淺析硝酸銨生產(chǎn)中的安全防范

張居明

摘 要：通過對硝酸銨性質(zhì)、生產(chǎn)工藝及安全影響因素的分析，總結(jié)出相應(yīng)的處理辦法，以避免在生產(chǎn)中發(fā)生爆炸等安全事故。

關(guān)鍵詞：硝酸銨PH值控制;Cl-控制;安全分析及對策

硝銨的化學(xué)分子式為NH4NO3，氮的總含量為35%，硝酸銨為無色正交結(jié)晶或白色細(xì)小顆粒狀結(jié)晶，比重1.725（25℃），熔點(diǎn)169.6℃，沸點(diǎn)210℃。硝銨易溶于水，溶液的沸點(diǎn)隨濃度的增加而升高，加熱可分解為氧化亞氮和水，在400℃能引起爆炸，易吸濕結(jié)塊，易溶于水、醇、丙酮和氨中，不溶于乙醚。干燥的硝酸銨在靈敏的起爆劑作用下會發(fā)生爆炸。在此探討一下硝酸銨溶液爆炸的條件和機(jī)理以及預(yù)防事故發(fā)生的措施。

1 硝酸銨的性質(zhì)

化學(xué)性質(zhì)：硝酸銨具有爆炸危險性和起火危險性。硝酸銨的爆炸主要由下列原因引起：（1）純硝酸銨的熱分解;（2）猛烈敲擊;（3）有機(jī)物質(zhì)存在時的熱分解;（4）某些無機(jī)雜質(zhì)和金屬粉末的影響。

1.1 硝酸銨的受熱分解

溫度不同，硝酸銨受熱分解產(chǎn)物也不同。

110℃時的反應(yīng)：NH4NO3 → NH3+HNO3

185至200℃時：NH4NO3 → N2O+2H2O

大于230℃，時：2NH4NO3 → 2N2+ O2+ 4H2O

當(dāng)高于400℃時，發(fā)生劇烈分解并爆炸：4NH4NO3→ 3N2+ 2NO2+ 8H2O

常溫下純硝酸銨是穩(wěn)定的，對打擊、碰撞及摩擦都不敏感。但在高溫、高壓和還原劑存在的條件下會發(fā)生爆炸，硝酸銨在含水3%以上時無法爆轟，但仍會在一定溫度下分解，在生產(chǎn)、貯運(yùn)和使用中必須嚴(yán)格遵守安全規(guī)定。

1.2 硝酸銨生產(chǎn)安全

鎘、銅、鋅、鎳、鉛、銻等金屬粉末不能落入硝酸銨及其溶液中，以防止轉(zhuǎn)化成更加不穩(wěn)定的亞硝酸銨，引起燃燒爆炸的危險。當(dāng)摻入有機(jī)雜質(zhì)時也會增加爆炸起火的危險性。所以在硝酸銨制造過程中，除注意它本身的危險性外，尚應(yīng)嚴(yán)防混入雜質(zhì)。

干燥的硝酸銨在引爆藥（如疊氮鉛）引爆時，會發(fā)生強(qiáng)烈爆炸。含水超過3%時，比較安全。一般家用硝酸銨氮肥中加入了石灰（CaCO3）或白云石（CaCO3·MgCO3），以防結(jié)塊，這樣也就相應(yīng)地提高了它的安全性。

專門倉庫單獨(dú)貯存。除嚴(yán)禁接觸有機(jī)物及鎘等金屬外，且不得與亞硝酸鈉等接觸，以免起火或爆炸。同時硝酸銨遇酸會分解，引起燃燒爆炸，因此不得與鹽酸、硝酸、硫酸等酸類混放或一起貯運(yùn)。

有的硝酸銨結(jié)晶表面上敷了一層凡士林、焦油、石蠟等有機(jī)物。必須控制它們的總量不得大于0.5%，絕對不得大于1%，否則不許入庫。

硝酸銨吸濕結(jié)塊后，嚴(yán)禁用鐵質(zhì)工具猛烈敲擊，否則即將引起爆炸。

硝酸銨著火時可用水撲救，不能用蒸汽滅火，防止硝酸銨遇熱加速分解，增加危險性。

2 硝酸銨生產(chǎn)工藝

硝銨的生產(chǎn)中有中和法及轉(zhuǎn)化法兩種。中和法是采用氣氨與硝酸進(jìn)行中和反應(yīng)來制取硝銨，是工業(yè)上生產(chǎn)硝銨的重要方法。轉(zhuǎn)化法是先用稀硝酸分解磷礦制取磷酸和硝酸鈣的水溶液，然后冷卻析出硝酸鈣晶體，經(jīng)過濾得到硝酸鈣，再用碳酸銨溶液與其反應(yīng)，得到碳酸鈣和硝酸銨，過濾掉碳酸鈣沉淀，即得到硝銨溶液。轉(zhuǎn)化法實(shí)際是在生產(chǎn)其它產(chǎn)品（如磷酸、磷酸鹽）時的副產(chǎn)物，投資一般較大，工業(yè)上若主要生產(chǎn)硝銨時，都是采用氣氨與硝酸的中和法來生產(chǎn)。

