高塔硝基復合肥生產中的危險因素及管控要點

夏群嶺，楊星波

（河南心連心化學工業集團股份有限公司，河南新鄉 453700）

硝基復合肥是以硝酸銨為氮源，添加磷、鉀等原料，對肥料進行二次加工生產出的氮、磷、鉀復合肥料，其產品中既含有硝態氮，又含有銨態氮，可快速作用于農作物。

在硝基復合肥生產過程中，由于硝酸銨易受熱分解出可燃性氣體和具有氧化性的特點，生產過程具有一定的危險性。

河南心連心化學工業集團股份有限公司復合肥分公司（以下簡稱心連心公司）有3 條高塔生產線，其中1條采用硝銨磷肥二次加工法生產硝基復合肥。結合心連心公司目前高塔硝基復合肥生產情況，對高塔硝基復合肥生產中的危險因素及管控要點進行探討。

1 硝基復合肥生產工藝

硝銨磷肥是在熔融態硝酸銨中加入含磷改性劑，通過噴漿造?；蛘婵战Y晶制得的農業用顆粒狀或結晶狀含磷型防爆硝酸銨［1］。利用熔融硝酸銨和磷酸一銨可以形成低共熔點化合物和增加產品防爆性的特點，將預熱后的硝銨磷肥與磷酸一銨形成的混合料漿與粉狀鉀肥、填充料充分混合，形成流動性良好的NPK 熔體料漿，該料漿通過專用造粒噴頭噴入造粒塔，在空氣中冷卻固化成顆粒；顆粒落至塔底后由輸送帶輸送到冷卻機，進行進一步的冷卻處理，然后由提升機提至合格品篩；合格品經表面處理后進入包裝工序，從而獲得養分分布均勻、顆粒性狀良好的硝基復合肥。

高塔硝基復合肥生產的關鍵點在于制備流動性良好的熔融料漿、合適的造粒溫度、盡可能短的停留時間及合理的液固質量比，這些參數控制得好有助于降低料漿黏度，保證其流動性，減少副反應，同時提高生產的安全性。

2 硝基復合肥生產中的危險因素分析

2.1 硝酸銨的熱分解

硝酸銨在常溫下是穩定的，受熱后開始分解，在不同的溫度下，有不同的分解產物。純硝酸銨在110 ℃時逐漸分解，分解反應方程式為：

此分解過程需要吸收熱量，且在150 ℃以上才明顯進行。硝酸銨在185 ～200 ℃下分解時，生成一氧化二氮（氧化亞氮）和水，反應微放熱，反應方程式如下：

當迅速加熱至230 ℃以上時，硝酸銨開始劇烈分解，生成物N2O為自催化劑，能夠促使硝酸銨分解反應速率加快，并伴隨著微弱的火花產生，如果溫度不能得到及時地控制，就會導致燃燒爆炸。當NO2自催化劑存在時會發生如下化學反應：

在300 ℃以上時，硝酸銨分解將會引起燃燒爆炸，反應方程式如下：

以上反應是指純硝酸銨的爆炸分解反應過程，在分解時都可能發生，但實際上分解反應并非同時按照所有方程式進行，由于反應條件差異，可能某個反應是主要反應，而其他反應是副反應［2］。

在有雜質存在時，硝酸銨的熱分解溫度明顯降低。在有氫離子（H+）存在時，硝酸銨的熱分解速率加快，開始分解的溫度降低。當有氯化物、鉻酸鹽、鈷化合物等雜質存在時，則會對硝酸銨的熱分解起催化作用。其中硝酸（H+）和氯化物（Cl-）的共同作用比其單獨作用對硝酸銨的催化分解影響更顯著，并且這個反應為放熱反應［3］。熔融的硝酸銨在銅、鋅、銻、鎳等作用下會轉化成不穩定的亞硝酸銨，亞硝酸銨分解容易引起爆炸［4］。

2.2 硝酸銨的氧化性

硝酸銨具有弱氧化性，而其受熱分解所產生的氮氧化物（NOx）具有強氧化性，如與硫、磷、還原劑、有機物（如油類）等混合時，會形成氧化能力較強的體系［5］，氧化還原反應的生成物可以進一步加速反應進行，并放出大量熱量，如果熱量不能及時釋放，就會造成系統局部熱量聚集，具有燃燒爆炸的危險。尤其是溶液中含有二氧化氮（NO2）和分解產物中有氧化亞氮（N2O）產生時，會加劇硝酸銨的分解，溫度會急劇上升，如果溫度不能得到及時控制，就會導致燃燒爆炸。

3 物料角度的安全管控要點

心連心公司采用固體硝銨磷肥作為原料，結合其生產裝置現狀，僅將安全管控概述如下。

3.1 原料混合的安全性和可配性

用熔融硝酸銨生產硝基復合肥時，要充分考慮硝酸銨混合物受熱的安全性和可配性。硫酸鉀、硫酸銨、磷酸一銨與硝銨磷肥均可配，而氯化鉀與硝銨磷肥有限可配。氯化鉀中的氯離子對硝酸銨分解具有催化作用，易產生自燃，形成“緩慢燃燒”（或稱“雪茄燃燒”）［6］。氯化鉀與硝銨磷肥熔體混合溫度要適當，混合時間要短。

