СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО КАЛИЯ Российский патент 2015 года по МПК C01D3/04 G05D7/00 

Изобретение относится к технике получения хлористого калия галургическим способом и может быть использовано для управления качеством целевого продукта.

Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения расходов входных потоков - см. А.С. СССР №948884, кл. С01D 3/04, G05D 27/00, публ. 07.08.82, Бюл. №20.

Способ предусматривает стабилизацию содержания хлористого калия регулированием расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от температуры этого раствора и концентрации в нем хлористого калия.

Известен также способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды в зависимости от изменения расхода поступающего на кристаллизацию осветленного насыщенного раствора, содержания в нем хлористого калия, хлористого натрия и хлористого магния и температуры - см. патент РФ №2399587, кл. С01D 3/04, G05D 27/00, публ. 10.06.2010, Бюл. №26. В известных способах получают целевой продукт с содержанием основного вещества 96-99% KCl путем нормированного ввода воды в осветленный насыщенный раствор для предотвращения кристаллизации хлористого натрия совместно с кристаллизацией хлористого калия. Эксплуатация калийных производств показала, что управление только водным балансом процесса кристаллизации хлористого калия не позволяет получать целевой продукт с нижней границей содержания в нем KCl: по требованию нормативной документации - не ниже 95%. Практически вместо 95% хлористого калия отгружают 97,0-97,7% продукт, так как для предотвращения образования бракованной продукции процесс кристаллизации ведут при степени насыщения раствора в корпусах ВКУ по хлористому натрию менее 1 за счет ввода избыточного количества воды. Это влечет за собой большие экономические потери для производителей целевого продукта за счет отгрузки вместо 95% KCl продукта с содержанием 97,0-97,7% KCl, так как ценовой надбавки за тонно-процент для хлористого калия не существует.

Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающий регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры, расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% - прототип, см. патент РФ №2406695, кл. С01D 3/04, GО5D 27/00, публ. 2012.2010, Бюл. №35.

Известный способ позволяет управлять водным балансом процесса кристаллизации хлористого калия на ВКУ за счет обеспечения степени насыщения по NaCl раствора в корпусах установки на уровне 1,0 при получении 96% продукта и 0,9 - при получении 98% продукта. Внедрение известного способа позволило сократить расход воды на ВКУ, однако во избежание образования «брака» продукции содержание в кристаллизате хлористого калия поддерживают на уровне 96,5-97,0% KCl, так как в процессе кристаллизации в насыщенных по NaCl растворах наблюдается процесс окклюзии - захват кристаллами маточного раствора, вследствие чего независимо от степени разбавления водой охлаждаемого на ВКУ раствора содержание NaCl в кристаллизате колеблется в интервале 0,7-1,5%. Этот процесс зависит от ряда трудно управляемых факторов - интенсивности кипения раствора в корпусах, Ж:Т суспензии, рельефа кристаллов, величины сростков и др. Поэтому известный способ также не позволяет получать целевой продукт с нижней границей содержания в нем KCl в соответствии с нормативной документацией, что влечет за собой экономические потери в производстве.

Задачей предлагаемого изобретения является создание возможности снижения экономических потерь за счет отгрузки вместо 95% хлористого калия продукта повышенного качества путем корректировки состава целевого продукта средствами управления. Поставленная задача решается тем, что в отличие от известного способа управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающего регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры, расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт, по предлагаемому способу дополнительно замеряют расход отфильтрованного кристаллизата, содержание в нем хлористого калия и влаги, отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией, и по полученным данным определяют расход суспензии хлористого натрия по следующей зависимости:

где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,

C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,

G_KCl - расход кристаллизата, т,

n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,

w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли;

замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия.

По предлагаемому способу суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия с Ж:Т=0,6-1,5 готовят смешением хлористого натрия и маточного раствора с вакуум-кристаллизации либо используют солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.

Сущность способа как технического решения заключается в следующем: в отличие от известного способа управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающего регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры, расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт, по предлагаемому способу дополнительно замеряют расход отфильтрованного кристаллизата, содержание в нем хлористого калия и влаги, отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией, и по полученным данным определяют расход суспензии хлористого натрия по следующей зависимости:

где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,

C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,

G_KCl - расход кристаллизата, т,

n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,

w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли;

замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия.

Способ отличается также тем, что суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия с Ж:Т=0,6-1,5 готовят смешением хлористого натрия и маточного раствора с вакуум-кристаллизации либо используют солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.

В соответствии с предлагаемым способом для управления процессом необходимо иметь суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, которую готовят, например, подачей кристаллического хлористого натрия в маточный раствор, полученный на установке вакуум-кристаллизации - ВКУ. Размер кристаллов должен быть соизмерим с кристаллами хлористого калия с ВКУ, то есть частицы соли должны иметь размеры в основном в интервале 0,1-0,7 мм, что достигается измельчением и классификацией соли известными способами, в противном случае мелкие классы соли выдуваются при сушке хлористого калия из целевого продукта в виде циклонной пыли. При возврате циклонной пыли в целевой продукт, а также фракций соли более 1 мм происходит сегрегация кристаллов соли и хлористого калия по фракциям в процессе хранения и транспортировки целевого продукта, в результате чего меняется его химический состав. Кроме того, наличие в соли фракций менее 0,1 мм ухудшает физико-химические свойства хлористого калия - его пылимость и слеживаемость.

