[发明专利]从氯化钾和硫酸生产硫酸钾的方法

说明书

提供了一种从氯化钾和硫酸生产硫酸钾的工艺。该工艺需要将氯化钾与水混合以形成氯化钾浆料，将该浆料与再循环的硫酸混合以形成K⁺、Cl^‑、SO₄^2‑酸混合物。对该混合物进行结晶工艺，产生硫酸钾/硫酸氢钾晶体和盐酸‑水蒸汽。将盐酸与盐酸‑水蒸汽分离以形成盐酸溶液。

发明领域

本发明涉及从氯化钾和硫酸生产硫酸钾的系统和工艺。

发明背景

由于其稀有性和商业价值，过去已经广泛评估了从氯化钾和硫酸生产硫酸钾。通常使用曼海姆炉，其利用450-600℃的高温来促进KCl向K₂SO₄的干法转化。在这种工艺的缺点中，有一个是引人注目的。这种工艺需要大量的能量，这么多的能量使得在某些情况下该工艺的可行性是有问题的。

美国专利3,998,935描述了一种方法，其中使KCl与KHSO₄的热溶液反应，以通过冷却结晶产生K₂SO₄。然而，因为在单独的反应器中发生直接接触，然后进行冷却结晶步骤，所以需要三阶段反应来完成该方法。此外，该方法在一些输入浓度下产生过量的KHSO₄。

美国专利4,045,543中描述的方法试图通过排除中间体盐的结晶来降低美国专利3,998,935中描述的方法的复杂性。这通过四阶段工艺完成：反应、蒸发、结晶和过滤。然而，这里的主要缺点是该工艺在经济上不利，因为所需的HCl蒸发步骤产生相对低浓度的溶液。

美国专利4,436,710提议了一种方法，其中使用适度高温(290-350℃)来形成K₂SO₄和KHSO₄的混合盐。接着是在水相中的溶解步骤和冷却结晶以产生K₂SO₄，这实质上是曼海姆样工艺步骤接着两个结晶步骤。因此，它基本上不会改善能量需求。

美国专利4,588,573中描述的工艺使用美国专利3,998,935和4,045,543的方式，使KCl和H₂SO₄反应，同时逐步形成HCl/H₂O馏出物。将溶液冷却以使高酸性混合盐结晶，将其从KH₃(SO₄)₂逐步转化为KHSO₄至K₂SO₄。然而，这是多阶段工艺并且利用类似于美国专利3,998,935中描述的布置。

最后，WO 03/074424提出了一种方式，其中将复盐K₃HSO₄分离并通过稀释到水中转化成K₂SO₄。

所有上述工艺都是多阶段和相当复杂的工艺，通常需要产生中间体盐，或者是能源密集型的，因此在经济上不可行。此外，冷却结晶的使用经常导致显著的KCl结晶，这是K₂SO₄盐中的不希望的杂质。因此，需要一种相对简单的生产K₂SO₄的工艺，与许多常规工艺相比，该工艺消耗较少的能量，并且不包括多阶段复杂工艺和需要冷却结晶的工艺。

发明概述