《硝酸銨合成》課件

硝酸銨合成化工領(lǐng)域重要氮肥和工業(yè)原料課程概述硝酸銨的基本性質(zhì)化學(xué)特性和物理特性合成方法氣相、液相和熔融法工業(yè)生產(chǎn)過程設(shè)備和工藝流程應(yīng)用領(lǐng)域農(nóng)業(yè)肥料和工業(yè)用途安全注意事項硝酸銨簡介化學(xué)式NH4NO3外觀無色結(jié)晶或白色顆粒熔點169.6°C密度硝酸銨的物理性質(zhì)易溶于水溶解度隨溫度升高而增大吸濕性強容易從空氣中吸收水分具有多種晶型硝酸銨的化學(xué)性質(zhì)氧化性含氧量高，是良好的氧化劑熱分解高溫下分解放出氮氣、水和氧氣與堿的反應(yīng)與強堿反應(yīng)釋放氨氣硝酸銨的合成原理1中和反應(yīng)氨與硝酸反應(yīng)生成硝酸銨2化學(xué)方程式NH?+HNO?→NH?NO?3反應(yīng)特點放熱反應(yīng)，需要控制溫度合成方法概覽氣相反應(yīng)法氣態(tài)氨和硝酸蒸氣反應(yīng)液相中和法液態(tài)氨與硝酸溶液反應(yīng)熔融法高溫下熔融狀態(tài)反應(yīng)氣相反應(yīng)法原理基本原理氣態(tài)氨和硝酸蒸氣直接反應(yīng)NH?(氣)+HNO?(氣)→NH?NO?(固)反應(yīng)條件溫度：80-120°C壓力：常壓或微壓反應(yīng)迅速，幾乎完全氣相反應(yīng)法工藝流程1氨氣預(yù)熱加熱至80-100°C2硝酸汽化液態(tài)硝酸轉(zhuǎn)化為蒸氣3氣相反應(yīng)反應(yīng)器中完成中和反應(yīng)4產(chǎn)品冷凝反應(yīng)產(chǎn)物冷卻結(jié)晶5收集純化收集硝酸銨晶體并純化氣相反應(yīng)法優(yōu)缺點優(yōu)點反應(yīng)速度快產(chǎn)品純度高能耗較低設(shè)備腐蝕小缺點設(shè)備要求高操作控制難度大投資成本高適用規(guī)模受限液相中和法原理氨水或液氨與硝酸溶液混合反應(yīng)NH?(液)+HNO?(液)→NH?NO?(液)放熱反應(yīng)，需冷卻控溫液相中和法工藝流程原料準(zhǔn)備配制適宜濃度的氨水和硝酸中和反應(yīng)在反應(yīng)器中混合并控制溫度蒸發(fā)濃縮蒸發(fā)多余水分形成濃溶液結(jié)晶成型冷卻結(jié)晶并塑造成顆粒液相中和法優(yōu)缺點1優(yōu)點工藝成熟，設(shè)備簡單2優(yōu)點操作控制容易，適應(yīng)性強3缺點能耗較高，蒸發(fā)需消耗能源4缺點設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，維護(hù)成本高熔融法原理高溫熔融溫度維持在約170°C中和反應(yīng)NH?(氣)+HNO?(液)→NH?NO?(液)凝固成型熔體冷卻并制成顆粒熔融法工藝流程硝酸預(yù)熱加熱至80-90°C氨氣通入精確控制氨氣流量熔融反應(yīng)170°C高溫維持熔融狀態(tài)造粒冷卻熔體噴淋成顆粒并冷卻熔融法優(yōu)缺點優(yōu)點：能耗低無需蒸發(fā)大量水分優(yōu)點：產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定顆粒均勻，物理性能好缺點：安全風(fēng)險高高溫操作靠近分解溫度缺點：設(shè)備要求高耐高溫、耐腐蝕材料工業(yè)生產(chǎn)原料氨氣通常來源于合成氨工業(yè)純度要求：≥99.9%需脫除水分及雜質(zhì)硝酸通常為濃度50-60%的工業(yè)硝酸純度要求：低金屬離子含量需控制氮氧化物含量氨氣的工業(yè)制備原料氣制備空氣分離制氮氣，天然氣重整制氫氣氣體壓縮將混合氣體壓縮至15-30MPa催化合成鐵催化劑上N?+3H?→2NH?氨氣分離冷凝分離氨氣并循環(huán)未反應(yīng)氣體硝酸的工業(yè)制備氨氣氧化鉑銠催化網(wǎng)上氨氣氧化為NO氮氧化物轉(zhuǎn)化NO與氧氣反應(yīng)生成NO?吸收反應(yīng)NO?