Produktion af salpetersyre i industrien: teknologi, stadier, funktioner

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Salpetersyre er en af de mest efterspurgte typer industrielle råvarer. Dens produktion kan udføres ved forskellige metoder - afhængig af sorten, hvori syren skal leveres til kunden. Hvad er essensen af de relevante teknologier? Hvordan er de sammenlignet med den type salpetersyre, der produceres på fabrikken?

Industriel produktion af salpetersyre: en historie med teknologisk udvikling

Først og fremmest vil det være nyttigt at studere de historiske fakta om, hvordan produktionen af salpetersyre udviklede sig i Rusland. I den hjemlige industri blev frigivelsen af dette stof, ifølge tilgængelige oplysninger, igangsat under Peter I. Efterfølgende foreslog M. V. Lomonosov en metode til fremstilling af salpetersyre fra salpeter - dette stof blev faktisk betragtet som det vigtigste råmateriale til produktionen af det pågældende stof indtil begyndelsen af det 20. århundrede.

Sammen med salpeter blev produktionen af salpetersyre i industrien udført ved hjælp af svovlsyre. De to undersøgte stoffer dannede, i vekselvirkning med hinanden, salpetersyre og natriumsvovloxid. Fordelen ved dettemetoden var evnen til at opnå salpetersyre i en koncentration på omkring 96-98 % (afhængigt af brugen af råmaterialer af den krævede kvalitet).

Den tilsvarende teknologi er blevet aktivt forbedret - til fordel for at øge hastigheden af forarbejdning af råvarer og sikre produktionen af en større mængde produkt. Men efterhånden gav det plads til konceptet, at produktionen af salpetersyre blev udført gennem kontaktoxidation af ammoniak.

Der blev også opfundet en metode, hvor nitrogenoxid, opnået ved lysbueoxidation af den tilsvarende gas fra atmosfæren, blev brugt som det vigtigste råmateriale til fremstilling af syre. Der er et udbredt synspunkt om, at den første metode er mere omkostningseffektiv.

Med forbedringen af teknologiske tilgange til produktion af salpetersyre er der blevet dannet en tilgang, ifølge hvilken den mest optimale mulighed for produktion af det tilsvarende stof er brugen af industriel infrastruktur, der opererer under højt tryk. Et alternativ til det er produktionen af syre ved atmosfærisk tryk, som anses for mindre rentabel ud fra et økonomisk synspunkt.

Frigivelse af et stof ved norm alt eller forhøjet tryk involverer produktion af salpetersyre fra ammoniak. Der er også en kombineret metode, der kombinerer fordelene ved de to andre. Egenskaber ved produktionen af salpetersyre ved den kombinerede metode er for det første i oxidationen af ammoniak ved atmosfærisk tryk og implementeringen af dens absorption - kl.steget.

Ammoniak betragtes nu som det vigtigste råmateriale til frigivelsen af det pågældende stof sammen med vand og atmosfærisk luft. Lad os studere de nærmere specifikationer af deres brug i produktionen af syre mere detaljeret.

salpetersyreråvare

Så de vigtigste råmaterialer, der bruges i produktionen af det pågældende stof, er ammoniak, luft og også vand.

Dette kræver brug af renset ammoniak. For at gøre dette renses det i specielt fordampnings- og destillationsudstyr inden for rammerne af forskellige produktionscyklusser. Ligeledes skal der bruges ren luft ved udledning af salpetersyre. Det filtreres også ved hjælp af specialudstyr. Til gengæld bliver vandet, der bruges til fremstilling af salpetersyre, renset for urenheder og s alte. I mange tilfælde skal der bruges rent kondensat for at få det pågældende stof.

Lad os undersøge, hvilke varianter af det pågældende stof der kan præsenteres, samt hvordan hver type salpetersyre fremstilles.

Sorts af salpetersyre og de vigtigste stadier af dens udgivelse

Der er 2 typer salpetersyre produceret i moderne industrianlæg - fortyndet og koncentreret. Produktionen af fortyndet salpetersyre udføres inden for 3 hovedstadier:

• konvertering af ammoniak (dets endelige produkt er nitrogenoxid);
• producerer nitrogendioxid;
• implementering af absorptionen af nitrogenoxider vedvandforbrug.

Produktionen af fortyndet salpetersyre er udbredt i moderne industrivirksomheder under den såkaldte AK-72-ordning. Men der er selvfølgelig andre teknologier til frigivelse af dette stof.

