一种生产硝酸钾的方法及其系统.pdf

本发明公开了一种生产硝酸钾的方法，包括上氯化钾阶段、第一次反洗阶段、接收氯化铵阶段、第二次反洗阶段、正洗阶段、上硝酸铵阶段、水洗阶段；本发明还公开了一种用于实现该方法的系统，其包括上氯化钾管路、第一次反洗管路、接收氯化铵管路、第二次反洗管路、正洗管路、上硝酸铵管路、水洗管路。本发明通过对方法的细化控制和分段回收，实现废水零排放、新鲜水使用量大大降低、并且提高了副产品产量，产出比达到了一个相对稳定的平衡。

权利要求书
1.  一种利用废水生产硝酸钾的方法，其特征在于包括：上氯化钾阶段、第一次反洗阶段、接收氯化铵阶段、第二次反洗阶段、正洗阶段、上硝酸铵阶段、水洗阶段，其中：
上氯化钾阶段，氯化钾溶液逆流进入离子交换柱的过程中排出的水回收至储备槽中备用；
第一次反洗阶段，将储备槽内的水从离子交换柱底部送入，进行第一次逆向反洗，并将反洗水回收至废水槽中备用；
接收氯化铵阶段，将废水槽中的废水经逆向离子交换后形成氯化铵溶液排出；
第二次反洗阶段，储备槽内的水从离子交换柱底部逆流进入离子交换柱中，进行第二次逆向反洗，并将反洗水回收至废水槽中备用；
正洗阶段，将储备槽内的水送至离子交换柱中进行正洗，并将正洗水回收至储备槽中备用；
上硝酸铵阶段，将硝酸铵溶液从离子交换柱上部送入的过程中排出的水回收至储备槽中备用；
水洗阶段，将储备槽中的水引流至离子交换柱中进行水洗，将初期水排至储备槽中备用，监测仪显示有浓度时停止排水。

2.  一种利用废水生产硝酸钾的系统，包括离子交换柱、废水槽、储备槽，其特征在于：在所述离子交换柱的底部设有进出口，在所述离子交换柱的侧壁上分别设有进液口和出液口，所述离子交换柱、废水槽和储备槽所构成的管路包括：上氯化钾管路、第一次反洗管路、接收氯化铵管路、第二次反洗管路、正洗管路、上硝酸铵管路、水洗管路，其中：
所述上氯化钾管路是，氯化钾供应管道与离子交换柱底部的进出口连通，氯化钾溶液进入离子交换的过程中排出的废水，自离子交换柱侧壁上的出液口引流至储备槽中；
所述第一次反洗管路是，储备槽的出液口与离子交换柱底部的进出口通过管道连通，反洗后的水自离子交换柱侧壁上的出液口流出，通过管道与废水槽连通；
所述接收氯化铵管路是，废水槽的出液口通过管道与离子交换柱底部的进出口连通，废水逆向流经离子交换柱后，自离子交换柱侧壁上的出液口排出，引流至氯化铵管道；
所述第二次反洗管路是，储备槽的出液口与离子交换柱底部的进出口通过管道连通，反洗后的水自离子交换柱侧壁上的出液口流出，通过管道与废水槽连通；
所述正洗管路是，储备槽的出液口通过管道与所述离子交换柱侧壁上的进液口连通，正洗水经离子交换柱后，自离子交换柱底部的进出口排出，并经管道引流至所述储备槽中；
所述上硝酸铵管路是，离子交换柱的侧壁上的进液口与硝酸铵管道连通，硝酸铵经离子交换后，从离子交换柱底部的进出口排出，经管路引流至所述储备槽中；
所述水洗管路是，储备槽的出液口与离子交换柱侧壁上的进液口通过管道连通，水洗后经离子交换柱底部的进出口排出，并将初期水引流至储备槽中备用。

3.  如权利要求2所述的利用废水生产硝酸钾的系统，其特征在于：在所述上氯化钾管路、第一次反洗管路、接收氯化铵管路、第二次反洗管路、正洗管路、上硝酸铵管路、水洗管路上分别设有调节阀。

4.  如权利要求2所述的利用废水生产硝酸钾的系统，其特征在于：在所述第一次反洗管路、接收氯化铵管路、水洗管路上分别加设婆美计，在所述第二次反洗管路上加设电导仪。

