專(zhuān)利名稱：一種硝酸銨濃縮液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硝酸銨溶液的制備方法，特別是一種僅利用硝酸銨反應(yīng)熱來(lái)制備的硝酸銨濃縮液。
背景技術(shù)：
利用加壓管式反應(yīng)器制造硝酸銨溶液，如公開(kāi)號(hào)為CN86105683，名稱為“濃縮硝酸銨溶液的制備方法”的專(zhuān)利。如公開(kāi)號(hào)為CN1182636，名稱為“制造銨鹽的反應(yīng)器、方法和設(shè)備”的專(zhuān)利。盡管利用加壓管式反應(yīng)器解決了常壓容積式中和反應(yīng)器的安全問(wèn)題及提高了二次蒸汽的利用率，但仍存在反應(yīng)器效率較低(氨轉(zhuǎn)化率為98.02％)，反應(yīng)過(guò)程中易產(chǎn)生煙霧、操作性及負(fù)荷適應(yīng)性差，反應(yīng)在生成硝酸銨的沸騰壓力下操作，產(chǎn)生大量的污染較多的二次蒸汽(NH30.95％～1.0％、硝酸銨0.5％～0.8％)，需配套復(fù)雜的二次蒸汽洗滌及冷凝液處理系統(tǒng)，而且由于二次蒸汽只是相應(yīng)操作壓力下的飽和溫度，溫度為140℃～150℃左右，無(wú)法僅利用反應(yīng)熱產(chǎn)生的二次蒸汽達(dá)到濃縮硝酸銨溶液至96％以上，尤其不能滿足高密度產(chǎn)品對(duì)硝酸銨溶液濃度(99.7％)的要求，造成整個(gè)系統(tǒng)能耗較高，投資較大。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，常規(guī)方法生產(chǎn)固體硝酸銨(利用反應(yīng)熱產(chǎn)生二次蒸汽，對(duì)硝酸銨溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮)即使在加壓下操作，僅利用反應(yīng)熱一般可能夠使硝酸銨溶液濃度提高至96％以上。只有當(dāng)硝酸濃度＜50％時(shí)(47.5％左右)，利用二次蒸汽預(yù)蒸發(fā)硝酸銨才可能達(dá)到最高效率。使用55％～58％的硝酸，利用中和反應(yīng)熱生產(chǎn)83％～85％硝酸銨時(shí)，實(shí)際上排除了利用二次蒸汽進(jìn)行預(yù)蒸發(fā)的可能性。此時(shí)低位二次蒸汽用于蒸發(fā)低濃度洗滌液(硝酸銨＜45％)較合理，這樣勢(shì)必造成更高級(jí)別的新鮮蒸汽(溫度＞180℃)的引入和造成產(chǎn)品能耗的提高。
隨著現(xiàn)代硝酸工藝的采用，用于生產(chǎn)硝銨的酸濃度有提高的趨勢(shì)，這樣反應(yīng)器的操作壓力要求降低，二次蒸汽利用的效率將進(jìn)一步下降。若以60％進(jìn)料酸濃度常規(guī)操作壓力為4.5bar(abs)，相應(yīng)的飽和溫度只有148℃，僅靠二次蒸汽不能使最終硝酸銨濃度高于96％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題中反應(yīng)熱的有效利用和節(jié)能降耗，提高反應(yīng)效率和降低投資的問(wèn)題。并提供一種硝酸銨濃縮液的制備方法。
本發(fā)明硝酸銨濃縮液的制備方法，是在現(xiàn)有硝酸銨濃縮液制備方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其特征在于本發(fā)明是僅利用硝酸銨反應(yīng)熱來(lái)制備濃度為96％～99.7％的不同產(chǎn)品要求的硝酸銨濃縮液。
上述中的特征在于利用控制器控制反應(yīng)器的壓力高于反應(yīng)后的硝酸銨溶液沸騰壓力；其中所述的反應(yīng)器采用管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，并于A段中心管出口設(shè)置有旋轉(zhuǎn)噴射霧化噴頭和于B段引入循環(huán)硝酸銨溶液加入口；其中所述的方法是利用一套熱硝酸銨循環(huán)系統(tǒng)，在180℃～185℃的低濃度硝酸銨溶液在至少雙效蒸發(fā)器中加熱待濃縮的硝酸銨溶液；其中所述的反應(yīng)混合器出來(lái)的待濃縮的硝酸銨溶液在蒸發(fā)前先進(jìn)行閃蒸，降低溫度，為預(yù)熱器提供相應(yīng)的溫差。