Til gengæld kan produktionen af koncentreret salpetersyre udføres ved at øge niveauet af det tilsvarende stof i fortyndet form eller gennem direkte syntese. Den første metode gør det som regel muligt at opnå en syreopløsning i en koncentration på omkring 68 %, hvilket måske ikke er nok til påføring af det pågældende stof på en række områder. Derfor er metoden med direkte syntese også almindelig, hvilket gør det muligt at opnå et stof i en koncentration på omkring 97-98%.

Lad os se nærmere på, hvordan salpetersyre produceres i en eller anden form. Ovenfor bemærkede vi, at frigivelsen af et fortyndet stof kan udføres i henhold til AK-72-skemaet. Lad os først studere dets detaljer.

Produktion af fortyndet syre ved hjælp af AK-72-teknologi

Den overvejede ordning, hvorigennem produktionen af salpetersyre udføres, involverer brugen af en lukket cyklus, ledsaget af:

• ammoniakkonvertering;
• køling af associerede gasser ved et tryk på omkring 0,42-0,47 MPa:
• udfører absorption af oxider under tryk i størrelsesordenen 1,1-1,26 MPa.

Det endelige produkt af AK-72-skemaet er salpetersyre i en koncentration på omkring 60%. Produktion af salpetersyre indeniden pågældende teknologi udføres inden for rammerne af sådanne faser som:

• sikring af luftindtaget fra atmosfæren til den industrielle enhed og dens rengøring;
• komprimere luft, adskille den i teknologiske strømme;
• fordampning af ammoniak, rensning af den tilsvarende gas fra olie og andre urenheder, samt dens efterfølgende opvarmning;
• blanding af renset ammoniak og luft, efterfølgende rensning af denne blanding og dens overførsel til katalysatoren;
• indhentning af nitrøse gasser og deres afkøling;
• kondensatopsamling med salpetersyre;
• koncentration og absorption af salpetersyre;
• køling og rengøring af det resulterende produkt.

Færdig syre sendes til lager eller kunde.

Sammen med den teknologi, der overvejes til fremstilling af salpetersyre - AK-72, anvendes et andet populært koncept til frigivelse af det tilsvarende stof, som involverer at sikre driften af industriel infrastruktur ved et tryk på omkring 0,7 MPa. Overvej dets funktioner.

Produktfrigivelsesteknologi under pres 0,7 MPa: nuancer

Den pågældende teknologi producerer ikke-koncentreret salpetersyre som et alternativ til AK-72-konceptet. Det indebærer implementering af følgende trin i frigivelsen af det pågældende stof.

Først og fremmest renses den atmosfæriske luft som i den tidligere teknologi. Til dette formål anvendes som regel et to-trins filter. Yderligere komprimeres den luft, der er blevet rensetved hjælp af en luftkompressor - op til cirka 0,35 MPa. I dette tilfælde opvarmes luften - op til en temperatur på omkring 175 grader, og den skal afkøles. Efter at dette problem er løst, går det til området med yderligere kompression, hvor dets tryk stiger til cirka 0,716 MPa. Den resulterende luftstrøm opvarmes til gengæld til en høj temperatur - omkring 270 grader gennem påvirkning af nitrøse gasser. Det blandes derefter med ammoniak i et særligt område af den industrielle enhed. Det tilsvarende stof aktiveres, når syren i første omgang frigives i en gasform, som dannes på grund af væskens fordampning. Desuden skal ammoniakken renses. Efter tilberedning opvarmes gassen og føres ind i blanderen samtidigt med luft. Denne blanding filtreres også og tilføres efter rensning til omdannelse af ammoniak. Den tilsvarende procedure udføres ved hjælp af platin- og rhodiumlegeringsnet ved en meget høj temperatur - omkring 900 grader. Konverteringsraten er omkring 96%.

Produktion af svag salpetersyre ifølge den pågældende teknologi involverer dannelse af nitrøse gasser. De bringes til et særligt område af den industrielle enhed, hvor de afkøles. På grund af dette fordamper det rensede vand og udseendet af damp med højt tryk. Udført gennem det relevante område af den industrielle enhed, bevæger nitrøse gasser sig ind i oxidationsmidlet. Det skal bemærkes, at deres oxidation delvist forekommer allerede ved det foregåendesyreproduktionstrin. Men i oxidationsmidlet bliver det endnu mere intenst. I dette tilfælde opvarmes nitrøse gasser til en temperatur på omkring 335 grader. Efterfølgende afkøles de i en speciel varmeveksler, og derefter sendes de til kondensatoren.