5.  如权利要求2所述的利用废水生产硝酸钾的系统，其特征在于：在所述储备槽上还设有新鲜水进口和/或工艺冷凝液进口。

说明书一种生产硝酸钾的方法及其系统
技术领域
本发明属于化肥生产领域，特别是涉及一种生产硝酸钾的方法及该方法生产所用的系统，该方法是通过离子交换法对废水进行精确分级，实现废水零排放。
背景技术
硝酸钾既是一种重要的工业原料又是一种优质的无氯钾氮复合肥，农业上主要用于烟草、花卉、蔬菜、果树以及其它对氯离子敏感的经济作物，可以明显的提高产量和品质，还可以用来做水溶性肥料的原料。被誉为硫酸钾之后的“第三代钾肥”。我国是一个农业大国，全国约有84%的土地缺钾。目前，硝酸钾的生产技术主要有天然钾硝矿提取法、复分解循环法、离子交换法、美国离子交换法、智利SQM硝钠转化法、美国西南钾碱公司法、以色列M法等，虽然生产技术种类繁多，但我国农业硝酸钾由于生产成本、大规模生产方法技术不成熟等因素制约发展缓慢，因此，开发新技术、新方法是现在迫切解决的问题。
离子交换法作为其中一种生产技术，其生产硝酸钾耗水量及产生的废水量很大，以年产1万吨硝酸钾装置为例，每吨硝酸钾产品耗新鲜水40吨左右，每h产生废水35吨左右，这些废水原设计经简单处理即排放至厂区外，废水中含有大量的NH4+,最高时超过3000mg/L，远远高于国家环保排放标准中总氮15mg/L的要求，不仅污染环境，而且需消耗大量新鲜水。随着国家对环境保护力度的加强，传统的离子交换法生产硝酸钾技术已经面临着生存危机。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种利用离子交换法生产硝酸钾系统及其装置，该系统是对生产过程中产生的废水进行分级利用，实现废水零排放、新鲜水用量大大降低。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种生产硝酸钾的方法，包括上氯化钾阶段、第一次反洗阶段、接收氯化铵阶段、第二次反洗阶段、正洗阶段、上硝酸铵阶段、水洗阶段，其中：
上氯化钾阶段，将氯化钾溶液经离子交换后回收至储备槽中备用，通过流量表控制氯化钾的加入量；
第一次反洗阶段，将储备槽内的水送至离子交换柱中进行第一次反洗，并将反洗水回收至废水槽中备用；
接收氯化铵阶段，将废水槽中的废水经离子交换后形成氯化铵溶液排出；
第二次反洗阶段，将储备槽内的水送至离子交换柱中进行第二次反洗，并将反洗水回收至废水槽中备用；
正洗阶段，将储备槽内的水送至离子交换柱中进行正洗，并将正洗水回收至储备槽中备用；
上硝酸铵阶段，将硝酸铵溶液先经离子交换，再将交换后的溶液回收至储备槽中备用；
水洗阶段，将储备槽中的水引流至离子交换柱中进行水洗，将水洗液排至储备槽中备用。
一种用于实现上述方法的系统，包括离子交换柱、废水槽和储备槽，其所构成的管路包括上氯化钾管路、第一次反洗管路、接收氯化铵管路、第二次反洗管路、正洗管路、上硝酸铵管路、水洗管路，其中：
所述上氯化钾管路是，离子交换柱底部的氯化钾进口与氯化钾供应管道连通，氯化钾溶液进入离子交换的过程中，排出的废水自离子交换柱上部的上钾废水排出口流出，经管路引流至储备槽中；
所述第一次反洗管路是，储备槽的第一次反洗水出口与离子交换柱底部的第一次反洗水进口通过管道连通，离子交换柱上部的第一次反洗水出口通过管道与废水槽连通；
所述接收氯化铵管路是，废水槽的出液口通过管道与离子交换柱底部的废水进口连通进入离子交换柱，经所述离子交换柱上部的氯化铵出口排出氯化铵；
所述第二次反洗管路是，储备槽的第二次反洗水出口与离子交换柱底部的第二次反洗水进口通过管道连通，离子交换柱上部的第二次反洗水出口通过管道与废水槽连通；
所述正洗管路是，储备槽的正洗水出口通过管道与所述离子交换柱上部的正洗水进口连通进入离子交换柱的过程中，排出的水通过离子交换柱底部的正洗水出口排出，并经管道引流至所述储备槽中；
所述上硝酸铵管路是，离子交换柱的硝酸铵进口与硝酸铵管道连通，硝酸铵进入离子交换柱的过程中排出的水从离子交换柱底部的上铵废水出口排出进入所述储备槽中。
