увлекается в систему газоочистки и сепарируется от воздуха. Известному способу присущи указанные выше недостатки. Кроме того, при температуре свыше 190^oC наблюдается термическое разложение сульфата аммония, который в виде двойной соли (NH₄)₂SO₄•5K₂SO₄ присутствует в техническом сульфате калия. Процесс ускоряется с повышением температуры и протекает по реакции.

Закисление продукта снижает его качество, присутствие в отходящих газах аммиака требует дополнительных затрат на их очистку. Снижение расхода топочных и температуры отходящих газов по известному способу не позволяет получить кондиционный по влажности товарный продукт (менее 0,5% H₂O).

При термической обработке мелкодисперсной калийной соли с влажностью более 10% по известному способу наблюдается забивка солью трактов подачи материала в аппарат и системы пылегазоочистки.

Задачей изобретения является упрощение процесса обезвоживания со снижением энергозатрат и улучшение физико-механических свойств калийных солей.

Положительный эффект достигается тем, что в отличии от известного способа, включающего термическую обработку калийных солей путем их ввода в пневматическую сушилку совместно с нагретыми газами, откуда соли в "ожиженном" состоянии увлекаются в систему газоочистки и сепарируются от газов с получением горячих обезвоженных калийных солей, часть этих солей смешивают с исходным влажным материалом в соотношении (0,5 - 1,5):1,0 по массе, полученную смесь обрабатывают реагентами, улучшающими физико-механические свойства калийных солей, и (или) подают на термическую обработку.

Для смешения предпочтительно используют мелкодисперсную часть обезвоженного продукта или циклонную пыль.

В качестве калийных солей на термообработку подают предпочтительно влажный сульфат калия, полученный, например, конверсией хлорида калия с сульфатом аммония и содержащий его в виде примеси, а также флотационный хлористый калий.

Для улучшения физико-механических свойств калийных солей в смесь могут быть добавлены известные реагенты, такие как связующие добавки (силикаты натрия либо калия, спиртовая барда и др.), пылеподавители (гликоли, парафины, масла и т.п.), антислеживатели (амины, желтая кровяная соль, карбонаты солей), при этом операции смешения калийных солей и их обработки реагентами могут быть совмещены, а при обработке могут быть выбраны один или несколько реагентов.

Сущность способа состоит в следующем. Калийные соли (сульфат калия, хлористый калий), полученные известными способами и имеющие влажность 6-12%, подвергают термической обработке в пневматической сушилке, куда одновременно нагнетают нагретые газы (топочные газы и вторичный воздух). Соли в "ожиженном" состоянии из сушилки газами увлекаются в систему газоочистки, где обезвоживаются и сепарируются от воздуха. Часть горячих обезвоженных калийных солей смешивают с влажными калийными солями в соотношении (0,5 - 1,5):1,0 по массе и полученную смесь подают на термическую обработку.

Этот прием позволяет резко снизить влажность калийных солей, подаваемых на термическую обработку, улучшить рассыпчатость материала и понизить его адгезионные свойства. В результате практически отсутствует провал материала в нижнюю часть пневматической сушилки и не наблюдается налипания материала в приемном бункере и загрузочном устройстве.

Обезвоживание смеси калийных солей позволило снизить расход топлива за счет понижения температуры отходящих газов при той же скорости нагретых газов в пневматической сушилке.

При этом потери тепла от возврата сухой горячей соли на смешение практически не происходит при теплоизоляции тракта, т.к. тепло соли расходуется на подогрев влажных калийных солей в смесителе.

В таблице приведены результаты термической обработки калийных солей по предлагаемому способу (см. п. 3-7) в сравнении с прототипом (см. п. 1-2).

Из приведенных данных видно, что оптимальным отношением обезвоженной соли к влажному материалу является (0,5-1,5):1,0 по массе. В этом случае влажность смеси снижается практически в 2 раза, а температура отходящих газов более чем на 50^oC.

При снижении содержания сухого материала в смеси менее 33% (отношение компонентов смешения 0,5) при влажности калийной соли более 9,0% теряется рассыпчатость материала, наблюдается его комкование и потери через нижнюю часть аппарата - провал, снижается интенсивность сушки, что влечет за собой необходимость увеличения температуры смеси топочных газов и вторичного воздуха, а следовательно, температуры отходящих газов, растут потери тепла. При содержании в смеси сухого материала более 60% существенного положительного эффекта не отмечено, однако возрастает нагрузка на схему возврата сухого продукта.

При осуществлении предлагаемого способа отмечено явление агломерации калийных солей. При обезвоживании сульфата калия в соответствии с прототипом (см. п. 1) доля пылевых фракций в сухом продукте составила 27%, в то время как при осуществлении процесса по предлагаемому способу термической обработки удалось снизить содержание пылевых фракций до 4%. При этом отмечено, что при контакте мелких классов горячего сухого продукта с влажным материалом происходит их агломерация за счет жидкой фазы, присутствующей в исходном материале, которая при обезвоживании связывает отдельные частицы. Этот процесс особенно эффективен в случае использования циклонной пыли или мелких классов сухого продукта, т. к. позволяет получить готовый продукт с улучшенными физико-механическими и потребительскими свойствами.

Явление агломерации калийных солей является положительным фактором, т.к. улучшает их физико-механические и потребительские свойства и снижает потери продукта при транспортировке, хранении и внесении солей в почву, а также при переработке их в комплексные удобрения.

Важным параметром при сушке сульфата калия, содержащего в виде примеси сульфат аммония, является температура отходящих газов. Установлено, что при температуре соли 190^oС происходит термическое разложение сульфата аммония с образованием кислых сульфатов калия, что снижает потребительские свойства этой калийной соли.

