硝酸铵分解

连续化液体硝酸铵工艺安全分析

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。

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