3 硝酸銨生產(chǎn)過程危險性分析及對策

硝酸銨是一種具有爆炸性的物質(zhì)， 硝銨對于震動、沖擊或磨擦不敏感，也沒有自燃的性質(zhì)，但硝銨在有機(jī)物、無機(jī)物和金屬粉末的存在下易引起火災(zāi)，或綜合其他一系列因素，硝酸銨也有發(fā)生爆炸的可能。例如：當(dāng)加熱容器時，如不及時導(dǎo)出熱分解產(chǎn)物，硝酸銨有可能發(fā)生爆炸。硝酸銨也會因相鄰裝置或設(shè)備爆炸所產(chǎn)生的沖擊而引爆。下面分析中和法工藝中兩個典型情況：

（1）在生產(chǎn)條件下，硝酸銨的分解隨溫度的上升而增大。工業(yè)生產(chǎn)中在1個大氣壓下，90%溶液沸點(diǎn)為150℃， 95%時沸點(diǎn)為175℃，96.89%時沸點(diǎn)升高到196℃，而高濃度硝銨液在高溫（185度以上）即開始分解，放出熱量，并可能引發(fā)爆炸，因此要及時移除其熱量，當(dāng)185度以上是硝銨反應(yīng)方程式為：

NH4NO3+ 2NO→N2+HNO3+H2O

其次，在生產(chǎn)中還應(yīng)考慮高溫熔體在設(shè)備內(nèi)的停留時間。正常生產(chǎn)條件下，185℃的熔體在設(shè)備內(nèi)停留時間不應(yīng)超過1分鐘。

（2）在生產(chǎn)過程中生成的亞硝酸銨與硝銨鹽積聚在洗滌器和管道中，也是非常危險的，可能會發(fā)生爆炸。在中和法工藝生產(chǎn)硝銨的過程中，中和設(shè)備上部的洗滌部分是亞硝酸銨與硝銨最容易積聚的地方。只要亞硝酸銨與硝銨混合物在設(shè)備上部發(fā)生爆炸時，則可能會引起整個設(shè)備反應(yīng)區(qū)爆炸，還可能波及其他工段的設(shè)備。為避免亞硝酸銨生成、積聚在中和器設(shè)備上部或者管道中從而引發(fā)可能的爆炸，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行硝酸及氨的中和工藝操作規(guī)程。中和設(shè)備設(shè)置冷凝液噴淋裝置洗滌部分。另外，還應(yīng)有能自動調(diào)節(jié)硝酸預(yù)熱器和其他熱交換設(shè)備中二次蒸汽冷凝溫度的技術(shù)。現(xiàn)代大型硝酸銨生產(chǎn)工廠的中和反應(yīng)過程為確保中和器不出現(xiàn)任何死角，其設(shè)計(jì)的全自動化系統(tǒng)已經(jīng)能夠使中和設(shè)備中不會生成和積聚易爆的亞硝酸銨物質(zhì)。因此，工廠需要對這些控制系統(tǒng)和自動化設(shè)施的定期進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)異常情況，需要制定相應(yīng)的應(yīng)急措施。

4 結(jié)論

因此，要預(yù)防硝酸銨生產(chǎn)或檢修過程中發(fā)生爆炸事故，那么在硝銨生產(chǎn)過程中，必須要嚴(yán)格控制原料氨及硝酸的質(zhì)量指標(biāo)，防止油類、有機(jī)物、酸類介質(zhì)、金屬等進(jìn)入硝酸銨生產(chǎn)系統(tǒng)。主要控制以下3點(diǎn)：

（1）硝銨溶液溫度監(jiān)測控制。在硝銨溶液貯槽內(nèi)三個不同平面，按120℃各安裝3只熱電偶，實(shí)時監(jiān)測硝酸銨溶液溫度變化。硝銨槽內(nèi)設(shè)置3組低壓蒸汽保溫盤管，當(dāng)溶液溫度低于設(shè)定的下限溫度時，自動向保溫盤管內(nèi)加入低壓蒸汽，確保硝銨溶液不結(jié)晶。當(dāng)硝銨溶液溫度達(dá)到正常溫度后，自動關(guān)閉低壓蒸汽。當(dāng)硝銨溶液溫度超過設(shè)定的溫度上限時，應(yīng)進(jìn)行報警，并自動采取向貯槽內(nèi)加入大量脫鹽水或硝銨裝置中的硝銨含量較低的工藝?yán)淠旱确椒ǎ_保硝銨溶液充裝安全。

（2）硝銨溶液PH值控制。硝酸銨溶液PH值宜控制在6～7之間，采取加入氣氨方式進(jìn)行了調(diào)節(jié)。

（3）硝銨溶液Cl-控制。嚴(yán)格控制脫鹽水中氯離子含量指標(biāo)，嚴(yán)禁外界將不明物料送入硝銨裝置界區(qū)。若確需送入，必須對物料中氯離子等硝銨禁忌物進(jìn)行分析，其含量必須符合要求后才允許送入。通過加強(qiáng)生產(chǎn)管理等方式，確保硝銨溶液中的Cl-含量小于3ppm。