Kyselina dusičná patří mezi nejžádanějšídruhy průmyslových surovin. Jeho výrobu lze provádět různými způsoby - podle toho, jaký druh kyseliny má být zákazníkovi dodán. Co je podstatou příslušných technologií? Jak souvisí s typem kyseliny dusičné vyráběné v továrně?
Průmyslová výroba kyseliny dusičné: historie vývoje technologie
Nejprve bude užitečné prostudovat si historickéfakta o tom, jak se v Rusku vyvinula výroba kyseliny dusičné. V domácím průmyslu bylo uvolňování této látky, pokud se budeme řídit dostupnými informacemi, zahájeno za Petera I. Následně společnost MV Lomonosov navrhla způsob výroby kyseliny dusičné z dusičnanů - tato látka byla ve skutečnosti považována za hlavní surovinu pro výroba dotyčné látky až do začátku 20. století.
Spolu s dusičnany, výroba kyseliny dusičné vprůmysl byl prováděn s použitím kyseliny sírové. Tyto dvě uvažované látky při vzájemné interakci tvořily kyselinu dusičnou a oxid sodný sírový. Výhodou této metody byla schopnost získat kyselinu dusičnou v koncentraci asi 96-98% (při použití surovin požadované kvality).
Příslušná technologie je dostatečně aktivnívylepšeno - ve prospěch zvýšení rychlosti zpracování surovin a zajištění produkce většího objemu produktu. Postupně však ustoupil konceptu, podle kterého se výroba kyseliny dusičné prováděla kontaktní oxidací amoniaku.
Byl také vynalezen způsob, podle kterého, jakoOxid dusnatý byl použit jako hlavní surovina pro výrobu kyseliny, která byla získána oxidací elektrického oblouku odpovídajícího plynu z atmosféry. Existuje rozšířený úhel pohledu, podle kterého je první metoda ekonomicky životaschopnější.
Jako technologickýpřístupy k výrobě kyseliny dusičné byl vytvořen přístup, podle kterého nejoptimálnější možností pro výrobu příslušné látky je využití průmyslové infrastruktury pracující pod zvýšeným tlakem. Alternativou je výroba kyseliny za atmosférického tlaku, která je z ekonomického hlediska považována za méně nákladnou.
Uvolňování látky normální nebo zvýšenétlak předpokládá produkci kyseliny dusičné z amoniaku. Existuje také kombinovaná metoda, která kombinuje výhody ostatních dvou. Zvláštnosti výroby kyseliny dusičné kombinovanou metodou jsou za prvé v oxidaci amoniaku za atmosférického tlaku a provádění jeho absorpce - při zvýšené.
Amoniak je nyní považován za hlavní surovinu pro uvolňování dané látky spolu s vodou a atmosférickým vzduchem. Podívejme se podrobněji na specifika jejich použití při výrobě kyseliny.
Suroviny pro výrobu kyseliny dusičné
Hlavními surovinami používanými při výrobě dané látky jsou tedy amoniak, vzduch a také voda.
To vyžaduje použití amoniaku v čištěnémformulář. K tomu se čistí v různých výrobních cyklech pomocí speciálního odpařovacího a destilačního zařízení. Podobně musí být při vypouštění kyseliny dusičné použit čistý vzduch. Filtruje se také pomocí speciálního vybavení. Voda, která se používá k uvolňování kyseliny dusičné, se zase čistí od nečistot a solí. V mnoha případech musí být k získání dané látky použit čistý kondenzát.
Budeme studovat odrůdy, ve kterých lze dotyčnou látku prezentovat, a také způsob, jakým se každý typ kyseliny dusičné vyrábí.
Odrůdy kyseliny dusičné a hlavní fáze jejího uvolňování
Existují 2 typy kyseliny dusičné,vyráběné v moderních průmyslových závodech - ředěné a koncentrované. Výroba zředěné kyseliny dusičné se provádí ve 3 hlavních stupních:
- přeměna amoniaku (jeho konečným produktem je oxid dusíku);
- získání oxidu dusičitého;
- provádění absorpce oxidů dusíku při použití vody.
V moderních průmyslových podnicích je výroba zředěné kyseliny dusičné rozšířena v rámci takzvaného schématu AK-72. Existují ovšem samozřejmě i jiné technologie pro uvolňování této látky.
