制造硝酸铵的方法与流程
1.本发明涉及一种制造硝酸铵的方法，其中硝酸和氨在管式反应器中反应以生产硝酸铵。
背景技术：
2.硝酸铵通常由硝酸和氨反应生产。硝酸通常由被称为奥斯特瓦尔德(ostwald)法的方法生产。
3.硝酸和氨的反应通常在所谓的硝酸铵管道(pipe)反应器中进行。这个反应器基本上是一个管式反应器，在该反应器中硝酸和氨的水溶液被引入并发生硝酸铵的形成。
4.术语管式(tubular)反应器在本领域中是已知的。这个术语定义了被设计用于避免回流混合并基本上在活塞流状态(plug-flow regime)下操作的反应器。管式反应器通常被实现为细长的管子(tube)或管道(pipe)，其中该管式反应器的末端部分将所得的硝酸铵溶液排放到分离容器中。
5.硝酸铵管道反应器通常由不锈钢制成。由于包括高流体速度、腐蚀性试剂和两相流的高侵蚀性条件，氨管道反应器显示出约1-2mm/月的显著腐蚀速率。这迫使管道反应器被设计成具有大的厚度，以确保工业上可接受的寿命。然而，大的厚度意味着反应器的成本和重量增加。
6.在目前的技术水平下，硝酸铵管道反应器通常由高等级钢或特殊合金制成。其他材料(如钛或锆)可以承受腐蚀，但价格昂贵，可能难以焊接。尽管使用这类高等级钢材，更换或停机维修的情况还是相对频繁。管道反应器的更换涉及停堆(shut-down)，伴随相关的生产损失以及新反应器或更换内构件的费用。
7.因此，硝酸铵生产商对硝酸铵管道反应器的高腐蚀问题的解决方案提出了要求。
技术实现要素：
8.申请人已发现，硝酸铵管道反应器的失效主要是由内表面的侵蚀造成的。稀硝酸中包含的水被由反应产生的大量热量汽化。这增加了体积流量，导致高速两相流(可能接近声音的速度)，其迅速侵蚀管道反应器内表面的钝化层。这种侵蚀可能比钢的直接酸腐蚀占主导地位。
9.本发明的构思是为硝酸铵管道反应器提供一种内部抗摩擦陶瓷涂层，以减少颗粒的粘附，并因此减少这种侵蚀的影响。该陶瓷涂层材料优选比涂覆的表面的基体材料更加坚硬，进一步减少了侵蚀影响。陶瓷涂层由技术陶瓷(也称为高性能陶瓷)制成。陶瓷涂层被设置在管道反应器内表面，与硝酸和氨接触。
10.因此，本发明提供了一种制造硝酸铵的方法，包括在管式反应器中引入硝酸和氨，并从管式反应器中取出包含硝酸铵的溶液，其中管式反应器由金属材料制成并具有内陶瓷涂层。
11.硝酸可以以硝酸水溶液的形式引入。硝酸可采用奥斯特瓦尔德法在上游生产。
12.根据本发明的多种实施方案，所述管式反应器的内涂层可以是均匀的，或者是不均匀的。反应器的内部的整个表面可以被涂覆，或者仅被涂覆其选定的部分。根据一些实施方案，涂层的厚度可以是均匀的，或者是不同的。
13.本发明的内涂层能够减小内表面的摩擦因数，并最小化侵蚀。因此，管道反应器的寿命可以被延长。优选地，内涂层也具有高硬度。
具体实施方式
14.优选的陶瓷材料包括：氮化钛、碳化铬、碳化铪、碳化铪、碳化硅、碳化钽、碳化锆；铪、锆、铝、硅和钽中任一种的氧化物；上述材料的组合。陶瓷涂层可以包括上述材料及其组合中的任一种或由上述材料及其组合中的任一种制成。
15.内涂层具有比管式反应器的未涂覆内表面的表面粗糙度更小的表面粗糙度。优选地，涂层的表面粗糙度不大于未涂覆内表面的表面粗糙度的0.20倍，更优选不大于0.10倍。优选地，涂层的表面粗糙度为未涂覆表面粗糙度的0.20-0.01倍，更优选0.10-0.01倍。
16.减小的粗糙度将限制产品颗粒粘附到反应的内表面，并增强设备的抗冲蚀性能。
17.表面粗糙度可以根据iso 4287:1997标准测定，作为评定轮廓的算术平均偏差，通常用符号ra表示。
18.陶瓷涂层的硬度可能大于管道反应器的未涂覆材料的硬度。陶瓷的表面硬度优选为管式反应器的未涂覆内表面的硬度的至少3倍，更优选为3-6倍。
19.内涂层可以被设置在管式反应器的整个内表面上，或者仅被设置在其部分上。
20.内涂层的厚度可以是恒定的，或者适当地不同。
21.内涂层可以被布置为对被发现更容易接触上述侵蚀的选定关键区域提供增强的保护。这种增强的保护可能是在部分涂层实施方案中，内涂层本身的存在，和/或涂层的厚度增加的结果。
22.在优选的实施方案中，内陶瓷涂层从引入氨和硝酸的入口点至少提供到从反应器中取出硝酸铵溶液的出口点。入口点和出口点可以分别为入口法兰和出口法兰。
23.在其他实施方案中，涂覆部分可以根据涂覆部分的长度相对于管式反应器的内径来确定。在优选的实施方案中，涂覆部分从上述入口点(例如入口法兰)延伸，长度为内径的2-40倍，更优选为内径的4-35倍。
