فرآیند تولید کود سولفات پتاسیم ساینوتک
فرآیند کوره مانهایم یکی از پرکاربردترین و اقتصادیترین روشها برای تولید کود سولفات پتاسیم است. فرآیند تولید کود سولفات پتاسیم ساینوتک نیز مبتنی بر روش کوره مانهایم است که در دنیا و ایران مورد استفاده قرار گرفته است. در این فرآیند اسید سولفوریک غلیظ (>98 درصد وزنی) به همراه پودر کلرید پتاسیم (KCl) وارد کوره مانهایم شده و در این کوره واکنش میان این دو ماده اولیه انجام میشود. واکنش شیمیایی تولید کود سولفات پتاسیم ساینوتک در دو مرحله انجام شده و در نهایت پودر سولفات پتاسیم تولید میشود.
کوره مورد استفاده برای تولید کود سولفات پتاسیم ساینوتک دارای مشعل و سیستم آجر چینی نسوز بوده و پاروهایی در آن تعبیه شده است که سولفات پتاسیم تولیدی را در داخل کوره جابجا کرده و در نهایت به سمت خروجی کوره هدایت میکند. دما و فشار و pH داخل کوره به صورت منظم توسط سیستم کنترل و اتوماسیون صنعتی کارخانه مانیتور میشود. محصول تولیدی در این مرحله از کوره خارج شده و توسط تجهیزات انتقال مواد وارد دستگاههای گرانولساز به مکانیزم گرانولسازی فشاری (Compaction) میشود. پس از تولید گرانول سولفات پتاسیم و خنککاری در سیستم کولینگ، این محصول وارد سیستم دانهبندی شده و سپس بستهبندی و انبار میشود.
محصول سولفات پتاسیم در خط تولید سولفات پتاسیم ساینوتک به دو صورت گرانول و پودر قابل عرضه است. در صورتی که نیاز به تنظیم pH محصول تولیدی باشد، از هیدروکسید کلسیم بدین منظور استفاده میشود که هم نقش فیلر را دارد و هم pH محصول نهایی را تنظیم کرده و بخشی از اسید آزاد باقی مانده در محصول را خنثی میکند. در برخی مواقع نیز نیازی به استفاده از فیلر یا کنترل کننده pH وجود نداشته و کنترل پارامترهای فرآیندی برای دستیابی به محصول استاندارد در داخل کوره مانهایم انجام میشود.
طراحی خط تولید سولفات پتاسیم ساینوتک
خط تولید سولفات پتاسیم ساینوتک با تکنولوژی کوره مانهایم از بخشهای زیر تشکیل شده است:
- ناحیه ذخیرهسازی مواد اولیه
- سیستم تصفیه کلرید پتاسیم
- سیستم ذخیره، انتقال و شارژ مواد اولیه
- سیستم کوره مانهایم
- سیستم انتقال محصول از کوره به گرانولاتور/ سیستم خنککن (کولینگ)
- سیستم گرانولاسیون
- سیستم دانهبندی، بستهبندی و انبارش محصول
- سیستم جذب گازهای HCl تولیدی و ذخیره اسید کلریدریک (33%) به عنوان محصول جانبی
در صورتی که تمایل به تبدیل محصول جانبی به محصولات دیگری چون کلرید کلسیم، نشادر، جوش شیرین و … نیز باشد، خط تولید مرتبط با هر کدام از محصولات جانبی فرآیند به خط تولید کود سولفات پتاسیم اضافه خواهد شد.
ناحیه ذخیرهسازی مواد اولیه خط تولید سولفات پتاسیم ساینوتک
به منظور ذخیرهسازی مواد اولیه اصلی خط تولید سولفات پتاسیم ساینوتک از سوله یا محل سرپوشیده انبارش کلرید پتاسیم و همچنین مخازن ذخیره اسید سولفوریک استفاده میشود. کلرید پتاسیم به صورت جامبوبگ 1 تنی و یا کیسههای 50 و 100 کیلوگرمی وارد کارخانه شده و در محل انبارش تعبیه شده که میتواند به صورت سوله انبار و یا محل سرپوشیده انبارش کلرید پتاسیم باشد، ذخیره میشود. این ماده اولیه در صورتی که نیازی به فرآیند تصفیه نداشته باشد، توسط تجهیزات انتقال مواد به طور مستقیم به خط تولید (شامل بین ذخیره) منتقل میشود و در صورتی که نیاز به تصفیه و حذف ناخالصیهای آن (مانند آهن، سدیم و …) باشد، به سیستم تصفیه کلرید پتاسیم منتقل میشود.
