刘心明

（洛阳骏化生物科技有限公司，河南洛阳 471600）

硝酸铵是一类尤为重要的氮肥，其主要被投放到一些温度比较低的地区，用其肥料来浇灌旱田作物，这类肥料与硫酸铵及尿素等一些铵态氮肥进行对比，这类肥料的肥效起效速度较快，且其效果会比较好，所以在一些欧洲、北美等国家中，硝酸铵氮肥使用的频率及范围会比较广泛。硝酸铵也是生产复合肥的原料，用于生产硝基复合肥。由于硝酸铵中的铵根具有氮元素最低价，有强烈的还原性，而它的阴离子团硝酸根却具有氮的最高价，有强烈的氧化性，所以两者形成化合物具有不稳定性，在加热或强烈撞击下就会迅速发生自我的氧化还原反应，在有限空间内就会发生爆炸，尤其固态硝酸铵，这就是它的爆炸特性，因此硝酸铵也是炸药的原料。硝酸铵主要是以硝酸及氨气为原材料，采取综合法来制备，硝酸铵生产工艺发展已经趋于成熟化，硝酸铵溶液产生所引发的爆炸性事件并不常见。但是最近几年，我国发生了几起硝酸铵生产装置爆炸等的事故，追究其事故的根本原因主要是由于生产单位不能正确地认知硝酸铵溶液爆炸事件发生的机理及条件，所以本文主要就硝酸铵生产过程的安全技术进行探究，了解其爆炸事件发生的机理，制定出更为合理的预防事故的对策。

1 硝酸铵生产工艺流程分析

在工业领域中会使用中和法处理氨气和硝酸，以此来制取硝酸铵。氨气、含氨气体、60%以下的稀硝酸都是用来制备硝酸铵的主要原料，因此，原料当中的氯化物及有机物的含量必须要处于相应的限制范围内，不可超过这一数值。另外，不可在工艺进展时期，增加热分解或者可能引发爆炸危险的其他物质。一般情况下，工业领域制备硝酸铵的生产流程主要是以制取稀硝酸铵溶液为基准，并不会借助反应热，之后需要蒸发浓缩的多段流程，以及直接制取熔融液的一段流程或无蒸发流程。

常压法制作硝酸铵溶液工艺：在常压状况，制作硝酸铵溶液。该种工艺流程和加压法进行对比，安全环保风险大，产能低，消耗高。

1.1 安全方面

常压法制作硝酸铵溶液，中和反应器的容积较大，反应物料分布不均匀，各区域温度难于控制，在中和器中储存大量的硝酸铵，停留时间长，如果出现超温现象，十分危险，且没有任何可以补救的措施，在操作过程中稍有不慎，可能发生重大的安全事故。

1.2 环保方面

常压中和器法制作硝酸铵溶液，一次性只能产生50%左右的硝酸铵溶液，需要蒸发浓缩才能达到产品质量要求，要消耗大量热能，同时产生大量工艺废水；再者，用气氨和硝酸反应生成硝酸铵溶液属于强放热反应，这样必然导致在生成硝酸铵的过程中工艺气体中携带大量的硝酸铵。此部分工艺气体必须先经过冷凝，并做进一步处理后才可排放；这样废水、废气处理难度大，环保压力大。

1.3 产量能耗方面

常压中和法制作硝酸铵溶液，单位体积合成率低、设备利用率低、产能低，产生的工艺气体温度较高，但是没有压力，不能进行再次利用，同时，冷却此部分工艺气体需要消耗大量的冷却水，常压法制作硝酸铵溶液，一次性只能产生50%的硝酸铵溶液，要将硝酸铵溶液浓缩到92%，需要进行二段蒸发，同时，二段蒸发采用升膜蒸发器，能耗利用高。由于蒸汽、水等辅助公用工程物料消耗较大，导致了电耗的提高，最终，使得业主的运行成本在高位徘徊。

按照应急管理部办公厅2020年10月23日关于印发《淘汰落后危险化学品安全生产工艺技术设备目录（第一批）》的通知【应急厅（2020）38号】要求，硝酸铵常压中和法生产工艺，已列为淘汰落后工艺。加压中和法生产硝酸铵工艺：压强控制在0.5～0.8MPa，使用55%至60%的较浓硝酸与氨进行反应来制取硝酸铵。压力高时，能够提高反应器内溶液的沸点、抑制氨及硝酸的挥发和分解，使利用较浓的硝酸（以减少水分带入）与氨进行中和反应得以实现。

