Produktion von Salpetersäure in der Industrie: Technologie, Stufen, Funktionen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Salpetersäure ist eine der gefragtesten Arten von Industrierohstoffen. Ihre Herstellung kann nach unterschiedlichen Verfahren erfolgen – je nachdem in welcher Sorte die Säure an den Kunden geliefert werden soll. Was ist die Essenz der relevanten Technologien? Wie verh alten sie sich im Vergleich zu der Art von Salpetersäure, die in der Fabrik hergestellt wird?

Industrielle Produktion von Salpetersäure: eine Geschichte der technologischen Entwicklung

Zunächst wird es nützlich sein, die historischen Fakten darüber zu studieren, wie sich die Produktion von Salpetersäure in Russland entwickelt hat. In der heimischen Industrie wurde die Freisetzung dieses Stoffes nach vorliegenden Informationen unter Peter I. eingeleitet. Anschließend schlug M. V. Lomonosov ein Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure aus Salpeter vor - dieser Stoff g alt eigentlich als Hauptrohstoff für die Herstellung des fraglichen Stoffes bis Anfang des 20. Jahrhunderts.

Neben Salpeter wurde die Herstellung von Salpetersäure in der Industrie mit Schwefelsäure durchgeführt. Die beiden betrachteten Substanzen, die miteinander wechselwirkten, bildeten Salpetersäure und Natriumschwefeloxid. Der Vorteil dabeiDie Methode war die Fähigkeit, Salpetersäure in einer Konzentration von etwa 96-98% zu erh alten (vorbeh altlich der Verwendung von Rohstoffen der erforderlichen Qualität).

Die entsprechende Technologie wurde aktiv verbessert - zugunsten der Beschleunigung der Verarbeitung von Rohstoffen und der Sicherstellung der Ausgabe eines größeren Produktvolumens. Aber nach und nach wich die Vorstellung, dass die Herstellung von Salpetersäure durch die Kontaktoxidation von Ammoniak erfolgte.

Außerdem wurde ein Verfahren erfunden, bei dem Stickstoffmonoxid, gewonnen durch Lichtbogenoxidation des entsprechenden Gases aus der Atmosphäre, als Hauptrohstoff für die Herstellung von Säure verwendet wurde. Es gibt eine weit verbreitete Ansicht, dass die erste Methode kostengünstiger ist.

Mit der Verbesserung der technologischen Ansätze zur Herstellung von Salpetersäure hat sich ein Ansatz herausgebildet, wonach die optimalste Option zur Herstellung des entsprechenden Stoffes die Nutzung einer unter Hochdruck arbeitenden industriellen Infrastruktur ist. Eine Alternative dazu ist die Herstellung von Säure bei Atmosphärendruck, die aus wirtschaftlicher Sicht als weniger rentabel gilt.

Bei der Freisetzung eines Stoffes bei normalem oder erhöhtem Druck entsteht aus Ammoniak Salpetersäure. Es gibt auch eine kombinierte Methode, die die Vorteile der beiden anderen kombiniert. Besonderheiten der Herstellung von Salpetersäure nach dem kombinierten Verfahren liegen zum einen in der Oxidation von Ammoniak bei Atmosphärendruck und der Durchführung seiner Absorption - beierhöht.

Ammoniak gilt heute neben Wasser und atmosphärischer Luft als Hauptrohstoff für die Freisetzung des betreffenden Stoffes. Lassen Sie uns die Besonderheiten ihrer Verwendung bei der Herstellung von Säure genauer untersuchen.

Salpetersäure-Ausgangsmaterial

Die Hauptrohstoffe für die Herstellung des betreffenden Stoffes sind also Ammoniak, Luft und auch Wasser.

Dies erfordert die Verwendung von gereinigtem Ammoniak. Dazu wird es im Rahmen verschiedener Produktionszyklen in speziellen Verdampfungs- und Destillationsanlagen gereinigt. Ebenso muss beim Ablassen von Salpetersäure saubere Luft verwendet werden. Es wird auch mit speziellen Geräten gefiltert. Das bei der Herstellung von Salpetersäure verwendete Wasser wiederum wird von Verunreinigungen und Salzen gereinigt. In vielen Fällen muss reines Kondensat verwendet werden, um den betreffenden Stoff zu gewinnen.

