Producția acidului azotic în industrie: tehnologie, etape, caracteristici

Acidul azotic este printre cele mai populare tipuri de materii prime industriale. Producția sa poate fi realizată prin metode diferite - în funcție de tipul de acid în care acidul trebuie furnizat clientului. Care este esența tehnologiilor corespunzătoare? Cum se raportează la tipul de acid azotic produs în fabrică?

Producția industrială acid azotic: istoria dezvoltării tehnologiei

În primul rând, va fi util să studiem fapte istorice despre modul în care sa dezvoltat producția de acid azotic în Rusia. În industria internă, eliberarea acestei substanțe, dacă urmăm informațiile disponibile, a fost inițiată în baza lui Petru I. Ulterior, MV Lomonosov a propus mod de producție acidul azotic din sare - această substanță a fost considerată, de fapt, principala materie primă pentru eliberarea substanței în cauză până la începutul secolului XX.

Împreună cu sărurile de seu, a fost realizată producția de acid azotic în industrie acid sulfuric. Cele două substanțe luate în considerare, interacționând una cu cealaltă, au format acid azotic și acid sulfuric oxid de sodiu. Avantajul acestei metode a fost posibilitatea obținerii acidului azotic într-o concentrație de ordinul a 96-98% (cu condiția să se folosească materii prime de calitatea cerută).

Tehnologia corespunzătoare a fost dezvoltată în mod activ - în favoarea creșterii vitezei de procesare a materiilor prime și asigurării eliberării unui volum mai mare de produs. Dar, treptat, a renunțat la ideea că producția de acid azotic a fost efectuată prin oxidarea în contact a amoniacului.

De asemenea, a fost inventată o metodă în care s-a utilizat principala materie primă pentru producerea de acid oxidul nitric, Se obține prin oxidarea în arc a gazului corespunzător din atmosferă. Un punct de vedere comun este că prima metodă este mai viabilă din punct de vedere economic.

Odată cu îmbunătățirea abordărilor tehnologice pentru a elibera abordare formată acid azotic, potrivit căreia cea mai bună opțiune de producție a substanței - implicarea infrastructurii industriale, care funcționează la presiune ridicată. Alternativ la aceasta - producția de acid la presiune atmosferică, care este considerată mai puțin rentabilă din punct de vedere economic.

Eliberarea substanței la presiune normală sau mărită implică producerea de acid azotic din amoniac. Există, de asemenea, o metodă combinată care combină avantajele celorlalte două. Particularitățile producției de acid azotic printr-o metodă combinată sunt, în primul rând, oxidarea amoniacului la presiunea atmosferică și absorbția amoniacului la nivele ridicate.

Amoniacul este considerat acum principala materie primă pentru eliberarea substanței în cauză, împreună cu apa și aerul atmosferic. Să studiem în detaliu specificul aplicării lor în producerea acidului.

Materie primă pentru producerea acidului azotic

Astfel, principalele materii prime utilizate în producția substanței în cauză sunt amoniacul, aerul și apa.

Acest lucru necesită utilizarea amoniacului într-o formă purificată. În acest scop, este purificat într-o varietate de cicluri de producție folosind echipamente speciale de evaporare și de distilare. În mod similar, cu eliberarea acidului azotic, trebuie utilizat aer pur. De asemenea, este filtrat folosind echipamente speciale. La rândul său, apa, utilizată în producerea de acid azotic, este curățată de impurități și săruri. În multe cazuri, condensatul pur trebuie utilizat pentru producerea substanței în cauză.

Vom studia în ce specie poate fi reprezentată substanța în cauză, precum și modul în care se produce fiecare tip de acid azotic.

Soiuri de acid azotic și principalele etape ale producției sale

Există 2 tipuri de acid azotic, produse în întreprinderile industriale moderne - diluate și concentrate. Producția acidului azotic diluat se desfășoară în trei etape principale:

• conversia amoniacului (produsul final este oxid de azot);
• recepție dioxid de azot;
• absorbția oxizilor de azot prin utilizarea apei.

În instalațiile industriale moderne, eliberarea acidului azotic diluat este obișnuită în cadrul așa-numitei scheme AK-72. Există, desigur, și alte tehnologii pentru eliberarea acestei substanțe.

