Salpetersäure gehört zu den gefragtestenArten von Industrierohstoffen. Die Herstellung kann nach verschiedenen Methoden erfolgen - je nachdem, welche Art von Säure an den Kunden geliefert werden soll. Was ist das Wesentliche der jeweiligen Technologien? In welcher Beziehung stehen sie zur Art der im Werk hergestellten Salpetersäure?
Industrielle Produktion von Salpetersäure: Geschichte der technologischen Entwicklung
Zunächst wird es nützlich sein, das Historische zu studierenFakten über die Entwicklung der Salpetersäureproduktion in Russland. In der heimischen Industrie wurde die Freisetzung dieses Stoffes nach den verfügbaren Informationen unter Peter I. eingeleitet. Anschließend schlug M. V. Lomonosov ein Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure aus Nitrat vor - dieser Stoff wurde bis Anfang des 20. Jahrhunderts tatsächlich als Hauptrohstoff für die Herstellung des betreffenden Stoffes angesehen.
Zusammen mit Nitrat wird die Produktion von Salpetersäure inIndustrie wurde unter Verwendung von Schwefelsäure durchgeführt. Die beiden betrachteten Substanzen bildeten unter Wechselwirkung Salpetersäure und Schwefelnatriumoxid. Der Vorteil dieses Verfahrens war die Fähigkeit, Salpetersäure in einer Konzentration von etwa 96 bis 98% zu erhalten (vorbehaltlich der Verwendung von Rohstoffen der erforderlichen Qualität).
Geeignete Technologie ist aktiv genugverbessert - zugunsten der Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit von Rohstoffen und der Sicherstellung der Produktion eines größeren Produktvolumens. Aber allmählich gab es dem Konzept Platz, nach dem die Herstellung von Salpetersäure durch Kontaktoxidation von Ammoniak durchgeführt wurde.
Es wurde auch ein Verfahren erfunden, nach dem alsStickstoffmonoxid wurde als Hauptrohstoff für die Herstellung von Säure verwendet, die durch Lichtbogenoxidation des entsprechenden Gases aus der Atmosphäre erhalten wurde. Es gibt eine weit verbreitete Sichtweise, nach der die erste Methode wirtschaftlicher ist.
Als technologischAnsätze zur Herstellung von Salpetersäure Es wurde ein Ansatz entwickelt, nach dem die optimalste Option für die Herstellung des betreffenden Stoffes die Nutzung einer unter erhöhtem Druck arbeitenden industriellen Infrastruktur ist. Eine Alternative ist die Herstellung von Säure bei atmosphärischem Druck, die aus wirtschaftlicher Sicht als weniger kostengünstig angesehen wird.
Freisetzung einer Substanz mit normaler oder erhöhterDruck setzt die Produktion von Salpetersäure aus Ammoniak voraus. Es gibt auch eine kombinierte Methode, die die Vorteile der beiden anderen kombiniert. Die Besonderheiten der Herstellung von Salpetersäure nach dem kombinierten Verfahren liegen zum einen in der Oxidation von Ammoniak bei atmosphärischem Druck und der Umsetzung seiner Absorption - in erhöhtem Maße.
Ammoniak gilt heute neben Wasser und Luft als Hauptrohstoff für die Freisetzung des betreffenden Stoffes. Lassen Sie uns die Besonderheiten ihrer Verwendung bei der Herstellung von Säure genauer untersuchen.
Rohstoffe für die Salpetersäureproduktion
Die Hauptrohstoffe für die Herstellung des betreffenden Stoffes sind also Ammoniak, Luft und auch Wasser.
Dies erfordert die Verwendung von Ammoniak in gereinigtembilden. Zu diesem Zweck wird es in verschiedenen Produktionszyklen mit speziellen Verdampfungs- und Destillationsanlagen gereinigt. Ebenso muss beim Ablassen von Salpetersäure saubere Luft verwendet werden. Es wird auch mit speziellen Geräten gefiltert. Das zur Freisetzung von Salpetersäure verwendete Wasser wird wiederum von Verunreinigungen und Salzen gereinigt. In vielen Fällen muss reines Kondensat verwendet werden, um den betreffenden Stoff zu erhalten.
Wir werden untersuchen, in welchen Sorten der betreffende Stoff präsentiert werden kann und wie jede Art von Salpetersäure hergestellt wird.