溶于水形成硝酸濃縮提純稀硝酸濃縮至所需濃度工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備反應(yīng)器中和反應(yīng)的核心設(shè)備蒸發(fā)器濃縮硝酸銨溶液結(jié)晶器形成硝酸銨晶體反應(yīng)器類型及特點管式反應(yīng)器適用于氣相反應(yīng)傳熱效率高反應(yīng)時間短攪拌釜反應(yīng)器適用于液相中和混合均勻溫度控制精確噴射反應(yīng)器適用于熔融法反應(yīng)速度快產(chǎn)品顆粒均勻蒸發(fā)器工作原理原理通過加熱使溶液中的水分蒸發(fā)濃縮硝酸銨溶液至70-95%常用多效蒸發(fā)降低能耗關(guān)鍵參數(shù)溫度：一般控制在130-160°C壓力：根據(jù)效數(shù)調(diào)整，末效為真空停留時間：避免長時間高溫結(jié)晶器操作要點冷卻控制緩慢降溫形成均勻晶體晶種添加控制晶體大小和形態(tài)分離收集離心或過濾分離晶體與母液生產(chǎn)工藝流程圖1原料準(zhǔn)備硝酸和氨氣預(yù)處理2中和反應(yīng)控制pH和溫度3溶液濃縮多效蒸發(fā)器減少水分4造粒成型高塔噴淋或流化床5干燥包裝控制水分含量并包裝原料預(yù)處理1硝酸預(yù)處理除去鐵等金屬離子雜質(zhì)2硝酸濃度調(diào)整稀釋至適宜反應(yīng)的濃度3氨氣純化去除水分和油脂雜質(zhì)4氣體預(yù)熱調(diào)整至反應(yīng)所需溫度反應(yīng)過程控制時間(分鐘)溫度(°C)pH值精確控制溫度和pH對產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要反應(yīng)熱需及時移除，防止過熱產(chǎn)品分離與純化過濾分離去除不溶性雜質(zhì)離心分離固液快速分離產(chǎn)品洗滌去除表面殘留物重結(jié)晶提高產(chǎn)品純度產(chǎn)品干燥與包裝干燥工藝流化床干燥器控制水分溫度控制在50-70°C最終水分含量≤0.2%包裝過程防潮包裝材料常見規(guī)格25kg、50kg袋裝大宗散裝或噸袋供應(yīng)嚴(yán)格標(biāo)識危險品信息質(zhì)量控制要點取樣檢測批次抽樣分析含量測定氮含量≥34%水分控制≤0.2%水分含量雜質(zhì)分析控制重金屬含量4硝酸銨的主要用途爆破用品民用爆破材料工業(yè)原料冷凍劑、氧化劑化肥高氮速效肥料硝酸銨作為化肥的優(yōu)勢高氮含量含氮量高達(dá)34%速效性好易溶于水，植物快速吸收雙重供氮同時提供銨態(tài)氮和硝態(tài)氮成本效益高單位氮素成本相對較低硝酸銨肥料的施用方法撒施均勻撒在土壤表面溝施開溝施肥后覆土水施溶于灌溉水中施用硝酸銨在工業(yè)中的應(yīng)用冷凍劑與水混合形成低溫混合物可達(dá)-17°C用于應(yīng)急制冷氧化劑化學(xué)反應(yīng)中的氧化劑高含氧量控制反應(yīng)速率實驗試劑分析化學(xué)中的試劑標(biāo)準(zhǔn)溶液配制實驗室用途廣泛硝酸銨在爆破領(lǐng)域的使用ANFO炸藥硝酸銨與燃料油混合物主要用于采礦和建筑爆破安全性好，成本低爆速約3000-4000米/秒乳化炸藥硝酸銨乳液炸藥防水性能好能量釋放可控廣泛用于地下開采安全生產(chǎn)措施溫度控制嚴(yán)格控制在160°C以下防潮措施避免與水分過度接觸防止污染避免與有機物、金屬粉末混合設(shè)備維護(hù)定期檢查設(shè)備完整性存儲安全要求專用倉庫單獨存放，避免與其他物品混存溫度控制倉庫溫度不超過32°C通風(fēng)良好防止氣體累積形成危險環(huán)境防火設(shè)施配備完善的消防設(shè)備運輸安全規(guī)定1危險品標(biāo)識明確標(biāo)明"氧化劑"標(biāo)識2運輸車輛要求專用車輛，防火防爆3路線規(guī)劃避開人口密集區(qū)4應(yīng)急預(yù)案準(zhǔn)備泄漏和火災(zāi)應(yīng)對措施使用過程中的注意事項避免高溫遠(yuǎn)離熱源和明火不要在高溫下操作防止污染避免與可燃物混合防止油料、硫磺等污染個人防護(hù)佩戴防護(hù)手套和護(hù)目鏡避免皮膚接觸和吸入粉塵使用后處理清理殘留物廢棄物專業(yè)處置硝酸銨的環(huán)境影響水體富營養(yǎng)化過量使用導(dǎo)致氮素流失進(jìn)入水體土壤酸化長期使用可能導(dǎo)致土壤pH值下降大氣污染可能釋放氮氧化物影響空氣質(zhì)量能源