اسید سولفوریک در مخازن فولادی ذخیره شده و توسط پمپ مخصوص انتقال اسید به خط تولید شارژ میشود. با توجه به اینکه اسید سولفوریک در دماهای کمتر از 10 درجه سانتیگراد یخ میزند، استفاده از سیستم حرارتی برای لولههای انتقال اسید و در برخی مواقع برای مخازن ذخیره اسید ضروری است. شکل زیر شمایی از مخازن ذخیره اسید سولفوریک را نشان داده است. به منظور رعایت نکات ایمنی (HSE) از باند وال (Band Wall) و همچنین تجهیزات ایمنی و محافظتی استفاده میشود.
سیستم تصفیه کلرید پتاسیم ساینوتک
از یک سیستم حرارتی برای تصفیه کلرید پتاسیم استفاده میشود. کلرید پتاسیم به اصطلاح در دو نوع سفید و قرمز تامین میشود. به طور نمونه کلرید پتاسیم وارداتی از کشور ازبکستان عموما کلرید پتاسیم قرمز و کلرید پتاسیم تامین شده از روسیه، بلاروس و یا مجتمع پتاس خوروبیابانک، کلرید پتاسیم سفید است. کلرید پتاسیم قرمز به دلیل داشتن ناخالصیهایی چون ترکیبات آهن و سدیم باید یک مرحله تحت فرآیند تصفیه قرار گیرد.
سیستم تصفیه کلرید پتاسیم به صورت حرارتی بوده و حرارت مشخصی تحت خلا به این ماده اعمال میشود. کلرید پتاسیم خالص تبخیر شده و در نهایت کندانس شده و به سیستم بازمیگردد و ناخالصیهای آن مانند ترکیبات سدیم دار و آهن دار به صورت لجن در قسمت تحتانی برج تصفیه جدا میشوند. شکل زیر شمایی از سیستم تصفیه کلرید پتاسیم قرمز و تبدیل آن به کلرید پتاسیم سفید را نشان میدهد. از برخی مواد افزودنی به عنوان کاتالیزگر در این فرآیند تصفیه نیز استفاده میشود. این فرآیند در اصطلاح فرآیند کریستالگیری نام دارد.
کلرید پتاسیم تصفیه شده در نهایت دارای ترکیب شیمیایی مطابق با جدول زیر خواهد بود.
ترکیب شیمیایی کلرید پتاسیم مورد استفاده در خط تولید کود سولفات پتاسیم ساینوتک
سیستم ذخیره، انتقال و شارژ مواد اولیه ساینوتک
کلرید پتاسیم تصفیه شده از طریق تجهیزات انتقال مواد مانند اسکرو کانوایر و باکت الواتور به بین ذخیره این ماده منتقل شده و سپس توسط هاپر و فیدر ویبره تعبیه شده و نوار نقاله توزینی به داخل کوره شارژ میشود. همچنین اسید سولفوریک از طریق سیستم پایپینگ اسید و به کمک پمپهای اسید و به صورت کنترل با فلومتر و شیرکنترلی مربوطه به داخل مخزن بافر در نظر گرفته شده در بالای کوره شارژ شده و وارد کوره میشود. کلیه مراحل انتقال و شارژ مواد اولیه به داخل کوره مانهایم از طریق ابزار دقیق و سیستم کنترل مربوطه مانیتور و کنترل میشود تا نسبتهای واکنشگرها قابل تنظیم و کنترل باشند.
