[发明专利]一种联产纯氯化氢和硫酸钾（钠）的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种联产纯氯化氢和硫酸钾（钠）的设备，是一种回转窑，将氯化钾（钠）和浓硫酸并流混合反应生成硫酸钾（钠）和纯氯化氢气体的设备。

背景技术

该设备涉及到了两个相关的技术领域，一个是使用曼海姆法制取硫酸钾（钠）的技术领域，一个是使用纯氯化氢和硅粉制取三氯氢硅的技术领域。

多年来，在世界范围内，由于大多数钾矿主要是以氯化钾形式存在，而农业需求，特别是经济作物亟需的是无氯钾肥，其中主要是硫酸钾，所以世界硫酸钾需求逐年增长。从氯化钾制取硫酸钾的方法主要是曼海姆法，曼海姆法的核心设备是曼海姆炉，曼海姆炉是一种马蹄型隔焰式马弗炉，将浓硫酸和氯化钾混合好后从炉中央进料，在搅拌驱动下从曼海姆炉的中央向边缘移动，同时被燃料加热到400－600度，在此条件下混合反应3－6小时后从炉子边缘出料，该过程可以直接得到合格的硫酸钾产品和含有一半以上其他气体的氯化氢气体，而此氯化氢气体一般是用水吸收后做为盐酸出售。参见文献（华树森,李秀华,冯海波.曼海姆法生产硫酸钾概述[ J ]. 山东化工,2000, 29 : 24 – 26）。全世界每年用此法生产的硫酸钾约有400万吨以上。

曼海姆法也可以应用到从氯化钠生产硫酸钠的过程，特别是利用当地因地制宜的废硫酸和氯化钠盐矿，或利用产品硫酸钠联产硫化碱时更有优势，比如在内蒙古西部阿拉善盟地区，吉兰泰盐湖的盐矿资源非常丰富，而当地的铜矿等矿厂每年都会产生大量的废硫酸，采用此法来生产硫酸钠具有一举四得的优势，第一解决了废硫酸的环境污染问题，第二利用了当地盐矿的氯化钠，第三得到当地较少的可以生产硫化碱的原料硫酸钠，第四提供了相对于电解法成本更低的氯化氢。

在曼海姆法的生产过程中，副产的氯化氢气体一般含量低于50%，该气体一般是用水吸收后制取31%的盐酸水溶液，而与此同时，在多晶硅的原料三氯氢硅生产过程中，亟需大量的纯氯化氢，因为含有氧气的氯化氢可能会在三氯氢硅生产过程中和氢气反应发生爆炸。而曼海姆法的副产氯化氢因为设备原因，存在被空气和烟道气混合的因素，不能满足此要求，从盐酸解析得到纯氯化氢每吨氯化氢成本会增加500元以上，因此如果能改进曼海姆炉使其可以直接提供纯的氯化氢直接用于三氯氢硅生产具有极大的经济价值。也成为一个很有意义的课题。

本发明设计了一种改进的曼海姆炉，使用回转窑替代马蹄型隔焰炉，彻底隔绝开了烟道气和反应体系，使产生的氯化氢纯度大大提高，可以直接用于三氯氢硅反应。

发明内容

该设备是一个长圆型的金属筒体外加附属的支持和旋转驱动结构，在筒体内部加入了内构件避免反混。筒体部分高温段加入碳化硅内衬防止腐蚀。浓硫酸和氯化钾（钠）按照一定比例从一端通过密封结构进入回转窑内，物料随着回转窑的旋转由进口向出口移动，在移动过程中，被筒体外侧的高温烟道气逐渐加热而升温，并和尾端反应出的高温氯化氢气体换热，温度逐渐由常温加热到500－600度之间，经过3－6个小时充分反应，等固体产品合格后从末端出料。而和低温物料换热后的纯氯化氢则从进料端离开系统，该设备是在微正压下操作，确保空气不会混入反应系统中，该氯化氢气体纯度可以达到99%以上，故只需用少量硫酸洗涤除去少量三氧化硫后就可以提供给三氯氢硅厂家使用。

与马蹄型隔焰炉相比，本设备氯化氢气体在采出之前和刚进入反应系统的物料进行了充分的换热，因此出气温度基本是常温。该设备可采用煤炭燃料直接燃烧加热的方式，热风沿进料方向的反方向流动，和不断加入的低温物料充分换热，设备在筒体上可以安装适量的热管或翅片管，通过热管和翅片管来强化烟道气和反应物料之间的换热，将烟道气的出气温度降低到300度以下，能量利用效率很高。而同时曼海姆炉的氯化氢气体出气温度在500度以上，烟道气出气温度在600度以上，在能源价格越来越高的今天本设备用于替代现有曼海姆炉也有很大的优势。

曼海姆炉由于设备加工制造复杂，附属部件多，国际上目前最大的装置单炉产硫酸钾只能做到一万吨左右，且投资高，维修频率高，本发明的设备由于结构相对简单，且易于连续化生产，单套处理能力可达数十万吨，且投资低于曼海姆炉。

附图说明

 图一是本设备的剖面图。

 如图一所示，保温炉膛1、 烟囱2、窑体3、氯化氢出气口4、氯化钾（钠）和浓硫酸进料口5、托轮6、大齿圈7、炉膛支撑8、炉膛支撑9、炉膛支撑10、燃煤炉11、 托轮12、出料口13、受料器14、耐酸内衬15。

参考文献

[ 1 ] 华树森,李秀华,冯海波.曼海姆法生产硫酸钾概述[ J ].山东化工,2000, 29 : 24 – 26。