所述水洗管路是，储备槽的水洗出口与离子交换柱上部的水洗进口通过管道连通，水洗过程产生的废水经离子交换柱底部的水洗液出口排出，并引流至储备槽中备用。
作为一种优选实施方式，在所述氯化钾供应管道、所述储备槽的第一次反洗水出口与离子交换柱底部的第一次反洗水进口之间的管道、所述储备槽的第二次反洗水出口与离子交换柱底部的第二次反洗水进口之间的管道、所述废水槽的出液口与离子交换柱底部的废水进口之间的管道上、所述离子交换柱底部的正洗水出口与储备槽之间的管道、所述离子交换柱底部的正洗水出口与储备槽之间的管道、所述离子交换柱上部的上钾废水出口与储备槽之间的管道上分别设有调节阀；且所述离子交换柱底部的氯化钾进口、所述离子交换柱底部的第一次反洗水进口、所述离子交换柱底部的第二次反洗水进口、所述离子交换柱底部的废水进口为同一个进液口；所述离子交换柱底部的正洗水出口、所述离子交换柱底部的铵液出口、所述离子交换柱上底部的上钾废水出口为同一个出液口。
作为一种优选实施方式，在所述储备槽的正洗水出口与所述离子交换柱上部的正洗水进口之间的管道、所述硝酸铵管道、所述储备槽的水洗出口与所述离子交换柱上部的水洗进口之间的管道上分别设有阀门；且所述离子交换柱上部的正洗水进口、所述离子交换柱的硝酸铵进口、所述离子交换柱上部的水洗进口为同一个进液口。
作为一种优选实施方式，所述离子交换柱上部的第一次反洗水出口与废水槽之间的管道、所述离子交换柱上部的第二次反洗水出口与废水槽之间的管道、所述氯化铵管道、所述离子交换柱上部的上钾废水出口与储备槽之间的管道上分别设有阀门；且所述离子交换柱上部的第一次反洗水出口、所述离子交换柱上部的第二次反洗水出口、所述离子交换柱上部的氯化铵出口、所述离子交换柱上部的上钾废水出口为同一个出液口。
作为一种优选实施方式，在所述第一次反洗管路、接收氯化铵管路、水洗管路上分别加设婆美计，在所述第二次反洗管路上加设电导仪。
作为一种优选实施方式，在所述储备槽上还设有新鲜水进口和/或工艺冷凝液进口。
本发明根据废水浓度的不同将其废水分别作为副产品氯化铵接受、水洗及化料用水，更低浓度的废水直接代替新鲜水使用，通过对方法的细化控制和分段回收实现对废水的合理利用。将第一次反洗阶段、第二次反洗阶段排放的反洗废水回收到废水槽中备用，回收的废水主要用于接收氯化铵阶段时的消耗；上氯化钾、正洗、上硝酸铵和水洗四个阶段排的废水回收到交换用水储备槽，且正洗阶段和水洗阶段时的用水是由储备槽内的水供应的，由于储备槽回收水量一般不够生产使用，故可以向储备槽中补充适量的工艺冷凝液和/或新鲜水（即：一次水）。实现废水零排放后、新鲜水的使用量大大降低、并且提高了副产品产量，产出比达到一个相对稳定的平衡。
附图说明
图1为本发明实施方案的废水零排放工艺流程图。
图中：1.离子交换柱、2.储备槽、3.废水槽。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，现结合实施方案对本发明做进一步解释说明。
如图1所示，以硝酸钾产量1万吨的硝酸钾方法为例，其一个方法周期有七个阶段：第一阶段上氯化钾，氯化钾液体流速为2-2.3m3/h，通过流量表控制氯化钾的加入量，用时2h左右，即此阶段排水4-4.6吨，回收到交换用水储备槽2；第二阶段第一次反洗，用储备槽2内的水，流速为3-6m3/h，通过婆美计测氯化铵的含量控制结束时间，当婆美度值大于0时第一次反洗结束，一般用时2h，即此阶段排水6-12吨，并回收到废水槽3中，此阶段的排放的废水中含Cl-；第三阶段接收氯化铵，接收速度为5-7m3/h，通过婆美计测氯化铵的含量来控制结束时间，当婆美度值等于0时接受氯化铵结束，一般用时4-5h，即此阶段用废水槽3内的水21-28吨；第四阶段第二次反洗，用储备槽2内的水，流速为3-6m3/h，通过电导仪测Cl-的含量来控制结束时间，当电导率小于3μs/cm时第二次反洗结束，一般用时1-2h，即此阶段排水3-12吨，并回收到废水槽3，此阶段的排放的废水中含Cl-和NH4+；第五阶段正洗，用储备槽2内的水，流速为5-10m3/h，一般用时0.5-1h结束，即此阶段排水5-10吨，并回收到储备槽2；第六阶段上硝铵，硝铵液流速为2.5-2.7m3/h，通过流量表控制硝酸铵溶液的加入量，一般用时2h，即此阶段排水5-5.4吨，并回收到储备槽2；第七阶段水洗，用储备槽2内的水，流速为5-10m3/h，通过婆美计测硝酸钾的含量控制，当婆美度值大于0时接收硝酸钾开始，1.5-2h后，婆美度等于0时水洗结束，用储备槽2内的水10-15吨。
