制造硝酸銨的方法與流程
1.本發(fā)明涉及一種制造硝酸銨的方法，其中硝酸和氨在管式反應器中反應以生產(chǎn)硝酸銨。
背景技術(shù)：
2.硝酸銨通常由硝酸和氨反應生產(chǎn)。硝酸通常由被稱為奧斯特瓦爾德(ostwald)法的方法生產(chǎn)。
3.硝酸和氨的反應通常在所謂的硝酸銨管道(pipe)反應器中進行。這個反應器基本上是一個管式反應器，在該反應器中硝酸和氨的水溶液被引入并發(fā)生硝酸銨的形成。
4.術(shù)語管式(tubular)反應器在本領域中是已知的。這個術(shù)語定義了被設計用于避免回流混合并基本上在活塞流狀態(tài)(plug-flow regime)下操作的反應器。管式反應器通常被實現(xiàn)為細長的管子(tube)或管道(pipe)，其中該管式反應器的末端部分將所得的硝酸銨溶液排放到分離容器中。
5.硝酸銨管道反應器通常由不銹鋼制成。由于包括高流體速度、腐蝕性試劑和兩相流的高侵蝕性條件，氨管道反應器顯示出約1-2mm/月的顯著腐蝕速率。這迫使管道反應器被設計成具有大的厚度，以確保工業(yè)上可接受的壽命。然而，大的厚度意味著反應器的成本和重量增加。
6.在目前的技術(shù)水平下，硝酸銨管道反應器通常由高等級鋼或特殊合金制成。其他材料(如鈦或鋯)可以承受腐蝕，但價格昂貴，可能難以焊接。盡管使用這類高等級鋼材，更換或停機維修的情況還是相對頻繁。管道反應器的更換涉及停堆(shut-down)，伴隨相關的生產(chǎn)損失以及新反應器或更換內(nèi)構(gòu)件的費用。
7.因此，硝酸銨生產(chǎn)商對硝酸銨管道反應器的高腐蝕問題的解決方案提出了要求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
8.申請人已發(fā)現(xiàn)，硝酸銨管道反應器的失效主要是由內(nèi)表面的侵蝕造成的。稀硝酸中包含的水被由反應產(chǎn)生的大量熱量汽化。這增加了體積流量，導致高速兩相流(可能接近聲音的速度)，其迅速侵蝕管道反應器內(nèi)表面的鈍化層。這種侵蝕可能比鋼的直接酸腐蝕占主導地位。
9.本發(fā)明的構(gòu)思是為硝酸銨管道反應器提供一種內(nèi)部抗摩擦陶瓷涂層，以減少顆粒的粘附，并因此減少這種侵蝕的影響。該陶瓷涂層材料優(yōu)選比涂覆的表面的基體材料更加堅硬，進一步減少了侵蝕影響。陶瓷涂層由技術(shù)陶瓷(也稱為高性能陶瓷)制成。陶瓷涂層被設置在管道反應器內(nèi)表面，與硝酸和氨接觸。
10.因此，本發(fā)明提供了一種制造硝酸銨的方法，包括在管式反應器中引入硝酸和氨，并從管式反應器中取出包含硝酸銨的溶液，其中管式反應器由金屬材料制成并具有內(nèi)陶瓷涂層。
11.硝酸可以以硝酸水溶液的形式引入。硝酸可采用奧斯特瓦爾德法在上游生產(chǎn)。
12.根據(jù)本發(fā)明的多種實施方案，所述管式反應器的內(nèi)涂層可以是均勻的，或者是不均勻的。反應器的內(nèi)部的整個表面可以被涂覆，或者僅被涂覆其選定的部分。根據(jù)一些實施方案，涂層的厚度可以是均勻的，或者是不同的。
13.本發(fā)明的內(nèi)涂層能夠減小內(nèi)表面的摩擦因數(shù)，并最小化侵蝕。因此，管道反應器的壽命可以被延長。優(yōu)選地，內(nèi)涂層也具有高硬度。
具體實施方式
14.優(yōu)選的陶瓷材料包括：氮化鈦、碳化鉻、碳化鉿、碳化鉿、碳化硅、碳化鉭、碳化鋯；鉿、鋯、鋁、硅和鉭中任一種的氧化物；上述材料的組合。陶瓷涂層可以包括上述材料及其組合中的任一種或由上述材料及其組合中的任一種制成。
15.內(nèi)涂層具有比管式反應器的未涂覆內(nèi)表面的表面粗糙度更小的表面粗糙度。優(yōu)選地，涂層的表面粗糙度不大于未涂覆內(nèi)表面的表面粗糙度的0.20倍，更優(yōu)選不大于0.10倍。優(yōu)選地，涂層的表面粗糙度為未涂覆表面粗糙度的0.20-0.01倍，更優(yōu)選0.10-0.01倍。
16.減小的粗糙度將限制產(chǎn)品顆粒粘附到反應的內(nèi)表面，并增強設備的抗沖蝕性能。
17.表面粗糙度可以根據(jù)iso 4287:1997標準測定，作為評定輪廓的算術(shù)平均偏差，通常用符號ra表示。
18.陶瓷涂層的硬度可能大于管道反應器的未涂覆材料的硬度。陶瓷的表面硬度優(yōu)選為管式反應器的未涂覆內(nèi)表面的硬度的至少3倍，更優(yōu)選為3-6倍。
19.內(nèi)涂層可以被設置在管式反應器的整個內(nèi)表面上，或者僅被設置在其部分上。
20.內(nèi)涂層的厚度可以是恒定的，或者適當?shù)夭煌?br/>21.內(nèi)涂層可以被布置為對被發(fā)現(xiàn)更容易接觸上述侵蝕的選定關鍵區(qū)域提供增強的保護。這種增強的保護可能是在部分涂層實施方案中，內(nèi)涂層本身的存在，和/或涂層的厚度增加的結(jié)果。
22.在優(yōu)選的實施方案中，內(nèi)陶瓷涂層從引入氨和硝酸的入口點至少提供到從反應器中取出硝酸銨溶液的出口點。入口點和出口點可以分別為入口法蘭和出口法蘭。
23.在其他實施方案中，涂覆部分可以根據(jù)涂覆部分的長度相對于管式反應器的內(nèi)徑來確定。在優(yōu)選的實施方案中，涂覆部分從上述入口點(例如入口法蘭)延伸，長度為內(nèi)徑的2-40倍，更優(yōu)選為內(nèi)徑的4-35倍。