在加压下进行中和反应并利用反应热的工艺，分为一次利用反应热和两次利用反应热两种流程，主要有以下特点：

（1）反应压强较常压反应提高很多，设备体积小，设备利用率高。

（2）热利用率高，可一次获得高浓度的硝酸铵溶液。

（3）硝酸铵浓度调整方便灵活。

（4）反应过程氮损失少。

（5）因反应容积小，动态硝酸铵量少，操作安全。

（6）反应器结构简单，维修方便且费用低。

（7）开停车方便。

（8）设备投资省，占地面积小。

目前，先进的加压中和法生产硝酸铵工艺装置是加压管式中和工艺：即气氨和硝酸在加压下经管式反应器快速反应，然后经减压闪蒸得较高浓度的硝酸铵料浆溶液，同时副产低压蒸汽。该工艺除具有加压中和法生产硝酸铵工艺的优势外，还具有以下突出优点：

（1）硝酸和液氨的反应是中和反应，是体积缩小的反应，在加压条件下进行反应，提高了反应速度，同时也加速了硝酸铵的生成；其二，管式反应器采用文丘里原理进行物料的混合，使参与反应的物料在很短的时间内充分混合，并瞬间反应，速度快、反应完全、效率高，因此产能高。

（2）管式反应器容量小，反应物料停留时间极短、流速快，反应器内各个部位反应都是活跃的、温度速度均衡，没有死角，爆炸危险性相对很小，安全系数高。

（3）管式反应器容量小，反应速度快，流速快，有利于热量利用和回收，效能高。

（4）在碱性条件下操作，避免了高温酸性腐蚀，降低了反应器材质要求。

（5）反应器小、结构简单、占地面积小，操作容易灵活，维修方便且费用低，开停车方便，设备投资省。

2 硝酸铵生产过程危险性分析及对策分析

固体硝酸铵是一类无色无臭的透明结晶体，带有一定的潮解性，极易溶于水、乙醇等。对固体硝酸铵进行加热处理时，固体硝酸铵会在185～200℃呈现出分解的状态，进而释放出N2O3。持续性地进行加热，让其温度超过230℃，那么其就会释放出氧气。若硝酸铵达到300℃，那么其就会存在着爆炸的风险，需要将其含水量控制到3%以上，这样会保障其操作的安全性。虽然硝酸铵为爆炸性的物质，但是其自身对于引爆作用的敏感性会比较差。举例来说，在加热容器的过程中，如果没有对其热分解物质进行导出，那么硝酸铵就会引发爆炸的事件，硝酸铵也会受到其他局部爆炸因素的影响进而形成冲击，达到传爆的目的。除此之外，若其存在杂质，比如盐酸等，在这种状况下，硝酸铵热分解的速度会持续性的加快，氯化物及固化物这类杂质会对硝酸铵的热分解起到较强的催化效应，在这些因素的影响下，都会使得其在生产中的危险系数变得更高。

2.1 爆炸分解和传爆作用

生产条件下，硝酸铵熔体和浓溶液产生爆炸分解和传爆作用，在这种状况下，温度会直接影响到硝酸铵的分解状态，二者呈现出正比的关系，其会随着温度的升高而提升硝酸铵分解的可能性，在工业生产过程中，会将其溶液的加热温度控制在190℃，纯硝酸铵在190℃时会分解出N2O。若硝酸铵的量较大，不能及时将热量导出，那么硝酸铵分解过程就会不断加快，其会和自身所释放出的二氧化氮形成反应，进而出现一系列的放热问题，硝酸铵的分解变得更加的强烈，其具体反应方程式为：

所以在实际的生产过程中，必须要对高温熔体在设备的停留时间进行综合化的考量及分析，在生产条件状况下，185℃的熔体滞留时间需要控制在1min之内，不得超过这一数值，两台综合器的工艺装置要共用2～3台的蒸发机械设备（管式反应器、降膜蒸发器都是有效降低物料停留时间提高装置安全性能的先进设备）。在必要的状况下，需要考虑使用一段或者二段的蒸发设备，这样操作可以进一步降低硝酸铵在设备之中所滞留的时间，但是如果其出现停车或者工序故障等问题时，就需要及时使用避免硝酸铵热分解的管控措施，可以降低温度，也可以用水去稀释溶液，让其达到一种安全的浓度状态。如果需要切断设备长时期的停车，那么就需要将设备当中所存留的硝酸铵溶液或者熔体排放出来，让其和正处于运行状态的设备保持独立且分割的状态，这是由于这部分产品一旦长时间滞留在设备中，其设备不会自行运转，就会增加生产时期的潜在危险系数。