La rândul său, producția de acid azotic concentrat se poate realiza prin creșterea conținutului de substanță în formă diluată sau prin sinteză directă. Prima metodă permite, de obicei, pentru a se obține o soluție de acid în concentrație aproximativ 68%, care poate fi insuficientă pentru aplicarea acestui material într-o serie de domenii. Prin urmare, metoda comună de sinteză, care permite obținerea unei substanțe în concentrația de aproximativ 97-98%, este de asemenea comună.

Să analizăm în detaliu modul în care se produce acidul azotic într-un anumit soi. Mai sus am observat că eliberarea materiei diluate poate fi efectuată conform schemei AK-72. Să studiem pentru început specificul ei.

Producția de acid diluat utilizând tehnologia AK-72

Schema luată în considerare, prin care se produce acidul azotic, implică utilizarea unui ciclu închis, însoțit de:

• conversia amoniacului;
• răcirea gazelor însoțitoare la o presiune de ordinul a 0,42-0,47 MPa:
• prin absorbția oxizilor sub presiune de ordinul de 1,1-1,26 MPa.

Produsul final al schemei AK-72 - acid azotic într-o concentrație de aproximativ 60%. Producția de acid azotic în cadrul tehnologiei avute în vedere se desfășoară în cadrul unor etape precum:

• Asigurarea fluxului de aer din atmosferă către unitatea industrială și curățarea acestuia;
• comprimarea aerului, separarea lui în fluxuri de proces;
• evaporarea amoniacului, purificarea gazului corespunzător din ulei și alte impurități, precum și încălzirea ulterioară;
• amestecarea amoniacului purificat și a aerului, purificarea ulterioară a amestecului și transferarea acestuia în catalizator;
• obținerea gazelor de azot și răcirea lor;
• colectarea condensatului cu acid azotic;
• concentrarea și absorbția acidului azotic;
• răcirea și purificarea produsului rezultat.

Acidul finit este trimis la depozit sau la client.

Împreună cu tehnologia considerată, în care producția de acid azotic - se aplică AK-72 este un alt concept popular de eliberare a substanței, care implică asigurarea infrastructurii industriale care funcționează sub o presiune de aproximativ 0,7 MPa. Să luăm în considerare caracteristicile sale.

Tehnologia eliberării produsului sub presiune de 0,7 MPa: nuanțe

Prin tehnologia în cauză, se produce producția de acid azotic neconcentrat - ca o alternativă la conceptul AK-72. Aceasta implică realizarea următoarelor etape de eliberare a substanței în cauză.

În primul rând, ca și în tehnologia anterioară, aerul atmosferic este purificat. În acest scop, de regulă, se folosește un filtru în două trepte. Apoi, curățarea aerului, bypass, este comprimată cu ajutorul unui compresor de aer - până la aproximativ 0,35 MPa. Aerul se încălzește până la o temperatură de ordinul a 175 de grade și trebuie răcit. După ce această sarcină este rezolvată, ea este trimisă în zona de comprimare suplimentară, în care presiunea acesteia crește până la aproximativ 0,716 MPa. Debitul de aer rezultat, la rândul său, se încălzește până la o temperatură ridicată - aproximativ 270 de grade prin acțiunea gazelor de azot. După ce este amestecat cu amoniac într-o zonă specială a unității industriale. Substanța corespunzătoare este activată atunci când acidul este eliberat inițial în stare gazoasă, care se formează datorită evaporării lichidului. În plus, amoniacul trebuie purificat. După preparare, gazul este încălzit și introdus în mixer simultan cu aerul. Acest amestec este, de asemenea, filtrat și, după purificare, alimentat la conversia amoniacului. Procedura corespunzătoare se efectuează utilizând grile fabricate din platină și aliaj de rodiu la o temperatură foarte ridicată - aproximativ 900 de grade. Nivelul de conversie este de aproximativ 96%.

Producția de acid azotic slab în conformitate cu tehnologia în cauză implică formarea de gaze de azot. Ele sunt livrate într-o zonă specială a unității industriale, în care sunt răcite. Aceasta are ca rezultat evaporarea apei purificate și apariția aburului de înaltă presiune. Realizate prin zona corespunzătoare a unității industriale, gazele de azot sunt transferate oxidantului. Este de remarcat faptul că oxidarea lor apare parțial deja în stadiul anterior al producerii de acid. Dar în oxidant devine și mai intensă. În același timp, gazele azotate sunt încălzite la o temperatură de ordinul de 335 de grade. Ulterior, ele sunt răcite într-un schimbător de căldură special și apoi sunt trimise la condensator.