Derefter dannes salpetersyre i en svag koncentration. Det er nødvendigt at adskille de resterende nitrøse gasser fra det - en separator bruges til dette. Fra den tilføres salpetersyre til absorptionsområdet for den industrielle enhed. Syren strømmer efterfølgende ind i områder af apparatet nedenfor. Samtidig interagerer det med nitrogenoxider, som et resultat af dets koncentration stiger. Ved udgangen er det omkring 55-58%. Det indeholder norm alt opløste oxider, der skal fjernes: for dette sendes stoffet til enhedens renseområde. Ved hjælp af opvarmet luft udvindes oxider fra syren. Det færdige produkt placeres på lageret eller sendes til kunden.

Produktion af koncentreret syre: direkte syntese

Efter at have overvejet, hvordan produktionen af fortyndet salpetersyre udføres, vil vi undersøge de nærmere omstændigheder ved frigivelsen af et koncentreret stof. Syreproduktion ved direkte syntese fra råmaterialer i form af nitrogenoxider er blandt de mest omkostningseffektive teknologier, der anvendes i virksomheder med den relevante profil.

Essensen af denne metode er at stimulere en kemisk reaktion mellem det specificerede stof, vand og oxygen under et tryk på omkring 5 MPa. Teknologien, hvorved produktionen af salpetersyre udføreskoncentreret type på basis af en fortyndet, har en nuance: at sikre, at overgangen af nitrogendioxid til en flydende form er mulig ved et tryk og en temperatur tæt på atmosfærisk. I nogle reaktioner er koncentrationen af det tilsvarende stof imidlertid utilstrækkelig til at overføre det til en flydende tilstand ved norm alt tryk, og det skal øges.

Produktion af koncentreret syre baseret på fortyndet syre

I dette tilfælde antages det, at syren er koncentreret ved hjælp af absorberende stoffer - såsom svovlsyre, fosforsyre, forskellige opløsninger af nitrater. De vigtigste trin i produktionen af koncentreret salpetersyre baseret på fortyndet svovlsyre er som følger.

For det første er råmaterialet opdelt i 2 strømme: den første føres ind i fordamperen, den anden - går ind i det kolde område af den industrielle enhed. Svovlsyre tilføres til området af apparatet over den anden fortyndede salpetersyrestrøm. Til gengæld tilføres damp til den nederste del af enheden, som opvarmer den anvendte blanding, hvilket resulterer i, at salpetersyre fordamper fra den. Hendes dampe stiger op i apparatet, hvorefter de tages ud i køleskabet. Der kondenserer syredampe - indtil koncentrationen når 98-99%.

Samtidig absorberes nogle af de nitrogenoxider, der er til stede i dette produktionstrin, af syren. De skal udvindes fra produktet: Oftest bruges salpetersyredampe til dette formål, som sendes til kondensatoren. De ekstraherede nitrogenoxider såvel som syredampe, der ikke dannede et kondensat, sendes til et andet område af apparatet - til absorption, hvor de behandles med vand. Som følge heraf dannes fortyndet syre, som igen føres til kondensering og afkøling. Det færdige produkt sendes til lageret eller til kunden.

Funktioner ved koncentration med svovlsyre

Den vigtigste opgave, der kendetegner produktionen af salpetersyre i industrien, er implementeringen af dens omkostningseffektive og effektive koncentration. Der er flere tilgange til at udvikle en optimal ordning til at løse det. Det vil være nyttigt at overveje dem, der er blandt de mest almindelige.

Vi bemærkede ovenfor, at svovlsyre kan bruges til at koncentrere det pågældende stof. Der er en ret almindelig måde at øge effektiviteten af dens brug på - en foreløbig stigning i koncentrationen af salpetersyre gennem fordampning. Optim alt, før behandling med svovlsyre, vil det tilsvarende stof have en koncentration på omkring 59-60%. Det skal bemærkes, at denne teknologi til fremstilling af salpetersyre i praksis er kendetegnet ved et lavt niveau af miljøvenlighed. Som et alternativ til brugen af svovlsyre er brugen af nitrater derfor almindelig. Lad os studere deres detaljer mere detaljeret.

