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1、吨碳酸钾项目可研报告青海盐湖文通化工有限公司7.2万吨/年碳酸钾工程可行性研究报告青海盐湖文通化工有限公司青海盐湖技术中心（编制）二四年三月目录l、 总论1、l 概述1、l、l 项目名称、承办单位、编制单位（1） 项目名称：青海盐湖文通化工有限公司7.2万吨年碳酸钾工程（2） 承办单位：青海盐湖文通化工有限公司（3） 编制单位：青海盐湖技术中心1、l、2 编制的主要原则（1）编制原则 贯彻勤俭建国方针，设计方案既要考虑技术上的先进性和可靠什，又要结合国情，因地制宜，节约建设资金。 选用先进的工艺技术，做到既先进又稳妥可靠，降低能耗，提高产品质量。 认真贯彻执行国家及地方的环境保护法规，坚持防治

2、污染和其它公害的设施与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用的原则。 设计中贯彻执行“一体化、露天化、轻型化、社会化和国产化”的五化原则。l、l、3 项目建设的意义和有利条件l、l、3、1项目建设意义中国是缺钾国家，钾资源仅占世界总资源的1%，其中已探明钾盐储量主要集中在青海省柴达木盆地的现代盐湖，其次是云南和四川自贡地区,总储量约5亿吨。柴达木盆地占全国总储量96.92，为4.43亿吨。而青海省的钾资源特别是KCl资源95以上为农用，工业用品仅占5。为了提高钾资源的附加值，合理利用钾资源，必须加大钾工业用品生产的比重。碳酸钾是重要的基本无机原料之一，主要用于显像管玻壳、化肥合成气脱碳、医药

3、、油墨、陶瓷、电焊、印染、洗涤助剂和食品等领域。20世纪90年代，随着世界范围内电视机特别是家用计算机需求的迅猛增加，刺激和推动了碳酸钾生产与市场持续走强，世界各地掀起了新建或扩建碳酸钾装置的热潮。中国碳酸钾生产始于50年代，但真正形成工业规模是60年代，70年代末80年代初是大发展时期。90年代初离子膜一流化床生产碳酸钾引进装置的投产，成为中国碳酸钾工业发展史上的一个重要里程碑。 我国碳酸钾生产企业经几十年的发展、调整，逐步向大型化、现代化、自动化方向发展，一些小型企业在竟争中被淘汰，形成了以成都化工股份有限公司、山东鲁南化肥厂、河北眺山化工厂、湖南注磁口化工厂、济南东风化工厂和常熟化工厂为

4、骨干的行业队伍。为适应国内外玻壳发展对碳酸钾的需求，近两年来，成都化工股份有限公司、常熟化工厂等分别与外商接触，引进离子膜一流化床法制碳酸钾的技术和装置。山东鲁南化肥厂、河北眺山化工厂部拟扩建其离子交换法生产装置，在原装置的基础上，再增加1万吨/年能力。由于国内盲目建设，目前碳酸钾已出现供过于求局面，许多生产企业规模小，多采用落后的离子交换法工艺，“三废”污染严重，产品品种少，质量差，达不到出口要求，在国内有限的市场中恶性竞争，竞相压价，导致效益低下。随着我国加入WTO日益临近，国内市场将国际化，市场竞争会更为激烈。因此，在今后几年里国内一些工艺落后、产品质量差、规模小、成本高的生产企业将关停

5、，而工艺先进、规模较大、产品质量好、成本低的企业反而会得到发展。格尔木市位于柴达木盆地西北边， 经过几十年的建设，工业发展取得了一定成就，初步形成了地方特色的工业体系。但从整个工业结构看，整体功能差，工业产品单一，效益低，资源初级产品多而高附加值的名优产品少。因此在格尔木市建设一套12万吨年离子膜法KOH生产装置，生产高纯度的KOH产品，进而建设一套7.2万吨年流化床法生产碳酸钾装置，生产高纯度的碳酸钾产品对于提高我集团公司的整体化工实力，合理利用钾资源，提高钾资源的附加值，缓和国内对高纯度碳酸钾的需求，有着十分重要的意义。l、l、3、2 项目建设有利条件（1）有高品位的KOH资源。柴达木盆地

