熊峰
（广西川化天禾钾肥有限责任公司，广西 北海536017）
［摘 要］目前，国内外加工型硫酸钾企业采用的生产工艺中曼海姆法占主导地位（其中，台湾青上公司的曼海姆法硫酸钾生产装置在稳定运行与产品质量方面均达到国际先进水平），我国作为人口与农业大国，经济作物对钾肥的需求量大（尤其是忌氯作物只能施用硫酸钾等），曼海姆法硫酸钾生产工艺仍具有较大的优化空间与应用前景。简介曼海姆法硫酸钾装置的工艺系统（包括反应系统、产品系统、盐酸系统、打疤系统、循环水系统），回顾曼海姆法硫酸钾生产工艺的技术革新历程，分析曼海姆法硫酸钾生产工艺的发展趋势与前景，在总结曼海姆法硫酸钾装置运行情况的基础上，对曼海姆法硫酸钾生产工艺在设备设施、材料选用、生产操作、副产盐酸利用等方面提出优化建议。
［关键词］曼海姆法硫酸钾装置；工艺系统；曼海姆反应炉；技术革新历程；生产工艺发展趋势；运行总结；优化建议
［中图分类号］TQ443.3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）02-0070-03
0 引 言
我国加工型硫酸钾企业采用的生产工艺有曼海姆法、结晶法、缔置法、溶剂法等，目前，国内外占主导地位的是曼海姆法。曼海姆法由德国化学家Mannheim Vereim（曼海姆·维伦）于19世纪末研究开发而成，生产过程为氯化钾和硫酸在曼海姆反应炉（固定床）内发生复分解反应，制取农业用硫酸钾并副产工业盐酸。
1992年云南磷肥厂从日本引进15 kt/a曼海姆法硫酸钾装置（国内首次引进），采用日本窒素法（即两步法或两炉法——第一反应炉生成硫酸氢钾，硫酸氢钾进入第二反应炉与加入的氯化钾反应生成硫酸钾）。其后，我国各地大部分硫酸钾装置由台湾青上公司采取合资、独资、输出技术和设备等形式进行建设，共投资兴建19家硫酸钾厂，总产能达830 kt/a，成为全球最大的加工型硫酸钾生产企业，其硫酸钾装置在稳定运行与产品质量方面均达到国际先进水平。
1998年，第一套国产化80 kt/a硫酸钾装置在青上化工（上海）有限公司一次投料开车成功，从而结束了国内不能制造硫酸钾生产设备的历史。1992年至今，国内采用曼海姆法生产硫酸钾的企业中，除云南磷肥厂15 kt/a硫酸钾装置外，全部模仿台湾青上公司的曼海姆法。曼海姆法生产硫酸钾在德国虽有近百年历史，但因设备材质不过关，工艺技术不成熟、产品质量不稳定，经过台湾青上公司技术攻关后，曼海姆法硫酸钾生产工艺在国内外发展壮大起来。30年来，经过几代人的不懈努力，我国已成为世界上采用曼海姆法生产硫酸钾的强国和大国，从“引进来”向“走出去”转变，目前在埃及等20个国家都建有曼海姆法硫酸钾装置。我国作为人口与农业大国，经济作物对钾肥的需求量大（尤其是忌氯作物只能施用硫酸钾等），曼海姆法硫酸钾生产工艺优化仍大有可为。
1 曼海姆法硫酸钾装置工艺系统简介
1.1 反应系统
氯化钾由高位料仓经螺旋给料机从曼海姆反应炉上部送入，经氯化钾布料器落到炉床中部，浓硫酸由高位槽按设定的流量不断加至反应炉硫酸布料器并洒入炉床中部，原料氯化钾与浓硫酸经炉内搅拌器不断搅拌混合进行复分解反应［反应分两步进行，第一步为放热反应（KCl+H2SO4====KHSO4+HCl），可在较低温度下进行，第二步为强吸热反应（KCl+KHSO4====K2SO4+HCl），总过程是一个吸热反应（2KCl+H2SO4====K2SO4+2HCl）；主要副反应为H2SO4====SO3+H2O，随着温度的升高，硫酸的分解加剧］，反应所需热量由燃料气燃烧间接加热碳化硅球顶砖获得，反应温度520 ℃左右；反应生成的硫酸钾经反应炉出料口连续移出反应室而进入左右推料机，在推料机内硫酸钾经冷却与进一步破碎、推移由气封螺旋输送器送至产品系统，反应产生的HCl气体则被引至盐酸系统。
1.2 产品系统
气封螺旋输送器出来的硫酸钾依次进入埋刮板输送机、斗提机、滚筒筛，筛下料通过绞龙直接进入硫酸钾料仓，粗料进入自卸式除铁器除铁后进入粉碎机粉碎，粉碎后的物料返回斗提机。由于物料中含有少量硫酸，需用石灰粉中和，石灰粉经螺旋给料机在产品输送过程中均匀添加。
1.3 盐酸系统
反应中产生的HCl气体进入石墨冷却器用循环水冷却，为防止石墨冷却器出现粉尘堵塞，设置酸洗流程，第一硫酸洗涤塔的小部分循环液送入石墨冷却器冲洗石墨管，酸洗后的酸液汇同冷却后的HCl气体依次进入第一硫酸洗涤塔、第二硫酸洗涤塔（2台硫酸洗涤塔串联）内将气体中的SO3及物料微粒等吸收、洗涤干净，第一硫酸洗涤塔补充的吸收液来自第二硫酸洗涤塔，第二硫酸洗涤塔补充的吸收液由盐酸高位槽引入。第一硫酸洗涤塔的吸收液控制一定的浓度，由玻璃转子流量计计量连续移出送至B酸（曼海姆法硫酸钾装置副产盐酸中，SO42-含量多的盐酸统称为B酸，SO42-含量少的盐酸统称为A酸）中间槽。
两级洗涤后的HCl气体经除雾器后进入一级降膜吸收塔（三塔并联）完成第一次降膜吸收过程，控制浓盐酸浓度约31%送至A酸中间槽；未被吸收的HCl气体进入二级降膜吸收塔（两塔并联）。一级降膜吸收塔与二级降膜吸收塔的吸收液（吸收液由降膜吸收塔气液分离器引出）均来自于盐酸高位槽。二级降膜吸收塔产生的盐酸靠位差送入第一尾气回收塔，未被吸收的HCl气体进入气液分离器，与计量加入该设备的稀盐酸（来自于盐酸高位槽）逆流接触完成再次吸收后经HCl风机进入尾气回收系统。盐酸高位槽内的盐酸来自于第一尾气回收塔，一部分用于第二硫酸洗涤塔、一部分用于一级降膜吸收塔、一部分用于二级降膜吸收塔，槽内多余的盐酸溢流回第一尾气回收塔。
更多内容详见《中氮肥》2023年第2期