Lassen Sie uns untersuchen, welche Arten der fraglichen Substanz präsentiert werden können und wie jede Art von Salpetersäure hergestellt wird.

Salpetersäuresorten und die Hauptstadien ihrer Freisetzung

Es gibt 2 Arten von Salpetersäure, die in modernen Industrieanlagen hergestellt werden - verdünnt und konzentriert. Die Herstellung von verdünnter Salpetersäure erfolgt in 3 Hauptstufen:

• Umwandlung von Ammoniak (das Endprodukt ist Stickoxid);
• Produktion von Stickstoffdioxid;
• Umsetzung der Absorption von Stickoxiden beiWasserverbrauch.

Die Herstellung von verdünnter Salpetersäure ist in modernen Industrieunternehmen im Rahmen des sogenannten AK-72-Schemas weit verbreitet. Aber es gibt natürlich auch andere Technologien zur Freisetzung dieser Substanz.

Die Herstellung konzentrierter Salpetersäure wiederum kann durch Erhöhung des Geh alts der entsprechenden Substanz in verdünnter Form oder durch Direktsynthese erfolgen. Das erste Verfahren ermöglicht es in der Regel, eine Säurelösung mit einer Konzentration von etwa 68 % zu erh alten, was für die Anwendung der betreffenden Substanz in einer Reihe von Bereichen möglicherweise nicht ausreicht. Daher ist auch die Methode der Direktsynthese üblich, die es ermöglicht, eine Substanz in einer Konzentration von etwa 97-98 % zu erh alten.

Schauen wir uns genauer an, wie Salpetersäure in der einen oder anderen Form hergestellt wird. Oben haben wir festgestellt, dass die Freisetzung einer verdünnten Substanz gemäß dem AK-72-Schema erfolgen kann. Lassen Sie uns zuerst die Einzelheiten untersuchen.

Produktion von Dünnsäure mit AK-72-Technologie

Das betrachtete Schema, durch das die Herstellung von Salpetersäure durchgeführt wird, beinh altet die Verwendung eines geschlossenen Kreislaufs, begleitet von:

• Ammoniakumwandlung;
• Abkühlung von Begleitgasen bei einem Druck von etwa 0,42-0,47 MPa:
• Durchführen der Absorption von Oxiden unter einem Druck in der Größenordnung von 1,1-1,26 MPa.

Das Endprodukt des AK-72-Schemas ist Salpetersäure in einer Konzentration von etwa 60 %. Produktion von Salpetersäure innerhalbdie betreffende Technologie wird im Rahmen solcher Phasen durchgeführt wie:

• Gewährleistung der Zufuhr von Luft aus der Atmosphäre in die Industrieeinheit und deren Reinigung;
• Luft komprimieren, in technologische Ströme zerlegen;
• Verdampfung von Ammoniak, Reinigung des entsprechenden Gases von Öl und anderen Verunreinigungen sowie dessen anschließende Erwärmung;
• Mischung von gereinigtem Ammoniak und Luft, anschließende Reinigung dieser Mischung und Überführung in den Katalysator;
• Gewinnung von nitrosen Gasen und deren Kühlung;
• Kondensatsammlung mit Salpetersäure;
• Konzentration und Resorption von Salpetersäure;
• Kühlen und Reinigen des resultierenden Produkts.

Fertige Säure wird zum Lager oder Kunden geschickt.

Neben der betrachteten Technologie zur Herstellung von Salpetersäure - AK-72 - wird ein weiteres beliebtes Konzept zur Freisetzung der entsprechenden Substanz verwendet, bei dem der Betrieb der industriellen Infrastruktur bei einem Druck von etwa 0,7 MPa sichergestellt wird. Betrachten Sie seine Funktionen.

Produktfreigabetechnologie unter Druck 0,7 MPa: Nuancen

Die fragliche Technologie produziert nicht konzentrierte Salpetersäure als Alternative zum AK-72-Konzept. Es beinh altet die Umsetzung der folgenden Phasen der Freisetzung des betreffenden Stoffes.