6、内钾资源十分丰富，已探明储量4.43亿吨，目前年生产能力为50万吨，100万吨KCl项目正在建设之中，预计年底将投入生产阶段，随之而上的12万吨的离子膜KOH装置为建厂提供了较为可靠的原料来源。（2）电力资源有保证。新入市的330kv龙-格电网为装置提供了较为可靠的电力资源。（3）交通运输方便。建厂区交通运输条件较好，青藏铁路和青藏公路（109国道）柳格公路（215国道）均通过该区，该区地方公路便利流畅。厂区到火车站台、柳格公路（215国道）均畅通。（4）给排水方便。格尔木市河水资源丰富，流经察尔汗的河道大小有十几条，能保证建厂所需生产、生活用水。厂建区无周围无居住区便于厂区生产、生活废水的排

7、放。（5）厂址选在青海格尔木市察尔汗地区。1、1、4项目建设的必要性 （1）该项目符合国家的产业政策 国务院批准的国家经贸委、国家计委和外经贸部第16号令中西部地区外商投资优势产业目录中，将青海盐湖资源综合利用及产品生产列为优势产业并鼓励外商投资且享受有关优惠政策。本项目主要利用湖盐资源作原料，综合利用而形成产品链，资源利用充分，产品为国内短缺产品，项目建设具有原料优势和成本竞争优势，符合国家发展西部经济、缩小东西部差距的战略方针和产业政策。 （2）是调整产业结钩，发展特色经济，振兴青海经济的有效途径 青海省的经济基础薄弱，改革开放的步伐相对较慢，与东部地区的差距较大。但青海省是一个资源富集的

8、地区，长期以来向东部地区输送廉价的原材料，自身经济发展缓慢。因此，充分利用青海丰富的盐湖资源，有效地进行产业结构的调整，规划和布局具有市场竟争力的产业和产品，逐步形成特色经济，构筑青海经济发展的支柱产业及相关产业链，变资源优势为经济优势，走持续发展的道路，是繁荣青海省经济的必由之路，也是落实国家西部大开发战略思想的具体体现。 （3）对巩固国防、发展安定团结的大好局面十分必要 青海省格尔木地区是我国西部地区的一个具有重要战略地位的新兴城市，是支援西藏、维护西藏稳定的重要支撑点，是巩固西南边防的战略要地，也是青海经济发展的重要增长点。格尔木地区资源富集，交通便利，基础条件较好，具有很强的经济吸引力

9、和辐射力。因此，开发利用柴达木的优势资源，繁荣青海经济，对于维护祖国的领土完整、巩固国防、发展安定团结的大好局面具有十分重要的作用。（4）是吸引人才建设青海的重要举措 长期以来，西部人才外流，形成了“孔雀东南飞”的态势，究其原因，有主存环境艰苦的因素，也有历史的因素，但还有一个重要的因素，就是如何配置生产要素、通过产业布局及项目的实施吸引人才。因此，该项目的实施有利于吸引人才、培养人才、留住人才。 1、1、5 项目研究的范围 工艺流程主要有以下几个工序组成： 1-由天然气燃烧产生氧化物 (CO2) 提供原料气体。 2-流体床反应器系统 3-排气、回收单元、洗尘器系统 4-筛分和排除尺寸不合格颗

10、粒系统 5-冷却到可销售的产品 6-可销售的产品中间储存器和包装系统。 2 、产品需求预测2、1 碳酸钾需求预测2、1、1 产品用途碳酸钾是重要的基本无机原料之一，主要用于显像管玻壳、化肥合成气脱碳、医药、油墨、陶瓷、电焊、印染，随着应用技术的不断开发，碳酸钾在洗涤助剂和食品等领域的应用也日益扩大。2、1、2 国外市场预测1995年世界碳酸钾生产能力约为50万吨，产量约30万吨；2000年生产能力约为72万吨，产量56万吨左右，而全球碳酸钾年需求量约为90万吨。其中绝大部分采用离子膜碳化法生产，只有美国Vicksburg化学公司新近投产的2.5万吨/年装置采用离子交换法生产。目前世界碳酸钾主要