本發(fā)明硝酸銨濃縮液的制備方法所用的裝置，包括一臺(tái)至少具有一個(gè)循環(huán)硝酸銨加入口的加壓管式反應(yīng)器，一臺(tái)具有切向進(jìn)料和頂部噴淋裝置的混合器，一套壓力控制器，一套閃蒸預(yù)熱設(shè)備，一套至少雙效蒸發(fā)器及一套硝酸銨循環(huán)設(shè)備。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明方法中，硝酸銨反應(yīng)條件依據(jù)不同的進(jìn)酸濃度，維持操作壓力略高于實(shí)際操作溫度相應(yīng)的沸騰壓力，在180℃～185℃下生成65％左右的硝酸銨溶液，不產(chǎn)生二次蒸汽，無(wú)須從蒸汽中分離洗滌夾帶的硝酸銨，也無(wú)須從冷凝液中脫除夾帶的氨氣，省去了此部分的投資及運(yùn)行費(fèi)用，而代之的是建立了一種中和反應(yīng)器與加工硝酸銨蒸發(fā)熱交換器之間的硝酸銨溶液循環(huán)系統(tǒng)，將反應(yīng)熱從中和器移至蒸發(fā)器。來(lái)自中和器高溫低濃度的硝酸銨液，經(jīng)換熱后循環(huán)回反應(yīng)器，由于硝酸銨循環(huán)液溫度高，顯然可獲得較高的最終硝酸銨濃度，而換熱后溫度較低的循環(huán)硝酸銨返回反應(yīng)器來(lái)控制反應(yīng)溫度在安全范圍內(nèi)，反應(yīng)器出來(lái)的硝酸銨液在蒸發(fā)前先進(jìn)行閃蒸，使溫度降低，為熱交換提供了必要的溫差。
由于進(jìn)酸酸濃度直接影響到操作壓力，故本發(fā)明對(duì)反應(yīng)器的控制與現(xiàn)有方法不同的是，反應(yīng)器壓力隨動(dòng)于進(jìn)入反應(yīng)器硝酸的流量、濃度等參數(shù)，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器使操作溫度控制在180℃～185℃而不使溶液沸騰。
本發(fā)明對(duì)溶液蒸發(fā)系統(tǒng)的操作方法考慮了改變中和溫度、循環(huán)硝酸銨液的返回溫度、蒸發(fā)器的真空度而滿足不同加工產(chǎn)品達(dá)到的溶液最終濃度，而且從控制冷卻水的使用量上，盡可能發(fā)揮壓力蒸發(fā)器的能力，減少負(fù)壓及閃蒸汽量，以換熱器面積最小來(lái)最終確定閃蒸及蒸發(fā)器的操作壓力值，從節(jié)約硝酸銨循環(huán)泵的功耗入手，盡可能降低返回物料的溫度，只要控制反應(yīng)溫度即可。
本發(fā)明由于反應(yīng)器未產(chǎn)生二次蒸汽，所以系統(tǒng)的氮損失極低，而蒸發(fā)系統(tǒng)的閃蒸是在常規(guī)方法(操作溫度～195℃、濃度～85％)溫和的操作條件下進(jìn)行的(操作溫度185℃、濃度65％)，使氣相夾帶較少。又由于加熱溫度較高，故系統(tǒng)真空度相對(duì)可低一些，其氮損失可降至最少，對(duì)蒸發(fā)冷凝液的污染也最小。
本發(fā)明方法增加了硝酸銨溶液循環(huán)系統(tǒng)，顯然壓力和溫度較高，但由于濃度只有65％左右，對(duì)泵的選擇有利，可保證安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
通過(guò)上述工藝方法較好地解決了高濃度酸進(jìn)料條件下，反應(yīng)熱的有效利用，節(jié)約外供蒸汽，降低裝置投資的問(wèn)題。
本發(fā)明從硝酸銨生成反應(yīng)的角度分析，該反應(yīng)是屬于快速?gòu)?qiáng)放熱反應(yīng)，其反應(yīng)速率及氨的轉(zhuǎn)化率強(qiáng)烈取決于兩種介質(zhì)的反應(yīng)接觸面，從強(qiáng)放熱的安全運(yùn)行角度考慮需縮短停留時(shí)間及減少容積持有量，這樣從客觀上要求盡可能地通過(guò)液體硝酸的強(qiáng)化霧化使反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)完成，以提高其反應(yīng)速率。
本發(fā)明據(jù)此利用公知管式反應(yīng)器作為過(guò)程工藝設(shè)備，但從強(qiáng)化硝酸霧化，可靠控制操作溫度及有效抑制煙霧的形成幾方面進(jìn)行了改進(jìn)，提高了其反應(yīng)效率和適應(yīng)反應(yīng)熱有效的利用。