Zunächst wird wie bei der bisherigen Technologie die atmosphärische Luft gereinigt. Dazu wird in der Regel ein zweistufiger Filter verwendet. Außerdem wird die gereinigte Luft komprimiertmittels Luftkompressor - bis ca. 0,35 MPa. In diesem Fall wird die Luft erhitzt - bis zu einer Temperatur von etwa 175 Grad, und sie muss gekühlt werden. Nachdem dieses Problem gelöst ist, geht es in den Bereich der zusätzlichen Kompression, in dem sein Druck auf etwa 0,716 MPa ansteigt. Der resultierende Luftstrom wiederum wird durch die Einwirkung von nitrosen Gasen auf eine hohe Temperatur erhitzt - etwa 270 Grad. Anschließend wird es in einem speziellen Bereich der Industrieanlage mit Ammoniak vermischt. Der entsprechende Stoff wird aktiviert, wenn die Säure zunächst in gasförmigem Zustand freigesetzt wird, der durch Verdunstung der Flüssigkeit entsteht. Außerdem muss das Ammoniak gereinigt werden. Nach der Aufbereitung wird das Gas erhitzt und gleichzeitig mit Luft dem Mischer zugeführt. Auch dieses Gemisch wird filtriert und nach Reinigung der Umsetzung von Ammoniak zugeführt. Das entsprechende Verfahren wird unter Verwendung von Netzen aus Platin- und Rhodiumlegierungen bei einer sehr hohen Temperatur - etwa 900 Grad - durchgeführt. Die Conversion-Rate liegt bei etwa 96 %.

Die Herstellung von schwacher Salpetersäure gemäß der betrachteten Technologie beinh altet die Bildung von nitrosen Gasen. Sie werden in einen speziellen Bereich der Industrieeinheit gebracht, in dem sie gekühlt werden. Dadurch verdunstet das gereinigte Wasser und es entsteht Dampf mit hohem Druck. Durch den entsprechenden Bereich der Industrieeinheit gelangen nitrose Gase in das Oxidationsmittel. Es ist zu bemerken, dass ihre Oxydation teilweise schon beim Vorhergehenden erfolgtSäureproduktionsschritte. Aber im Oxidizer wird es noch intensiver. In diesem Fall werden nitrose Gase auf eine Temperatur von etwa 335 Grad erhitzt. Anschließend werden sie in einem speziellen Wärmetauscher gekühlt und dann zum Kondensator geleitet.

Danach entsteht Salpetersäure in schwacher Konzentration. Es ist notwendig, die restlichen nitrosen Gase davon abzutrennen - dazu wird ein Abscheider verwendet. Daraus wird Salpetersäure in den Absorptionsbereich der Industrieanlage geleitet. Anschließend strömt die Säure in darunter liegende Bereiche der Apparatur. Gleichzeitig interagiert es mit Stickoxiden, wodurch seine Konzentration zunimmt. Am Ausgang sind es etwa 55-58%. Es enthält normalerweise gelöste Oxide, die entfernt werden müssen: Dazu wird die Substanz in den Spülbereich der Einheit geschickt. Mit Hilfe erhitzter Luft werden der Säure Oxide entzogen. Das fertige Produkt wird ins Lager gestellt oder an den Kunden versendet.

Herstellung von konzentrierter Säure: Direktsynthese

Nachdem wir uns überlegt haben, wie die Herstellung von verdünnter Salpetersäure durchgeführt wird, werden wir die Besonderheiten der Freisetzung einer konzentrierten Substanz untersuchen. Die Säureproduktion durch Direktsynthese aus Rohstoffen in Form von Stickoxiden gehört zu den kostengünstigsten Technologien, die in Unternehmen mit entsprechendem Profil eingesetzt werden.

Das Wesen dieser Methode besteht darin, eine chemische Reaktion zwischen der angegebenen Substanz, Wasser und Sauerstoff unter einem Druck von etwa 5 MPa anzuregen. Die Technologie, mit der die Herstellung von Salpetersäure durchgeführt wirdkonzentrierter Typ auf der Basis eines verdünnten Typs hat eine Nuance: Die Gewährleistung des Übergangs von Stickstoffdioxid in eine flüssige Form ist bei einem Druck und einer Temperatur nahe der Atmosphäre möglich. Bei manchen Reaktionen reicht die Konzentration des entsprechenden Stoffes jedoch nicht aus, um ihn bei Normaldruck in einen flüssigen Zustand zu überführen, und muss erhöht werden.