11、生产国家和地区为美国、西欧、中国、日本和韩国。主要进口国有英国、荷兰、比利时、意大利等；主要出口国有德国、西班牙、韩国、美国等。美国Armand产品公司是世界最大的碳酸钾生产公司，1994年完成扩建后的能力达到11万吨/年，其次是日本Asahi玻璃公司、法国Potasse产品化学公司、德国Huels和Kali公司。1994年美国碳酸钾产量占世界总产量的25%，日本占24%，西欧占40%，其它国家和地区占11%。随着世界范围内电视机特别是家用计算机需求的迅猛增加，刺激和推动了碳酸钾生产与市场持续走强，世界各地对碳酸钾的需求量也日益增大，需大于供也是碳酸钾价格持续增加的原因。2、1、3 国内市场预

12、测我国作为世界碳酸钾生产与消费的主要国家之一，随着90年代初国产彩电的逐步崛起，彩电显像管数量快速增加，同时我国化肥企业发展很快，尤其是中小型氮肥企业为了应对入世挑战，纷纷扩大规模，再加上我国方便面产量也高速增加等因素，推动了我国碳酸钾工业的快速发展。1995年我国碳酸钾生产能力为7万吨，2000年增加到15万吨，年均增长率高达16.5，成为亚洲最大的碳酸钾生产国。目前碳酸钾产品国内总生产量约为16万吨，主要生产厂家为山东鲁南化肥厂1.3万吨/年（实际生产能力达到2.0万吨/年）,山西文通钾盐集团9万吨/年，鲁南化肥厂（2万吨）、成都化工厂（1.5万吨）、浙江大洋化工厂（1万吨）、济源化工厂（

13、1万吨）。随着电视机的日益普及和电子计算机和大屏幕彩电的兴起，对彩管级原料碳酸钾的需求趋紧，目前国内碳酸钾产品年需求总量为约20万吨，其中彩管级碳酸钾年需求量大于15万吨，而作为彩电玻壳所用原料彩管级碳酸钾大部分需进口，年进口量约4万吨。预计今后十年碳酸钾年增长率在6%以上。碳酸钾消费领域所占比例为：玻壳和特种玻璃占60%，氨厂脱碳剂占12%，医药、农药占6%，橡胶助剂占4%，电焊占2%，用于生产钾类化合物及其它占15%，出口占1%。2、2 产品价格分析国际的K2CO3价格近几年来由于需求增加，呈现稳中有升的态势，g高纯度碳酸钾（99.2）在19811996年十五年内最高价为410吨，最低为

14、330吨，在 1997年为322吨369之间波动，稳中有升。2000年后受国际金融危机的影响价格下跌，到2002年底国际经济复苏，价格有所回升，现国际市场价为365吨左右。目前, 国内外的彩色显象管、陶瓷工业,釉面砖工业用量不断扩大,对碳酸钾需求量不断增加,目前碳酸钾的价格不断升高,对最近的成都市场了解,工业一级碳酸钾已由原来的3900元/吨上升至5500元/吨,优质品已上升至6000元/吨,医药品已上升至6500元/吨。整个国内市场每年约需增3-4万吨,货源紧张。本项目K2CO3价格暂定为3000元/吨。3 、 产品方案及生产规模3、1 产品方案及生产规模序号产品名称生产装置（t/a）预计产

