CN1907856A - 一种硝酸铵浓缩液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硝酸铵浓缩液的制备方法，其特征是管式反应器强化了硝酸入口的雾化，提高了反应的速度和效率，并通过部分循环硝铵液的加入控制反应温度；另一个特征是依据进料硝酸不同含水量，控制反应器压力高于反应后沸腾硝酸铵的饱和蒸汽压，不产生二次蒸汽，不仅避免了反应后强烈闪蒸分离的液滴生成，而且无须配套二次蒸汽处理系统，大大节约了投资费用；第三个特征是利用高达180℃～185℃的较低浓度硝酸铵溶液加热经减压闪蒸后的硝酸铵溶液移走反应热，可实施在不同反应温度、不同硝酸铵循环温差及不同真空度下完全利用反应热来制造96～99.7％的不同产品要求的硝酸铵溶液。本发明特别适用于高浓度硝酸进料及高密度硝铵产品的溶液制备。

Description

一种硝酸铵浓缩液的制备方法

技术领域

本发明涉及一种硝酸铵溶液的制备方法，特别是一种仅利用硝酸铵反应热来制备的硝酸铵浓缩液。

背景技术

利用加压管式反应器制造硝酸铵溶液，如：公开号为CN86105683，名称为“浓缩硝酸铵溶液的制备方法”的专利。如：公开号为CN1182636，名称为“制造铵盐的反应器、方法和设备”的专利。尽管利用加压管式反应器解决了常压容积式中和反应器的安全问题及提高了二次蒸汽的利用率，但仍存在反应器效率较低(氨转化率为98.02％)，反应过程中易产生烟雾、操作性及负荷适应性差，反应在生成硝酸铵的沸腾压力下操作，产生大量的污染较多的二次蒸汽(NH₃：0.95％～1.0％、硝酸铵：0.5％～0.8％)，需配套复杂的二次蒸汽洗涤及冷凝液处理系统，而且由于二次蒸汽只是相应操作压力下的饱和温度，温度为140℃～150℃左右，无法仅利用反应热产生的二次蒸汽达到浓缩硝酸铵溶液至96％以上，尤其不能满足高密度产品对硝酸铵溶液浓度(99.7％)的要求，造成整个系统能耗较高，投资较大。

发明人发现，常规方法生产固体硝酸铵(利用反应热产生二次蒸汽，对硝酸铵溶液进行蒸发浓缩)即使在加压下操作，仅利用反应热一般可能够使硝酸铵溶液浓度提高至96％以上。只有当硝酸浓度＜50％时(47.5％左右)，利用二次蒸汽预蒸发硝酸铵才可能达到最高效率。使用55％～58％的硝酸，利用中和反应热生产83％～85％硝酸铵时，实际上排除了利用二次蒸汽进行预蒸发的可能性。此时低位二次蒸汽用于蒸发低浓度洗涤液(硝酸铵＜45％)较合理，这样势必造成更高级别的新鲜蒸汽(温度＞180℃)的引入和造成产品能耗的提高。

随着现代硝酸工艺的采用，用于生产硝铵的酸浓度有提高的趋势，这样反应器的操作压力要求降低，二次蒸汽利用的效率将进一步下降。若以60％进料酸浓度常规操作压力为4.5bar(abs)，相应的饱和温度只有148℃，仅靠二次蒸汽不能使最终硝酸铵浓度高于96％。

发明内容

本发明旨在解决上述问题中反应热的有效利用和节能降耗，提高反应效率和降低投资的问题。并提供一种硝酸铵浓缩液的制备方法。

本发明硝酸铵浓缩液的制备方法，是在现有硝酸铵浓缩液制备方法的基础上进一步改进来实现的，其特征在于本发明是仅利用硝酸铵反应热来制备浓度为96％～99.7％的不同产品要求的硝酸铵浓缩液。

上述中的特征在于利用控制器控制反应器的压力高于反应后的硝酸铵溶液沸腾压力；其中所述的反应器采用管式反应器结构，并于A段中心管出口设置有旋转喷射雾化喷头和于B段引入循环硝酸铵溶液加入口；其中所述的方法是利用一套热硝酸铵循环系统，在180℃～185℃的低浓度硝酸铵溶液在至少双效蒸发器中加热待浓缩的硝酸铵溶液；其中所述的反应混合器出来的待浓缩的硝酸铵溶液在蒸发前先进行闪蒸，降低温度，为预热器提供相应的温差。