24.在一些實施方法中，可以提供內(nèi)涂層的可變厚度。在優(yōu)選的實施方案中，在從管式反應器的入口點開始的確定長度上提供增加的陶瓷涂層厚度。所述長度更優(yōu)選為管式反應器的內(nèi)徑的2-40倍，尤其優(yōu)選為內(nèi)徑的4-35倍。
25.涂層的厚度優(yōu)選為30-300μm。同樣地，在一些具有可變厚度的實施方案中，可變厚度可以被包括在上述范圍內(nèi)。
26.管式反應器可以由鋼制成，優(yōu)選由奧氏體鋼制成。
27.涂層可以由機械、物理或化學沉積方法提供。
28.陶瓷涂層可以被化學粘合到管式反應器的內(nèi)表面。例如，陶瓷涂層可以被化學粘合到管式反應器內(nèi)表面的不銹鋼上。
29.管式反應器可以具有細長的管子或細長的管道形狀。因此，管式反應器的長度比其直徑大數(shù)倍。管式反應器的尺寸可以根據(jù)長度和直徑(例如內(nèi)徑)的比例來定義。在優(yōu)選
的實施方案中，管式反應器的長度與內(nèi)徑比l/d為20-100。更優(yōu)選所述比例l/d為35-65。
30.管式反應器的比質(zhì)量流量(specific mass flow)可以為每cm2截面80-300kg/h。
31.本發(fā)明的另一個方面是硝酸銨管道反應器，其用于由硝酸和氨反應生產(chǎn)硝酸銨，所述反應器是由金屬材料制成且具有內(nèi)陶瓷涂層的管式反應器。
32.所有的上述優(yōu)選實施方案都適用于管道反應器。還公開了具有所附權(quán)利要求中所述特征的硝酸銨管道反應器。
技術(shù)特征：
1.一種制造硝酸銨的方法，包括在管式反應器中引入硝酸和氨，并從所述管式反應器中取出含有硝酸銨的溶液，其中所述管式反應器由金屬材料制成，且所述管式反應器的內(nèi)涂層為陶瓷涂層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陶瓷涂層包括以下任一種材料或由以下任一種材料制成：氮化鈦、碳化鉻、碳化鉿、碳化鉿、碳化硅、碳化鉭、碳化鋯；鉿、鋯、鋁、硅和鉭中任一種的氧化物；它們的組合。3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述陶瓷涂層的粗糙度不大于所述管式反應器的未涂覆內(nèi)表面的粗糙度的0.20倍，優(yōu)選在0.10-0.01的范圍內(nèi)。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述陶瓷涂層的硬度大于所述管式反應器的未涂覆內(nèi)表面的硬度，優(yōu)選至少大3倍，更優(yōu)選大3-6倍。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述內(nèi)涂層被設置在所述管式反應器的整個內(nèi)表面上，或者僅被設置在其部分上。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述內(nèi)涂層至少從引入硝酸和氨的入口點至少提供到取出包含硝酸銨的溶液的出口點，或者所述內(nèi)涂層被提供在管道反應器的涂覆部分上，所述涂覆部分從所述入口點開始且長度為所述反應器的內(nèi)徑的2-40倍，優(yōu)選4-35倍。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述管式反應器的陶瓷涂層的厚度是恒定的，或者管式反應器內(nèi)表面的選定區(qū)域具有不同的涂層厚度。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在從引入氨和硝酸的點開始且長度為所述反應器的內(nèi)徑的2-40倍、優(yōu)選為4-35倍的部分上提供增加厚度的陶瓷涂層。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述涂層的厚度為30-300μm。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述管式反應器由鋼制成，優(yōu)選由奧氏體鋼制成。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述陶瓷涂層被化學粘合到所述管式反應器的內(nèi)表面。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述管式反應器具有細長的管子或細長的管道形狀，所述管式反應器的長和內(nèi)徑之間的比例優(yōu)選為20-100，更優(yōu)選為35-65。13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述管式反應器的比質(zhì)量流量為每cm2截面80-300kg/h。14.一種硝酸銨管道反應器，用于由硝酸和氨反應生產(chǎn)硝酸銨，所述反應器為由金屬材料制成且具有內(nèi)陶瓷涂層的管式反應器。
技術(shù)總結(jié)
在內(nèi)部涂有陶瓷涂層的管式反應器中由硝酸和氨制造硝酸銨的方法。酸和氨制造硝酸銨的方法。