Koncentration med nitrater

Oftest bruges magnesium- eller zinknitrater til at løse det problem, der overvejes, og som kendetegner produktionen af salpetersyre fra ammoniak. Først og fremmest er den væsentligt mere miljøvenlig end metodeninvolverer brug af svovlsyre. Derudover sikrer denne teknologi den højeste kvalitet af salpetersyre som slutprodukt.

Samtidig har den en række mangler, som forudbestemmer forekomsten af vanskeligheder i dens udbredte anvendelse. Først og fremmest er dette en ret høj omkostning ved produktionsprocessen. Derudover involverer denne teknologi i mange tilfælde produktion af fast affald, hvis behandling kan være kompliceret.

Brug af katalysatorer til fremstilling af salpetersyre

Det vil være nyttigt at overveje, hvilke andre stoffer der bruges sammen med de vigtigste råmaterialer til fremstillingen af det pågældende produkt i den industrielle (oftest betragtes katalysatorer som sådan) produktion af salpetersyre. Brugen af de pågældende stoffer skyldes behovet for at øge rentabiliteten af syreproduktion, øge dynamikken i dens produktion i en industriel enhed.

Hovedkravet til katalysatoren i produktionen af det pågældende produkt er selektiviteten af handling. Det vil sige, at det skal påvirke den kemiske hovedreaktion uden at påvirke sideprocesser. Oftest bruges katalysatorer til fremstilling af syre, som indeholder platin.

Ovenfor bemærkede vi, at når et svagt koncentreret stof frigives ved forhøjet tryk, bruges katalysatorer baseret på platin og rhodium. I nogle tilfælde anvendes også legeringer med tilsætning af palladium. Men hovedmetallet i dem erplatin, dets indhold er norm alt ikke mindre end 81%. Essensen af katalysatoren i dette tilfælde er at stimulere den hurtige passage af den vigtigste kemiske reaktion. Som regel passerer den inden for den eksterne diffusionssektion.

Processen afhænger af grænserne for oxygendiffusion i forhold til katalysatoroverfladen. Denne egenskab forårsager en højere koncentration af ammoniak, det vigtigste råmateriale til fremstilling af salpetersyre, på overfladen af en eller nogle gange katalysatoren sammenlignet med koncentrationen i luft. Det er muligt at øge vægtfylden af forskellige sidereaktioner, hvor der observeres ufuldstændig oxidation og dannelsen af nitrogen eller dets oxid. I denne henseende skal oxygen nær overfladen være i en mængde, der er tilstrækkelig til at fortrænge ammoniak. I dette tilfælde vil det være muligt at opnå en tilstrækkelig dyb oxidation.

Det kan bemærkes, at sammen med platinkatalysatorer er kombinerede stoffer også involveret i produktionen af salpetersyre. Især jern-chrom. De kan reducere de økonomiske omkostninger, der kendetegner produktionen af det pågældende stof betydeligt.

Så vi har overvejet metoderne til produktion af salpetersyre, identificeret dens hovedtyper. Hvor mange stadier af salpetersyreproduktion, der skal implementeres, afhænger af dens type såvel som den specifikke teknologi til frigivelse af det tilsvarende stof. Det ville være nyttigt nu at overveje, hvilke vanskeligheder der karakteriserer den industrielle produktion af dette produkt, som er efterspurgt i mange områder af økonomien.

Hovedproblemer isalpetersyreproduktion

Så, som vi allerede ved, involverer produktionen af salpetersyre ved kontaktmetoden - en af de mest almindelige i moderne industri, brugen af en katalysator for at accelerere oxidationen af ammoniak og øge udbyttet af produktet. Hovedproblemet i produktionen af det pågældende produkt er den ret høje pris på den tilsvarende katalysator. Dens selektivitet når dog ikke altid den optimale værdi. Derudover kan en betydelig del af platinet, der bruges som hovedelementet til katalysatoren, gå tabt under produktionen. Som et resultat heraf falder omkostningseffektiviteten af produktets output igen.

Et andet problem, der kendetegner produktionen af salpetersyre, er miljøet. Ovenfor bemærkede vi, at svovlsyre kan bruges med koncentrationen af råvarer, og ved at passere gennem den tilsvarende produktionscyklus dannes skadelige stoffer. Et alternativ i dette tilfælde kan være brugen af nitrater - men dette indebærer igen en stigning i økonomiske omkostninger. Imidlertid er miljøfaktoren for moderne producenter i dag lige så vigtig som produktionsrentabiliteten.