24.在一些实施方法中，可以提供内涂层的可变厚度。在优选的实施方案中，在从管式反应器的入口点开始的确定长度上提供增加的陶瓷涂层厚度。所述长度更优选为管式反应器的内径的2-40倍，尤其优选为内径的4-35倍。
25.涂层的厚度优选为30-300μm。同样地，在一些具有可变厚度的实施方案中，可变厚度可以被包括在上述范围内。
26.管式反应器可以由钢制成，优选由奥氏体钢制成。
27.涂层可以由机械、物理或化学沉积方法提供。
28.陶瓷涂层可以被化学粘合到管式反应器的内表面。例如，陶瓷涂层可以被化学粘合到管式反应器内表面的不锈钢上。
29.管式反应器可以具有细长的管子或细长的管道形状。因此，管式反应器的长度比其直径大数倍。管式反应器的尺寸可以根据长度和直径(例如内径)的比例来定义。在优选
的实施方案中，管式反应器的长度与内径比l/d为20-100。更优选所述比例l/d为35-65。
30.管式反应器的比质量流量(specific mass flow)可以为每cm2截面80-300kg/h。
31.本发明的另一个方面是硝酸铵管道反应器，其用于由硝酸和氨反应生产硝酸铵，所述反应器是由金属材料制成且具有内陶瓷涂层的管式反应器。
32.所有的上述优选实施方案都适用于管道反应器。还公开了具有所附权利要求中所述特征的硝酸铵管道反应器。
技术特征：
1.一种制造硝酸铵的方法，包括在管式反应器中引入硝酸和氨，并从所述管式反应器中取出含有硝酸铵的溶液，其中所述管式反应器由金属材料制成，且所述管式反应器的内涂层为陶瓷涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷涂层包括以下任一种材料或由以下任一种材料制成：氮化钛、碳化铬、碳化铪、碳化铪、碳化硅、碳化钽、碳化锆；铪、锆、铝、硅和钽中任一种的氧化物；它们的组合。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述陶瓷涂层的粗糙度不大于所述管式反应器的未涂覆内表面的粗糙度的0.20倍，优选在0.10-0.01的范围内。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述陶瓷涂层的硬度大于所述管式反应器的未涂覆内表面的硬度，优选至少大3倍，更优选大3-6倍。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述内涂层被设置在所述管式反应器的整个内表面上，或者仅被设置在其部分上。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述内涂层至少从引入硝酸和氨的入口点至少提供到取出包含硝酸铵的溶液的出口点，或者所述内涂层被提供在管道反应器的涂覆部分上，所述涂覆部分从所述入口点开始且长度为所述反应器的内径的2-40倍，优选4-35倍。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述管式反应器的陶瓷涂层的厚度是恒定的，或者管式反应器内表面的选定区域具有不同的涂层厚度。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在从引入氨和硝酸的点开始且长度为所述反应器的内径的2-40倍、优选为4-35倍的部分上提供增加厚度的陶瓷涂层。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述涂层的厚度为30-300μm。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述管式反应器由钢制成，优选由奥氏体钢制成。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述陶瓷涂层被化学粘合到所述管式反应器的内表面。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述管式反应器具有细长的管子或细长的管道形状，所述管式反应器的长和内径之间的比例优选为20-100，更优选为35-65。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述管式反应器的比质量流量为每cm2截面80-300kg/h。14.一种硝酸铵管道反应器，用于由硝酸和氨反应生产硝酸铵，所述反应器为由金属材料制成且具有内陶瓷涂层的管式反应器。
技术总结
在内部涂有陶瓷涂层的管式反应器中由硝酸和氨制造硝酸铵的方法。酸和氨制造硝酸铵的方法。
