Mannheimer Verfahren zur Herstellung von Kaliumsulfat (K₂SO₄)

Mannheimer Verfahren zur Herstellung von Kaliumsulfat (K₂SO₄) Produktion

Hauptproduktionsmethoden für Kaliumsulfat

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

KristallisationsTrennungKaliumsulfat wird durch Rösten von Alkalien wie Tungsamenschalen und Pflanzenasche hergestellt, gefolgt vonAuslaugen, Filtrieren, Konzentrieren, Zentrifugieren und Trocknen zur Gewinnung von Kaliumsulfat.

Reaktion vonKaliumchloridUndSchwefelsäure bei bestimmten Temperaturen in einem bestimmten Verhältnis ist eine weitere Methode, um zu erhalten Kaliumsulfat.Die einzelnen Schritte umfassen das Auflösen von Kaliumchlorid in warmem Wasser, die Zugabe von Schwefelsäure für die Reaktion und anschließend die Kristallisation bei 100–140 °C, gefolgt von der Abtrennung, Neutralisation und Trocknung zur Gewinnung von Kaliumsulfat.

Vorteile von Mannheimer Kaliumsulfat

Das Mennheim-Verfahren ist im Ausland das gängigste Verfahren zur Kaliumsulfat-Herstellung. Dieses zuverlässige und hochentwickelte Verfahren liefert konzentriertes Kaliumsulfat mit hervorragender Wasserlöslichkeit. Die schwach saure Lösung eignet sich für alkalische Böden.

Produktionsprinzipien

Reaktionsprozess:

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

2. Die Reaktion verläuft in zwei Schritten:

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

ii. Im zweiten Schritt wird Kaliumbisulfat in Kaliumsulfat umgewandelt, was eine stark endotherme Reaktion ist.

Temperaturregelung:

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

2. In der tatsächlichen Produktion wird die Reaktionstemperatur typischerweise zwischen 510 und 530 °C geregelt, um Stabilität und Effizienz zu gewährleisten.

Wärmenutzung:

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

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

Wichtige Aspekte des Mannheimer Prozesses

OfenDer Durchmesser ist der entscheidende Faktor für die Produktionskapazität. Die größten Öfen weltweit haben einen Durchmesser von 6 Metern.Gleichzeitig ist ein zuverlässiges Antriebssystem die Garantie für eine kontinuierliche und stabile Reaktion.Feuerfeste Werkstoffe müssen hohen Temperaturen und starken Säuren standhalten und eine gute Wärmeübertragung gewährleisten. Die Werkstoffe für die Rührmechanismen müssen hitze-, korrosions- und verschleißbeständig sein.

Qualität des Chlorwasserstoffgases:

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 höher erreicht werden.

Rohmaterialspezifikationen:

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

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

Temperaturregelung:

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

2.Brennkammer:Optimiert die Erdgaszufuhr für eine effiziente Verbrennung.

3.Abgastemperatur:Die Steuerung verhindert Verstopfungen im Abgassystem und gewährleistet eine effektive Abgasabsorption.

Prozessablauf

• Reaktion:Kaliumchlorid und Schwefelsäure werden kontinuierlich in die Reaktionskammer eingespeist. Das entstehende Kaliumsulfat wird abgeführt, gekühlt, gesiebt und vor der Verpackung mit Calciumoxid neutralisiert.
• Umgang mit Nebenprodukten:
  • Hochtemperiertes Chlorwasserstoffgas wird durch eine Reihe von Wäschern und Absorptionstürmen gekühlt und gereinigt, um Salzsäure in Industriequalität (31-37% HCl) herzustellen.
  • Die Abgase werden so aufbereitet, dass sie den Umweltstandards entsprechen.

Herausforderungen und Verbesserungen

1. Wärmeverlust:Durch die Abgase und die Ofenwände geht erhebliche Wärme verloren, was die Notwendigkeit verbesserter Wärmerückgewinnungssysteme unterstreicht.
2. Gerätekorrosion:Der Prozess findet unter hohen Temperaturen und sauren Bedingungen statt, was zu Verschleiß und Wartungsaufwand führt.
3. Verwertung des Nebenprodukts Salzsäure:Der Markt für Salzsäure kann gesättigt sein, was die Forschung nach alternativen Verwendungsmöglichkeiten oder Methoden zur Minimierung der Nebenproduktbildung erforderlich macht.

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

Verbrennungsabgase:

Die Temperatur des Verbrennungsabgases liegt üblicherweise bei etwa 450 °C. Diese Wärme wird vor der Abführung über einen Rekuperator abgeführt. Selbst nach dem Wärmeaustausch verbleibt die Abgastemperatur jedoch bei etwa 160 °C, und diese Restwärme wird an die Atmosphäre abgegeben.

Nebenprodukt Chlorwasserstoffgas:

Das Chlorwasserstoffgas wird in einem Schwefelsäure-Waschturm gewaschen, in einem Fallfilmabsorber absorbiert und in einem Abgasreinigungsturm gereinigt, bevor es abgeleitet wird. Bei diesem Prozess entsteht 31%ige Salzsäure., in der höherKonzentration kann zu Emissionen führennicht ausreichendund die dadurch entstehende „Heckwiderstands“-Wirkung im Abgassystem.Daher EchtzeitSalzsäure Konzentrationsmessung wird in der Produktion wichtig.

Folgende Maßnahmen könnten zu besseren Ergebnissen führen:

Säurekonzentration reduzieren: Die Säurekonzentration während des Absorptionsprozesses senkenmitInline-Dichtemessgerät für eine genaue Überwachung.

Erhöhung des zirkulierenden Wasservolumens: Durch die Steigerung der Wasserzirkulation im Fallfilmabsorber wird die Absorptionseffizienz verbessert.

Reduzierung der Belastung des Abgasreinigungsturms: Optimieren Sie die Betriebsabläufe, um die Belastung des Reinigungssystems zu minimieren.

Durch diese Anpassungen und den ordnungsgemäßen Betrieb über einen längeren Zeitraum kann der Heckwiderstand beseitigt werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Emissionen die erforderlichen Normen erfüllen.