本发明创造属于硝酸铵的生产技术领域，具体涉及一种大颗粒硝酸铵产品及其制备方法和系统。
背景技术：
硝酸铵产品作为商品，目前主要在民爆行业使用，产品种类主要有多孔硝铵、液体硝铵、工业硝铵(高塔产小颗粒硝铵)、结晶硝铵。其中多孔硝铵主要用于制造商品级和现场混装级铵油炸药，液体硝铵、工业硝铵、结晶硝铵的用途大致相同，可用于制造乳化炸药、膨化炸药、水胶炸药等。
液体硝铵是直接把硝酸铵溶液浓缩后作为商品，具有使用方便的优点，其缺点是不宜长期储存。结晶硝铵是把硝酸铵溶液浓缩后进行真空结晶，得到粉末状结晶产品，该产品非常容易吸湿结块，用户使用前需要进行破碎，破碎工作量大，且不安全。工业硝铵是把硝酸铵溶液浓缩后送至高塔进行造粒，得到1～2.8mm的颗粒产品，该颗粒产品较小，无法生长为大颗粒产品，长期储存容易吸湿结块。多孔硝铵一般是以工业硝铵或结晶硝铵为原料，经发泡、热处理等工艺制备而成，表面具有疏松的孔洞，受其原料粒度的限制，粒度一般在0.5～2.5mm之间，也容易发生吸湿结块。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种大颗粒硝酸铵产品及其制备方法，生产过程和系统安全可靠、运行费用低，产品储存性能好。
本发明创造的颗粒硝酸铵，粒度在3mm以上，优选为3～5mm。进一步，所述硝酸铵具有20N/颗粒以上的平均抗压强度；游离水含量在0.25wt％以下；不添加结块剂的条件下，松散度在95％以上。
本发明创造还提供了一种大颗粒硝酸铵的制备方法，包括下述造粒步骤：使硝酸铵颗粒循环往复被雾化后的硝酸铵浓缩液包覆，每次被包覆后硝酸铵浓缩液在硝酸铵颗粒表面得以结晶固化，直至硝酸铵颗粒生长至需要的尺寸。
其中，所述硝酸铵浓缩液的温度在170±5℃，浓度在97wt％以上，每次被包覆前硝酸铵颗粒均经过冷却以将结晶热带走。
其中，所述硝酸铵颗粒被包覆、结晶固化、以及冷却的过程在独立封闭的反应空间内进行，控制反应空间内呈微负压状态，优选的压力为-50～-100Pa，反应空间出口气体温度为60-80℃。
其中，硝酸铵颗粒循环往复被包覆、结晶固化、以及冷却的过程可以在转筒造粒机中完成，优选为采用公告号CN 203728738U、公告日2014年7月23日公开的“一种转筒造粒机”。
其中，循环往复被硝酸铵浓缩液包覆的所述硝酸铵颗粒为普通的结晶硝铵、工业硝铵、或采用本方法制备过程中的造粒返料，所述造粒返料来源于采用本方法生长的硝酸铵颗粒中筛分出的不合格颗粒。
其中，所述硝酸铵浓缩液采用下述步骤获得：
(1)中和步骤：将浓度60wt％的稀硝酸与气氨在加压条件下进行中和反应，得到浓度75～80wt％的硝酸铵溶液，同时副产低压蒸汽，副产的低压蒸汽经洗涤后送至后续步骤使用；
(2)初蒸发步骤：利用中和步骤副产的低压蒸汽加热蒸发硝酸铵溶液，蒸发器采用真空降膜蒸发，将硝酸铵溶液浓缩到92～95wt％；
(3)终蒸发步骤：利用来自界外的中压蒸汽加热蒸发硝酸铵溶液，蒸发器采用常压蒸发，将硝酸铵溶液浓缩到≥97wt％。
其中，所述造粒步骤后，还包括筛分步骤。所述筛分步骤优选分为一级筛分步骤和二级筛分步骤；一级筛分步骤是用双层振动筛或滚筒筛筛分出不合格的小颗粒和大颗粒，大颗粒破碎后与小颗粒一起作为造粒返料；二级筛分步骤是用单层或双层振动筛或滚筒筛对成品颗粒继续筛分出不同粒度范围的大颗粒硝酸铵产品。
其中，所述筛分步骤后，还包括成品冷却步骤。将成品颗粒温度降至45℃以下。
其中，本发明的方法还包括尾气处理步骤。将造粒尾气、筛分尾气及冷却尾气洗涤处理后，气体达标排放，洗涤液进行回收。
本发明还提供了一种大颗粒硝酸铵产品的生产系统，包括依次相连的转筒造粒机、颗粒输送机、颗粒提升机和滚筒筛，所述滚筒筛设有大颗粒出料口、成品颗粒出料口和小颗粒出料口，所述大颗粒出料口经破碎机和小颗粒出料口一同与转筒造粒机的返料入口连通，成品颗粒出料口依次连接有成品颗粒提升机和仓冷器。
其中，所述仓冷器外部设有循环水系统，循环水自仓冷器底部进入仓冷器进行循环，并自仓冷器顶部送出。