După aceasta, acidul azotic se formează într-o concentrație slabă. Este necesar să se separe gazele reziduale de la acesta - pentru aceasta se utilizează un separator. Din aceasta, acidul azotic este introdus în regiunea de absorbție a unității industriale. Acidul curge ulterior în zonele aparatului de mai jos. În acest caz, acesta interacționează cu oxizii de azot, ca urmare a creșterii concentrației acestuia. La ieșire este de aproximativ 55-58%. De regulă, conține oxizi dizolvați, care trebuie extrași: în acest scop, substanța este trimisă în zona de purjare a unității. Cu ajutorul aerului încălzit, oxizii sunt extrași din acid. Produsul finit este plasat în depozit sau expediat clientului.

Producerea acidului concentrat: sinteza directă

După examinarea modului în care se produce producerea acidului azotic diluat, să studiem specificitatea eliberării unei substanțe concentrate. Printre tehnologiile cele mai viabile din punct de vedere economic implicate în întreprinderile din profilul relevant se numără producerea de acid prin sinteza directă din materii prime sub formă de oxizi de azot.

Esența metodei - în promovarea unei reacții chimice între substanța menționată, apă și oxigen la o presiune de aproximativ 5 MPa. Tehnologie, pe care producția de tip concentrat, acid azotic bazat pe soluția diluată are nuanță: asigurarea transferului dioxidului de azot sub formă lichidă este posibilă cu presiune, la o temperatură apropiată de atmosferică. Totuși, în unele reacții, concentrația substanței corespunzătoare este insuficientă pentru lichidarea ei la presiunea obișnuită și trebuie crescută.

Producerea acidului concentrat pe bază de diluat

În acest caz, se presupune că acidul este concentrat prin absorbția substanțelor - cum ar fi acidul sulfuric, acid fosforic, diferite soluții de nitrați. Principalele etape de producere a acidului azotic concentrat pe bază de acid sulfuric diluat sunt următoarele.

În primul rând, materia primă este împărțită în două fluxuri: prima este alimentată la vaporizator, a doua - cade în zona rece a unității industriale. Acidul sulfuric este furnizat în zona aparatului deasupra celui de-al doilea flux de acid azotic diluat. În partea inferioară a unității, la rândul său, este furnizat abur, care încălzește amestecul utilizat, astfel încât acidul azotic se evaporă din acesta. Vaporii ei urcă în aparat, după care sunt descărcați în frigider. Acolo, vaporii de acid se condensează - până când concentrația lor ajunge la 98-99%.

În același timp, unii dintre oxizii de azot prezent în această etapă sunt absorbiți de acid. Acestea trebuie să fie extrase din produs: cel mai adesea în acest scop, se utilizează vapori de acid azotic, care este trimis la condensator. oxizi de azot extrași și vapori de acid, care condensatului nu este format, direcționată spre o regiune diferită a dispozitivului - absorbția, în cazul în care tratamentul cu apă. Ca rezultat, se formează un acid diluat, care este din nou alimentat la condensare și răcire. Produsul finit este trimis la depozit sau client.

Caracteristici ale concentrației cu acid sulfuric

Sarcina principală care caracterizează producția de acid azotic în industrie este realizarea unei concentrări eficiente din punct de vedere al costurilor și eficiente. Există mai multe abordări pentru dezvoltarea unei scheme optime pentru rezolvarea ei. Va fi util să luăm în considerare cele mai frecvente.

Am menționat mai sus că acidul sulfuric poate fi utilizat pentru a concentra substanța în cauză. Există o modalitate destul de comună de a crește eficiența utilizării sale - o creștere preliminară a concentrației de acid azotic prin evaporare. Este optim că, înainte de tratarea cu acid sulfuric, substanța corespunzătoare va avea o concentrație de aproximativ 59-60%. Trebuie remarcat faptul că, în practică, această tehnologie de producție a acidului azotic se caracterizează printr-un nivel scăzut de protecție a mediului. Prin urmare, ca alternativă la utilizarea acidului sulfuric, utilizarea nitraților este obișnuită. Să studiem specificul lor în detaliu.