При осуществлении способа в соответствии с прототипом для достижения конечной влажности соли менее 0,5% в соответствии с требованиями нормативной документации необходимо поддерживать температуру газов свыше 200^oC, при этом происходит образование кислых продуктов. В таблице в примерах 1-2 pH раствора, полученного из сульфата калия, составил 4,6 и 3,3 соответственно, в то время как по прилагаемому способу термического разложения продукта не наблюдалось.

Для улучшения физико-механических свойств калийных солей в смесь могут быть добавлены известные реагенты, такие как связующие добавки (силикаты натрия либо калия, спиртовая барда, соли фосфорной кислоты и др.); пылеподавители (гликоли, жидкие парафины, масла и т.п.), антислеживатели (амины, растворы желтой кровяной соли, карбонаты солей), при этом операции смешения калийных солей и их обработки реагентами могут быть совмещены.

В процессе обработки может быть выбран один или несколько реагентов.

В отличии от известных способов, где обработку калийных солей известными реагентами ведут после их обезвоживания в пневматических сушилках, по предлагаемому способу реагенты добавляют до термической обработки влажных солей. Изменение точки ввода реагентов стало возможным в результате снижения температуры термической обработки, что позволило предотвратить разложение реагентов при кратковременном термическом воздействии на них и одновременно достичь равномерного распределения реагентов по всему обезвоженному материалу.

Таким образом, положительный эффект изобретения - упрощение процесса обезвоживания со снижением энергозатрат и улучшение физико-механических свойств калийных солей достигается за счет смешения части горячих обезвоженных калийных солей с влажным материалом, что позволило устранить забивку тракта подачи материала на сушку, понизить температуру отходящих газов, а следовательно, и энергозатраты.

В результате возврата на смешение предпочтительно мелких классов сухого продукта осуществляется их агломерация и улучшены физико-механические свойства калийных солей, а в случае обработки солей реагентами до термообработки наблюдается равномерное их распределение по всему сухому материалу.

Способ осуществляется следующим образом. Калийные соли, представленные в основном в виде сульфата калия, полученного, например, конверсией сульфата аммония и хлорида калия, либо флотационного хлористого калия с влажностью 6-12%, подвергают термической обработке в пневматической сушилке с получением обезвоженного горячего продукта.

Часть горячих обезвоженных калийных солей смешивают с исходным влажным материалом в соотношении (0,5-1,5):1,0 по массе и полученную смесь подают на термообработку.

Для смешения солей предпочтительно используют циклонную пыль или мелкодисперсную часть сухого продукта. Для улучшения физико-механических и потребительских свойств обезвоженных калийных солей могут быть использованы известные реагенты, такие как связующие добавки, пылеподавители и антислеживатели, которые добавляют в смесь калийных солей до их подачи на термическую обработку, выборочно или комплексно.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

10 т/час сульфата калия с влажностью 10% подвергли термической обработке в пневматической сушилке по известному способу, а затем часть сухого продукта смешивали с влажным сульфатом калия, постепенно увеличивая отбор сухого материала до 10 т/час. После того как соотношение компонентов смешения достигло 1: 1, термическую обработку вели в непрерывном режиме с отбором обезвоженного продукта с влажностью 0,1-0,2% и температурой 110^oС. Температура отходящих газов при этом находилась в пределах 170-180^oC. Получен продукт, не содержащий кислых сульфатов калия, который не пылит и не слеживается при хранении и транспортировке.

Пример 2.

В соответствии с примером 1 проводили термическую обработку сульфата калия с влажностью 8%, соотношение компонентов 0,5:1,0, но в качестве горячей сухой соли (t ~ 100^oC) использовали циклонную пыль.

Получили продукт с содержанием в сухой соли пылевой фракции 0,063 мм - 4,2%.

Пример 3.

В соответствии с примером 2 проводили термическую обработку флотационного хлористого калия и получили продукт с влажностью 0,42%, при этом на сушку подавали 50 т/час влажного хлористого калия с влажностью 6,2%, а на смешение подавали сухой хлорид калия фракции 0,1 мм.

Пример 4.

В соответствии с примером 3 проводили термическую обработку хлорида калия, при этом использовали известные реагенты - силикат натрия для агломерации мелких частиц в количестве 0,5% от массы влажного хлорида калия, в качестве пылеподавителя - полиэтиленгликоль в количестве 100 г/т. Получили продукт, содержащий фракции менее 0,2 мм - 6,8%, который при хранении и транспортировке не пылил и не слеживался в соответствии с требованиями ГОСТ на хлорид калия.

Формула изобретения

1. Способ термической обработки калийных солей путем их ввода в пневматическую сушилку совместно с нагретыми газами, откуда соли в "ожиженном" состоянии увлекаются газами в систему газоочистки и сепарируются от газов с получением горячих обезвоженных калийных солей, отличающийся тем, что часть обезвоженных солей смешивают с исходным влажным материалом в соотношении (0,5 - 1,5) : 1,0 по массе, полученную смесь обрабатывают реагентами, улучшающими физико-механические свойства калийных солей, и (или) подают на термическую обработку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для смешения используют предпочтительно циклонную пыль или мелкодисперсную часть обезвоженного продукта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве калийных солей на термообработку подают предпочтительно сульфат калия с примесью сульфата аммония, флотационный хлористый калий.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку смеси известными реагентами, улучшающими физико-механические свойства калийных солей, такими, как связующие добавки и (или) пылеподавители и (или) антислеживатели ведут при смешении солей в одном аппарате или раздельно.

РИСУНКИ

Рисунок 1