连续化液体硝酸铵工艺安全分析

连续化液体硝酸铵工艺安全分析

于浩

山西中煤平朔能源化工有限公司，山西朔州

摘要：我国经济的快速发展推动我国其它行业发展迅速。近年来，随着我国新型高效环保肥料大力推广，水溶肥、复分解法硝酸钾、尿素-硝铵溶液（UreaAmmoniumNitratesolution,简称UAN）等装置的规模及生产能力向连续化、大型化发展，硝酸钾装置、UAN装置均涉及到液体硝酸铵的生产，通过液体硝酸铵的工艺研究和安全分析，如何从源头上解决和控制液体硝酸铵生产过程中带来的安全风险，是国内外同行普遍关注的问题。

关键词：连续化液体硝酸铵；工艺安全

引言

我国整体经济的快速发展离不开各行业的大力支持。企业应该根据市场的需求来改进生产方向。将生产固体硝酸铵加压中和工艺技改为以液体硝酸铵生产为主，以固体硝酸铵为辅的生产工艺;并对液体硝酸铵工艺进行了研究且取得了一定成效，达到了节能减排，增加效益的目的。

1液体硝酸铵生产流程简述

因为加压中和法在一段蒸发出口的硝酸铵溶液浓度达到了95%左右。而大多数客户需要的液体硝酸铵浓度为90%～96%作为生产工业炸药和其他产品的原料，PH要求为4.0～6.5。为适应市场新变化、满足液体硝酸铵下游企业的需要，某公司硝酸车间对现有的硝酸铵生产装置进行技改，开发浓度为90%～96%，PH为4.0～6.5的液态硝酸铵产品，新增加一套液体硝酸铵储槽及充装配套设施。该工艺流程省去了固体硝酸铵的二段蒸发过程、造粒及包装过程，对公司而言既起到了节能降耗的作用又满足了客户需求是一个双赢的选择。新建项目建设主要包括一个全容积352m3的立式储罐及相应配套的充装系统。该装置建成后，不仅能适应市场新变化、满足客户的需要，并且每年可节约1.3MPa饱和蒸汽0.44万吨，节约人工、包装成本，降低了整个生产过程的成本。液体硝酸铵通过密封管道进行输送和装卸，可提高根本的安全性。现阶段某公司硝酸铵类产品主要以液体硝酸铵生产为主，固体硝酸铵生产为辅的生产线。

2外部强制循环加压中和工艺

随着全压法、高压法、双加压法稀硝酸工艺的不断推广，稀硝酸浓度由40%左右提高至52%~63%，这种浓度的硝酸已不适合采用常压中和工艺来生产硝酸铵，于是，加压中和工艺而随之产生；外部强制循环加压中和工艺由德国伍德（Uhde）公司开发，该工艺的核心是中和反应单元，包括中和器，蒸汽分离器和循环泵。在中和器后面，热硝铵溶液经过一个节流孔板，在闪蒸后进蒸汽分离。为避免溶液里的游离氨气，这个中和反应回路在微酸的环境下运行。在中和器与孔板之间，反应物有足够的时间充分反应。孔板前的压力保持很高，这样在闪蒸进入分离器之前，足以阻止蒸汽气泡形成。在蒸汽分离器里，浓缩的硝铵溶液在底部收集，而分离出的蒸汽是从容器顶部排出。由于循环回路里的微酸环境，蒸汽中有少量硝酸和硝铵，但不含氨。这些少量污染物很容易在蒸汽洗涤器里被清除。同时，蒸汽里残存氮的损失也很低，因为按重量比，硝酸含氮27%，硝铵含氮35%，相比之下氨里含氮为82%。硝酸和氨气在0.35MPa压力下，在中和器内反应生成78%~81%的硝铵溶液，再经蒸发浓缩至所需浓度。

3质量及安全控制要求

92%的液体硝酸钱为了防止结晶,罐内温度控制在120~125℃,通过控制保温蒸汽压力来保持溶液温度,但为防止溶液过热引起的不安全因素,温度不能超过140℃。在此温度下,根据分析结果及时加水或氨水调整产品指标。少量的氨水可调整溶液PH值,对硝酸钱浓度影响很小。氯化物是引起硝酸钱催化分解的主要因素,在氯化物存在时,硝酸钱溶液酸度对分解反应速率影响明显,此外设备润滑油也可能促使硝酸钱分解,因此在生产中要严格控制硝酸钱溶液PH值不得小于4;严禁杂物及润滑油进人罐内。

