Výroba kyseliny dusičné v průmyslu: technologie, stupně, vlastnosti

Kyselina dusičná patří mezi nejoblíbenější druhy průmyslových surovin. Jeho výroba může být provedena různými způsoby - v závislosti na druhu kyseliny, v níž má být kyselina dodána zákazníkovi. Jaká je podstata odpovídajících technologií? Jak se týkají typu kyseliny dusičné vyrobené v továrně?

Průmyslová výroba kyselina dusičná: historie vývoje technologie

Za prvé, bude užitečné studovat historické fakty o tom, jak se výroba kyseliny dusičné v Rusku rozvíjela. V domácím průmyslu bylo uvolnění této látky, pokud se budeme řídit dostupnými informacemi, zahájeno pod Petrem I. Následně navrhla MV Lomonosova způsob výroby kyselina dusičná ze soli - tato látka byla vlastně považována za hlavní surovinu pro uvolnění dotyčné látky do počátku 20. století.

Spolu s lepidlem byla výroba kyseliny dusičné v průmyslu provedena kyselina sírová. Oba zvažované látky, vzájemně interagující, tvořily kyselinu dusičnou a kyselinu sírovou oxid sodný. Výhodou této metody byla možnost získání kyseliny dusičné v koncentraci řádově 96-98% (za předpokladu, že se používají suroviny požadované kvality).

Příslušná technologie byla aktivně vyvinuta - ve prospěch zvýšení rychlosti zpracování surovin a zajištění uvolnění většího objemu produktu. Postupně však postupně vyvrátil koncept, že výroba kyseliny dusičné byla prováděna kontaktní oxidací amoniaku.

Byla také vyvinuta metoda, ve které byla použita hlavní surovina pro výrobu kyseliny oxid dusnatý, Získává se pomocí oxidace oblouku odpovídajícího plynu z atmosféry. Společným hlediskem je, že první metoda je ekonomicky životaschopnější.

Se zlepšením technologických přístupů k výrobě kyseliny dusičné byl vyvinut přístup, ve kterém je nejvhodnější možností výroby příslušné látky použití průmyslové infrastruktury provozované za zvýšeného tlaku. Alternativně k tomu - výroba kyseliny za atmosférického tlaku, která je z hospodářského hlediska považována za ekonomicky méně efektivní.

Uvolňování látky při normálním nebo zvýšeném tlaku znamená produkci kyseliny dusičné z čpavku. Existuje také kombinovaná metoda, která kombinuje výhody ostatních dvou. Zvláštností výroby kyseliny dusičné kombinovanou metodou je jednak oxidace amoniaku při atmosférickém tlaku a absorpce amoniaku ve zvýšeném množství.

Amoniak je nyní považován za hlavní surovinu pro uvolňování dotyčné látky spolu s vodou a atmosférickým vzduchem. Podívejme se podrobně na specifika jejich použití při výrobě kyseliny.

Surovina na výrobu kyseliny dusičné

Hlavní suroviny používané při výrobě dané látky jsou tedy čpavek, vzduch a voda.

To vyžaduje použití čpavku v čisté formě. Pro tento účel se čistí v různých výrobních cyklech za použití speciálního odpařovacího a destilačního zařízení. Podobně s uvolněním kyseliny dusičné by měl být použit čistý vzduch. To je také filtrováno pomocí speciálního vybavení. Na druhou stranu se voda, která se používá při výrobě kyseliny dusičné, čistí nečistotami a solemi. V mnoha případech musí být k výrobě dotyčné látky použit čistý kondenzát.

Budeme studovat, v jakých druzích může být daná látka zastoupena, stejně jako jak se vyrábí každý typ kyseliny dusičné.

Odrůdy kyseliny dusičné a hlavní fáze její výroby

Existují dva typy kyseliny dusičné, vyráběné v moderních průmyslových podnicích - zředěné a koncentrované. Výroba zředěné kyseliny dusičné se provádí ve třech hlavních etapách:

• konverze amoniaku (jeho konečným produktem je oxid dusíku);
• přijímání oxid dusičitý;
• absorpce oxidů dusíku použitím vody.

V moderních průmyslových závodech je uvolňování zředěné kyseliny dusičné běžné v rámci tzv. AK-72 schématu. Existují samozřejmě další technologie pro uvolnění této látky.

