一種微波輻射加熱生產硫酸鉀的多層反應爐裝置與方法

2023-05-22 17:19:06

一種微波輻射加熱生產硫酸鉀的多層反應爐裝置與方法
【專利摘要】本發明涉及一種微波輻射加熱生產硫酸鉀的多層反應爐裝置與方法，裝置由多層反應室、進料裝置、微波發生器、攪拌裝置、冷卻推料機等組成。氯化鉀、硫酸經過進料裝置進入多層反應室，通過物料分布器分布於上反應室底的中間區域，攪拌裝置對物料進行攪拌，並逐漸將物料由上反應室的中間區域推向邊緣下料口進入中反應室，中反應室攪拌裝置繼續對物料進行攪拌，並逐漸將物料由中反應室的邊緣推向中間區域下料口進入下反應室，下反應室攪拌裝置繼續對物料進行攪拌，並逐漸將物料由下反應室的中間區域推向邊緣的出料口進入冷卻推料機，期間氯化鉀、硫酸在微波直接輻射下發生快速反應生成硫酸鉀和氯化氫。本發明反應速度快，產量大，設備溫度低，腐蝕輕，高效節能，不汙染環境，達到了節能降耗綠色環保的目的。
【專利說明】一種微波輻射加熱生產硫酸鉀的多層反應爐裝置與方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種採用微波輻射加熱，以氯化鉀和硫酸為原料生產硫酸鉀和氯化氫 的多層反應爐裝置與方法，【技術領域】是無機鹽工業和化肥工業。

【背景技術】
[0002] 硫酸鉀是一種無氯鉀肥，主要用在忌氯的經濟作物上，例如：蔬菜、水果、菸草、茶 葉和蠶桑等農作物。硫酸鉀的主要生產方法有：海湖鹽齒水製取硫酸鉀、鉀鹽礦石製取硫酸 鉀、氯化鉀與硫酸鹽複分解轉化法、氯化鉀硫酸轉化法等，而其中氯化鉀-硫酸轉化法是生 產硫酸鉀的重要方法，其代表方法為曼海姆法。
[0003] 曼海姆法採用氯化鉀和硫酸為原料，通過燃燒重油、水煤汽、液化氣、天然氣等手 段提供500-60(TC高溫反應生產硫酸鉀，該方法是製取硫酸鉀工藝技術最成熟的生產方 法，工藝過程較為簡單，技術可靠，主要設備是曼海姆爐，利用該法生產的硫酸鉀佔世界硫 酸鉀總產量的70%以上。《一種生產硫酸鉀的反應爐》（中國專利，申請號：01243499X)提 供了一種以硫酸和氯化鉀為原料生產硫酸鉀的反應爐，該反應爐是以曼海姆（Mannheim)法 為基礎，在高溫下讓氯化鉀與硫酸反應生產硫酸鉀，可以用煤氣、天然氣、重油等作為熱源。 曼海姆法中氯化鉀和硫酸通過進料裝置進入曼海姆爐爐床靠中間區域，在攪拌裝置的推動 下，由裡向外傳輸，同時發生反應。由於所需反應時間長，加上反應爐床面積所限，曼海姆法 最大的問題是擴大單爐生產能力困難。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種微波輻射加熱，以氯化鉀和硫酸為原料生產硫酸鉀的裝 置與方法，本發明通過多層爐床設計，擴大反應爐反應區面積；採用微波輻射促進化學反應 的新技術，從而使反應時間縮短，反應速度加快；本發明能耗少，產量高，綠色環保，達到了 節能降耗的目的。
[0005] 本發明的技術方案： 一種微波輻射加熱生產硫酸鉀的多層反應爐裝置，其主要由多層反應室、微波發生器、 進料裝置、攪拌裝置和冷卻推料機構成。所述多層反應室由三個或三個以上反應室組成，分 上反應室、中反應室和下反應室，上反應室爐床的外邊緣處開有兩個下料口，用於物料向下 面的反應室傳輸，上反應室壁開有一個氯化氫出氣口，中反應室爐床的靠中間部位開有兩 個下料口，用於物料向下面的反應室傳輸，下反應室開有兩個硫酸鉀出料口。所述微波發生 器設置在多層反應室的上反應室的上方及各反應室的周邊，進料裝置的物料分布器位於上 反應室內部，攪拌裝置的十字型攪拌臂位於多層反應室的每個反應室內部，冷卻推料機與 下反應室硫酸鉀出料口相接。