Na druhé straně je výroba koncentrovanákyselinu dusičnou lze provést zvýšením hladiny odpovídající látky ve zředěné formě nebo přímou syntézou. První metoda zpravidla umožňuje získat kyselý roztok v koncentraci přibližně 68%, což nemusí stačit pro použití dotyčné látky v řadě oblastí. Proto je také rozšířená metoda přímé syntézy, která umožňuje získat látku v koncentraci přibližně 97-98%.
Podívejme se blíže na to, jakvýroba kyseliny dusičné v té či oné formě. Výše jsme si všimli, že uvolňování zředěné látky lze provádět podle schématu AK-72. Nejprve si prostudujme jeho specifika.
Výroba zředěné kyseliny pomocí technologie AK-72
Uvažovaný režim, jehož prostřednictvím se provádí výroba kyseliny dusičné, zahrnuje použití uzavřeného cyklu doprovázeného:
- přeměna amoniaku;
- chlazení přidružených plynů při tlaku asi 0,42-0,47 MPa:
- provádění absorpce oxidů pod tlakem asi 1,1 - 1,26 MPa.
Konečným produktem schématu AK-72 je kyselina dusičná v koncentraci asi 60%. Výroba kyseliny dusičné v rámci uvažované technologie se provádí v rámci takových fází, jako jsou:
- zajištění proudění vzduchu z atmosféry do průmyslové jednotky a provádění jejího čištění;
- stlačování vzduchu a jeho rozdělení na technologické proudy;
- provádění odpařování amoniaku, čištění příslušného plynu z ropy a jiných nečistot, jakož i jeho následné zahřívání;
- smíchání vyčištěného amoniaku a vzduchu, následné čištění této směsi a její převedení do katalyzátoru;
- získávání dusných plynů a jejich chlazení;
- sběr kondenzátu s kyselinou dusičnou;
- koncentrace a absorpce kyseliny dusičné;
- chlazení a čištění výsledného produktu.
Hotová kyselina je odeslána do skladu nebo k zákazníkovi.
Spolu s uvažovanou technologií, podle kteréuplatňuje se výroba kyseliny dusičné - AK-72; uplatňuje se další populární koncept uvolňování odpovídající látky, který spočívá v zajištění fungování průmyslové infrastruktury pod tlakem asi 0,7 MPa. Zvažme jeho vlastnosti.
Technologie uvolňování produktu pod tlakem 0,7 MPa: nuance
Prostřednictvím dotyčné technologienekoncentrovaná kyselina dusičná se vyrábí jako alternativa k konceptu AK-72. Zahrnuje provedení následujících fází uvolňování dané látky.
Nejprve, stejně jako v předchozí technologii,atmosférický vzduch je vyčištěn. K tomu se zpravidla používá dvoustupňový filtr. Dále je vzduch, který byl vyčištěn, stlačen pomocí vzduchového kompresoru - na přibližně 0,35 MPa. V tomto případě se vzduch zahřeje - na teplotu asi 175 stupňů a musí být ochlazen. Poté, co je tento problém vyřešen, je směrován do oblasti dodatečné komprese, ve které se jeho tlak zvýší na přibližně 0,716 MPa. Proud formujícího se vzduchu se zase zahřívá na vysokou teplotu - asi 270 stupňů působením dusičných plynů. Poté je ve speciální oblasti průmyslové jednotky smíchán s amoniakem. Odpovídající látka se podílí na uvolňování kyseliny, zpočátku v plynném stavu, která se tvoří odpařováním kapaliny. Kromě toho musí být amoniak čištěn. Po přípravě se plyn zahřívá a přivádí do mixéru současně se vzduchem. Tato směs se také filtruje a po čištění se přivádí ke konverzi amoniaku. Odpovídající postup se provádí pomocí sítí vyrobených ze slitiny platiny a rhodia při velmi vysoké teplotě - asi 900 stupňů. Konverzní poměr je přibližně 96%.
Slabá produkce kyseliny dusičné douvažovaná technologie zahrnuje tvorbu dusných plynů. Jsou vedeny do speciální oblasti průmyslové jednotky, ve které jsou chlazeny. Díky tomu se vyčištěná voda odpaří a objeví se vysokotlaká pára. Dusíkaté plyny procházející příslušnou oblastí průmyslové jednotky jsou převedeny do oxidačního zařízení. Je třeba poznamenat, že k jejich oxidaci částečně dochází již v předchozí fázi výroby kyseliny. Ale v oxidačním činidle se stává ještě intenzivnějším. V tomto případě se dusíkové plyny zahřívají na teplotu asi 335 stupňů. Následně se ochladí ve speciálním tepelném výměníku a poté se odešlou do kondenzátoru.
