Produksjon av salpetersyre i industrien: teknologi, stadier, funksjoner

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Salpetersyre er en av de mest etterspurte typene industrielle råvarer. Produksjonen kan utføres ved forskjellige metoder - avhengig av sorten som syren skal leveres til kunden i. Hva er essensen av de relevante teknologiene? Hvordan er de sammenlignet med typen salpetersyre som produseres på fabrikken?

Industriell produksjon av salpetersyre: en historie med teknologiutvikling

Først og fremst vil det være nyttig å studere de historiske fakta om hvordan produksjonen av salpetersyre utviklet seg i Russland. I den innenlandske industrien ble frigjøringen av dette stoffet, ifølge tilgjengelig informasjon, initiert under Peter I. Deretter foreslo M. V. Lomonosov en metode for produksjon av salpetersyre fra salpeter - dette stoffet ble faktisk ansett som det viktigste råmaterialet for produksjonen av det aktuelle stoffet frem til begynnelsen av 1900-tallet.

Sammen med salpeter ble produksjonen av salpetersyre i industrien utført ved bruk av svovelsyre. De to stoffene under vurdering, i samspill med hverandre, dannet salpetersyre og natriumsvoveloksid. Fordelen med dettemetoden var evnen til å oppnå salpetersyre i en konsentrasjon på ca. 96-98 % (avhengig av bruk av råvarer av nødvendig kvalitet).

Den korresponderende teknologien har blitt aktivt forbedret - til fordel for å øke hastigheten på bearbeiding av råvarer og sikre produksjon av et større produktvolum. Men etter hvert ble det konseptet at produksjonen av salpetersyre ble utført gjennom kontaktoksidasjon av ammoniakk.

Det ble også oppfunnet en metode der nitrogenoksid, oppnådd ved lysbueoksidasjon av den tilsvarende gassen fra atmosfæren, ble brukt som hovedråstoff for produksjon av syre. Det er et utbredt synspunkt om at den første metoden er mer kostnadseffektiv.

Med forbedringen av teknologiske tilnærminger til produksjon av salpetersyre, har det blitt dannet en tilnærming der det mest optimale alternativet for produksjon av det tilsvarende stoffet er bruk av industriell infrastruktur som opererer under høyt trykk. Et alternativ til det er produksjon av syre ved atmosfærisk trykk, som anses som mindre lønnsomt fra et økonomisk synspunkt.

Frigivelse av et stoff ved norm alt eller forhøyet trykk innebærer produksjon av salpetersyre fra ammoniakk. Det finnes også en kombinert metode som kombinerer fordelene med de to andre. Funksjoner ved produksjonen av salpetersyre ved den kombinerte metoden er for det første i oksidasjon av ammoniakk ved atmosfærisk trykk, og implementeringen av dens absorpsjon - kl.økt.

Ammoniakk regnes nå som hovedråstoffet for frigjøring av det aktuelle stoffet, sammen med vann og atmosfærisk luft. La oss studere detaljene ved bruken av dem i produksjonen av syre mer detaljert.

salpetersyreråstoff

Så, de viktigste råvarene som brukes i produksjonen av det aktuelle stoffet er ammoniakk, luft og også vann.

Dette krever bruk av renset ammoniakk. For å gjøre dette renses det i spesielt fordampnings- og destillasjonsutstyr innenfor rammen av ulike produksjonssykluser. Tilsvarende må det brukes ren luft ved utslipp av salpetersyre. Det filtreres også ved hjelp av spesialutstyr. I sin tur blir vannet som brukes i produksjonen av salpetersyre renset fra urenheter og s alter. I mange tilfeller må det brukes rent kondensat for å få frem det aktuelle stoffet.

La oss studere hvilke varianter av det aktuelle stoffet som kan presenteres, samt hvordan hver type salpetersyre produseres.

varianter av salpetersyre og hovedstadiene i utgivelsen

Det er 2 typer salpetersyre produsert i moderne industrianlegg - fortynnet og konsentrert. Produksjonen av fortynnet salpetersyre utføres i tre hovedtrinn:

• konvertering av ammoniakk (sluttproduktet er nitrogenoksid);
• produserer nitrogendioksid;
• gjennomføring av absorpsjon av nitrogenoksider vedvannbruk.

Produksjonen av fortynnet salpetersyre er utbredt i moderne industribedrifter under den såk alte AK-72-ordningen. Men det finnes selvfølgelig andre teknologier for frigjøring av dette stoffet.