Herstellung von konzentrierter Säure aus verdünnter Säure

In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass die Säure durch absorbierende Substanzen - wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, verschiedene Nitratlösungen - konzentriert wird. Die Hauptschritte bei der Herstellung von konzentrierter Salpetersäure auf Basis verdünnter Schwefelsäure sind wie folgt.

Zunächst wird der Rohstoff in 2 Ströme aufgeteilt: Der erste wird in den Verdampfer geleitet, der zweite - tritt in den k alten Bereich der Industrieeinheit ein. Oberhalb des zweiten Dünnsalpetersäurestroms wird Schwefelsäure in den Bereich der Apparatur eingespeist. Dem unteren Teil der Einheit wird wiederum Dampf zugeführt, der das verwendete Gemisch erhitzt, wodurch Salpetersäure daraus verdampft. Ihre Dämpfe steigen im Gerät auf, wonach sie in den Kühlschrank gebracht werden. Dort kondensieren Säuredämpfe - bis ihre Konzentration 98-99 % erreicht.

Gleichzeitig wird ein Teil der in diesem Produktionsschritt vorhandenen Stickoxide von der Säure aufgenommen. Sie müssen aus dem Produkt extrahiert werden: Meistens werden zu diesem Zweck Salpetersäuredämpfe verwendet, die zum Kondensator geleitet werden. Die extrahierten Stickoxide sowie Säuredämpfe, die kein Kondensat gebildet haben, werden in einen anderen Bereich des Geräts geleitet - zur Absorption, wo sie mit Wasser behandelt werden. Dabei entsteht Dünnsäure, die erneut der Kondensation und Kühlung zugeführt wird. Das fertige Produkt wird an das Lager oder an den Kunden gesendet.

Konzentrationsmerkmale mit Schwefelsäure

Die Hauptaufgabe, die die Herstellung von Salpetersäure in der Industrie charakterisiert, ist die Umsetzung ihrer kostengünstigen und effizienten Konzentration. Es gibt mehrere Ansätze, um ein optimales Schema zu seiner Lösung zu entwickeln. Es wird nützlich sein, diejenigen zu berücksichtigen, die zu den häufigsten gehören.

Wir haben oben angemerkt, dass Schwefelsäure verwendet werden kann, um die betreffende Substanz zu konzentrieren. Es gibt eine ziemlich übliche Methode, um die Wirksamkeit seiner Verwendung zu erhöhen - eine vorläufige Erhöhung der Konzentration von Salpetersäure durch Verdampfung. Optimalerweise hat die entsprechende Substanz vor der Behandlung mit Schwefelsäure eine Konzentration von etwa 59–60 %. Zu beachten ist, dass sich diese Technologie zur Herstellung von Salpetersäure in der Praxis durch eine geringe Umweltfreundlichkeit auszeichnet. Daher ist als Alternative zur Verwendung von Schwefelsäure die Verwendung von Nitraten üblich. Lassen Sie uns ihre Besonderheiten genauer untersuchen.

Konzentration mit Nitraten

Am häufigsten werden Magnesium- oder Zinknitrate zur Lösung des betrachteten Problems verwendet, das die Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak charakterisiert. Zunächst einmal ist es deutlich umweltfreundlicher als das Verfahrenunter Einsatz von Schwefelsäure. Darüber hinaus gewährleistet diese Technologie die höchste Qualität der Salpetersäure als Endprodukt.

Gleichzeitig weist es eine Reihe von Mängeln auf, die das Auftreten von Schwierigkeiten bei seiner weit verbreiteten Anwendung vorherbestimmen. Zuallererst sind dies ziemlich hohe Kosten des Produktionsprozesses. Darüber hinaus beinh altet diese Technologie in vielen Fällen die Produktion von festen Abfällen, deren Verarbeitung kompliziert sein kann.

Einsatz von Katalysatoren bei der Herstellung von Salpetersäure

Es ist sinnvoll zu überlegen, welche anderen Stoffe zusammen mit den Hauptrohstoffen für die Herstellung des fraglichen Produkts in der industriellen (meistens werden Katalysatoren als solche angesehen) Herstellung von Salpetersäure verwendet werden. Die Verwendung der betreffenden Stoffe ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, die Rentabilität der Säureproduktion zu erhöhen und die Dynamik ihrer Produktion in einer industriellen Einheit zu erhöhen.

