Mannheimer Verfahren für Kaliumsulfat (K₂SO₄) Produktion

Hauptproduktionsmethoden von Kaliumsulfat

Mannheimer Verfahren is industrielles Verfahren zur Herstellung von K2SO4,Eine Zersetzungsreaktion zwischen 98%iger Schwefelsäure und Kaliumchlorid bei hohen Temperaturen, bei der Salzsäure als Nebenprodukt entsteht. Die einzelnen Schritte umfassen das Mischen von Kaliumchlorid und Schwefelsäure und deren Reaktion bei hohen Temperaturen zu Kaliumsulfat und Salzsäure.

KristallisationsTrennungproduziert Kaliumsulfat durch Rösten von Alkali wie Tungsamenschalen und Pflanzenasche, dann folgtAuslaugen, Filtern, Konzentrieren, Zentrifugaltrennung und Trocknen zur Gewinnung von Kaliumsulfat.

Reaktion vonKaliumchloridUndSchwefelsäure bei bestimmten Temperaturen in einem bestimmten Verhältnis ist eine weitere Methode, um Kaliumsulfat.Zu den einzelnen Schritten gehören das Auflösen von Kaliumchlorid in warmem Wasser, die Zugabe von Schwefelsäure für die Reaktion und die anschließende Kristallisation bei 100–140 °C, gefolgt von der Trennung, Neutralisierung und Trocknung zur Herstellung von Kaliumsulfat.

Vorteile von Mannheimer Kaliumsulfat

Das Mennheim-Verfahren ist die wichtigste Methode zur Kaliumsulfatproduktion im Ausland. Das zuverlässige und hochentwickelte Verfahren erzeugt konzentriertes Kaliumsulfat mit hervorragender Wasserlöslichkeit. Die schwache Säurelösung eignet sich für alkalische Böden.

Produktionsprinzipien

Reaktionsprozess:

1. Schwefelsäure und Kaliumchlorid werden proportional dosiert und gleichmäßig in die Reaktionskammer des Mannheimer Ofens eingeleitet, wo sie zu Kaliumsulfat und Chlorwasserstoff reagieren.

2. Die Reaktion erfolgt in zwei Schritten:

i. Der erste Schritt ist exotherm und erfolgt bei einer niedrigeren Temperatur.

ii. Der zweite Schritt beinhaltet die Umwandlung von Kaliumbisulfat in Kaliumsulfat, die stark endotherm ist.

Temperaturregelung:

1. Die Reaktion muss bei Temperaturen über 268 °C stattfinden, wobei der optimale Bereich bei 500–600 °C liegt, um eine Effizienz ohne übermäßige Schwefelsäurezersetzung zu gewährleisten.

2. Bei der tatsächlichen Produktion wird die Reaktionstemperatur aus Stabilitäts- und Effizienzgründen normalerweise zwischen 510 und 530 °C geregelt.

Wärmenutzung:

1. Die Reaktion ist stark endotherm und erfordert eine konstante Wärmezufuhr durch die Verbrennung von Erdgas.

2. Etwa 44 % der Wärme des Ofens gehen durch die Wände verloren, 40 % werden durch Abgase abgeführt und nur 16 % werden für die eigentliche Reaktion genutzt.

Kernaspekte des Mannheimer Prozesses

OfenDer Durchmesser ist der entscheidende Faktor für die Produktionskapazität. Die größten Öfen der Welt haben einen Durchmesser von 6 Metern.Gleichzeitig ist ein zuverlässiges Antriebssystem die Garantie für eine kontinuierliche und stabile Reaktion.Feuerfeste Materialien müssen hohen Temperaturen und starken Säuren standhalten und eine gute Wärmeübertragung bieten. Die Materialien für die Rührmechanismen müssen hitzebeständig, korrosionsbeständig und verschleißfest sein.

Chlorwasserstoffgasqualität:

1. Durch die Aufrechterhaltung eines leichten Vakuums in der Reaktionskammer wird sichergestellt, dass Luft und Rauchgase den Chlorwasserstoff nicht verdünnen.