Concentrația cu nitrați

Cel mai adesea, nitrații de magneziu sau zinc sunt utilizați pentru a rezolva problema în cauză, care caracterizează producerea acidului azotic din amoniac. În primul rând, este mult mai ecologic decât metoda care implică utilizarea acidului sulfuric. În plus, această tehnologie permite furnizarea unei calități superioare de acid azotic ca produs final.

În același timp, are o serie de deficiențe, care determină apariția dificultăților în aplicarea pe scară largă. În primul rând, acesta este un preț de cost destul de ridicat al procesului de producție. În plus, această tehnologie implică, în multe cazuri, apariția deșeurilor solide, prelucrarea cărora poate fi complicată.

Utilizarea catalizatorilor în producția de acid azotic

Este util să se considere că care alte substanțe sunt utilizate împreună cu materii prime de bază pentru producția produsului în industrial (adesea considerate ca astfel de catalizatori) de acid azotic. Utilizarea substanțelor în cauză, din cauza necesității de a crește profitabilitatea eliberării acidului, îmbunătățind dinamica producției sale în unitatea industrială.

Principala cerință pentru catalizator în producerea produsului în cauză este selectivitatea acțiunii. Adică trebuie să acționeze asupra reacției chimice de bază, fără a afecta procesele laterale. Cel mai adesea în producția de acid, sunt implicați catalizatori, în care este prezentă platina.

Mai sus, am observat că atunci când se eliberează o substanță slab concentrată la presiune ridicată, sunt implicați catalizatori pe bază de platină și rodiu. În unele cazuri, aliajele cu adaos de paladiu sunt de asemenea utilizate. Dar principalul metal din ele este platină, conținutul său fiind de obicei cel puțin 81%. Esența catalizatorului în acest caz este de a stimula trecerea rapidă a reacției chimice de bază. De regulă, are loc în cadrul secțiunii de difuzare externă.

Procesul depinde de limitele de difuzie a oxigenului în raport cu suprafața catalizatorului. Această caracteristică determină o concentrație mai mare de amoniac, principala materie primă pentru producerea de acid azotic, pe suprafața acestuia sau, uneori, pe catalizator, dacă se compară indicele corespunzător cu concentrația în aer. Este posibil să se mărească gravitatea specifică a diferitelor reacții adverse, în care se observă oxidarea incompletă și formarea azotului sau a oxidului său. În acest sens, oxigenul la suprafață trebuie să fie într-o cantitate suficientă pentru a înlocui amoniacul. În acest caz, va fi posibilă obținerea unei oxidări suficient de profunde.

Se poate observa că, împreună cu catalizatorii de platină, substanțele combinate sunt, de asemenea, utilizate în producția de acid azotic. În special, fier-crom. Ele permit reducerea substanțială a costurilor economice care caracterizează eliberarea substanței în cauză.

Deci, am considerat modalități de producere a acidului azotic, am identificat principalele sale tipuri. Câte etape de producție de acid azotic trebuie să fie realizate depinde de soiul său, precum și de tehnologia specifică de eliberare a substanței relevante. Va fi util să analizăm acum ce complexități caracterizează producția industrială a acestui produs, care este în cerere în multe domenii ale economiei.

Principalele probleme în producerea acidului azotic

Deci, după cum deja știm, producția de acid azotic prin metoda de contact, una dintre cele mai frecvente în industria modernă, implică utilizarea unui catalizator pentru accelerarea oxidării amoniacului și creșterea randamentului produsului. Principala problemă cu eliberarea produsului în cauză este prețul relativ ridicat al catalizatorului corespunzător. Cu toate acestea, selectivitatea sa nu atinge întotdeauna valoarea optimă. În plus, o porțiune semnificativă de platină care este utilizată ca element principal pentru catalizator poate fi pierdută în timpul producției. Ca rezultat, din nou, eficiența economică a produsului este redusă.

O altă problemă care caracterizează producerea de acid azotic este de mediu. Am menționat mai sus că acidul sulfuric poate fi utilizat pentru concentrația de materii prime, iar substanțele nocive se formează la trecerea ciclului de producție relevant. O alternativă în acest caz poate fi utilizarea nitraților - dar aceasta, din nou, implică o creștere a costurilor economice. Cu toate acestea, factorul de mediu pentru producătorii moderni este acum la fel de semnificativ ca nivelul rentabilității producției.