淺析硝酸銨生產中的安全防范

張居明

摘 要：通過對硝酸銨性質、生產工藝及安全影響因素的分析，總結出相應的處理辦法，以避免在生產中發生爆炸等安全事故。

關鍵詞：硝酸銨PH值控制;Cl-控制;安全分析及對策

硝銨的化學分子式為NH4NO3，氮的總含量為35%，硝酸銨為無色正交結晶或白色細小顆粒狀結晶，比重1.725（25℃），熔點169.6℃，沸點210℃。硝銨易溶于水，溶液的沸點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生爆炸。在此探討一下硝酸銨溶液爆炸的條件和機理以及預防事故發生的措施。

1 硝酸銨的性質

化學性質：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）有機物質存在時的熱分解;（4）某些無機雜質和金屬粉末的影響。

1.1 硝酸銨的受熱分解

溫度不同，硝酸銨受熱分解產物也不同。

110℃時的反應：NH4NO3 → NH3+HNO3

185至200℃時：NH4NO3 → N2O+2H2O

大于230℃，時：2NH4NO3 → 2N2+ O2+ 4H2O

當高于400℃時，發生劇烈分解并爆炸：4NH4NO3→ 3N2+ 2NO2+ 8H2O

常溫下純硝酸銨是穩定的，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、貯運和使用中必須嚴格遵守安全規定。

1.2 硝酸銨生產安全

鎘、銅、鋅、鎳、鉛、銻等金屬粉末不能落入硝酸銨及其溶液中，以防止轉化成更加不穩定的亞硝酸銨，引起燃燒爆炸的危險。當摻入有機雜質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，尚應嚴防混入雜質。

干燥的硝酸銨在引爆藥（如疊氮鉛）引爆時，會發生強烈爆炸。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），以防結塊，這樣也就相應地提高了它的安全性。

專門倉庫單獨貯存。除嚴禁接觸有機物及鎘等金屬外，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。

有的硝酸銨結晶表面上敷了一層凡士林、焦油、石蠟等有機物。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。

硝酸銨吸濕結塊后，嚴禁用鐵質工具猛烈敲擊，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 硝酸銨生產工藝

硝銨的生產中有中和法及轉化法兩種。中和法是采用氣氨與硝酸進行中和反應來制取硝銨，是工業上生產硝銨的重要方法。轉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，經過濾得到硝酸鈣，再用碳酸銨溶液與其反應，得到碳酸鈣和硝酸銨，過濾掉碳酸鈣沉淀，即得到硝銨溶液。轉化法實際是在生產其它產品（如磷酸、磷酸鹽）時的副產物，投資一般較大，工業上若主要生產硝銨時，都是采用氣氨與硝酸的中和法來生產。

3 硝酸銨生產過程危險性分析及對策

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

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

NH4NO3+ 2NO→N2+HNO3+H2O

其次，在生產中還應考慮高溫熔體在設備內的停留時間。正常生產條件下，185℃的熔體在設備內停留時間不應超過1分鐘。

（2）在生產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，可能會發生爆炸。在中和法工藝生產硝銨的過程中，中和設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備上部發生爆炸時，則可能會引起整個設備反應區爆炸，還可能波及其他工段的設備。為避免亞硝酸銨生成、積聚在中和器設備上部或者管道中從而引發可能的爆炸，應嚴格執行硝酸及氨的中和工藝操作規程。中和設備設置冷凝液噴淋裝置洗滌部分。另外，還應有能自動調節硝酸預熱器和其他熱交換設備中二次蒸汽冷凝溫度的技術。現代大型硝酸銨生產工廠的中和反應過程為確保中和器不出現任何死角，其設計的全自動化系統已經能夠使中和設備中不會生成和積聚易爆的亞硝酸銨物質。因此，工廠需要對這些控制系統和自動化設施的定期進行檢查，如果發現異常情況，需要制定相應的應急措施。

4 結論

因此，要預防硝酸銨生產或檢修過程中發生爆炸事故，那么在硝銨生產過程中，必須要嚴格控制原料氨及硝酸的質量指標，防止油類、有機物、酸類介質、金屬等進入硝酸銨生產系統。主要控制以下3點：

（1）硝銨溶液溫度監測控制。在硝銨溶液貯槽內三個不同平面，按120℃各安裝3只熱電偶，實時監測硝酸銨溶液溫度變化。硝銨槽內設置3組低壓蒸汽保溫盤管，當溶液溫度低于設定的下限溫度時，自動向保溫盤管內加入低壓蒸汽，確保硝銨溶液不結晶。當硝銨溶液溫度達到正常溫度后，自動關閉低壓蒸汽。當硝銨溶液溫度超過設定的溫度上限時，應進行報警，并自動采取向貯槽內加入大量脫鹽水或硝銨裝置中的硝銨含量較低的工藝冷凝液等方法，確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行了調節。

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