其中，所述生产系统设有蒸发系统，包括相互串联的初蒸发器和终蒸发器，所述终蒸发器的出料口与转筒造粒机的雾化喷嘴连通。
其中，所述生产系统还设有洗涤塔，所述转筒造粒机、滚筒筛和仓冷器的尾气通过管道与所述洗涤塔连通，洗涤塔的达标气体由塔顶排放，洗涤塔的冷凝水通过管道回流至初蒸发器和/或终蒸发器。
相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：能够提供粒度在3mm以上的大颗粒硝酸铵产品，产品抗结块性能好，储存稳定性高，抗压强度高和松散度高。生产方法和生产系统安全可靠，运行费用低。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造生产系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细说明本发明创造。
本发明创造的颗粒硝酸铵，粒度在3mm以上，优选为3～5mm。进一步，所述硝酸铵具有20N/颗粒以上的平均抗压强度；游离水含量在0.25wt％以下；不添加结块剂的条件下，松散度在95％以上。本发明提供的大颗粒硝酸铵产品指标与现有产品指标对比如表1所示。
表1
本发明创造上述大颗粒硝酸铵的制备方法，包括下述造粒步骤：使硝酸铵颗粒循环往复被雾化后的硝酸铵浓缩液包覆，每次被包覆后硝酸铵浓缩液在硝酸铵颗粒表面得以结晶固化，直至硝酸铵颗粒生长至需要的尺寸。
其中，为了使得每次包覆后的硝酸铵浓缩液能够在硝酸铵颗粒表面快速顺利结晶固化，需要控制硝酸铵浓缩液的温度在170±5℃，浓度在97wt％以上，每次被包覆前硝酸铵颗粒均经过冷却以将结晶热带走，优选的冷却介质为常温空气。
其中，为了安全防爆的目的，硝酸铵颗粒被包覆、结晶固化、以及冷却的过程需要在独立封闭的反应空间内进行，控制反应空间内呈微负压状态，优选的压力为-50～-100Pa，反应空间出口气体(尾气)温度为60-80℃。微负压状态有利于防止反应空间内压力过大产生的安全问题，同时有利于颗粒的快速结晶和长大；压力的调整可以由循环气实现，一般作为冷却介质的常温空气即可作为循环气的进气，同时自空间引出一部分尾气作为循环气的出气，尾气可以作为反映反应空间内平均气温的一个指标，从整体上把控反应空间内的温度状态，将其控制在合适的温度，有利于促进颗粒生长的进行。尾气经过回收处理可以收集其中的硝酸铵，作为原料重新投入使用(下面将在尾气处理步骤中做进一步说明)。
其中，硝酸铵颗粒循环往复被包覆、结晶固化、以及冷却的过程可以在转筒造粒机中完成，优选为采用公告号CN 203728738U、公告日2014年7月23日公开的“一种转筒造粒机”。所述转筒造粒机内设有雾化喷嘴、升举抄板、流化床、冷却器、返料螺旋等部件。转筒造粒机转动时，升举抄板不断将硝酸铵颗粒送入流化床，硝酸铵颗粒自倾斜设置的流化床边沿落下，形成料帘。硝酸铵颗粒在流化床上滚动过程中，与自流化床内设置的冷却器喷出的冷却空气进行换热冷却。硝酸铵浓缩液经过喷嘴高度雾化后，均匀涂布在呈料帘式下落的硝酸铵颗粒上并固化。硝酸铵颗粒在造粒机筒体内向出口端移动的过程中，不断重复上述造粒过程，颗粒逐渐长大。转筒造粒机内的空间为硝酸铵颗粒的反应空间，空间内通过循环气维持-50～-100Pa的微负压状态，冷却器喷出的冷却空气为循环气进气，出口尾气为循环气的出气。
其中，循环往复被硝酸铵浓缩液包覆的所述硝酸铵颗粒可以为普通的结晶硝铵、工业硝铵、或优选为采用本方法制备过程中的造粒返料，所述造粒返料来源于采用本方法生长的硝酸铵颗粒中筛分出的不合格颗粒(不合格小颗粒可直接作为造粒返料，不合格大颗粒经破碎后可作为造粒返料)。不合格颗粒的筛分可以由反应空间(或转筒造粒机)自带的返料或分级装置进行，也可以由自反应空间(或转筒造粒机)出料后单独设置的筛分设备进行。例如，上述转筒造粒机内部设置有返料螺旋和分级锥，分级锥位于出口端，对颗粒自动分级，小颗粒经返料螺旋送至造粒机进口端，这样可以保证转筒造粒机外部的返料量保持一个很低的水平，可以降低外部筛分、破碎、返料系统的投资(如出料后单独设置的筛分设备)，并减轻设备的磨损。