[0006] 前面所述的裝置，優選的方案是，所述多層反應室由三個或三個以上反應室組成， 所述進料裝置主要由氯化鉀料倉、硫酸進料管和物料分布器構成，所述氯化鉀料倉通過氯 化鉀計量裝置和氯化鉀進料管與所述物料分布器相連接，所述物料分布器外接硫酸進料 管。
[0007] 前面所述的裝置，優選的方案是，所述反應室壁、頂、底均為不鏽鋼，內襯防護層， 外裝保溫層。
[0008] 前面所述的裝置，優選的方案是，所述攪拌裝置主要由十字型攪拌臂、減速機和主 電機構成，所述十字型攪拌臂由攪拌軸通過反應室下方的大齒輪、小齒輪、減速機和主電機 相連接，所述十字型攪拌臂上安裝有攪拌耙齒。
[0009] 本發明還提供了利用前面所述裝置生產硫酸鉀的方法，氯化鉀料倉中的氯化鉀經 氯化鉀計量裝置計量，通過氯化鉀進料管進入物料分布器，經過計量的硫酸通過硫酸進料 管也進入物料分布器，物料分布器將氯化鉀和硫酸均勻分布於上反應室底的中間區域，十 字型攪拌臂和其上的攪拌耙齒由攪拌軸通過反應室下方的大齒輪、小齒輪、減速機、主電機 帶動旋轉，對反應室底上的物料進行攪拌，並逐漸將物料由上反應室的中間區域推向邊緣， 從上反應室邊緣處的兩個下料口進入中反應室，中反應室內的十字型攪拌臂和其上的攪拌 耙齒將物料從邊緣推向中間區域，從中反應室中間部位的下料口進入下反應室，下反應室 內的十字型攪拌臂和其上的攪拌耙齒將物料從中間推向邊緣的硫酸鉀出料口。期間氯化鉀 和硫酸在微波發生器發生的微波輻射下發生快速反應生成硫酸鉀和氯化氫，硫酸鉀被推入 硫酸鉀出料口進入冷卻推料機，經冷卻、破碎後進入硫酸鉀成品粉碎包裝工序，得到成品硫 酸鉀。氯化氫通過氯化氫出氣口，從反應室排出輸送至制酸工序進行冷卻、吸收，生成31% 的工業鹽酸，或經冷卻淨化後進行其它應用。
[0010] 前面所述的方法，優選的方案是，氯化鉀和硫酸的物質量比為1. 9-2. 1: 0. 85-1. 10 (優選的，氯化鉀和硫酸的物質量比為1. 97: 1. 0)。
[0011] 前面所述的方法，優選的方案是，所用硫酸選用質量濃度為93%-98%的工業硫酸 (優選質量濃度為98%的工業硫酸)。
[0012] 前面所述的方法，優選的方案是，所用氯化鉀其氧化鉀的含量大於60%。
[0013] 前面所述的方法，優選的方案是，所述微波輻射頻率為60(Γ5000ΜΗζ，（優選的，輻 射頻率為800?2600ΜΗζ)。
[0014] 前面所述的方法，優選的方案是，反應溫度控制在300°C ~850°C (優選反應溫度 500°C ?650°C)。
[0015] 本發明的優點是：採用多層反應室設計，反應室的面積大大提高，採用微波能量加 速反應的進行，反應速度加快，達到了單爐生產能力大，節能降耗，綠色環保的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本發明裝置的主視圖， 圖2是本發明裝置的A-A線剖視圖， 圖3是本發明裝置的左視圖， 圖4是本發明裝置的俯視圖。
[0017] 其中：1、氯化鉀料倉；2、氯化鉀計量裝置；3、氯化鉀進料管；4、硫酸進料管；5、氯 化氫氣體出口；6、硫酸鉀冷卻推料機；7、主電機；8、減速機；9、小齒輪；10、大齒輪；11、攪 拌軸；12、微波發生器；13、布料器；14、十字型攪拌臂；15、攪拌耙齒；16、上反應室下料口； 17、中反應室下料口； 18、硫酸鉀出料口；19、反應室觀察窗；20、上反應室；21、中反應室； 22、下反應室。

【具體實施方式】
[0018] 下面結合實施例和附圖詳細說明本發明的技術方案，但保護範圍不被此限制。