本发明硝酸铵浓缩液的制备方法所用的装置，包括一台至少具有一个循环硝酸铵加入口的加压管式反应器，一台具有切向进料和顶部喷淋装置的混合器，一套压力控制器，一套闪蒸预热设备，一套至少双效蒸发器及一套硝酸铵循环设备。

与现有技术相比，在本发明方法中，硝酸铵反应条件依据不同的进酸浓度，维持操作压力略高于实际操作温度相应的沸腾压力，在180℃～185℃下生成65％左右的硝酸铵溶液，不产生二次蒸汽，无须从蒸汽中分离洗涤夹带的硝酸铵，也无须从冷凝液中脱除夹带的氨气，省去了此部分的投资及运行费用，而代之的是建立了一种中和反应器与加工硝酸铵蒸发热交换器之间的硝酸铵溶液循环系统，将反应热从中和器移至蒸发器。来自中和器高温低浓度的硝酸铵液，经换热后循环回反应器，由于硝酸铵循环液温度高，显然可获得较高的最终硝酸铵浓度，而换热后温度较低的循环硝酸铵返回反应器来控制反应温度在安全范围内，反应器出来的硝酸铵液在蒸发前先进行闪蒸，使温度降低，为热交换提供了必要的温差。

由于进酸酸浓度直接影响到操作压力，故本发明对反应器的控制与现有方法不同的是，反应器压力随动于进入反应器硝酸的流量、浓度等参数，通过压力调节器使操作温度控制在180℃～185℃而不使溶液沸腾。

本发明对溶液蒸发系统的操作方法考虑了改变中和温度、循环硝酸铵液的返回温度、蒸发器的真空度而满足不同加工产品达到的溶液最终浓度，而且从控制冷却水的使用量上，尽可能发挥压力蒸发器的能力，减少负压及闪蒸汽量，以换热器面积最小来最终确定闪蒸及蒸发器的操作压力值，从节约硝酸铵循环泵的功耗入手，尽可能降低返回物料的温度，只要控制反应温度即可。

本发明由于反应器未产生二次蒸汽，所以系统的氮损失极低，而蒸发系统的闪蒸是在常规方法(操作温度～195℃、浓度～85％)温和的操作条件下进行的(操作温度185℃、浓度65％)，使气相夹带较少。又由于加热温度较高，故系统真空度相对可低一些，其氮损失可降至最少，对蒸发冷凝液的污染也最小。

本发明方法增加了硝酸铵溶液循环系统，显然压力和温度较高，但由于浓度只有65％左右，对泵的选择有利，可保证安全稳定的运行。

通过上述工艺方法较好地解决了高浓度酸进料条件下，反应热的有效利用，节约外供蒸汽，降低装置投资的问题。

本发明从硝酸铵生成反应的角度分析，该反应是属于快速强放热反应，其反应速率及氨的转化率强烈取决于两种介质的反应接触面，从强放热的安全运行角度考虑需缩短停留时间及减少容积持有量，这样从客观上要求尽可能地通过液体硝酸的强化雾化使反应在短时间内完成，以提高其反应速率。

本发明据此利用公知管式反应器作为过程工艺设备，但从强化硝酸雾化，可靠控制操作温度及有效抑制烟雾的形成几方面进行了改进，提高了其反应效率和适应反应热有效的利用。

如上所述，通过改变反应器中心管(硝酸)出口结构，使其产生强烈旋转和雾化，在第一段(A)显著地提高与氨的接触反应面积，在保持第二部分强混合文丘里的结构条件下，使其反应更彻底、更有效，同时为适应循环硝酸铵溶液对反应温度的有效控制，在其B段部分增加外套管，利用文丘里扩压段出口结构变化使循环硝酸铵溶液与生成物强烈返混，使之保持在安全操作温度以内。

必要时可将循环硝酸铵溶液部分引入硝酸入口，更有效地进行整体反应温度的控制。

由于循环硝酸铵的引入及反应压力的提高，通过强烈的返混消除了硝酸铵反应过程中烟雾的形成，进一步提高了反应效率。

附图说明

图1是本发明装置结构的工艺流程示意图

图中：1：氨入口  2：硝酸入口  3：管式反应器  4：混合器  5：压力控制器  6：热硝酸铵溶液循环泵  7：闪蒸器  8：预热器  9：硝酸铵溶液加压泵  10：分离器  11：一级蒸发换热器  12：一级分离器  13：二级蒸发换热  14：二级分离器  15：浓缩硝酸铵溶液16：闪蒸气/汽混合物  17：气/汽混合物到真空抽气器  18：二级蒸发冷凝液  19：硝酸加入口  20：氨加入口  21：雾化喷头  22：第二氨入口  23：循环硝酸铵溶液入口  24：平衡孔  25：旋转导向器  26：硝酸铵溶液出口