消耗生產(chǎn)過程中消耗大量能源減少環(huán)境影響的措施1精準(zhǔn)施肥按需施用，避免過量2合理時間選擇適當(dāng)季節(jié)和天氣施用緩沖區(qū)設(shè)置農(nóng)田與水體間設(shè)立植被緩沖帶生產(chǎn)排放控制嚴(yán)格控制生產(chǎn)過程中的廢棄物排放硝酸銨相關(guān)法規(guī)各國對硝酸銨實施嚴(yán)格管控生產(chǎn)和貿(mào)易受多層法規(guī)約束生產(chǎn)許可證管理1申請條件安全設(shè)施完善，技術(shù)人員配備充足2審批流程多部門聯(lián)合審批，嚴(yán)格評估3年度檢查定期核查生產(chǎn)條件和安全措施4記錄要求詳細(xì)記錄生產(chǎn)和銷售情況質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級總氮≥34.0%水分≤0.2%pH值:4.5-7.0重金屬含量低粒度均勻農(nóng)業(yè)級總氮≥34.5%水分≤0.5%pH值:5.0-7.0粒度:1-4mm包衣處理防結(jié)塊雜質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響金屬離子會促進(jìn)分解反應(yīng)有機物增加爆炸風(fēng)險氯離子加速設(shè)備腐蝕提高產(chǎn)品純度的方法原料控制選用高純度原料溶液過濾去除不溶性雜質(zhì)重結(jié)晶利用溶解度差分離雜質(zhì)3添加穩(wěn)定劑中和殘留酸堿4硝酸銨的檢測方法含量測定凱氏定氮法離子色譜法水分測定卡爾費休法烘干失重法粒度分析篩分法激光粒度儀硝酸銨的熱分解機理第一階段（170-250°C）NH?NO?→N?O+2H?O第二階段（250-300°C）NH?NO?→N?+O?+2H?O第三階段（>300°C）爆炸性分解，快速放熱催化分解雜質(zhì)可降低分解溫度防止硝酸銨自分解的措施溫度監(jiān)控實時監(jiān)測，預(yù)警異常添加穩(wěn)定劑抑制分解反應(yīng)改善通風(fēng)散熱防止局部過熱硝酸銨的改性技術(shù)表面包衣防潮防結(jié)塊摻混改性添加硫酸銨等物質(zhì)晶體改性控制結(jié)晶過程影響穩(wěn)定性復(fù)合改性制成多元復(fù)合肥料緩釋硝酸銨肥料包膜技術(shù)聚合物包裹顆粒控制釋放速率減少養(yǎng)分流失延長供肥周期生物抑制劑添加硝化抑制劑減緩硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化降低地下水污染風(fēng)險硝酸銨生產(chǎn)的能源消耗5.2GJ每噸產(chǎn)品平均能耗35%用于合成氨過程25%用于硝酸生產(chǎn)40%用于硝酸銨合成和干燥節(jié)能減排技術(shù)熱能回收回收反應(yīng)熱用于預(yù)熱或發(fā)電高效催化劑降低反應(yīng)能耗工藝優(yōu)化減少中間環(huán)節(jié)能量損失自動化控制精準(zhǔn)控制避免能源浪費硝酸銨生產(chǎn)的廢水處理物理預(yù)處理沉淀、過濾去除固體懸浮物生物處理微生物降解有機物和氮化合物深度處理離子交換或反滲透去除殘留離子監(jiān)測排放確保符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)硝酸銨生產(chǎn)的廢氣處理主要污染物氮氧化物（NOx）氨氣逸散粉塵顆粒處理技術(shù)選擇性催化還原（SCR）堿液噴淋布袋除塵活性炭吸附硝酸銨產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢全球產(chǎn)量(百萬噸)中國產(chǎn)量(百萬噸)全球產(chǎn)能持續(xù)增長中國成為主要生產(chǎn)國新型硝酸銨復(fù)合肥料特種肥料特定作物專用配方控釋肥料根據(jù)作物生長周期釋放3多元復(fù)合肥添加磷鉀及微量元素硝酸銨生產(chǎn)自動化技術(shù)中央控制系統(tǒng)全流程自動監(jiān)控智能機器人危險環(huán)境作業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測實時參數(shù)