Salpetersäuresorten und die Hauptstufen ihrer Freisetzung
Es gibt 2 Arten von Salpetersäure,hergestellt in modernen Industrieanlagen - verdünnt und konzentriert. Die Herstellung von verdünnter Salpetersäure erfolgt in 3 Hauptstufen:
- Umwandlung von Ammoniak (sein Endprodukt ist Stickoxid);
- Erhalten von Stickstoffdioxid;
- die Umsetzung der Absorption von Stickoxiden bei Verwendung von Wasser.
In modernen Industrieunternehmen ist die Produktion von verdünnter Salpetersäure im Rahmen des sogenannten AK-72-Systems weit verbreitet. Es gibt aber natürlich auch andere Technologien zur Freisetzung dieser Substanz.
Die Produktion von wiederum konzentriertSalpetersäure kann durch Erhöhen des Gehalts der entsprechenden Substanz in verdünnter Form oder durch direkte Synthese durchgeführt werden. Das erste Verfahren ermöglicht es in der Regel, eine saure Lösung in einer Konzentration von etwa 68% zu erhalten, was für die Verwendung des betreffenden Stoffes in einer Reihe von Bereichen möglicherweise nicht ausreicht. Daher ist auch das Verfahren der Direktsynthese weit verbreitet, wodurch es möglich wird, eine Substanz in einer Konzentration von etwa 97 bis 98% zu erhalten.
Schauen wir uns genauer an, wieProduktion von Salpetersäure in der einen oder anderen Form. Oben haben wir festgestellt, dass die Freisetzung einer verdünnten Substanz gemäß dem AK-72-Schema erfolgen kann. Lassen Sie uns zuerst die Einzelheiten untersuchen.
Verdünnte Säureproduktion mit AK-72 Technologie
Das betrachtete Schema, durch das die Herstellung von Salpetersäure durchgeführt wird, beinhaltet die Verwendung eines geschlossenen Kreislaufs, begleitet von:
- Umwandlung von Ammoniak;
- Abkühlen der zugehörigen Gase auf einen Druck von etwa 0,42 bis 0,47 MPa:
- die Durchführung der Absorption von Oxiden unter einem Druck von etwa 1,1-1,26 MPa.
Das Endprodukt des AK-72-Schemas ist Salpetersäure in einer Konzentration von etwa 60%. Die Herstellung von Salpetersäure im Rahmen der betrachteten Technologie erfolgt im Rahmen folgender Stufen:
- Gewährleistung des Luftstroms aus der Atmosphäre in die Industrieanlage und Durchführung ihrer Reinigung;
- Luftkompression, die in technologische Ströme unterteilt wird;
- die Durchführung der Verdampfung von Ammoniak, die Reinigung des entsprechenden Gases aus Öl und anderen Verunreinigungen sowie dessen anschließende Erwärmung;
- Mischen von gereinigtem Ammoniak und Luft, anschließende Reinigung dieses Gemisches und Übertragen auf den Katalysator;
- Gewinnung von nitrosen Gasen und deren Abkühlung;
- Sammlung von Kondensat mit Salpetersäure;
- Konzentration und Absorption von Salpetersäure;
- Abkühlen und Reinigen des resultierenden Produkts.
Die fertige Säure wird zum Lager oder zum Kunden geschickt.
Zusammen mit der betrachteten Technologie, nach derDie Herstellung von Salpetersäure - AK-72 wird durchgeführt, ein weiteres beliebtes Konzept zur Freisetzung des entsprechenden Stoffes wird angewendet, bei dem das Funktionieren der industriellen Infrastruktur unter einem Druck von etwa 0,7 MPa sichergestellt wird. Betrachten wir seine Funktionen.
Produktfreigabetechnologie unter einem Druck von 0,7 MPa: Nuancen
Durch die fragliche Technologie,Als Alternative zum AK-72-Konzept wird nicht konzentrierte Salpetersäure hergestellt. Dabei werden die folgenden Phasen der Freisetzung des betreffenden Stoffes durchgeführt.
