張鵬（安徽淮化集團(tuán)有限公司硝鹽化工廠，安徽淮南232001）

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管式反應(yīng)器在硝酸銨生產(chǎn)中的應(yīng)用

張鵬
（安徽淮化集團(tuán)有限公司硝鹽化工廠，安徽淮南232001）

摘要：主要介紹了硝酸銨生產(chǎn)中管式反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，簡(jiǎn)述了影響合成硝酸銨的因素。

關(guān)鍵詞：管式反應(yīng)器；硝酸銨；影響因素

1　概述

本廠合成硝酸銨生產(chǎn)采用管式反應(yīng)器，年產(chǎn)量20萬(wàn)噸，投資費(fèi)用低，設(shè)備維修方便，操作簡(jiǎn)單。氣氨和60％的硝酸在管式反應(yīng)器中進(jìn)行加壓中和反應(yīng)，使反應(yīng)更加完全，產(chǎn)品純度高，含水量低，在提高了產(chǎn)品產(chǎn)量的同時(shí)節(jié)約了成本。

2　管式反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

管式反應(yīng)器工藝是氨與60％的硝酸反應(yīng)生成硝酸銨，應(yīng)用噴射器原理，液體硝酸高速通過(guò)噴嘴，成為高分散的流體，與氣氨在混合室內(nèi)快速進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成硝酸銨和水，反應(yīng)放出大量的熱，將水分蒸發(fā)為水蒸氣，保持反應(yīng)管內(nèi)溫度在150℃～200℃，管內(nèi)硝銨、未反應(yīng)的氨和水蒸氣三者以高湍流泡沫狀的液體形式流動(dòng)，出混合室后進(jìn)入反應(yīng)管（室）繼續(xù)反應(yīng)，最后以泡沫態(tài)推至分離器，在分離器里硝銨和水蒸氣分離，分離后的水蒸氣進(jìn)洗滌器，回收蒸汽中夾帶的硝銨，蒸汽去硝銨蒸發(fā)器。從反應(yīng)管出來(lái)的硝銨濃度理論上可達(dá)87％左右，因回收一部分硝銨稀溶液，故出分離器的硝銨濃度為78％左右，然后去硝銨蒸發(fā)器進(jìn)一步濃縮至所需濃度，生產(chǎn)產(chǎn)品為多孔硝銨或工業(yè)普通硝銨。采用管式反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

（1）與傳統(tǒng)硝銨生產(chǎn)相比，管式反應(yīng)器應(yīng)用噴射器原理，在硝酸通過(guò)噴嘴最后霧化能與氣氨充分混合，氨酸的轉(zhuǎn)化率高。同時(shí)產(chǎn)生了大量可循環(huán)利用的蒸汽，減少了鍋爐蒸汽的消耗，節(jié)約了成本。

（2）硝銨易爆，安全問(wèn)題不容忽視。純硝銨溶液很少有爆炸的危險(xiǎn)，除非其被加熱到300℃以上，然而，當(dāng)大容量酸性的硝酸溶液保持長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，分解的危險(xiǎn)性非常大。但用管式反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)容積很小，停留時(shí)間短，實(shí)際上消除了分解的危險(xiǎn)。

（3）管式反應(yīng)器的容積小，開(kāi)車后能迅速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，開(kāi)停車速度快，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。

（4）設(shè)備簡(jiǎn)單，投資和維護(hù)費(fèi)用較少，本廠自硝銨原始開(kāi)車兩年以來(lái)，管式反應(yīng)器僅檢修兩次。

（5）管式反應(yīng)器體積小，硝銨溶液停留時(shí)間短，反應(yīng)速度快，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)提高了硝銨的產(chǎn)量。

硝銨管式反應(yīng)器包括有設(shè)置在前端的截圓錐形噴頭，經(jīng)法蘭與噴頭串聯(lián)連接有支管三通，在支管三通內(nèi)設(shè)置有帶文丘里縮放節(jié)的內(nèi)襯。其入口處裝有氨酸噴頭，使硝酸霧化與氣氨充分反應(yīng)，并能調(diào)節(jié)出口硝銨和分離出蒸汽的pH，提高了氨酸轉(zhuǎn)化率，降低了處理分離蒸汽冷凝液的成本。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，方便維修，制作和維護(hù)成本低，反應(yīng)效率高，經(jīng)久耐用的特點(diǎn)。

3　影響硝酸銨產(chǎn)率的因素

硝酸和氣氨反應(yīng)生成硝銨可用下式表示：

這個(gè)反應(yīng)為放熱、體積縮小的反應(yīng)，可以通過(guò)控制反應(yīng)條件使反應(yīng)向有利于合成的方向進(jìn)行。

（1）摩爾比：硝酸銨在酸性條件下的分解速度會(huì)急劇增大，研究證明：在硝酸銨中加入5％的硝酸時(shí)，硝酸銨于200℃時(shí)的分解速度加大了99倍。硝酸銨于175℃～230℃時(shí)的分解速度與加入硝酸銨中的硝酸（或硝酸銨離解所生成的硝酸）的濃度成正比。在酸性條件下合成硝酸銨時(shí)，硝酸銨易分解，不僅會(huì)造成氨氮的損失，降低硝酸銨的產(chǎn)率，還大大降低了生產(chǎn)安全性，同時(shí)酸對(duì)設(shè)備有腐蝕。因此在酸銨反應(yīng)時(shí)以適當(dāng)?shù)哪柋瓤刂萍铀崃?，不僅能提高產(chǎn)率，同時(shí)能保證生產(chǎn)安全。