Na druhé straně může být výroba koncentrované kyseliny dusičné provedena zvýšením obsahu látky ve zředěné formě nebo přímou syntézou. První způsob zpravidla umožňuje získat kyselý roztok v koncentraci přibližně 68%, což nemusí být dostatečné pro použití dané látky v řadě oblastí. Proto je také běžná metoda přímé syntézy, která umožňuje získat látku v koncentraci přibližně 97-98%.

Podívejme se podrobněji na to, jak se kyselina dusičná vyrábí v určité odrůdě. Dále jsme si uvědomili, že uvolňování zředěných látek může být provedeno podle schématu AK-72. Pojďme studovat na počátku svou specifičnost.

Výroba zředěné kyseliny pomocí technologie AK-72

Uvažovaný režim, kterým se vyrábí kyselina dusičná, zahrnuje použití uzavřeného cyklu, doprovázeného:

• konverze amoniaku;
• ochlazení doprovodných plynů při tlaku v rozmezí od 0,42 do 0,47 MPa:
• absorpcí oxidů pod tlakem řádově 1,1 až 1,26 MPa.

Konečný produkt schématu AK-72 - kyselina dusičná v koncentraci asi 60%. Výroba kyseliny dusičné v rámci zvažované technologie probíhá v rámci těchto etap:

• Zajištění proudění vzduchu z atmosféry do průmyslové jednotky a jeho čištění;
• komprese vzduchu, jeho oddělení do technologických proudů;
• odpařování amoniaku, čištění odpovídajícího plynu z oleje a jiných nečistot, stejně jako jeho následné zahřívání;
• míchání čištěného amoniaku a vzduchu, následné čištění směsi a její přenesení na katalyzátor;
• získání dusičných plynů a jejich chlazení;
• sběr kondenzátu kyselinou dusičnou;
• koncentrace a absorpce kyseliny dusičné;
• chlazení a čištění výsledného produktu.

Hotová kyselina je zaslána do skladovacího zařízení nebo zákazníkovi.

Spolu s technologií posuzovaného, ​​ve kterém je výroba kyseliny dusičné - se nanese AK-72 je další populární koncept uvolňování látky, která zahrnuje zajištění průmyslovou infrastrukturu fungující za tlaku asi 0,7 MPa. Zvažme jeho vlastnosti.

Technologie uvolňování produktu pod tlakem 0,7 MPa: nuance

Díky dotyčné technologii se provádí výroba nekoncentrované kyseliny dusičné - jako alternativa k konceptu AK-72. Zahrnuje realizaci následujících etap uvolňování dané látky.

Za prvé, stejně jako v předchozí technologii, je atmosférický vzduch čištěn. Za tímto účelem se zpravidla používá dvoustupňový filtr. Poté je vzduch, čištění bypassu, stlačován pomocí vzduchového kompresoru - přibližně na 0,35 MPa. Vzduch se ohřeje na teplotu řádově 175 stupňů a musí být chlazen. Po vyřešení tohoto úkolu je tento úsek zaslán do oblasti dodatečného stlačení, ve kterém se jeho tlak zvyšuje na cca 0,716 MPa. Výsledný proud vzduchu se pak ohřívá na vysokou teplotu - asi 270 stupňů působením dusíkatých plynů. Po smíchání s amoniakem ve speciální oblasti průmyslové jednotky. Odpovídající látka se aktivuje, když se kyselina uvolní zpočátku v plynném stavu, který vzniká v důsledku odpařování kapaliny. Kromě toho musí být amoniak čištěn. Po přípravě se plyn zahřívá a vloží do směšovače současně se vzduchem. Tato směs se také filtruje a po čištění se přivádí k přeměně amoniaku. Odpovídající postup se provádí za použití mřížek z platiny a slitiny rhodia při velmi vysoké teplotě - přibližně 900 stupňů. Úroveň konverze je přibližně 96%.

Produkce slabé kyseliny dusičné podle dané technologie znamená tvorbu dusičných plynů. Vystupují do speciální oblasti průmyslové jednotky, ve které jsou chlazeny. To vede k odpaření vyčištěné vody a výskytu vysokotlaké páry. Provedené přes příslušnou oblast průmyslové jednotky jsou nitrouské plyny převedeny do okysličovadla. Je třeba poznamenat, že jejich oxidace částečně nastává již v předchozí fázi produkce kyseliny. Ale v oxidačním zařízení se stává ještě intenzivnější. Současně se nitrozní plyny zahřívají na teplotu 335 stupňů. Následně jsou ochlazeny ve speciálním výměníku tepla a poté jsou odesílány do kondenzátoru.