I sin tur kan produksjonen av konsentrert salpetersyre utføres ved å øke nivået av det tilsvarende stoffet i fortynnet form eller gjennom direkte syntese. Den første metoden gjør det som regel mulig å oppnå en syreløsning med en konsentrasjon på ca. 68 %, noe som kanskje ikke er nok for påføring av det aktuelle stoffet på en rekke områder. Derfor er metoden med direkte syntese også vanlig, som gjør det mulig å få et stoff i en konsentrasjon på ca. 97-98%.

La oss se nærmere på hvordan salpetersyre produseres i en eller annen form. Ovenfor bemerket vi at frigjøring av et fortynnet stoff kan utføres i henhold til AK-72-skjemaet. La oss studere detaljene først.

Produksjon av fortynnet syre ved bruk av AK-72-teknologi

Den vurderte ordningen, gjennom hvilken produksjonen av salpetersyre utføres, innebærer bruk av en lukket syklus, ledsaget av:

• ammoniakkkonvertering;
• kjøling av assosierte gasser ved et trykk på ca. 0,42-0,47 MPa:
• utfører absorpsjon av oksider under trykk i størrelsesorden 1,1-1,26 MPa.

Sluttproduktet av AK-72-skjemaet er salpetersyre i en konsentrasjon på ca. 60 %. Produksjon av salpetersyre innenteknologien som vurderes utføres innenfor rammen av slike stadier som:

• sikre inntak av luft fra atmosfæren til industrienheten og rengjøringen av den;
• komprimere luft, separere den i teknologiske strømmer;
• fordampning av ammoniakk, rensing av den tilsvarende gassen fra olje og andre urenheter, samt dens etterfølgende oppvarming;
• blanding av renset ammoniakk og luft, påfølgende rensing av denne blandingen og dens overføring til katalysatoren;
• å oppnå nitrøse gasser og deres kjøling;
• kondensatoppsamling med salpetersyre;
• konsentrasjon og absorpsjon av salpetersyre;
• kjøling og rengjøring av det resulterende produktet.

Ferdig syre sendes til lager eller kunde.

Sammen med teknologien som vurderes for produksjon av salpetersyre - AK-72, brukes et annet populært konsept for frigjøring av det tilsvarende stoffet, som innebærer å sikre driften av industriell infrastruktur ved et trykk på ca. 0,7 MPa. Vurder funksjonene.

Produktfrigjøringsteknologi under press 0,7 MPa: nyanser

Den aktuelle teknologien produserer ikke-konsentrert salpetersyre som et alternativ til AK-72-konseptet. Det innebærer implementering av følgende stadier av frigjøring av det aktuelle stoffet.

For det første, som i den forrige teknologien, renses den atmosfæriske luften. For dette formål brukes som regel et to-trinns filter. Videre komprimeres luften som er rensetved hjelp av en luftkompressor - opp til ca. 0,35 MPa. I dette tilfellet varmes luften - opp til en temperatur på ca 175 grader, og den må avkjøles. Etter at dette problemet er løst, går det til området med ekstra kompresjon, der trykket øker til omtrent 0,716 MPa. Den resulterende luftstrømmen blir på sin side oppvarmet til en høy temperatur - omtrent 270 grader gjennom påvirkning av nitrøse gasser. Den blandes deretter med ammoniakk i et spesielt område av industrienheten. Det tilsvarende stoffet aktiveres når syren først frigjøres i gassform, som dannes på grunn av fordampning av væsken. I tillegg må ammoniakken renses. Etter tilberedning oppvarmes gassen og mates inn i blanderen samtidig med luft. Denne blandingen blir også filtrert og, etter rensing, matet til omdannelse av ammoniakk. Den tilsvarende prosedyren utføres ved bruk av platina- og rhodiumlegeringsnett ved en veldig høy temperatur - omtrent 900 grader. Konverteringsfrekvensen er omtrent 96%.

Produksjon av svak salpetersyre i henhold til teknologien som vurderes innebærer dannelse av nitrøse gasser. De bringes til et spesielt område av industrienheten, der de avkjøles. På grunn av dette fordamper det rensede vannet og utseendet til damp med høyt trykk. Utført gjennom det aktuelle området av industrienheten, beveger nitrøse gasser seg inn i oksidasjonsmidlet. Det skal bemerkes at deres oksidasjon delvis skjer allerede ved forrigesyreproduksjonstrinn. Men i oksidasjonsmidlet blir det enda mer intenst. I dette tilfellet varmes nitrøse gasser opp til en temperatur på ca. 335 grader. Deretter avkjøles de i en spesiell varmeveksler, og deretter sendes de til kondensatoren.