سیستم کوره مانهایم ساینوتک
کوره مانهایم قلب خط تولید کود سولفات پتاسیم ساینوتک محسوب میشود. واکنش دو مرحلهای میان مواد اولیه اصلی فرآیند در این کوره انجام میشود. دمای فضای داخلی کوره مانهایم به کمک مشعلهای تعبیه شده در قسمت بدنه کوره در دمای بین 600 – 500 درجه سانتیگراد نگه داشته میشود. واکنش میان اسید سولفوریک و کلرید پتاسیم پس از وارد شدن به کوره در این دما انجام شده و محصول نهایی تولیدی کود سولفات پتاسیم ساینوتک به همراه اسید کلریدریک است. کود تولیدی در بخش تحتانی کوره توسط یک پارو جابجا شده تا واکنش میان مواد اولیه به طور کامل انجام شود. همچنین گازهای تولیدی از کوره به کمک سیستم اسرابینگ تعبیه شده از کوره خارج شده و وارد مبدلهای حرارتی گرافیتی میشوند و تا برای جذب به سیستم جذب گاز هیدروکلریک اسید منتقل شوند. کل واکنش تولید کود سولفات پتاسیم ساینوتک در این کوره که با آجرهای پایه آلومینایی 80 – 70 درصد عایقکاری شده است انجام میشود و تقریبا فرآیند تولید کود سولفات پتاسیم تمام شده تلقی میگردد.
محصول خروجی از کوره کود نهایی سولفات پتاسیم ساینوتک است که برای تعیین مورفولوژی و دانهبندی و همچنین خنک شدن وارد مراحل بعدی میشود. تنظیم بستر مواد در داخل کوره مانهایم به نحوی انجام میشود که محصول خروجی از کوره دارای مشخصات کود سولفات پتاسیم استاندارد باشد. سایر تجهیزات تعبیه شده در خط تولید به منظور مدیریت گاز HCl تولیدی در فرآیند و جلوگیری از ورود آن به محیطزیست است. شکل زیر شمایی از کوره مانهایم مورد استفاده در فرآیند تولید سولفات پتاسیم را نشان میدهد.
سیستم انتقال محصول از کوره به گرانولاتور/ سیستم خنککن (کولینگ)
محصول تولیدی سولفات پتاسیم در کوره مانهایم به صورت پودری با اندازه ذرات کمتر از 1 میلیمتر بوده و دارای درجه حرارت بالای 500 درجه سانتیگراد است. بدین منظور ابتدا از یک سیستم کولینگ برای خنک کردن محصول سولفات پتاسیم استفاده شده و پس از رسیدن دمای محصول به دمای کمتر از 40 درجه سانتیگراد، در صورتی که محصول پودری مد نظر باشد به همان صورت توسط تجهیزات انتقال مواد وارد سیستم بستهبندی شده و در جامبوبگهای 1 تنی و یا کیسهای 50 کیلوگرمی بستهبندی میشود. در صورتی که محصول کود سولفات پتاسیم گرانول مدنظر باشد، پس از خروج از کولر وارد سیستم گرانولاتور فشاری (compaction) شده و با عبور پودر از میان رولرها و اعمال فشار، کود سولفات پتاسیم شکل قالب روی رولرها را به خود میگیرد و در نهایت توسط تجهیزات انتقال مواد و با عبور از سیستم دانهبندی، بستهبندی و انبار میشود. به منظور جلوگیری از ورود غبارات در حین جابجایی و خنککاری محصول و همچنین هدر رفت محصول، از یک سیستم غبارگیر شامل تجهیزات غبارگیری مانند سیکلون بدین منظور استفاده میشود. شکل زیر شمایی از کولر مورد استفاده برای خنک کاری محصول سولفات پتاسیم را نشان داده است.
سیستم گرانولاسیون فشاری (Compaction Granulation) ساینوتک
یکی از مهمترین دلایل گرانولسازی سولفات پتاسیم، آهسته رهش کردن آن در صنعت کشاورزی است. پودر سولفات پتاسیم به دلیل سطح ویژه بالای آن به راحتی در آب حل شده و یا از دسترس گیاه در مدت زمان کمی خارج میشود. همچنین در حمل و نقل و انبارش آن موجب هدر رفت این کود خواهد شد. گرانولسازی کود سولفات پتاسیم ساینوتک از طریق سیستم گرانولاسیون فشاری انجام میشود به ترتیبی به پودر کود سولفات پتاسیم تولید شده در میان رولرهای تعبیه شده که بر روی آن قالبسازی انجام شده است قرار گرفته و به دلیل فشار وارده به شکل گرانول تولید میشود. در این مرحله از هیچ ماده افزودنی و چسب برای گرانولسازی استفاده نمیشود و صرفا فشار رولر و قالبها موجب تولید گرانول در محدوده اندازه ذرات 4 – 1 میلیمتر خواهد شد. شکل زیر شمایی از دستگاه گرانولاسیون فشاری را نشان داده است.