Poté vzniká kyselina dusičná ve slabé koncentraci. Je nutné oddělit z něj zbývající dusík - pro tento účel se používá separátor. Z toho je kyselina dusičná přiváděna do absorpční oblasti průmyslové jednotky. Kyselina následně proudí do níže uvedených oblastí přístroje. V tomto případě interaguje s oxidy dusíku, čímž se zvyšuje jeho koncentrace. Na výstupu je asi 55-58%. To zpravidla obsahuje rozpuštěné oxidy, které musí být extrahovány: pro tento účel je látka poslána do čistící oblasti jednotky. S pomocí ohřátého vzduchu se z kyseliny extrahují oxidy. Hotový výrobek je umístěn ve skladu nebo je dodáván zákazníkovi.

Výroba koncentrované kyseliny: přímá syntéza

Poté, co jsme zkoumali, jak se vyrábí zředěná kyselina dusičná, zkoumme specifičnost uvolňování koncentrované látky. Mezi ekonomicky nejdostupnější technologie zapojené do podniků příslušného profilu patří výroba kyseliny přímou syntézou ze surovin ve formě oxidů dusíku.

Podstatou této metody je stimulovat chemickou reakci mezi touto látkou, vodou a také kyslíkem pod tlakem 5 MPa. Technologie, na kterých je produkce koncentrované typu kyseliny dusičné, vztaženo na zředěný má Nuance: poskytnutí přenosu oxidu dusíku v kapalné formě, je možné s tlakem při teplotě blízké atmosférickému. Při některých reakcích je však koncentrace odpovídající látky nedostatečná pro její likvidaci při běžném tlaku a musí se zvýšit.

Výroba koncentrované kyseliny na bázi zředěné kyseliny

V tomto případě se předpokládá, že kyselina je koncentrována absorpčními látkami - jako je kyselina sírová, kyselina fosforečná, různé roztoky dusičnanů. Hlavní etapy výroby koncentrované kyseliny dusičné na bázi zředěné kyseliny sírové jsou následující.

Nejprve se surovina rozdělí na 2 proudy: první se přivádí do výparníku, druhá - spadne do chladného prostoru průmyslové jednotky. Kyselina sírová je dodávána do oblasti přístroje nad druhým proudem zředěné kyseliny dusičné. Ve spodní části jednotky je pak dodávána pára, která ohřívá použitou směs, takže se z ní odpařuje kyselina dusičná. Jeho výpary vystupují po zařízení a poté jsou vypouštěny do chladničky. Tam, kyselé páry kondenzuje - dokud jeho koncentrace nedosáhne 98-99%.

Současně jsou některé z oxidů dusíku přítomných v tomto stupni absorbovány kyselinou. Musí být extrahovány z výrobku: nejčastěji se k tomuto účelu používá pára kyseliny dusičné, která se přivádí do kondenzátoru. Vytažené oxidy dusíku, stejně jako kyselé páry, které netvoří kondenzát, jsou posílány do jiné oblasti absorpce zařízení, kde se podrobí úpravě vody. Výsledkem je tvorba zředěné kyseliny, která se opět zavádí ke kondenzaci a chlazení. Hotový produkt je odeslán do skladu nebo zákazníka.

Vlastnosti koncentrace kyselinou sírovou

Hlavním úkolem, který charakterizuje produkci kyseliny dusičné v průmyslu, je realizace jeho nákladově efektivní a efektivní koncentrace. Existuje několik přístupů k vývoji optimálního schématu pro jeho řešení. Bude užitečné zvážit ty, které jsou nejčastější.

Poznamenali jsme výše, že kyselina sírová může být použita k soustředění dotyčné látky. Existuje docela běžný způsob, jak zvýšit účinnost jeho použití - předběžné zvýšení koncentrace kyseliny dusičné odpařením. Optimální je, aby před ošetřením kyselinou sírovou měla příslušná látka koncentraci přibližně 59-60%. Je třeba poznamenat, že v praxi je tato technologie výroby kyseliny dusičné charakterizována nízkou úrovní šetrnosti k životnímu prostředí. Jako alternativa k použití kyseliny sírové je proto používání dusičnanů běžná. Podívejme se podrobněji na jejich specifika.