Zunächst einmal, wie bei der vorherigen Technologie,atmosphärische Luft wird gereinigt. Hierzu wird in der Regel ein zweistufiger Filter eingesetzt. Weiterhin wird die gereinigte Luft mittels eines Luftkompressors auf ca. 0,35 MPa komprimiert. In diesem Fall erwärmt sich die Luft auf eine Temperatur von etwa 175 Grad und muss gekühlt werden. Nachdem dieses Problem gelöst ist, wird es auf den Bereich der zusätzlichen Kompression gerichtet, in dem sein Druck auf etwa 0,716 MPa ansteigt. Der sich bildende Luftstrom wird wiederum durch Einwirkung von Stickstoffgasen auf eine hohe Temperatur erhitzt - etwa 270 Grad. Anschließend wird es in einem speziellen Bereich der Industrieanlage mit Ammoniak gemischt. Die entsprechende Substanz ist an der Freisetzung der Säure beteiligt, zunächst in gasförmigem Zustand, die durch Verdampfung der Flüssigkeit entsteht. Außerdem muss Ammoniak gereinigt werden. Nach der Herstellung wird das Gas erhitzt und gleichzeitig mit Luft dem Mischer zugeführt. Diese Mischung wird ebenfalls filtriert und nach Reinigung der Ammoniakumwandlung zugeführt. Das entsprechende Verfahren wird mit Netzen aus Platin und Rhodiumlegierung bei einer sehr hohen Temperatur von etwa 900 Grad durchgeführt. Die Conversion-Rate beträgt ca. 96%.
Schwache Salpetersäureproduktion durchDie betrachtete Technologie beinhaltet die Bildung von nitrosen Gasen. Sie werden in einen speziellen Bereich der Industrieanlage geführt, in dem sie gekühlt werden. Aufgrund dessen verdampft das gereinigte Wasser und es tritt Hochdruckdampf auf. Stickstoffgase, die durch den entsprechenden Bereich der Industrieanlage geleitet werden, werden in das Oxidationsmittel überführt. Es ist zu beachten, dass ihre Oxidation teilweise bereits in der vorherigen Stufe der Säureproduktion auftritt. In einem Oxidationsmittel wird es jedoch noch intensiver. In diesem Fall werden salpetrige Gase auf eine Temperatur von etwa 335 Grad erhitzt. Anschließend werden sie in einem speziellen Wärmetauscher gekühlt und dann zum Kondensator geschickt.
Danach wird Salpetersäure in einem schwachen gebildetKonzentration. Es ist notwendig, die verbleibenden nitrosen Gase davon abzutrennen - hierfür wird ein Abscheider verwendet. Von dort wird Salpetersäure in den Absorptionsbereich einer Industrieanlage eingespeist. Die Säure fließt anschließend in die unteren Bereiche der Vorrichtung. Gleichzeitig interagiert es mit Stickoxiden, wodurch seine Konzentration zunimmt. Am Ausgang sind es ungefähr 55-58%. Es enthält normalerweise gelöste Oxide, die entfernt werden müssen. Dazu wird die Substanz in den Abblasbereich des Geräts geleitet. Mit Hilfe von erwärmter Luft werden Oxide aus der Säure entfernt. Das fertige Produkt wird ins Lager gebracht oder an den Kunden versendet.
Konzentrierte Säureproduktion: direkte Synthese
Nach Überlegung, wie die Produktion durchgeführt wirdverdünnte Salpetersäure, lassen Sie uns die Besonderheiten der Freisetzung der konzentrierten Substanz untersuchen. Zu den wirtschaftlichsten Technologien, die in Unternehmen mit entsprechendem Profil eingesetzt werden, gehört die Herstellung von Säure durch direkte Synthese aus Rohstoffen in Form von Stickoxiden.
Die Essenz dieser Methode ist zu stimulierenchemische Reaktion zwischen der angegebenen Substanz, Wasser und Sauerstoff unter einem Druck von etwa 5 MPa. Die Technologie, mit der die Herstellung von konzentrierter Salpetersäure auf der Basis einer verdünnten Salpetersäure durchgeführt wird, hat eine Nuance: Sie stellt sicher, dass der Übergang von Stickstoffdioxid in eine flüssige Form bei einem Druck und einer Temperatur nahe der Atmosphäre möglich ist. Bei einigen Reaktionen reicht die Konzentration der entsprechenden Substanz jedoch nicht aus, um sie bei normalem Druck in einen flüssigen Zustand umzuwandeln, und sie muss erhöht werden.