سیستم دانهبندی، بستهبندی و انبارش محصول کود سولفات پتاسیم ساینوتک
محصول تولیدی پس از گرانولاسیون وارد سرند لرزان شده، ذرات درشت جدا شده و وارد کراشر (آسیاب/ چکش) میشوند. ذرات در محدوده مورد نظر توسط تجهیزات انتقال مواد به سیلوی سیستم بستهبندی منتقل شده و ذرات ریزتر نیز به خط تولید برمیگردند. محصول میانی مورد نظر که گرانولهای با ابعاد 4 – 1 میلیمتر است وارد سیستم بستهبندی شده و در نهایت در کیسههای جامبوبگ 1 تنی و یا کیسههای پلی اتیلنی 50 و 100 کیلوگرمی بستهبندی و با لیفتراک انبارش میشود. شکل زیر شمایی از سیستم دانهبندی محصول کود سولفات پتاسیم ساینوتک را نشان داده است.
سیستم جذب گازهای HCl تولیدی و ذخیره اسید کلریدریک (33%) به عنوان محصول جانبی
سیستم جذب گازهای HCl تولیدی در کوره مانهایم یکی از مهمترین بخشهای خط تولید کود سولفات پتاسیم ساینوتک است. در صورتی که از این سیستم استفاده نشود، گازهای HCl وارد محیطزیست میشوند که موجب آلودگی محیطزیست شده و مضرات زیادی برای سلامتی انسان و حیوان دارد. همچنین محیط کلریدی بسیار خورنده بوده و موجب خوردگی کل تجهیزات فلزی در خط تولید خواهد شد. بنابراین یکی از مهمترین بخشهای خط تولید سولفات پتاسیم ساینوتک، مبدلها یا کولرهای گرافیتی است که گاز HCl را از کوره مانهایم دریافت کرده و پس از خنککاری وارد برجهای جذب میکند. در برجهای جذب طی چندین مرحله شست و شوی این گاز با محلول آبی انجام شده و در نهایت اسید کلریدریک 33 درصد تولید میشود و در مخازن پلی اتیلنی و پلی پروپیلنی ذخیره میشود. اسید تولید شده میتواند به طور مستقیم به عنوان محصول جانبی خط تولید سولفات پتاسیم به فروش رسد همچنین میتوان اسید تولیدی را به کربنات کلسیم واکنش داده و محصول جانبی کلرید کلسیم تولید کرد که کاربردهای زیادی دارد. امکان تولید نشادر و جوش شیرین نیز از این محصول جانبی وجود دارد. شکل زیر شمایی از برجهای جذب اسید کلریدریک را در خط تولید سولفات پتاسیم نشان داده است.
گرانول کلرید کلسیم (CaCl2) یکی از محصولات جانبی واحد تولید سولفات پتاسیم است که از طریق واکنش میان اسید کلریدریک و سنگ آهک تولید میشود.
کلرید کلسیم از یونهای کلسیم و کلر با نسبت 1:2 تشکیل شده است. بسته به کاربرد مورد نظر، معمولاً در اشکال مختلف مانند پرک، گرانول یا پودر موجود است. این ترکیب دارای رنگ سفید یا مایل به سفید است و چگالی آن بسته به غلظت و دما متفاوت است. کلرید کلسیم به راحتی در آب حل و در این فرآیند گرما آزاد میشود و محلولی بی رنگ و بسیار رسانا تشکیل میدهد. یکی از کاربردهای اصلی آن به عنوان یک عامل یخ زدا در زمستان است، کلرور کلسیم به ذوب یخ و برف در جادهها، بزرگراهها و باند فرودگاهها کمک میکند. در صنایع غذایی نیز به عنوان یک عامل سفتکننده عمل میکند و بافت و پایداری محصولاتی مانند پنیر، توفو و سبزیجات کنسرو شده را افزایش میدهد. همچنین در عملیات حفاری چاههای نفت نیز کاربرد قابل توجهی دارد. شکل زیر شماتیکی از فرآیند تولید محصول جانبی این طرح (کلرید کلسیم) است.