如上所述，通過(guò)改變反應(yīng)器中心管(硝酸)出口結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)和霧化，在第一段(A)顯著地提高與氨的接觸反應(yīng)面積，在保持第二部分強(qiáng)混合文丘里的結(jié)構(gòu)條件下，使其反應(yīng)更徹底、更有效，同時(shí)為適應(yīng)循環(huán)硝酸銨溶液對(duì)反應(yīng)溫度的有效控制，在其B段部分增加外套管，利用文丘里擴(kuò)壓段出口結(jié)構(gòu)變化使循環(huán)硝酸銨溶液與生成物強(qiáng)烈返混，使之保持在安全操作溫度以內(nèi)。
必要時(shí)可將循環(huán)硝酸銨溶液部分引入硝酸入口，更有效地進(jìn)行整體反應(yīng)溫度的控制。
由于循環(huán)硝酸銨的引入及反應(yīng)壓力的提高，通過(guò)強(qiáng)烈的返混消除了硝酸銨反應(yīng)過(guò)程中煙霧的形成，進(jìn)一步提高了反應(yīng)效率。


圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)的工藝流程示意中1氨入口 2硝酸入口 3管式反應(yīng)器 4混合器 5壓力控制器 6熱硝酸銨溶液循環(huán)泵 7閃蒸器 8預(yù)熱器 9硝酸銨溶液加壓泵 10分離器 11一級(jí)蒸發(fā)換熱器 12一級(jí)分離器 13二級(jí)蒸發(fā)換熱 14二級(jí)分離器 15濃縮硝酸銨溶液16閃蒸氣/汽混合物 17氣/汽混合物到真空抽氣器 18二級(jí)蒸發(fā)冷凝液 19硝酸加入口 20氨加入口 21霧化噴頭 22第二氨入口 23循環(huán)硝酸銨溶液入口 24平衡孔 25旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器 26硝酸銨溶液出口具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施方式1本發(fā)明硝酸和氨分別由硝酸入口2和氨入口1進(jìn)入管式反應(yīng)器3中，在壓力控制器5的控制下進(jìn)行加壓反應(yīng)，生成的硝酸銨溶液進(jìn)入混合器4與來(lái)自一級(jí)蒸發(fā)換熱器11的循環(huán)硝酸銨溶液進(jìn)行混合控溫，然后，混合后的硝酸銨溶液經(jīng)閃蒸器7閃蒸、預(yù)熱器8預(yù)熱和分離器10分離后，由熱硝酸銨溶液泵6送出，再經(jīng)一級(jí)蒸發(fā)換熱器11濃縮、二級(jí)蒸發(fā)換熱器13濃縮、一級(jí)分離器12分離、二級(jí)分離器14分離，最后將含96％～99.7％的濃縮硝酸銨溶液15送下一工序進(jìn)行造粒。
混合器4中的一部分硝酸銨溶液作為熱源代替蒸汽經(jīng)一級(jí)蒸發(fā)換熱器11、二級(jí)蒸發(fā)換熱器13換熱后重新返回加壓管式反應(yīng)器3和混合器4中。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的裝置(參見(jiàn)圖1)包括一臺(tái)管式反應(yīng)器3，一臺(tái)混合器4，一套壓力控制器5，一套硝酸銨溶液的濃縮設(shè)備7～14及一套硝酸銨溶液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備6。
參見(jiàn)圖2，本發(fā)明采用改進(jìn)后的高效管式反應(yīng)器，其特點(diǎn)為該反應(yīng)器由三個(gè)部分(A、B、C)構(gòu)成，第一部分A段，系反應(yīng)介質(zhì)硝酸加入口19與氨加入口20的混合段，第二部分B段，是文丘里反應(yīng)混合及調(diào)整段，第三部分C段，主要是溫度控制段。其A段特點(diǎn)在于中心管(硝酸)出口設(shè)置了特殊結(jié)構(gòu)的液體旋流噴射霧化噴頭21，使氣氨與霧化液體強(qiáng)烈混合，提高其反應(yīng)效率。