[0019] 實施例1 一種微波輻射加熱生產硫酸鉀的多層反應爐裝置與方法，裝置的進料裝 置由氯化鉀料倉1、氯化鉀計量裝置2、氯化鉀進料管3、硫酸進料管4、物料分布器13等組 成；多層反應室由上反應室20、中反應室21、下反應室22組成，反應室壁、頂、底均為特種不 鏽鋼，內襯防護層，外裝保溫層，上反應室20的底部外邊緣處開有兩個下料口，壁上開有一 個氯化氫出氣口 5,中反應室21的底部靠中間區域處開有兩個下料口，下反應室22外部邊 緣處開有兩個硫酸鉀出料口 18,每個反應室均開有兩個觀察窗19 ;反應過程所需要的熱量 由安裝於上反應室上方和每個反應室周邊的微波發生器12提供，微波直接進入反應室對 物料進行加熱；每個反應室內均安裝有十字型攪拌臂14,攪拌臂14上安裝有攪拌耙齒15， 攪拌臂14由攪拌軸11通過反應室下方的大齒輪10、小齒輪19、減速機8、主電機7帶動旋 轉，對反應室內物料進行攪拌；冷卻推料機6與反應室硫酸鉀出料口 18相接，對生成的高溫 硫酸鉀進行冷卻、破碎、輸送至成品粉碎包裝區；氯化氫出氣口 5用於反應生成的氯化氫從 反應室排出。
[0020] 利用本發明裝置進行硫酸鉀生產的方法如下： 氯化鉀料倉1中的氯化鉀經氯化鉀計量裝置2計量，通過氯化鉀進料管3進入物料分 布器13,經過計量的硫酸通過硫酸進料管4也進入物料分布器13,物料分布器13將氯化鉀 和硫酸均勻分布於上反應室底中間區域。攪拌臂14和其上的攪拌耙齒15由攪拌軸11通 過反應室下方的大齒輪10、小齒輪9、減速機8、主電機7帶動旋轉，對反應室底上的物料進 行攪拌，物料由上反應室20的中間區域推向邊緣，從上反應室邊緣處的兩個下料口 16進入 中反應室21，中反應室21內的十字型攪拌臂14和其上的攪拌耙齒15將物料從邊緣推向中 間區域，從中反應室21中間部位的下料口 17進入下反應室22,下反應室22內的十字型攪 拌臂14和其上的攪拌耙齒15將物料從中間推向邊緣的硫酸鉀出料口 18。期間氯化鉀和硫 酸在微波發生器12發生的微波輻射下發生快速反應生成硫酸鉀和氯化氫，硫酸鉀被推入 硫酸鉀出料口 18進入冷卻推料機6,經冷卻、破碎後進入硫酸鉀成品粉碎包裝工序，得到成 品硫酸鉀。氯化氫通過氯化氫出氣口 5排出輸送至制酸工序進行冷卻、吸收，生成31%的工 業鹽酸，或經冷卻淨化後進行其它應用。
[0021] 氯化鉀和硫酸用量的物質量比為2.0: 1.0。所用硫酸選用質量濃度為98%的工業 硫酸。所用氯化鉀的氧化鉀含量為62%。所述微波輻射頻率為2450MHz。物料溫度控制在 550。。。
[0022] 實施例2 -種微波輻射加熱生產硫酸鉀的多層反應爐裝置與方法，結構與方法步 驟仍可參照實施例1。不同的是，氯化鉀和硫酸用量的物質量比為1.95: 1.0,所用硫酸選 用質量濃度為93%的工業硫酸。所述微波輻射頻率為2450MHz。物料溫度控制在500°C。
[0023] 實施例3 -種微波輻射加熱生產硫酸鉀的多層反應爐裝置與方法，結構與方法步 驟仍可參照實施例1。不同的是，氯化鉀和硫酸用量的重量比為2.0: 1.05,所用硫酸選用 質量濃度為98%的工業硫酸，所述微波輻射頻率為2450MHz。物料溫度控制在550°C。
[0024] 下表為本發明實施例3所得硫酸鉀產品質量、產量等與曼海姆法的對比。由此可 見，微波直接輻射物料，設備溫度低，腐蝕輕，反應速度快，產量大，高效節能，不汙染環境， 質量高且穩定，達到了節能降耗綠色環保的目的。

【權利要求】