2.2 硝酸铵内存有杂质

如果游离酸的质量分数增加超过1%，那么硝酸铵其有效分解温度就会从原本的210℃下降至185～190℃，如果当中的氯化物质量分数采取氯离子折算的形式达到0.15%，那么其分解温度就会下降至193℃。如果其存在1%的硝酸，那么其就会温度就会下至180℃，并且其分解速度会增加超过一倍。在实际生产时期，很容易产生均相热分解的问题，这是由于硝酸铵溶液蒸浓及标准熔体制备时期的危险性会比较大，在这两个环节中容易产生硝酸铵均相分解爆炸的事件。当前，我国大部分大规模的硝酸铵生产设备中，蒸浓环节会使用联合蒸发设备，对其管壁进行加热，热载体控制其温度为200℃，让其和蒸浓溶液相接触，在这一过程中，其介质温度能够高达185℃，其上下浮动的数值不超过5℃，并且其还会存在氧气，氧气的存在会使硝酸铵的分解速度变得更快，同时还会增加其对于外界爆炸因素的敏感性。硝酸铵溶液蒸浓时期的温度及硝酸分解极限温度相对来说会比较贴近，所以在蒸浓时期，如果温度大于硝酸分解的极限温度值时，就会引发一些危险性的问题，进而形成危险均相分解的事件，在较短的时间内就会引发爆炸的问题，所以需要使用相对应的处理措施，防止蒸浓时其温度数值超过硝酸铵分解的极限温度，大于其规程条件。另外，还需要保持硝酸铵的热稳定性，应当在蒸浓溶液的过程中，添加特殊的抑制剂，这样可以使得硝酸铵不管是在设备，还是在管道中的热稳定性都会有所提升，这些添加剂可以是尿素、硫酸盐等。另外，还需要使用一些特殊化的紧急措施，防止一些催化性的杂质混入到其中，升高溶液的酸度。

2.3 硝酸铵-亚硝酸铵溶液积聚在洗涤器和管道

中和法生产硝酸铵时期，中和设备上部洗涤位置很容易聚集硝酸铵-亚硝酸铵，硝酸铵-亚硝酸铵混合物在中和设备上部位置出现爆炸性的事件，甚至还会出现设备反应区爆炸，波及其他设备。为防止硝酸铵-亚硝酸铵生成、积聚及避免在中和设备中可能发生爆炸，应根据设计要求，严格遵守硝酸中和工艺规程。中和设备洗涤部分应有冷凝液喷淋装置。另外，还应自动调节硝酸预热器和其他热交换设备中二次蒸汽冷凝的条件。

2.4 按照操作规程办事

要预防硝酸铵生产或检修过程中出现恶性爆炸事故。在硝酸铵生产过程中，必须要严格控制原料氨及硝酸的质量指标，防止油类、有机物、酸类介质、金属等进入硝酸铵生产系统。另外，硝酸铵的安全生产涉及系统氨的平衡和平稳及造粒（结晶）系统的正常运行。为了保证硝酸铵的安全生产，在硝酸铵生产过程中，必须加强对氨系统的平衡调度及结晶系统停车处理的管理，防止在造粒（结晶）系统停车处理中导致硝酸铵溶液（熔体）温度超高。

3 结语

在实际的化工生产过程中，工作人员操作失误等都会对其生产过程形成不良的影响，一些工作人员所掌握的专业知识量会比较少，受到其因素的影响致使引发一系列的硝酸铵溶体分解爆炸等的事件，所以硝酸铵生产企业必须要强化工作人员的专业知识技能，开展一系列的安全教育及培训工作，使得全员的专业技术水平都能够得到显著的提升，同时还需要培养其应急事件的处理能力，构建更为完善的安全生产规章制度，推行积极处理预案，防止出现硝硝酸铵分解爆炸事故。