2. Durch ordnungsgemäße Abdichtung und Bedienung können HCl-Konzentrationen von 50 % oder mehr erreicht werden.

Rohstoffspezifikationen:

1.Kaliumchlorid:Für eine optimale Reaktionseffizienz müssen bestimmte Anforderungen hinsichtlich Feuchtigkeit, Partikelgröße und Kaliumoxidgehalt erfüllt werden.

2.Schwefelsäure:Erfordert eine Konzentration von 99% für Reinheit und konsistente Reaktion.

Temperaturregelung:

1.Reaktionskammer (510-530°C):Gewährleistet eine vollständige Reaktion.

2.Brennkammer:Gleicht die Erdgaszufuhr für eine effiziente Verbrennung aus.

3.Abgastemperatur:Kontrolliert, um Abgasverstopfungen zu verhindern und eine wirksame Gasabsorption zu gewährleisten.

Prozessablauf

• Reaktion:Kaliumchlorid und Schwefelsäure werden kontinuierlich in die Reaktionskammer eingeleitet. Das entstehende Kaliumsulfat wird abgelassen, gekühlt, gesiebt und vor der Verpackung mit Calciumoxid neutralisiert.
• Handhabung von Nebenprodukten:
  • Hochtemperiertes Chlorwasserstoffgas wird gekühlt und durch eine Reihe von Wäschern und Absorptionstürmen gereinigt, um Salzsäure in Industriequalität (31–37 % HCl) zu erzeugen.
  • Abgasemissionen werden behandelt, um Umweltstandards einzuhalten.

Herausforderungen und Verbesserungen

1. Wärmeverlust:Durch Abgase und Ofenwände geht viel Wärme verloren, was den Bedarf an verbesserten Wärmerückgewinnungssystemen unterstreicht.
2. Gerätekorrosion:Der Prozess läuft unter hohen Temperaturen und sauren Bedingungen ab, was zu Verschleiß und Wartungsproblemen führt.
3. Nutzung von Salzsäure-Nebenprodukten:Der Markt für Salzsäure kann gesättigt sein, sodass die Erforschung alternativer Verwendungsmöglichkeiten oder Methoden zur Minimierung der Nebenproduktproduktion erforderlich ist.

Bei der Kaliumsulfat-Herstellung in Mannheim entstehen zwei Arten von Abgasemissionen: Verbrennungsabgase aus Erdgas und als Nebenprodukt Chlorwasserstoffgas.

Verbrennungsabgase:

Die Temperatur der Verbrennungsabgase liegt in der Regel bei etwa 450 °C. Diese Wärme wird vor der Ableitung durch einen Rekuperator übertragen. Selbst nach dem Wärmeaustausch verbleibt die Abgastemperatur jedoch bei etwa 160 °C, und diese Restwärme wird in die Atmosphäre abgegeben.

Nebenprodukt Chlorwasserstoffgas:

Das Chlorwasserstoffgas wird in einem Schwefelsäurewaschturm gewaschen, in einem Fallfilmabsorber absorbiert und in einem Abgasreinigungsturm gereinigt, bevor es abgeleitet wird. Dabei entsteht 31%ige Salzsäure, wobei höherKonzentration kann zu Emissionen führennicht bis zuStandards und verursacht ein „Tail Drag“-Phänomen im Auspuff.Daher EchtzeitSalzsäure Konzentrationsmessung wird in der Produktion wichtig.

Für bessere Ergebnisse könnten folgende Maßnahmen ergriffen werden:

Säurekonzentration reduzieren: Senken Sie die Säurekonzentration während des AbsorptionsprozessesmitInline-Dichtemessgerät für eine genaue Überwachung.

Erhöhen Sie das zirkulierende Wasservolumen: Verbessern Sie die Wasserzirkulation im Fallfilmabsorber, um die Absorptionseffizienz zu verbessern.

Reduzieren Sie die Belastung des Abgasreinigungsturms: Optimieren Sie den Betrieb, um die Belastung des Reinigungssystems zu minimieren.

Durch diese Anpassungen und einen ordnungsgemäßen Betrieb kann das Tail-Drag-Phänomen über einen längeren Zeitraum hinweg beseitigt und so sichergestellt werden, dass die Emissionen den erforderlichen Standards entsprechen.