По предлагаемому способу суспензию хлористого натрия готовят с отношением жидкого к твердому - n, равным 0,6-1,5, что позволяет равномерно распределить кристаллический хлористый натрий по сгущенной суспензии кристаллизата. Увеличение n свыше 1,5 нежелательно, так как ухудшит условия фильтрации суспензии на центрифуге (оптимальным является для фильтрации значение n=0,8-1,2), а снижение n менее 0,6 улучшает текучесть суспензии и равномерность ее распределения в сгущенной суспензии кристаллизата.

Анализ работы калийных предприятий показывает, что в качестве суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия может быть использован солевой шлам галургического производства, образующийся при растворении сильвинитовой руды - см., например, Горный журнал, №8, 2007, с.25-27. Солевой шлам образуется из мелких классов сильвинитовых руд и при высаливании хлористого натрия из нагретого оборотного маточного раствора при растворении в нем хлористого калия сильвинитовой руды. При гидроклассификации солевого шлама может быть получена суспензия хлористого натрия в насыщенном сильвинитовом растворе с n=0,6-1,5.

По предлагаемому способу замеряют расход отфильтрованного кристаллизата до или после сушки, например, с помощью весоизмерителей, содержание в нем хлористого калия, например, радиоизотопным калиметром и влаги, например, инфракрасным влагомером, а также отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией, например, с помощью плотномеров для суспензии и насыщенного раствора.

Связь между плотностью суспензии хлористого натрия и соотношением жидкой и твердой фаз n=(Ж:Т) в ней выражается через весовую долю х твердой фазы в суспензии по известной зависимости

или

$${\rho }_C=\frac{1}{\frac{x}{{\rho }_{тв}}+\frac{1-x}{{\rho }_{ж}}}$$ , например, А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган, процессы и аппараты химической технологии, изд. «Химия», М., 1967, с.241,

где ρ_тв, ρ_ж и ρ_с - плотность хлористого натрия, ρ_тв=2000 кг/м³, жидкой фазы насыщенного раствора - ρ_ж и суспензии - ρ_с определяем известным способом.

Расход отфильтрованного кристаллизата может быть определен на конвейерной ленте весовым дозатором сразу же после фильтрации кристаллизата хлористого калия, полученного при вакуум-кристаллизации, либо после сушки продукта, поскольку время пребывания целевого продукта в сушильном аппарате, например в аппарате «кипящего» слоя, является минимальным.

Расход воды в поступающий на кристаллизацию раствор регулируют в соответствии с известным способом из расчета получения кристаллизата с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт.

По полученным данным определяют расход суспензии хлористого натрия по следующей зависимости:

где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,

C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,

G_KCl - расход кристаллизата, т,

n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,

w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли;

замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия.

Суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия с Ж:Т=0,6-1,5 готовят известными способами смешением хлористого натрия и маточного раствора с вакуум-кристаллизации либо используют солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.

Таким образом, решается поставленная задача - создается возможность снижения экономических потерь за счет отгрузки вместо 95% хлористого калия продукта повышенного качества путем корректировки состава целевого продукта средствами управления технологическим процессом.

Способ осуществляли следующим образом: регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор проводили в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры. По полученным данным вели расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, определяли коэффициенты повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию и получали кристаллизат хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт. Замеряли расход отфильтрованного кристаллизата, содержание в нем хлористого калия и влаги, отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией, и по полученным данным определяли расход суспензии хлористого натрия по следующей зависимости:

где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,

C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,

G_KCl - расход кристаллизата, т,

n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,

w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли;

замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия.

Суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия с Ж:Т=0,6-1,5 готовили смешением хлористого натрия и маточного раствора с вакуум-кристаллизации либо использовали солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.

Примеры осуществления способа

Пример 1.

В соответствии с известным способом регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор проводили в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры. По полученным данным вели расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 97,5% в пересчете на сухой продукт. Замеряли расход отфильтрованного кристаллизата, который составлял 200 т/ч, содержание в нем KCl-C_KCl=97,1% и массовой доли влаги w=0,037, готовили суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия при n=1,1 и по зависимости

где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,

C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,

G_KCl - расход кристаллизата, т,

n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,

w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли,

определяли необходимый расход суспензии хлористого натрия для корректировки состава целевого продукта

Замеренные и вычисленные значения технологических параметров подавали в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия для вывода технологических параметров на оптимальный режим получения хлористого калия с содержанием KCl не менее 95% основного вещества с минимальным превышением его содержания в целевом продукте.

Получили продукт с содержанием KCl 95,4%, что полностью соответствует нормативной документации на этот продукт - ГОСТ 4568-95 на 95% KCl.

Пример 2.

Способ осуществляли в соответствии с примером 1, но в качестве суспензии хлористого натрия использовали солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды включает регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и температуры. Проводят расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт. Дополнительно замеряют расход отфильтрованного кристаллизата, содержание в нем хлористого калия и влаги, отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией. По полученным данным определяют расход суспензии хлористого натрия. Замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия. Изобретение позволяет получить целевой продукт с нижней границей содержания в нем KCl согласно требованиям нормативной документации. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающий регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры, расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт, отличающийся тем, что дополнительно замеряют расход отфильтрованного кристаллизата, содержание в нем хлористого калия и влаги, отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией, и по полученным данным определяют расход суспензии хлористого натрия по следующей зависимости:
$$G_{C.NaCl}=\frac{(C_{KCl}-\mathrm{95,2})\cdot G_{KCl}\cdot n}{(1+n)\cdot \mathrm{95,2}\cdot (1-w)}$$ ,
где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,
C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,
G_KCl - расход кристаллизата, т,
n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,
w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли;
замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия с Ж:Т=0,6-1,5 готовят смешением хлористого натрия и маточного раствора с вакуум-кристаллизации либо используют солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.