芻議硝酸銨生產(chǎn)工藝操作中的注意事項(xiàng)

文/茍程，新疆玉象胡楊化工有限公司

1 硝酸銨的生產(chǎn)工藝流程

硝酸銨的生產(chǎn)工藝涉及到加壓中和、蒸發(fā)和氨回收等工序，硝酸和氨氣的反應(yīng)為其中和反應(yīng)，操作人員應(yīng)有效控制氨氣和稀硝酸的溫度和濃度。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在發(fā)生中和反應(yīng)時會存在較多的熱量，為防止中和時因溫度升高較快而導(dǎo)致氨酸發(fā)生分解或爆炸，需要在中和器底部、頂部適當(dāng)?shù)募尤肜鋮s液，把中和溫度控制在185度之內(nèi)，保證中和反應(yīng)的安全性。

硝酸和氨氣在中和反應(yīng)結(jié)束后，會產(chǎn)生較多的硝酸銨溶液，需要及時對這些溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，因此需要硝酸銨溶液在中和后的濃度達(dá)到78%左右，才能保證其濃度較高，一般情況下隨著濃度的增加硝酸銨溶液的沸點(diǎn)也會較快增加，如果硝酸銨濃度升高至96.8 9%時，硝酸銨液會發(fā)生分解，并有大量的熱量釋放出，極易發(fā)生爆炸，所以硝酸銨溶液在常壓下提升至96%較難，操作人員通常會選擇二段蒸發(fā)的方法保證硝酸銨溶液的濃度。

2 硝酸銨工藝操作過程中存在的問題

某公司有2套生產(chǎn)規(guī)模分別為15萬t/a和30萬t/a的硝酸裝置，硝酸是硝酸銨和己二酸裝置的原料，因此確定硝酸的生產(chǎn)規(guī)模為45萬t/a，而在原來設(shè)計中生產(chǎn)硝酸銨時使用的是63.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸，因此存在以下相關(guān)問題：

因?yàn)闊o水氣態(tài)氨和含水的硝酸共同反應(yīng)生成硝酸銨產(chǎn)品，反應(yīng)式為：

在反應(yīng)的同時會有大量的熱放出，如果按照原來的設(shè)計使用63.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸，會使該中和反應(yīng)的溫度上升到238℃。如果安全操作溫度超過215℃上限時，想要保障裝置安全的運(yùn)行，需要把二次蒸汽壓力降低為0.35MPa。因?yàn)槿绻麥囟却笥?20℃，容易分解硝酸銨溶液，一般開始時分解的速度不快，但其溫度和壓力會隨著反應(yīng)熱而逐漸上升，進(jìn)而加快分解，因此必須把反應(yīng)器的操作溫度控制在215℃以下。

假如二次蒸汽的壓力降低，為了把中和后的硝酸銨溶液向初蒸發(fā)器閃蒸槽中輸送，還應(yīng)該增設(shè)硝酸銨溶液泵兩臺。雖然一定程度增加了二次蒸汽的產(chǎn)量，但因?yàn)槠滹柡蜏囟冉档?0℃左右，因此也縮小了初蒸發(fā)器對二次蒸汽使用時的溫差，為了給出蒸發(fā)器的硝酸銨溶液的濃度提供保障，需要在蒸發(fā)器下段大量的使用0.8MPa飽和蒸汽，可能會導(dǎo)致出現(xiàn)裝置二次蒸汽較多而需要增加外供蒸汽的情況，進(jìn)而影響到裝置的熱效率。

所以為保證裝置運(yùn)行更加穩(wěn)定和安全，應(yīng)控制中和反應(yīng)器使用的硝酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.0%為最佳。所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中可通過對裝置操作具有較大的彈性的特點(diǎn)進(jìn)行充分的利用，使用裝置內(nèi)硝酸6.82kg/h，銨 8.08kg/h的蒸發(fā)冷凝液，降低進(jìn)入界區(qū)的硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.0%。因此該公司通過對硝酸和硝酸銨裝置總體效率進(jìn)行綜合考慮，確定質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.0%的硝酸銨直接由生產(chǎn)規(guī)模為3 0萬t/a的裝置提供。

3 硝酸銨生產(chǎn)操作中應(yīng)注意的問題

3.1 由于硝酸銨具有性質(zhì)不穩(wěn)定的特性，極易在受熱的情況下發(fā)生分解，而且其反應(yīng)產(chǎn)物相對復(fù)雜，會根據(jù)溫度的變化而變化。

在溫度為185℃～200℃時，分解的反應(yīng)式為：

而在土壤受到猛烈撞擊或加高溫時，其反應(yīng)式則為：

硝酸銨濃溶液或溶體在具體的生產(chǎn)過程中，可能會發(fā)生傳爆和爆炸分解，存在較大的危險性。因此硝酸銨可能會隨著溫度的提高而增加分解的可能，在工業(yè)生產(chǎn)中國溶體或溶液的加熱溫度達(dá)到19 0℃時，其分解反應(yīng)式為：

而在硝酸銨量較大并且無法及時導(dǎo)出熱量時，硝酸銨會自行加快分解，并和分解產(chǎn)生的NO2相互作用產(chǎn)生放熱反應(yīng)，導(dǎo)致硝酸銨的分解更加強(qiáng)烈，反應(yīng)式為：

所以，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該對設(shè)備內(nèi)高溫溶體的停留時間引起重視，在生產(chǎn)時，應(yīng)保證185℃的熔體不大于1min的停留時間。為了提供安全保障，應(yīng)保證操作時管道反應(yīng)器的溫度低于215℃。只要達(dá)到215℃時，不管是何種情況，都要查明情況再開車。如果出現(xiàn)個別生產(chǎn)工序產(chǎn)生故障、突然停車等都情況，必須采取有效的措施防止硝酸銨發(fā)生分解。如可用水稀釋溶液或降低溫度保證其濃度安全。當(dāng)把設(shè)備切斷打算長時間停車時，應(yīng)把設(shè)備中的硝酸鈉溶液或溶體排出，并斷開正在運(yùn)行的設(shè)備，如果在不運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備中停留這些產(chǎn)品會增加其危險性。

3.2 如果硝酸鈉內(nèi)含有如游離氯化物、氧化氮或有機(jī)化合物等雜質(zhì)時會相應(yīng)的增加硝酸銨分解的可能性，如果游離酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1%時，硝酸銨開始分解，并由210℃的高降低至185℃～190℃；如果硝酸銨中含有0.15%的氯化物，會降低分解溫度到193℃，如果有1%硝酸存在，溫度會降低至180℃，還會增加1倍的分解速度。所以，即使在溫度較低的情況下這些混合物業(yè)會使硝酸銨產(chǎn)生分解。為了更加安全，應(yīng)控制硝酸鈉溶液中的HNO2和Cl－的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于50×10－6和10×10－6。

4 結(jié)語

綜上所述，通過分析硝酸銨的生產(chǎn)工藝流程可得，近些年我國硝酸銨生產(chǎn)水平獲得了較大的發(fā)展，但同時在硝酸銨的生產(chǎn)流程中仍然有許多安全隱患存在，相關(guān)操作人員應(yīng)該在實(shí)際生產(chǎn)中采取有效的措施進(jìn)行處理，保證硝酸銨生產(chǎn)工作更加安全。相信，通過化工生產(chǎn)中不斷的更新和改進(jìn)相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程，會促進(jìn)我國硝酸銨生產(chǎn)水平得到更大的發(fā)展。