15、量（t/a）备注1碳酸钾7200072000年操作时间：氢氧化钾8000小时项目建设面积：碳酸钾生产车间，建筑面积约4万m2。4 、工艺技术生产碳酸钾的方法很多，世界碳酸钾工业化生产工艺依次经历草木灰法、吕布兰法、电解法、有机胺法、离子交换法和离子膜流化床法。前4种因产品质量差、生产成本高先后被淘汰。目前我国主要采用离子交换法，而国外发达国家主要采用离子膜流化床法。 4、1离子交换法 离子交换法是以碳酸氢铵和氯化钾为原料，利用阳离子交换树脂对钾、铵离子吸附性很近的特点，使碳酸氢铵和氯化钾精制液中的钾铵离子通过阳离子树脂进行离子交换，而分别得到碳酸氢钾溶液和氯化铵溶液，交换反应简单表示如下； K

16、RNH4HCO3NH4RKHCO3 NH4RKClKRNH4Cl 式中R为树脂高分子骨架部分。该法主要特点是交换完成液碳酸氢钾溶液纯度高，原料碳酸氢铵成本低，工艺方法成熟，可连续性操作，项目投资少；原材料利用率较高，单耗氯化钾（折100）和碳酸氢铵（以实物计）最好水平分别为1.22 t和 1.5 t。该法主要缺点是交换完成液浓度较低，蒸发成本高，单耗原煤34t；生产过程产生的氯化铵溶液随废水排放，不仅浪费资源而且污染环境，回收可作为生产氯化铵的原料，经蒸发浓缩等工序可制氯化铵，由于氯化铵生产蒸发能耗较高，设备腐蚀问题难以解决，使氯化铵生产受到限制，从而也制约碳酸钾的发展。山西文通钾盐集团有限公

17、司采用离子交换法生产，解决了上述难题，降低了成本，在氯化铵回收上取得重大突破，实现了闭路循环，无水排放，现碳酸钾年生产能力为3万t，并正在实施新增年产2万t碳酸钾技术改造项目，是目前国内最大的碳酸钾生产企业。4、2 离子膜电解一碳化法 离子膜电解法是以氯化钾为原料，将精制为超纯盐水的氯化钾溶液泵至电解槽通电电解，分别得到氯气、氢气，在阴极生成3235的氢氧化钾，流至碱液循环槽，大部分碱液用泵循环并加人无离子水后再进人电解槽阴极室，成品碱液送至蒸发工段浓缩至48，供碳酸钾碳化或出厂销售碱液。48的氢氧化钾送人流化床碳化，生成碳酸钾，其反应式如下： KCl十2H2OKOH+Cl2+H2（电解） 2

18、KOHCO2K2CO3H2O该法主要优点是碳酸钾或氢氧化钾产品质量好，工艺流程短、生产自动化程度高，适于规模化生产，污染少，环境好，维护检修工作量少，操作条件好等。主要缺点是投资大，生产成本高，能耗高等，引进国外技术和设备费用较高，经济上难以承受。这些均制约了离子膜电解碳化法在碳酸钾行业的应用和发展。我国成都化工厂从美国引进年产1万t氢氧化钾（可产1.2万t碳酸钾）的离子膜电解装置，并采用日本流化床碳化干燥技术，于1990年正式投产，标志着我国碳酸钾生产技术达到世界先进水平，是我国碳酸钾发展史上的一个里程碑。由于离子交换法和离子膜电解一碳化法各自的缺点，限制了碳酸钾的生产规模，为振兴碳酸钾工业

19、，有关企业和科研院所竞相开展攻关研究，并取得较大进展和突破。4、3碳酸钾生产工艺开发现状离子交换法由于生产过程中产生大量的氯化铵废水，因难以处理而一直困扰国内生产企业，规模越大越明显。该工艺环保压力过大，已不符合现代企业发展的要求。为了寻找符合国情、切实可行的碳酸钾合成工艺，国内科研机构和生产厂家做了大量的工作，并取得较大进展和突破。改进有机胺法它以氯化钾为原料，以高沸点、低毒性有机胺代替低沸点有机胺作萃取剂。与传统的有机胺法相比，改进后的工艺未反应氯化钾与有机相明显分层，易于分离，氯化钾可循环使用，避免了传统有机胺法产生大量难以治理的氯化铵废水的缺点。旋转式连续离子交换法该法由美国高级分离技