其中，所述硝酸铵浓缩液采用下述步骤获得：
(1)中和步骤：将浓度60wt％的稀硝酸与气氨在加压条件下进行中和反应，得到浓度75～80wt％的硝酸铵溶液，同时副产低压蒸汽，副产的低压蒸汽经洗涤后送至后续步骤使用；
(2)初蒸发步骤：利用中和步骤副产的低压蒸汽加热蒸发硝酸铵溶液，蒸发器采用真空降膜蒸发，将硝酸铵溶液浓缩到92～95wt％；
(3)终蒸发步骤：利用来自界外的中压蒸汽加热蒸发硝酸铵溶液，蒸发器采用常压蒸发，将硝酸铵溶液浓缩到≥97wt％。
上述硝酸铵浓缩液的获得过程，能够充分利用反应体系的热量，通过两步蒸发，在最低能耗下获得目标浓度的硝酸铵浓缩液。
其中，所述造粒步骤后，还包括筛分步骤。所述筛分步骤优选分为一级筛分步骤和二级筛分步骤。一级筛分步骤是用双层振动筛或滚筒筛筛分出不合格的小颗粒和大颗粒，大颗粒破碎后与小颗粒一起作为造粒返料；粒度合格的成品颗粒送至后续加工步骤。二级筛分步骤是用单层或双层振动筛或滚筒筛对成品颗粒继续筛分，产出几种不同粒度范围的大颗粒硝酸铵产品；粒度范围举例：3～3.5mm范围、3.5～5mm范围；或，3～4mm范围、4～5mm范围；粒度范围可以根据需要确定。不需要细分成品颗粒粒度范围时，可以停用二级筛分步骤，将一级筛分步骤的成品颗粒直接送至后续加工步骤。
其中，所述筛分步骤后，还包括成品冷却步骤。经筛分后，成品颗粒的温度约100～110℃。成品颗粒冷却步骤采用料仓式冷却器，立式布置，内部设有3组板式换热器，成品颗粒自上而下依次通过3组板式换热器，循环冷却水自下而上依次通过3组板式换热器，成品颗粒与循环冷却水间接换热，将成品颗粒温度降至45℃以下，以利于包装和储存。
其中，本发明的方法还包括尾气处理步骤。造粒尾气、筛分尾气及冷却尾气粉尘含量较高，约为15～20g/m3，可以采用洗涤塔洗涤处理。由于尾气中粉尘为硝酸铵，其水溶性很好，在洗涤塔用水洗涤后可使粉尘含量≤30mg/m3，达标排放。洗涤塔配备洗涤循环泵循环洗涤。硝铵初/终蒸发步骤的工艺冷凝水作为洗涤塔的补充水，洗涤液浓度达到30wt％后送至硝铵初/终蒸发步骤进行回收。
本发明还提供了一种大颗粒硝酸铵产品的生产系统，如图1，包括依次相连的转筒造粒机1、颗粒输送机2、颗粒提升机3和滚筒筛4，所述滚筒筛4设有大颗粒出料口41、成品颗粒出料口42和小颗粒出料口43，所述大颗粒出料口41经破碎机5和小颗粒出料口43一同与转筒造粒机1的返料入口11连通，成品颗粒出料口42依次连接有成品颗粒提升机6和仓冷器7。颗粒经转筒造粒机1造粒后，依次经颗粒输送机2、颗粒提升机3运送至滚筒筛4进行筛分，筛分出的不合格大颗粒自大颗粒出料口41送出，经破碎机5破碎后，与自小颗粒出料口43筛分出的不合格小颗粒一起作为返料进入转筒造粒机1进行重新造粒，筛分出的合格成品颗粒自成品颗粒出料口42送出，经成品颗粒提升机6进入仓冷器7进行冷却，冷却后成为终产品可被包装产出。
其中，所述仓冷器7外部设有循环水系统，循环水自仓冷器7底部进入仓冷器7进行循环，并自仓冷器7顶部送出。
其中，所述生产系统设有蒸发系统，包括相互串联的初蒸发器8和终蒸发器9，所述终蒸发器9的出料口与转筒造粒机1的雾化喷嘴12连通。中和后的硝酸铵溶液被送入初蒸发器8，并分别在初蒸发器8和终蒸发器9中进行初蒸发步骤和终蒸发步骤，达到需要的浓度(≥97wt％)，然后送入转筒造粒机1内经雾化喷嘴12雾化喷出，进行造粒步骤。
其中，所述生产系统还设有洗涤塔10，所述转筒造粒机1、滚筒筛4和仓冷器7的尾气通过管道与所述洗涤塔10连通，洗涤塔10的达标气体由塔顶排放，洗涤塔10的冷凝水通过管道回流至初蒸发器8和/或终蒸发器9，可以进行重复再利用。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。