Konzentrierte Säureproduktion bezogen auf verdünnt
In diesem Fall wird von einer Konzentration ausgegangenSäuren durch Absorption von Substanzen wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, verschiedenen Nitratlösungen. Die Hauptstufen bei der Herstellung von konzentrierter Salpetersäure auf der Basis von verdünnter Schwefelsäure sind wie folgt.
Zunächst wird der Rohstoff in zwei Ströme aufgeteilt:Der erste wird in den Verdampfer eingespeist, der zweite in den kalten Bereich der Industrieanlage. Schwefelsäure wird dem Bereich der Vorrichtung stromaufwärts des zweiten verdünnten Salpetersäurestroms zugeführt. Dem unteren Teil der Einheit wird wiederum Dampf zugeführt, der das verwendete Gemisch erwärmt, wodurch Salpetersäure daraus verdampft. Seine Dämpfe steigen im Gerät auf und werden anschließend in den Kühlschrank gebracht. Dort kondensieren Säuredämpfe, bis ihre Konzentration 98-99% erreicht.
Darüber hinaus einige der im Rahmen vorhandenenIn diesem Stadium der Produktion von Stickoxiden wird die Säure absorbiert. Sie müssen aus dem Produkt entfernt werden: Meist werden zu diesem Zweck Salpetersäuredämpfe verwendet, die dem Kondensator zugeführt werden. Die extrahierten Stickoxide sowie Säuredämpfe, die kein Kondensat gebildet haben, werden zur Absorption in einen anderen Bereich der Apparatur geleitet, wo sie mit Wasser behandelt werden. Dadurch entsteht verdünnte Säure, die wiederum der Kondensation und Kühlung zugeführt wird. Das fertige Produkt wird an das Lager oder an den Kunden gesendet.
Merkmale der Konzentration mit Schwefelsäure
Die Hauptaufgabe, die charakterisiertIndustrielle Salpetersäureproduktion - die Implementierung einer kostengünstigen und effizienten Salpetersäurekonzentration. Es gibt verschiedene Ansätze, um ein optimales Schema für seine Lösung zu entwickeln. Es wird nützlich sein, diejenigen zu berücksichtigen, die zu den häufigsten gehören.
Wir haben oben für die Konzentration notiertAls Substanz kann Schwefelsäure verwendet werden. Es gibt einen ziemlich üblichen Weg, um die Effizienz seiner Verwendung zu erhöhen - eine vorläufige Erhöhung der Salpetersäurekonzentration durch Verdunstung. Optimalerweise hat die entsprechende Substanz vor der Behandlung mit Schwefelsäure eine Konzentration von etwa 59-60%. Es ist zu beachten, dass diese Salpetersäureproduktionstechnologie in der Praxis durch eine geringe Umweltfreundlichkeit gekennzeichnet ist. Daher ist die Verwendung von Nitraten als Alternative zur Verwendung von Schwefelsäure weit verbreitet. Lassen Sie uns ihre Besonderheiten genauer untersuchen.
Konzentration mit Nitraten
Meistens, um das betreffende Problem zu lösen,zur Charakterisierung der Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak, Magnesium oder Zinknitraten werden verwendet. Erstens ist es wesentlich umweltfreundlicher als die Methode der Verwendung von Schwefelsäure. Darüber hinaus gewährleistet diese Technologie die höchste Qualität von Salpetersäure als Endprodukt.
Gleichzeitig hat es eine Reihe von Nachteilen, diedas Auftreten von Schwierigkeiten bei seiner weit verbreiteten Verwendung vorbestimmen. Erstens sind es ziemlich hohe Kosten des Produktionsprozesses. Darüber hinaus beinhaltet diese Technologie in vielen Fällen das Auftreten von festen Abfällen, deren Verarbeitung kompliziert sein kann.
Verwendung von Katalysatoren bei der Herstellung von Salpetersäure
Es wird nützlich sein zu überlegen, welche anderen Substanzenwerden zusammen mit dem Hauptrohstoff für die Freisetzung des betreffenden Produkts bei der industriellen Herstellung von Salpetersäure (meistens werden Katalysatoren als solche angesehen) verwendet. Die Verwendung der fraglichen Substanzen beruht auf der Notwendigkeit, die Rentabilität der Säureproduktion zu erhöhen, um die Dynamik ihrer Produktion in einer Industrieanlage zu erhöhen.