20、术公司于1983年开发成功，经过不断完善，国外已成功应用于多个行业。国内部分企业对其用于碳酸钾生产进行了小型工业化试验，证明旋转式连续离子交换法采用小容积树脂床，可以使树脂得到最大限度的利用。据资料介绍，与国内现用的离子交换工艺相比，其一次性投资降低3050，操作费用降低4050，吸附剂用量减少30，且因实现了生产过程的连续化，可以彻底解决废液的排放问题。溶剂萃取法该法是在生产碳酸钠联碱法基础上，常温下以有机溶剂萃取氯化铵，并使碳酸钾从溶液中结晶出来。其具有流程短、设备简单、成本低、易于大规模生产等特点，目前正处于中试阶段。鉴于本项目是离子膜电解法生产氢氧化钾的后续项目，经对我国现有的几种碳酸

21、钾生产工艺的综合比较，结合我公司拥有水电厂和330KV线路已到格尔木、电价便宜、所需原料在当地可发供应的现状，决定采用离子膜电解碳化工艺生产碳酸钾。即将氯化钾电解（离子膜法），得高纯度氢氧化钾，然后以CO2进行碳化，得碳酸氢钾，再经水洗、离心分离、煅烧得精制碳酸钾成品。4、4工艺流程 转换苛性钾 (KOH) 至 碳酸盐 (K2CO3) 的基础化学反应: 2KOH+CO2= K2CO3+H2O上述反应中所有的水 (化学反应产生的水加上50%(KOH)溶液中的水)同时蒸发在沸腾床反应器中。所需的二氧化碳由部分天然气燃烧产生。为了使流体化和反应获得必需的连续气体,由风扇把周围空气泵入燃烧室且加热,和

22、天然气点火燃烧。 K2CO3优质颗粒经过旋风器 C-21后，干的颗粒沉积下来经由空气的运送装置 B-22送入流化床反应器。未沉积的碳酸钾进入吸尘器S21经由泵循环利用。从螺旋运送机 SC-21卸下的小颗粒碳酸钾经冷却器RC21和螺旋输送机RV21被冷却到55。被冷却的碳酸钾颗粒经斗式提升机输送到双层筛分机中，尺寸合格的产品送到料仓Z21中。特大号颗粒的碳酸钾在电动粉碎机 M-21 中被压破并且和尺寸不合格颗粒分在一起,经由电动回转阀RV-23 和 气力运送装置 B-23 送入流化床反应器之内。料仓Z-21 的容量能保证自动包装机8个小时的包装，未能包装和产生的不合格产品被带有吸嘴的吸尘装置X1

23、吸入并且在水中溶解。 整个生产过程被仪器控制确保连续的自动化操作控制。操作人员只有在包装工序中需要。电解得浓度为30%的氢氧化钾溶液，蒸发浓缩至氢氧化钾浓度为50%时，冷却至3035析出氯化钾回收再利用。浓碱液稀释至44%左右，进行预碳化，当氢氧化钾浓度达3g/l以下时，过滤除氢氧化铁沉淀，再经浓缩（50%以上）除钠后，进行碳化得粗碳酸钾，继续碳化得碳酸氢钾结晶，结晶经水洗、离心分离、煅烧制得精制碳酸钾成品。漂洗时用软水或纯水，干燥器内热风温度不得低于25，以利于KHCO3的充分分解。尾气中的碳酸钾粉末可经水淋吸收。本项目生产工艺流程如图所示。碳酸钾生产工艺流程示意图CO2碳酸钾产品预碳化50

24、%浓度热风35120热空气包装沸腾干燥KCl过滤活性CaCO3来自电解碳酸氢钾4、5原料消耗制取碳酸钾的主要原料为氢氧化钾和二氧化碳。氢氧化钾来源于盐湖集团综合利用项目中的12万吨/年氢氧化钾装置（以氯化钾为原料、采用先进的离子膜电解工艺），二氧化碳来源于天然气的燃烧产物。主要原材料、辅助材料、燃料的种类、规格、年需求量及供应来源见下表：名称规格单耗年需求量供应来源氢氧化钾50%1.626t/t11.7万t来自12万吨/年氢氧化钾装置电100KWh720万KWh天然气153Kg1.1万吨外购包装袋25Kg42个/t302.4万个外购蒸汽910 bar3.8t/h27.36t/h新鲜水8851.