用于实现上述方法的系统，包括离子交换柱1、废水槽3和储备槽2，其所构成的管路包括,上氯化钾管路、第一次反洗管路、接收氯化铵管路、第二次反洗管路、正洗管路、上硝酸铵管路、水洗管路，其中：
所述上氯化钾管路是，离子交换柱1底部的氯化钾进口与氯化钾供应管道连通，氯化钾溶液进入离子交换的过程中，排出的废水自离子交换柱上部的上钾废水排出口流出，经管路引流至储备槽2中；
所述第一次反洗管路是，储备槽2的第一次反洗水出口与离子交换柱1底部的第一次反洗水进口通过管道连通，经离子交换柱1上部的第一次反洗水出口通过管道与废水槽连通；
所述接收氯化铵管路是，废水槽3的出液口通过管道与离子交换柱1底部的废水进口连通进入离子交换柱，经所述离子交换柱1上部的氯化铵出口排出氯化铵；
所述第二次反洗管路是，储备槽2的第二次反洗水出口与离子交换柱1底部的第二次反洗水进口通过管道连通，离子交换柱1上部的第二次反洗水出口通过管道与废水槽3连通；
所述正洗管路是，储备槽3的正洗水出口通过管道与所述离子交换柱1上部的正洗水进口连通，正洗水经离子交换后，通过离子交换柱1底部的正洗水出口排出，并经管道引流至所述储备槽2中；
所述上硝酸铵管路是，离子交换柱1的硝酸铵进口与硝酸铵管道连通，硝酸铵经离子交换后，从离子交换柱1底部的铵液出口排出进入所述储备槽2中。
所述水洗管路是，储备槽2的水洗出口与离子交换柱1上部的水洗进口通过管道连通进入离子交换柱，排出的废水通过离子交换柱底部的正洗水出口排出，并引流至储备槽2中备用。
其中：在所述氯化钾供应管道、所述储备槽2的第一次反洗水出口与离子交换柱1底部的第一次反洗水进口之间的管道、所述储备槽2的第二次反洗水出口与离子交换柱1底部的第二次反洗水进口之间的管道、所述废水槽3的出液口与离子交换柱1底部的废水进口之间的管道上、所述离子交换柱1底部的正洗水出口与储备槽2之间的管道、所述离子交换柱1底部的上铵过程排出的废水出口与储备槽2之间的管道、所述离子交换柱1底部的水洗液出口与储备槽2之间的管道上分别设有调节阀；且所述离子交换柱1底部的氯化钾进口、所述离子交换柱1底部的第一次反洗水进口、所述离子交换柱1底部的第二次反洗水进口、所述离子交换柱1底部的废水进口为同一个进液口；所述离子交换柱1底部的正洗水出口、所述离子交换柱1底部的上铵过程排出的废水出口、所述离子交换柱1底部的水洗液出口为同一个出液口。
在所述储备槽2的正洗水出口与所述离子交换柱1上部的正洗水进口之间的管道、所述硝酸铵管道、所述储备槽2的水洗出口与所述离子交换柱1上部的水洗进口之间的管道上分别设有调节阀；且所述离子交换柱1上部的正洗水进口、所述离子交换柱1的硝酸铵进口、所述离子交换柱1上部的水洗进口为同一个进液口。
在所述离子交换柱1上部的第一次反洗水出口与废水槽3之间的管道、所述离子交换柱1上部的第二次反洗水出口与废水槽3之间的管道、所述氯化铵管道、所述离子交换柱1上部的上钾过程排出的废水出口与储备槽2之间的管道上分别设有调节阀；且所述离子交换柱1上部的第一次反洗水出口、所述离子交换柱1上部的第二次反洗水出口、所述离子交换柱1上部的氯化铵出口、所述离子交换柱1上部的上钾过程排出的废水出口为同一个出液口。
在实施该新方法前全年排放废水量为227991.75吨，新鲜水用量260562吨，合计费用约1000000元；采用本实施案例的方法后全年排放废水量为0吨，新鲜水用量不超过12611吨，合计费用约40000元，只节约新鲜水一项就可减少近1000000元的成本，而实现废水零排放具有更重要的现实意义。