Die Hauptanforderung an den Katalysator, wennHerstellung des betreffenden Produkts - Selektivität der Aktion. Das heißt, es muss auf die chemische Hauptreaktion einwirken, ohne die Nebenprozesse zu beeinflussen. Am häufigsten sind platinhaltige Katalysatoren an der Säureproduktion beteiligt.
Oben haben wir das beim Loslassen bemerktvon einer schwach konzentrierten Substanz bei erhöhtem Druck sind Katalysatoren auf der Basis von Platin und Rhodium beteiligt. In einigen Fällen werden auch Palladium-dotierte Legierungen verwendet. Das Hauptmetall in ihnen ist jedoch Platin, sein Gehalt beträgt normalerweise mindestens 81%. Die Essenz des Katalysators besteht in diesem Fall darin, den schnellen Durchgang der chemischen Hauptreaktion zu stimulieren. Sie findet in der Regel innerhalb des externen Diffusionsabschnitts statt.
In diesem Fall hängt der Prozess von den Diffusionsgrenzen abSauerstoff relativ zur Katalysatoroberfläche. Dieses Merkmal verursacht eine höhere Konzentration von Ammoniak, dem Hauptrohstoff für die Freisetzung von Salpetersäure, auf der Oberfläche eines Katalysators, wenn wir den entsprechenden Indikator mit der Konzentration in Luft vergleichen. Eine Erhöhung des spezifischen Gewichts verschiedener Nebenreaktionen ist möglich, bei denen eine unvollständige Oxidation und die Bildung von Stickstoff oder dessen Oxid beobachtet werden. In dieser Hinsicht muss Sauerstoff an der Oberfläche in einer Menge vorhanden sein, die ausreicht, um Ammoniak zu verdrängen. In diesem Fall ist es möglich, eine ausreichend tiefe Oxidation zu erreichen.
Es kann festgestellt werden, dass zusammen mit PlatinKatalysatoren, kombinierte Substanzen sind auch an der Herstellung von Salpetersäure beteiligt. Insbesondere Eisenchrom. Sie können die wirtschaftlichen Kosten, die die Freisetzung des betreffenden Stoffes kennzeichnen, erheblich senken.
Also untersuchten wir die Methoden zur Herstellung von StickstoffSäuren, identifizierte seine Haupttypen. Wie viele Stufen der Salpetersäureproduktion durchgeführt werden müssen, hängt von der Art und der spezifischen Produktionstechnologie des entsprechenden Stoffes ab. Es wird nun nützlich sein zu überlegen, welche Schwierigkeiten die industrielle Produktion dieses Produkts charakterisieren, die in vielen Bereichen der Wirtschaft gefragt ist.
Die Hauptprobleme bei der Herstellung von Salpetersäure
Also, wie wir bereits wissen, die Produktion von StickstoffSäure nach der Kontaktmethode - eine der häufigsten in der modernen Industrie - beinhaltet die Verwendung eines Katalysators, um die Oxidation von Ammoniak zu beschleunigen und die Produktausbeute zu erhöhen. Das Hauptproblem bei der Freisetzung des betrachteten Produkts ist der ziemlich hohe Preis des entsprechenden Katalysators. Darüber hinaus erreicht seine Selektivität nicht immer den optimalen Wert. Außerdem kann ein erheblicher Teil des Platins, das als Hauptelement für den Katalysator verwendet wird, während der Herstellung verloren gehen. Infolgedessen wird wiederum die Wirtschaftlichkeit der Produktfreigabe verringert.
Ein weiteres Problem, das die Produktion charakterisiertSalpetersäure - ökologisch. Oben haben wir festgestellt, dass beim Konzentrieren des Rohmaterials Schwefelsäure verwendet werden kann und nach Durchlaufen des entsprechenden Produktionszyklus schädliche Substanzen gebildet werden. Eine Alternative in diesem Fall kann die Verwendung von Nitraten sein - dies impliziert jedoch wiederum einen Anstieg der wirtschaftlichen Kosten. Der Umweltfaktor für moderne Hersteller ist heute jedoch ebenso wichtig wie die Rentabilität der Produktion.