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作出进一步的详细说明。

实施方式1

本发明硝酸和氨分别由硝酸入口2和氨入口1进入管式反应器3中，在压力控制器5的控制下进行加压反应，生成的硝酸铵溶液进入混合器4与来自一级蒸发换热器11的循环硝酸铵溶液进行混合控温，然后，混合后的硝酸铵溶液经闪蒸器7闪蒸、预热器8预热和分离器10分离后，由热硝酸铵溶液泵6送出，再经一级蒸发换热器11浓缩、二级蒸发换热器13浓缩、一级分离器12分离、二级分离器14分离，最后将含96％～99.7％的浓缩硝酸铵溶液15送下一工序进行造粒。

混合器4中的一部分硝酸铵溶液作为热源代替蒸汽经一级蒸发换热器11、二级蒸发换热器13换热后重新返回加压管式反应器3和混合器4中。

本发明实现的装置(参见图1)包括一台管式反应器3，一台混合器4，一套压力控制器5，一套硝酸铵溶液的浓缩设备7～14及一套硝酸铵溶液循环系统设备6。

参见图2，本发明采用改进后的高效管式反应器，其特点为该反应器由三个部分(A、B、C)构成，第一部分A段，系反应介质硝酸加入口19与氨加入口20的混合段，第二部分B段，是文丘里反应混合及调整段，第三部分C段，主要是温度控制段。其A段特点在于中心管(硝酸)出口设置了特殊结构的液体旋流喷射雾化喷头21，使气氨与雾化液体强烈混合，提高其反应效率。其B段特点在于采用便于检修维护的套管结构，其内管是文丘里反应混合室及压力恢复结构，同时设置有调整反应用的二次反应介质第二氨入口22和循环硝酸铵溶液入口23，外管系循环硝酸铵(温度较低)的旋转通道，旋转导向器25通过内管压力恢复段出口外部的螺旋结构设计，使循环硝酸铵产生强烈的旋转作用，且在内管上设置有数量不等的平衡孔24。其C段特点在于由于循环硝酸铵旋转作用与反应生成部分的硝酸铵在此进行较好的热交换，以控制反应温度。

实施方式2

本发明以浓度60％、温度40℃的硝酸和浓度99.6％、温度20℃的氨为原料，在0.61Mpa(abs)，185℃条件下反应，通过闪蒸、预热及两级蒸发生产99.7％的浓缩硝酸铵溶液，达到30万t/a高密度产品能力规模。可节省投资22.65％，操作费用(溶液制备部分)下降60％(其中：电耗增加165％、汽耗下降95.2％、冷却水耗下降16.8％)。

Claims (5)

1.一种硝酸铵浓缩液的制备方法，其特征在于仅利用硝酸铵反应热来制备浓度为96％～99.7％的不同产品要求的硝酸铵浓缩液。

2.如权利要求1所述的一种硝酸铵浓缩液的制备方法，其特征在于利用压力控制器(5)控制管式反应器(3)的压力高于反应后的硝酸铵溶液沸腾压力。

3.如权利要求2所述的一种硝酸铵浓缩液的制备方法，其特征在于管式反应器(3)采用管式反应器结构，并于A段中心管出口设置有旋转喷射雾化喷头(21)和于B段引入循环硝酸铵溶液入口(23)。

4.如权利要求1所述的一种硝酸铵浓缩液的制备方法，其特征是利用一套热硝酸铵循环泵(6)，在180℃～185℃的低浓度硝酸铵溶液在至少一级蒸发换热器(11)和二级蒸发换热器(13)中加热待浓缩的硝酸铵溶液。

5.如权利要求4所述的一种硝酸铵浓缩液的制备方法，其特征是反应混合器(4)出来的待浓缩的硝酸铵溶液在蒸发前先进行闪蒸器(7)闪蒸，降低温度，为预热器(8)提供相应的温差。