1. 一種微波輻射加熱生產硫酸鉀的多層反應爐裝置，其特徵是，主要由多層反應室、微 波發生器、進料裝置、攪拌裝置和冷卻推料機構成；所述多層反應室由三個或三個以上反應 室組成，分上反應室、中反應室和下反應室，上反應室爐床的外邊緣處開有兩個下料口，用 於物料向下面的反應室傳輸，上反應室壁開有一個氯化氫出氣口，中反應室爐床的靠中間 部位開有兩個下料口，用於物料向下面的反應室傳輸，下反應室開有兩個硫酸鉀出料口；所 述微波發生器設置在多層反應室的上反應室的上方及各反應室的周邊，進料裝置的物料分 布器位於上反應室內部，攪拌裝置的十字型攪拌臂位於多層反應室的每個反應室內部，冷 卻推料機與下反應室硫酸鉀出料口相接。
2. 根據權利要求1所述的多層反應爐裝置，其特徵是，所述多層反應室由三個或三個 以上反應室組成，所述進料裝置主要由氯化鉀料倉、硫酸進料管和物料分布器構成，所述氯 化鉀料倉通過氯化鉀計量裝置和氯化鉀進料管與所述物料分布器相連接，所述物料分布器 外接硫酸進料管。
3. 根據權利要求1所述的多層反應爐裝置，其特徵是，所述反應室壁、頂、底均為不鏽 鋼，內襯防護層，外裝保溫層。
4. 根據權利要求1所述的多層反應爐裝置，其特徵是，所述攪拌裝置主要由十字型攪 拌臂、減速機和主電機構成，所述十字型攪拌臂由攪拌軸通過反應室下方的大齒輪、小齒 輪、減速機和主電機相連接，所述十字型攪拌臂上安裝有攪拌耙齒。
5. 根據權利要求1-3任一所述的多層反應爐裝置生產硫酸鉀的方法，其特徵是，氯化 鉀料倉中的氯化鉀經氯化鉀計量裝置計量，通過氯化鉀進料管進入物料分布器，經過計量 的硫酸通過硫酸進料管也進入物料分布器，物料分布器將氯化鉀和硫酸均勻分布於上反應 室底的中間區域，十字型攪拌臂和其上的攪拌耙齒由攪拌軸通過反應室下方的大齒輪、小 齒輪、減速機、主電機帶動旋轉，對反應室底上的物料進行攪拌，並逐漸將物料由上反應室 的中間區域推向邊緣，從上反應室邊緣處的兩個下料口進入中反應室，中反應室內的十字 型攪拌臂和其上的攪拌耙齒將物料從邊緣推向中間區域，從中反應室中間部位的下料口進 入下反應室，下反應室內的十字型攪拌臂和其上的攪拌耙齒將物料從中間推向邊緣的硫酸 鉀出料口；期間氯化鉀和硫酸在微波發生器發生的微波輻射下發生快速反應生成硫酸鉀和 氯化氫，硫酸鉀被推入硫酸鉀出料口進入冷卻推料機，經冷卻、破碎後進入硫酸鉀成品粉碎 包裝工序，得到成品硫酸鉀；氯化氫通過氯化氫出氣口，從反應室排出輸送至制酸工序進行 冷卻、吸收，生成31%的工業鹽酸，或經冷卻淨化後進行其它應用。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特徵是，氯化鉀和硫酸的物質量比為1.9-2. 1: 0. 85-1. 10 (優選的，氯化鉀和硫酸的物質量比為1. 97: 1. 0)。
7. 根據權利要求5所述的方法，其特徵是，所用硫酸選用質量濃度為93%-98%的工業硫 酸(優選質量濃度為98%的工業硫酸)。
8. 根據權利要求5所述的方法，其特徵是，所用氯化鉀其氧化鉀的含量大於60%。
9. 根據權利要求5所述的方法，其特徵是，所述微波輻射頻率為60(Γ5000ΜΗζ，（優選 的，輻射頻率為80(Γ2600ΜΗζ)。
10. 根據權利要求5所述的方法，其特徵是，反應溫度控制在300°C~85(rC (優選反應 溫度 500°C ?650°C)。
【文檔編號】C01D5/02GK104150511SQ201410420593
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月25日 優先權日:2014年8月25日
【發明者】柳仁民, 孫愛玲 申請人:柳仁民