Poté se slabě tvoří kyselina dusičnákoncentrace. Je nutné z něj oddělit zbývající dusné plyny - k tomu se používá odlučovač. Odtud se kyselina dusičná přivádí do absorpční oblasti průmyslové jednotky. Kyselina následně proudí do spodních oblastí aparátu. Současně interaguje s oxidy dusíku, v důsledku čehož se zvyšuje jeho koncentrace. Na výstupu je to asi 55-58%. Obvykle obsahuje rozpuštěné oxidy, které musí být odstraněny: za tímto účelem je látka odeslána do odkalovací oblasti jednotky. Pomocí ohřátého vzduchu se z kyseliny odstraní oxidy. Hotový výrobek je umístěn ve skladu nebo odeslán zákazníkovi.
Koncentrovaná produkce kyseliny: přímá syntéza
Po zvážení způsobu výrobyzředěné kyseliny dusičné, budeme studovat specifika uvolňování koncentrované látky. Mezi ekonomicky nejúspornější technologie používané v podnicích s odpovídajícím profilem patří výroba kyseliny přímou syntézou ze surovin ve formě oxidů dusíku.
Podstatou této metody je stimulacechemická reakce mezi specifikovanou látkou, vodou a kyslíkem pod tlakem asi 5 MPa. Technologie, při které se vyrábí koncentrovaná kyselina dusičná na bázi zředěné, má nuance: zajistit přechod oxidu dusičitého do kapalné formy je možný při tlaku a teplotě blízké atmosférickému. V některých reakcích je však koncentrace odpovídající látky nedostatečná pro její převedení do kapalného stavu při běžném tlaku a musí být zvýšena.
Koncentrovaná produkce kyseliny na základě zředěného
V tomto případě se předpokládá, žekyseliny absorpcí látek, jako je kyselina sírová, kyselina fosforečná, různé roztoky dusičnanů. Hlavní fáze výroby koncentrované kyseliny dusičné na bázi zředěné kyseliny sírové jsou následující.
Nejprve se surovina rozdělí na 2 proudy:první se přivádí do výparníku, druhý vstupuje do chladné oblasti průmyslové jednotky. Kyselina sírová se přivádí do oblasti zařízení před druhým proudem zředěné kyseliny dusičné. Pára se zase dodává do spodní části jednotky, která ohřívá použitou směs, v důsledku čehož se z ní odpařuje kyselina dusičná. Jeho páry zvedají aparát a poté jsou vyjmuty do chladničky. Zde kondenzují páry kyselin, dokud jejich koncentrace nedosáhne 98-99%.
Navíc někteří z přítomných v rámciV této fázi výroby oxidů dusíku je absorbován kyselinou. Musí být z produktu odstraněny: nejčastěji se pro tento účel používají páry kyseliny dusičné, které se odvádějí do kondenzátoru. Extrahované oxidy dusíku, stejně jako páry kyselin, které netvoří kondenzát, jsou odeslány do jiné oblasti přístroje - k absorpci, kde jsou ošetřeny vodou. Ve výsledku se vytvoří zředěná kyselina, která se opět přivádí ke kondenzaci a chlazení. Hotový výrobek je odeslán do skladu nebo k zákazníkovi.
Vlastnosti koncentrace s kyselinou sírovou
Hlavní úkol, který charakterizujeprůmyslová výroba kyseliny dusičné - zavedení nákladově efektivní a efektivní koncentrace kyseliny dusičné. Existuje několik přístupů k vývoji optimálního schématu pro jeho řešení. Bude užitečné zvážit ty, které patří mezi nejběžnější.
Výše jsme si všimli, že jde o koncentracilze použít příslušnou látku, kyselinu sírovou. Existuje poměrně běžný způsob, jak zvýšit účinnost jeho použití - předběžné zvýšení koncentrace kyseliny dusičné odpařováním. Optimálně bude mít před zpracováním s kyselinou sírovou odpovídající látka koncentraci asi 59-60%. Je třeba poznamenat, že v praxi se tato technologie výroby kyseliny dusičné vyznačuje nízkou úrovní ohleduplnosti k životnímu prostředí. Proto je použití dusičnanů rozšířené jako alternativa k použití kyseliny sírové. Podívejme se podrobněji na jejich specifika.