其B段特點(diǎn)在于采用便于檢修維護(hù)的套管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)管是文丘里反應(yīng)混合室及壓力恢復(fù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)設(shè)置有調(diào)整反應(yīng)用的二次反應(yīng)介質(zhì)第二氨入口22和循環(huán)硝酸銨溶液入口23，外管系循環(huán)硝酸銨(溫度較低)的旋轉(zhuǎn)通道，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向器25通過(guò)內(nèi)管壓力恢復(fù)段出口外部的螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使循環(huán)硝酸銨產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)作用，且在內(nèi)管上設(shè)置有數(shù)量不等的平衡孔24。其C段特點(diǎn)在于由于循環(huán)硝酸銨旋轉(zhuǎn)作用與反應(yīng)生成部分的硝酸銨在此進(jìn)行較好的熱交換，以控制反應(yīng)溫度。
實(shí)施方式2本發(fā)明以濃度60％、溫度40℃的硝酸和濃度99.6％、溫度20℃的氨為原料，在0.61Mpa(abs)，185℃條件下反應(yīng)，通過(guò)閃蒸、預(yù)熱及兩級(jí)蒸發(fā)生產(chǎn)99.7％的濃縮硝酸銨溶液，達(dá)到30萬(wàn)t/a高密度產(chǎn)品能力規(guī)模?？晒?jié)省投資22.65％，操作費(fèi)用(溶液制備部分)下降60％(其中電耗增加165％、汽耗下降95.2％、冷卻水耗下降16.8％)。
權(quán)利要求
1.一種硝酸銨濃縮液的制備方法，其特征在于僅利用硝酸銨反應(yīng)熱來(lái)制備濃度為96％～99.7％的不同產(chǎn)品要求的硝酸銨濃縮液。
2.如權(quán)利要求1所述的一種硝酸銨濃縮液的制備方法，其特征在于利用壓力控制器(5)控制管式反應(yīng)器(3)的壓力高于反應(yīng)后的硝酸銨溶液沸騰壓力。
3.如權(quán)利要求2所述的一種硝酸銨濃縮液的制備方法，其特征在于管式反應(yīng)器(3)采用管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，并于A段中心管出口設(shè)置有旋轉(zhuǎn)噴射霧化噴頭(21)和于B段引入循環(huán)硝酸銨溶液入口(23)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種硝酸銨濃縮液的制備方法，其特征是利用一套熱硝酸銨循環(huán)泵(6)，在180℃～185℃的低濃度硝酸銨溶液在至少一級(jí)蒸發(fā)換熱器(11)和二級(jí)蒸發(fā)換熱器(13)中加熱待濃縮的硝酸銨溶液。
5.如權(quán)利要求4所述的一種硝酸銨濃縮液的制備方法，其特征是反應(yīng)混合器(4)出來(lái)的待濃縮的硝酸銨溶液在蒸發(fā)前先進(jìn)行閃蒸器(7)閃蒸，降低溫度，為預(yù)熱器(8)提供相應(yīng)的溫差。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硝酸銨濃縮液的制備方法，其特征是管式反應(yīng)器強(qiáng)化了硝酸入口的霧化，提高了反應(yīng)的速度和效率，并通過(guò)部分循環(huán)硝銨液的加入控制反應(yīng)溫度；另一個(gè)特征是依據(jù)進(jìn)料硝酸不同含水量，控制反應(yīng)器壓力高于反應(yīng)后沸騰硝酸銨的飽和蒸汽壓，不產(chǎn)生二次蒸汽，不僅避免了反應(yīng)后強(qiáng)烈閃蒸分離的液滴生成，而且無(wú)須配套二次蒸汽處理系統(tǒng)，大大節(jié)約了投資費(fèi)用；第三個(gè)特征是利用高達(dá)180℃～185℃的較低濃度硝酸銨溶液加熱經(jīng)減壓閃蒸后的硝酸銨溶液移走反應(yīng)熱，可實(shí)施在不同反應(yīng)溫度、不同硝酸銨循環(huán)溫差及不同真空度下完全利用反應(yīng)熱來(lái)制造96～99.7％的不同產(chǎn)品要求的硝酸銨溶液。本發(fā)明特別適用于高濃度硝酸進(jìn)料及高密度硝銨產(chǎn)品的溶液制備。
文檔編號(hào)B01D1/00GK1907856SQ20061001294
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者武晉強(qiáng), 臺(tái)念強(qiáng), 趙正權(quán), 陳趙鎖 申請(qǐng)人:太原海力豐科技發(fā)展有限公司