Deretter dannes det salpetersyre i en svak konsentrasjon. Det er nødvendig å skille de resterende nitrøse gassene fra den - en separator brukes til dette. Fra den mates salpetersyre inn i absorpsjonsområdet til den industrielle enheten. Syren strømmer deretter inn i områder av apparatet nedenfor. Samtidig interagerer den med nitrogenoksider, som et resultat av at konsentrasjonen øker. Ved utgangen er det omtrent 55-58%. Det inneholder vanligvis oppløste oksider som må fjernes: for dette sendes stoffet til renseområdet til enheten. Ved hjelp av oppvarmet luft trekkes oksider ut av syren. Det ferdige produktet legges på lageret eller sendes til kunden.

Produksjon av konsentrert syre: direkte syntese

Etter å ha vurdert hvordan produksjonen av fortynnet salpetersyre utføres, vil vi studere spesifikasjonene for frigjøring av et konsentrert stoff. Syreproduksjon ved direkte syntese fra råvarer i form av nitrogenoksider er blant de mest kostnadseffektive teknologiene som brukes i virksomheter med den aktuelle profilen.

Essensen av denne metoden er å stimulere en kjemisk reaksjon mellom det spesifiserte stoffet, vann og oksygen under et trykk på ca. 5 MPa. Teknologien som produksjonen av salpetersyre utføres medkonsentrert type på grunnlag av en fortynnet en, har en nyanse: å sikre at overgangen av nitrogendioksid til en flytende form er mulig ved et trykk og temperatur nær atmosfæren. I noen reaksjoner er imidlertid konsentrasjonen av det tilsvarende stoffet utilstrekkelig til å overføre det til flytende tilstand ved norm alt trykk, og det må økes.

Produksjon av konsentrert syre basert på fortynnet syre

I dette tilfellet antas det at syren er konsentrert ved hjelp av absorberende stoffer - som svovelsyre, fosforsyre, ulike løsninger av nitrater. Hovedtrinnene i produksjonen av konsentrert salpetersyre basert på fortynnet svovelsyre er som følger.

Først er råmaterialet delt inn i 2 strømmer: den første mates inn i fordamperen, den andre - går inn i det kalde området til industrienheten. Svovelsyre mates inn i området av apparatet over den andre fortynnede salpetersyrestrømmen. I sin tur tilføres damp til den nedre delen av enheten, som varmer opp blandingen som brukes, som et resultat av at salpetersyre fordamper fra den. Dampene hennes stiger opp i apparatet, hvoretter de blir fjernet til kjøleskapet. Der kondenserer syredamper - til konsentrasjonen når 98-99%.

Samtidig absorberes noen av nitrogenoksidene som er tilstede i dette produksjonsstadiet av syren. De må ekstraheres fra produktet: oftest brukes salpetersyredamper til dette formålet, som sendes til kondensatoren. De ekstraherte nitrogenoksidene, så vel som syredamper som ikke dannet et kondensat, sendes til et annet område av apparatet - for absorpsjon, hvor de behandles med vann. Som et resultat dannes det fortynnet syre, som igjen føres til kondensering og avkjøling. Det ferdige produktet sendes til lageret eller til kunden.

Funksjoner ved konsentrasjon med svovelsyre

Hovedoppgaven som kjennetegner produksjonen av salpetersyre i industrien er gjennomføringen av dens kostnadseffektive og effektive konsentrasjon. Det er flere tilnærminger for å utvikle et optim alt opplegg for å løse det. Det vil være nyttig å vurdere de som er blant de vanligste.

Vi bemerket ovenfor at svovelsyre kan brukes til å konsentrere det aktuelle stoffet. Det er en ganske vanlig måte å øke effektiviteten av bruken på - en foreløpig økning i konsentrasjonen av salpetersyre gjennom fordampning. Optim alt, før behandling med svovelsyre, vil det tilsvarende stoffet ha en konsentrasjon på ca. 59-60%. Det skal bemerkes at i praksis er denne teknologien for produksjon av salpetersyre preget av et lavt nivå av miljøvennlighet. Derfor, som et alternativ til bruk av svovelsyre, er bruk av nitrater vanlig. La oss studere detaljene deres mer detaljert.