3.2 生產過程中的雜質物料控制

硝酸銨中的雜質，比如含有磷、硫等的還原劑，有機物（如防結油、潤滑油），氯離子，鉻酸鹽，鈷化合物，金屬粉末等都會促進硝酸銨的分解，增加其爆炸危險。

3.2.1 生產過程中泄漏的雜物禁止進入系統

生產過程中泄漏的料漿、沖洗水、灑落的固體物料，禁止進入系統。這些物料落到地上，極有可能被不明物質污染，如果返回系統，可能會帶來有害雜質，影響系統安全。一般這些物料要收集起來另外處理，設計中不能設置這些物料的返回口，工廠的操作規程也必須明確規定。

3.2.2 動設備的潤滑油禁止進入系統

系統中有一些動設備，如攪拌器、減速機、提升機、風機等，特別是攪拌器，應設置潤滑油接油盒和導油管，對3個槽蓋開孔密封或加擋沿，防止油污進入槽內，以確保潤滑油不會落入工藝設備中。在檢修過程中必須遵守安全要求，避免其他雜質或物體進入系統。

3.2.3 添加物料須確保來源，并進行純度分析

硝基復合肥生產過程中，造粒前添加的各種肥料或添加劑，要加強管理和分析，酸性的固體原料、氯基原料不能進入混合槽。含防結油的成品返料、尿基返料嚴禁進入混合槽，以確保系統安全。

4 工藝過程控制的安全管控要點

4.1 混合系統的溫度控制

混合槽為加熱攪拌形式的設備，內部設計溫度為160～180 ℃，材質為不銹鋼材料，傳熱快。在生產過程中難免有硝酸銨熔融液、固體粉料濺在混合槽表面，當混合槽表面高溫時易發生燃燒，造成事故［4］。

管控措施：塔上3個混合槽分別設計有超溫聲光報警和蒸汽超高溫聯鎖系統，每個槽均設有3個溫度監測點實行聯鎖報警。塔上設置稀釋降溫用的高位應急消防水箱，物料溫度超標時聯鎖打開閥對物料進行稀釋降溫。當混合槽溫度達到170 ℃時聲光報警，超過175 ℃時切斷閥動作，切斷蒸汽，當混合槽溫度繼續上升至180 ℃時，高位應急消防水箱向混合槽加水，同時快速排空槽內物料。

4.2 混合槽的液位控制

混合槽設置液位高、低報警和超高聯鎖，當液位超高時，槽底部緊急放料閥打開，將料漿排塔底，避免液位超高失去控制冒出槽外引發安全事故；當液位低于正常值時放料閥關閉。

4.3 混合槽的停留時間控制

物料在1#和2#混合槽中停留時間不能過長。正常操作為連續操作，停留時間一定要按照設計要求操作。異常停車時，應立即排空2#混合槽內的料漿；停車30 min 內嚴格監控各槽溫度，一經發現溫度有上升趨勢，立即排槽，排槽過程中如果溫度持續上升，加水降溫；停車時間為0.5 ～2.0 h時，必須排空1#混合槽，嚴格監控熔融槽料漿及溶解槽溫度，超過160 ℃及時向溶解槽內加水，將溫度降至160 ℃以下；停車超過2 h，熔融槽的物料也須排凈，排槽結束后立即用清水把熔融槽徹底清理干凈（尤其要注意槽蓋頂部和盤管之間的料漿塊）。

4.4 保持料漿良好的流動性

料漿中加入了鉀鹽和磷酸鹽，靜止后硝酸銨會緩慢分解，由于料漿比較黏稠，易產生局部超溫，溫度顯示會滯后或不準確，所以料漿良好的流動性是生產的必要條件。塔上3個槽的攪拌裝置應設置低電流聯鎖報警，當電流低于一定值甚至出現攪拌跳閘，相應槽的進料刮板停止，聯鎖關閉蒸汽調節閥，切斷蒸汽輸送。由于操作不當，不可避免地會產生熔融液溢流管、內部盤管等管道結疤堵塞。若錯誤地采取蒸汽吹除的辦法來疏通管道，高溫蒸汽不斷對硝酸銨加熱，易導致其受熱發生分解，進而發生爆炸事故?？衫门浞睫D產機會，排空塔上各槽，對結疤部位進行清理或沖洗。

5 結語

總之，高塔硝基復合肥的生產必須注重安全，嚴格按照工藝要求控制生產指標，嚴禁生產過程中出現超溫，引入雜質、煙塵、明火，物料停留時間過長等現象。生產管理者應提高高塔硝基復合肥生產的安全管理等級，將安全管理放在第一位。