Koncentrace s dusičnany
Nejčastěji k vyřešení uvažovaného problému,charakterizuje se výroba kyseliny dusičné z amoniaku, dusičnanu hořečnatého nebo zinečnatého. Za prvé, je podstatně šetrnější k životnímu prostředí než metoda zahrnující použití kyseliny sírové. Tato technologie navíc zajišťuje nejvyšší kvalitu kyseliny dusičné jako konečného produktu.
Současně má řadu nevýhod, kterépředurčují vznik potíží v jeho širokém používání. Především je to poměrně vysoká cena výrobního procesu. Kromě toho tato technologie v mnoha případech zahrnuje vzhled pevného odpadu, jehož zpracování může být komplikované.
Použití katalyzátorů při výrobě kyseliny dusičné
Bude užitečné zvážit, jaké další látkyspolu s hlavní surovinou pro uvolňování daného produktu se používají při průmyslové (nejčastěji se za takové se považují katalyzátory) výrobě kyseliny dusičné. Použití dotyčných látek je způsobeno potřebou zvýšit ziskovost výroby kyselin a zvýšit dynamiku její výroby v průmyslové jednotce.
Hlavní požadavek na katalyzátor, kdyžvýroba dotyčného produktu - selektivita působení. To znamená, že musí působit na hlavní chemickou reakci bez ovlivnění vedlejších procesů. Na výrobě kyseliny se nejčastěji podílejí katalyzátory, které obsahují platinu.
Výše jsme si všimli, že při uvolněníslabě koncentrované látky za zvýšeného tlaku jsou zahrnuty katalyzátory na bázi platiny a rhodia. V některých případech se také používají slitiny dotované palladiem. Ale hlavní kov v nich je platina, její obsah je obvykle nejméně 81%. Podstatou katalyzátoru je v tomto případě stimulovat rychlý průchod hlavní chemické reakce. Zpravidla probíhá uvnitř externí difúzní sekce.
V tomto případě proces závisí na mezích difúzekyslíku vzhledem k povrchu katalyzátoru. Tato vlastnost způsobí vyšší koncentraci amoniaku, hlavní suroviny pro uvolňování kyseliny dusičné, na povrchu katalyzátoru, porovnáme-li odpovídající indikátor s koncentrací ve vzduchu. Je možné zvýšení měrné hmotnosti různých vedlejších reakcí, při kterých je pozorována neúplná oxidace a tvorba dusíku nebo jeho oxidu. V tomto ohledu musí být kyslík na povrchu v množství dostatečném k vytěsnění amoniaku. V tomto případě bude možné dosáhnout dostatečně hluboké oxidace.
Je možné poznamenat, že spolu s platinoukatalyzátory, kombinované látky se také podílejí na výrobě kyseliny dusičné. Zejména železo chrom. Mohou významně snížit ekonomické náklady, které charakterizují uvolňování uvažované látky.
Zkoumali jsme tedy metody výroby dusíkukyseliny, identifikoval jeho hlavní typy. Kolik fází výroby kyseliny dusičné musí být provedeno, závisí na jejím typu a specifické technologii výroby odpovídající látky. Nyní bude užitečné zvážit, jaké obtíže charakterizují průmyslovou výrobu tohoto produktu, která je v mnoha oblastech ekonomiky žádaná.
Hlavní problémy při výrobě kyseliny dusičné
Takže, jak již víme, produkce dusíkumetoda kontaktu s kyselinou - jedna z nejběžnějších v moderním průmyslu, zahrnuje použití katalyzátoru za účelem urychlení oxidace amoniaku a zvýšení výtěžku produktu. Hlavním problémem při uvolňování uvažovaného produktu je poměrně vysoká cena odpovídajícího katalyzátoru. Navíc jeho selektivita ne vždy dosáhne optimální hodnoty. Kromě toho může být během výroby ztracena významná část platiny, která se používá jako hlavní prvek katalyzátoru. V důsledku toho se opět snižuje ekonomická účinnost uvolňování produktu.
Další problém charakterizující výrobukyselina dusičná - ekologická. Výše jsme si všimli, že když se surovina koncentruje, může se použít kyselina sírová a po průchodu příslušným výrobním cyklem se tvoří škodlivé látky. Alternativou v tomto případě může být použití dusičnanů - to však opět znamená zvýšení ekonomických nákladů. Environmentální faktor pro moderní výrobce je však dnes stejně významný jako úroveň ziskovosti výroby.