Die Hauptanforderung an den Katalysator bei der Herstellung des betreffenden Produkts ist die Selektivität der Wirkung. Das heißt, es muss die chemische Hauptreaktion beeinflussen, ohne Nebenprozesse zu beeinträchtigen. Am häufigsten werden bei der Säureherstellung Katalysatoren verwendet, die Platin enth alten.

Oben haben wir angemerkt, dass bei der Freisetzung einer schwach konzentrierten Substanz bei erhöhtem Druck Katalysatoren auf der Basis von Platin und Rhodium verwendet werden. Teilweise werden auch Legierungen mit Palladiumzusatz verwendet. Aber das Hauptmetall in ihnen istPlatin, sein Geh alt beträgt normalerweise nicht weniger als 81%. Die Essenz des Katalysators besteht in diesem Fall darin, den schnellen Ablauf der chemischen Hauptreaktion zu stimulieren. Es passiert in der Regel innerhalb der äußeren Diffusionsstrecke.

Der Prozess hängt von den Grenzen der Sauerstoffdiffusion relativ zur Katalysatoroberfläche ab. Dieses Merkmal verursacht eine höhere Konzentration von Ammoniak, dem Hauptrohstoff für die Herstellung von Salpetersäure, auf der Oberfläche eines oder manchmal des Katalysators im Vergleich zur Konzentration in Luft. Es ist möglich, das spezifische Gewicht verschiedener Nebenreaktionen zu erhöhen, bei denen eine unvollständige Oxidation und die Bildung von Stickstoff oder seinem Oxid beobachtet werden. In dieser Hinsicht muss Sauerstoff in der Nähe der Oberfläche in einer ausreichenden Menge vorhanden sein, um Ammoniak zu verdrängen. In diesem Fall ist es möglich, eine ausreichend tiefe Oxidation zu erreichen.

Es ist festzuh alten, dass neben Platinkatalysatoren auch kombinierte Substanzen an der Herstellung von Salpetersäure beteiligt sind. Insbesondere Eisen-Chrom. Sie können die volkswirtschaftlichen Kosten, die die Herstellung des jeweiligen Stoffes kennzeichnen, deutlich reduzieren.

Also haben wir die Methoden zur Herstellung von Salpetersäure betrachtet und ihre Haupttypen identifiziert. Wie viele Stufen der Salpetersäureproduktion umgesetzt werden müssen, hängt von ihrer Art sowie der spezifischen Technologie zur Freisetzung des entsprechenden Stoffes ab. Nun wäre es sinnvoll zu überlegen, welche Schwierigkeiten die industrielle Herstellung dieses in vielen Bereichen der Wirtschaft nachgefragten Produkts charakterisieren.

Hauptprobleme inSalpetersäureproduktion

Wie wir bereits wissen, beinh altet die Herstellung von Salpetersäure durch das Kontaktverfahren - eines der gebräuchlichsten in der modernen Industrie - die Verwendung eines Katalysators, um die Oxidation von Ammoniak zu beschleunigen und die Ausbeute zu erhöhen das Produkt. Das Hauptproblem bei der Herstellung des betrachteten Produkts ist der recht hohe Preis des entsprechenden Katalysators. Seine Selektivität erreicht jedoch nicht immer den optimalen Wert. Außerdem kann ein erheblicher Teil des Platins, das als Hauptelement für den Katalysator verwendet wird, während der Produktion verloren gehen. Dadurch sinkt wiederum die Wirtschaftlichkeit des Outputs des Produkts.

Ein weiteres Problem, das die Produktion von Salpetersäure charakterisiert, ist die Umwelt. Oben haben wir festgestellt, dass Schwefelsäure bei der Konzentration von Rohstoffen verwendet werden kann und beim Durchlaufen des entsprechenden Produktionszyklus schädliche Substanzen entstehen. Eine Alternative kann in diesem Fall die Verwendung von Nitraten sein – aber dies impliziert wiederum eine Erhöhung der wirtschaftlichen Kosten. Der Umweltfaktor für moderne Hersteller ist heute jedoch ebenso bedeutend wie die Rentabilität der Produktion.