Koncentrace s dusičnany

Nejčastěji se používají dusičnany hořčíku nebo zinku pro řešení problému, který charakterizuje produkci kyseliny dusičné z čpavku. Především je mnohem ekologičtější než metoda, která zahrnuje použití kyseliny sírové. Kromě toho tato technologie umožňuje poskytnout nejvyšší kvalitu kyseliny dusičné jako konečný produkt.

Současně má řadu nedostatků, které předurčují vznik obtíží v jeho rozšířeném uplatňování. Za prvé, jde o poměrně vysokou cenu výrobního procesu. Kromě toho tato technologie v mnoha případech zahrnuje vznik tuhého odpadu, jehož zpracování může být komplikované.

Použití katalyzátorů při výrobě kyseliny dusičné

Bude užitečné zvážit, jaké další látky se používají společně s hlavní surovinou pro výrobu daného produktu v průmyslové výrobě (nejčastěji jako katalyzátory) výroby kyseliny dusičné. Použití dotčených látek je zapříčiněno potřebou zvýšit ziskovost výroby kyseliny, zvýšit dynamiku jejího výkonu na průmyslové jednotce.

Hlavním požadavkem pro katalyzátor při výrobě dotyčného produktu je selektivita akce. To znamená, že musí jednat o základní chemické reakci bez ovlivnění vedlejších procesů. Nejčastěji při výrobě kyselin se jedná o katalyzátory, ve kterých je přítomna platina.

Dále jsme si uvědomili, že při uvolňování slabě koncentrované látky při zvýšeném tlaku se jedná o katalyzátory na bázi platiny a rhodia. V některých případech se používají i slitiny s přídavkem paladia. Ale hlavním kovem v nich je platina, její obsah je obvykle nejméně 81%. Podstatou katalyzátoru v tomto případě je stimulovat rychlý průchod základní chemické reakce. Spravidla probíhá v rámci části vnější difúze.

Způsob závisí na limitech difúze kyslíku vzhledem k povrchu katalyzátoru. Tato vlastnost způsobuje vyšší koncentraci amoniaku, hlavní surovinu pro výrobu kyseliny dusičné, na povrchu tohoto nebo někdy katalyzátoru, pokud porovnáme odpovídající index s koncentrací ve vzduchu. Je možné zvýšit specifickou hmotnost různých nežádoucích reakcí, při kterých dochází k neúplné oxidaci a tvorbě dusíku nebo jeho oxidu. V tomto ohledu by měl kyslík na povrchu být dostatečný k odstranění amoniaku. V tomto případě bude možné dosáhnout dostatečně hluboké oxidace.

Je možné poznamenat, že společně s platinovými katalyzátory se kombinované látky také používají při výrobě kyseliny dusičné. Zejména železo-chrom. Umožňují podstatně snížit ekonomické náklady charakterizující uvolnění dané látky.

Zvažovali jsme způsoby výroby kyseliny dusičné, identifikovali jsme její hlavní typy. Kolik stupňů výroby kyseliny dusičné je třeba realizovat, závisí na její rozmanitosti a na konkrétní technologii uvolňování příslušné látky. Bude nyní užitečné zvážit, jaké složitosti charakterizují průmyslovou výrobu tohoto produktu, který je v poptávce v mnoha sférách ekonomiky.

Hlavní problémy při výrobě kyseliny dusičné

Tak, jak již víme, výroba kyseliny dusičné při styku s - jedním z nejčastějších v moderním průmyslu, zahrnuje aktivaci katalyzátoru k urychlení oxidace amoniaku a zvýšení výtěžku produktu. Hlavním problémem při uvolnění dotyčného produktu je relativně vysoká cena odpovídajícího katalyzátoru. Jeho selektivita však vždy nedosahuje optimální hodnoty. Dále významná část platiny, která se používá jako hlavní prvek pro katalyzátor, může být při výrobě ztracena. V důsledku toho se opět sníží ekonomická účinnost výrobku.

Dalším problémem, který charakterizuje produkci kyseliny dusičné, je životní prostředí. Poznamenali jsme výše, že kyselina sírová může být použita pro koncentraci surovin a škodlivé látky se tvoří při průchodu příslušného výrobního cyklu. Alternativou v tomto případě může být použití dusičnanů - ale to opět znamená zvýšení ekonomických nákladů. Faktor životního prostředí pro moderní výrobce je však nyní stejně významný jako úroveň ziskovosti výroby.