25、84万软水1.510.8万4、5生产原料及产品的规格4、5、1氢氧化钾 数量： 120吨/天 KOH100% 规格： 50% 液碱 温度： 80 压力： 6 bar(g)4、5、2 天然气 含CH4 : 100 Vol.% 燃烧值： 55000KJ/Kg 压力： 0.4bar(g)4、5、3 碳酸钾 规格： 99.5% W/W 氢氧化钾： 0.25% W/W 水： 0.25% W/W 温度： 55 密度： 12301430Kg/ 最大颗粒： 1.2 最小颗粒： 0.24、6 主要设备设备编号设备名称规格数量材质电机功率(kW)B-21Process air fan with electric

26、motor电动空气鼓风机Q = 17500 m3/hH = 0,2 bar G1CS 碳钢1200B-22 Pneumatic conveying device with injector带注入器气动输送设备Q = 420 m3/hH = 0,8 bar G1CS 碳钢118.5B-23Pneumatic conveying device with injector带注入器气动输送设备Q = 250 m3/hH = 0,5 bar G1CS 碳钢17.5B-24Process gas fan with el.Motor电动燃气鼓风机Q = 3500 m3/hH = 0,2 bar G1CS 碳

27、钢145BE-21 Bucket elevator with motor drive斗式提升机L = 25 m1SS/CS 不锈钢/碳钢14.0D-22Process gas duct工艺气管道= 1030 mmL= 6000 mm1SS/HRS不锈钢/耐热钢D-27Product distributing device产品分料器1SS 不锈钢H-21Heating chamber withburner system for naturalgas带天然气燃烧系统燃烧室3850 kW1HRS/CS耐热钢/碳钢M-21Milling machine with motor drive电动粉碎机1SS

28、/CS 不锈钢/碳钢111.0N-21Belt conveyor with motor drive皮带机1SS/CS/rubber不锈钢/碳钢/橡胶11.5N-22Bag closing machine with motor drive封口机Automatic 1SS/CS 不锈钢/碳钢11.5R-21 Fluid bed reactor with KOH/ K2CO3 solution spraying device流化床反应器带KOH/K2CO3溶液喷嘴= 3300 mm1Inc/SS铬镍铁合金/不锈钢RV-21 Rotary valve with motor drive电动回转阀dust

29、 proof design防尘设计1CI/CS Spec.铸铁/碳钢 特种11.5RV-22Rotary valve with motor drive电动回转阀dust proof design防尘设计1CI/CS Spec.铸铁/碳钢 特种11.5RV-23Rotary valve with motor drive电动回转阀dust proof design防尘设计1CI/CS Spec.铸铁/碳钢 特种11.5RC-21 Product cooler 产品冷却器= 2500 mmL= 9500 mm1CS 碳钢122.0SC-21Screw conveyor with motor driv

30、e螺旋输送机= 200 mmL= 3000 mm1SS 不锈钢11.1SM-21Screening machine, double deck type with drive双层筛分机Vibrating type1SS/CS 不锈钢/碳钢25.0VC-21 Vibrating conveyor振动输送机= 200 mmL= 2000 mm1SS/CS 不锈钢/碳钢10.2W-21 Maunual bagging scale,mechanical gross weighing type, with control panel to fill K2CO3 granules into 25kg bags手动包装机1SS/CS 不锈钢/碳钢C-21Cyclone 旋风分离器= 2300 mmL= 8000 mm1SS/CS