4不同物质对硝酸铵分解的影响

（1）硝酸，硝酸对硝铵分解反应起到催化的效应。如果硝酸不是一开始就在溶液里，硝酸也可以在分解反应1里形成。在局部硝酸浓度较高的情况下，硝铵更容易分解。该中和工艺在循环反应器入口处，硝酸过量一般在3%-4%（w%）之间。由于此处溶液的温度很低（100-130oC），停留时间又非常短。同时，伍德工艺通过加大循环量，使原料和溶液持续、充分地混合，这样可以避免未混合区域出现局部酸浓度过高而造成硝铵分解爆炸的风险。（2）卤化物及其他污染物，氯化物和其他卤化物（如溴化物和碘化物）的存在，在一定温度下对硝铵分解有很大的促进作用。含氯0.05%的杂质在200oC左右，可以使硝铵分解反应速率成30-75倍的增长。铬化物，如铬酸盐，也可以显著地增加分解反应率。还发现锌、锰、铜、镍和钴都可以用来加速硝铵的分解反应。这些污染物可以通过原料、公用工程物料等进入到工艺系统里。（3）钛，尽管纯钛是硝铵溶液与硝酸催化反应的促进剂，但在正常操作条件下可通过工艺设备表面上的薄钝化层来避免直接接触。反应器选材时要注意硝酸喷头中钛的选择，在停车期间，因为通过周围热的硝铵和随后的硝酸分解反应热，硝酸的受热可能破坏钛材钝化层，从而导致在钛的催化作用下硝酸铵分解。

5液体硝酸铵在炸药中的应用

液体硝酸铵是部分取代固体结晶硝酸铵的中间产品。与固体结晶硝酸铵相比，生产液体硝酸铵可省去真空结晶系统，减少蒸汽用量、动力消耗等成本;炸药生产装置在使用硝酸铵过程中可省去危险的破碎和融化工序，实现了生产的本质安全。在全国民爆行业使用液体硝酸铵，经反复试验和改进，解决了硝酸铵溶液储存、运输、卸料等关键技术问题，成功地将硝酸铵溶液应用于膨化硝酸铵炸药和乳化炸药等4条生产线上，节能降耗效果显著。使用液体硝酸铵生产的膨化硝酸铵堆密度适中，膨化硝酸铵炸药的性能稳定。

6硝酸铵中和过程的安全控制

反应系统的安全控制：正常生产时，进反应系统的氨与硝酸流量应设置比值调节；同时，硝铵中和反应装置还应设有紧急联锁停车系统。当发生反应失控，如反应器温度超高、原料硝酸和气氨流量超高或超低、气氨压力超低、蒸汽吹扫阀门误开、反应闪蒸槽温度超高、反应闪蒸槽液位超高或超低、原料进料管线电磁阀误关、原料比例失调、原料管线调节阀故障等状态时可自动切断反应器进料，打开蒸汽吹扫灭火系统。闪蒸系统的安全控制：反应闪蒸槽要设置安全阀，当闪蒸槽超压时可通过安全阀泄压；反应闪蒸槽温度超高时联锁切断底部液体出料，并完全打开补水管线调节阀，进行紧急降温。中和洗涤及硝铵溶液储存系统：中和洗涤塔要设置液位连锁，液位超低时连锁关闭中和洗涤泵；硝铵溶液槽设置温度、液位联锁系统，当温度超高时，切断盘管蒸汽热源；当液位超高时，联锁关闭进料管线调节阀；液位超低时，连锁停止搅拌和硝铵溶液泵。

7结语

目前国内外采用的液体硝酸铵生产工艺，分析了硝酸铵分解反应机理及不同物质或污染物对硝酸铵分解的影响，同时推荐了液体硝铵生产各环节安全控制的优选方案。只要在设计及装置改造阶段，全面识别和评估安全风险，设置必要的安全控制、联锁措施，从源头上提升安全防控水平，就能确保液体硝酸铵装置的安全生产。

参考文献：

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