（2）硝酸的濃度：中和反應(yīng)中放出的熱量，取決于所用硝酸的濃度以及硝酸和氣氨的溫度。硝酸的濃度和溫度愈高，放出的熱量就愈多。但硝酸濃度過(guò)高，會(huì)使管式反應(yīng)器溫度過(guò)高，使硝酸氣化或分解，增加氨氮損失，不利于生產(chǎn)的進(jìn)行。由于中和得到的是硝酸銨溶液，因此，當(dāng)可以利用的中和熱愈多，從硝酸銨溶液中蒸發(fā)出去的水分也愈多，則得到的硝酸銨溶液的濃度也越高。在硝酸濃度過(guò)低時(shí)，會(huì)使硝酸銨溶液濃度過(guò)低。所以，在硝酸銨生產(chǎn)中通常使用的硝酸濃度為60％左右，硝酸溫度也不易過(guò)高，否則，會(huì)加劇設(shè)備腐蝕。

（3）管式反應(yīng)器出口壓力：酸氨反應(yīng)生成硝酸銨是一個(gè)體積縮小的反應(yīng)，提高管式反應(yīng)器出口壓力有利于反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)使酸與氨在管式反應(yīng)器中停留時(shí)間延長(zhǎng)，有利于硝銨的生成。因此提高壓力能夠提高硝銨產(chǎn)率。

（4）氣氨和硝酸的壓力：管式反應(yīng)器的工作原理：液體硝酸在較高的壓力下，以損失一定壓頭為條件，經(jīng)過(guò)噴頭霧化后變成液滴，使表面積增大很多，并具有一定的動(dòng)能（即速度），此時(shí)與進(jìn)入混合室的氣氨進(jìn)行混合并反應(yīng)，生成硝酸銨。適當(dāng)?shù)靥岣呦跛岬膲毫梢允瓜跛峤?jīng)過(guò)噴頭后霧化更加完全；而適當(dāng)?shù)靥岣邭獍钡膲毫?，氣氨與硝酸能更加充分混合，反應(yīng)更加完全。因此，適當(dāng)提高氣氨與硝酸的壓力可以提高硝酸銨的產(chǎn)率。

4　管式反應(yīng)器的操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

（1）實(shí)踐證明，氣氨和硝酸的中和過(guò)程，如在堿性條件下進(jìn)行，則蒸汽帶走的硝酸銨損失量一般大于在酸性條件下的損失量。這是因?yàn)樵谳^高的溫度下溶液中的氨極易揮發(fā)，并夾帶硝銨溶液霧沫增加了硝銨損失。因此，中和過(guò)程在微酸性條件下進(jìn)行較為有利。但過(guò)分地增加溶液中游離酸的含量，中和和蒸發(fā)后的溶液里要加入較多的氨才能調(diào)整到接近中性和微酸性。因此，要嚴(yán)格控制反應(yīng)摩爾比，只要保持中和過(guò)程能穩(wěn)定在微酸性條件下進(jìn)行，隨蒸汽帶走的固定氮損失就可能降到最低水平。

（2）應(yīng)嚴(yán)格控制出管式反應(yīng)器分離蒸汽的pH，根據(jù)其大小及變化，調(diào)節(jié)進(jìn)入中和器的氨量，控制其冷凝液酸堿度符合工藝指標(biāo)。在操作中，可以固定進(jìn)入中和器的酸量和氨量，通過(guò)旁路加氨來(lái)調(diào)節(jié)pH，這種方法酸堿度容易控制。

（3）由于合成氨廠送來(lái)的液氨壓力不穩(wěn)定，在進(jìn)入中和器的酸量一定的情況下，進(jìn)入中和器的氣氨量不能保持穩(wěn)定，氣氨量隨液氨總管壓力的增高而增大，因此，在操作中應(yīng)隨時(shí)注意進(jìn)入中和器的氨流量的變化。

（4）保持管式反應(yīng)器較高出口壓力，氨易揮發(fā)，保持較高壓力可以減少硝銨溶液進(jìn)入閃蒸槽閃蒸時(shí)帶走的氨，減少氨氮損失；同時(shí)保持較高壓力還可以促進(jìn)管式反應(yīng)器中硝銨的生成。□

作者簡(jiǎn)介：張鵬（1985-），畢業(yè)于安徽理工大學(xué)化工系，助理工程師，從事化工生產(chǎn)工作，13855423301，278804769@qq.com。

收稿日期：2015- 11- 23

中圖分類號(hào)：TQ053.6；TQ113.7+4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008- 553X（2016）02- 0085- 02

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2016.02.026