Konsentrasjon med nitrater

Oftest brukes magnesium- eller sinknitrater for å løse det aktuelle problemet, som kjennetegner produksjonen av salpetersyre fra ammoniakk. For det første er den betydelig mer miljøvennlig enn metodeninvolverer bruk av svovelsyre. I tillegg sikrer denne teknologien den høyeste kvaliteten på salpetersyre som sluttprodukt.

Samtidig har den en rekke mangler, som forhåndsbestemmer tilsynekomsten av vanskeligheter i dens utbredte anvendelse. Først av alt er dette en ganske høy kostnad for produksjonsprosessen. I tillegg involverer denne teknologien i mange tilfeller produksjon av fast avfall, hvis behandling kan være komplisert.

Bruk av katalysatorer ved produksjon av salpetersyre

Det vil være nyttig å vurdere hvilke andre stoffer som brukes sammen med hovedråvarene for produksjon av det aktuelle produktet i industriell (oftest katalysatorer regnes som sådan) produksjon av salpetersyre. Bruken av de aktuelle stoffene skyldes behovet for å øke lønnsomheten til syreproduksjonen, øke dynamikken i produksjonen ved en industriell enhet.

Hovedkravet til katalysatoren i produksjonen av det aktuelle produktet er selektiviteten til handling. Det vil si at den må påvirke den kjemiske hovedreaksjonen uten å påvirke sideprosesser. Oftest brukes katalysatorer til produksjon av syre, som inneholder platina.

Ovenfor bemerket vi at når et svakt konsentrert stoff frigjøres ved forhøyet trykk, brukes katalysatorer basert på platina og rhodium. I noen tilfeller brukes også legeringer med tilsetning av palladium. Men hovedmetallet i dem erplatina, innholdet er vanligvis ikke mindre enn 81%. Essensen av katalysatoren i dette tilfellet er å stimulere den raske passasjen av den kjemiske hovedreaksjonen. Som regel passerer den innenfor den eksterne diffusjonsseksjonen.

Prosessen avhenger av grensene for oksygendiffusjon i forhold til katalysatoroverflaten. Denne funksjonen forårsaker en høyere konsentrasjon av ammoniakk, hovedråstoffet for produksjon av salpetersyre, på overflaten av en eller noen ganger katalysatoren, sammenlignet med konsentrasjonen i luft. Det er mulig å øke egenvekten til forskjellige sidereaksjoner der ufullstendig oksidasjon og dannelse av nitrogen eller dets oksid observeres. I denne forbindelse må oksygen nær overflaten være i en mengde tilstrekkelig til å fortrenge ammoniakk. I dette tilfellet vil det være mulig å oppnå en tilstrekkelig dyp oksidasjon.

Det kan bemerkes at sammen med platinakatalysatorer er kombinerte stoffer også involvert i produksjonen av salpetersyre. Spesielt jern-krom. De kan redusere de økonomiske kostnadene som kjennetegner produksjonen av det aktuelle stoffet betydelig.

Så vi har vurdert metodene for produksjon av salpetersyre, identifisert hovedtypene. Hvor mange stadier av salpetersyreproduksjon som må implementeres, avhenger av typen, samt den spesifikke teknologien for frigjøring av det tilsvarende stoffet. Det ville være nyttig nå å vurdere hvilke vanskeligheter som karakteriserer den industrielle produksjonen av dette produktet, som er etterspurt i mange områder av økonomien.

Hovedproblemer isalpetersyreproduksjon

Så, som vi allerede vet, innebærer produksjon av salpetersyre ved kontaktmetoden - en av de vanligste i moderne industri, bruk av en katalysator for å akselerere oksidasjonen av ammoniakk og øke utbyttet av produktet. Hovedproblemet i produksjonen av det aktuelle produktet er den ganske høye prisen på den tilsvarende katalysatoren. Imidlertid når dens selektivitet ikke alltid den optimale verdien. I tillegg kan en betydelig del av platinaet som brukes som hovedelementet for katalysatoren gå tapt under produksjonen. Som et resultat, igjen, reduseres kostnadseffektiviteten til produksjonen av produktet.

Et annet problem som kjennetegner produksjonen av salpetersyre er miljøet. Ovenfor bemerket vi at svovelsyre kan brukes med konsentrasjonen av råvarer, og ved å passere gjennom den tilsvarende produksjonssyklusen dannes skadelige stoffer. Et alternativ i dette tilfellet kan være bruk av nitrater - men dette innebærer igjen en økning i økonomiske kostnader. Imidlertid er miljøfaktoren for moderne produsenter i dag like viktig som nivået på produksjonslønnsomheten.