Produzione di acido nitrico nell'industria: tecnologia, fasi, caratteristiche

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

L'acido nitrico è uno dei tipi più richiesti di materie prime industriali. La sua produzione può essere eseguita con metodi diversi, a seconda della varietà in cui l'acido deve essere fornito al cliente. Qual è l'essenza delle tecnologie rilevanti? Come si confrontano con il tipo di acido nitrico prodotto in fabbrica?

Produzione industriale di acido nitrico: una storia di sviluppo tecnologico

In primo luogo, sarà utile studiare i fatti storici su come si è sviluppata la produzione di acido nitrico in Russia. Nell'industria domestica, il rilascio di questa sostanza, secondo le informazioni disponibili, è stato avviato sotto Pietro I. Successivamente, M. V. Lomonosov ha proposto un metodo per la produzione di acido nitrico dal salnitro: questa sostanza era effettivamente considerata la principale materia prima per la produzione della sostanza in questione fino all'inizio del XX secolo.

Insieme al salnitro, la produzione di acido nitrico nell'industria veniva effettuata utilizzando acido solforico. Le due sostanze in esame, interagendo tra loro, formavano acido nitrico e ossido di zolfo sodico. Il vantaggio di questoil metodo era la capacità di ottenere acido nitrico ad una concentrazione di circa il 96-98% (soggetto all'utilizzo di materie prime della qualità richiesta).

La tecnologia corrispondente è stata attivamente migliorata, a favore di aumentare la velocità di lavorazione delle materie prime e garantire la produzione di un volume maggiore di prodotto. Ma a poco a poco si è passati al concetto che la produzione di acido nitrico avveniva attraverso l'ossidazione per contatto dell'ammoniaca.

Inoltre, è stato inventato un metodo in cui l'ossido nitrico, ottenuto dall'ossidazione ad arco del gas corrispondente dall'atmosfera, è stato utilizzato come materia prima principale per la produzione di acido. È opinione diffusa che il primo metodo sia più conveniente.

Con il miglioramento degli approcci tecnologici alla produzione di acido nitrico, si è formato un approccio secondo il quale l'opzione più ottimale per la produzione della sostanza corrispondente è l'uso di infrastrutture industriali operanti ad alta pressione. Un' alternativa ad essa è la produzione di acido a pressione atmosferica, considerata meno redditizia dal punto di vista economico.

Il rilascio di una sostanza a pressione normale o elevata comporta la produzione di acido nitrico dall'ammoniaca. Esiste anche un metodo combinato che combina i vantaggi degli altri due. Le caratteristiche della produzione di acido nitrico con il metodo combinato sono, in primo luogo, l'ossidazione dell'ammoniaca a pressione atmosferica e l'attuazione del suo assorbimento - aaumentato.

L'ammoniaca è ormai considerata la principale materia prima per il rilascio della sostanza in questione, insieme all'acqua e all'aria atmosferica. Studiamo più in dettaglio le specifiche del loro utilizzo nella produzione di acido.

Materia prima di acido nitrico

Quindi, le principali materie prime utilizzate nella produzione della sostanza in questione sono ammoniaca, aria e anche acqua.

Ciò richiede l'uso di ammoniaca purificata. Per fare ciò, viene purificato in speciali apparecchiature di evaporazione e distillazione nell'ambito di vari cicli produttivi. Allo stesso modo, è necessario utilizzare aria pulita durante lo scarico dell'acido nitrico. Viene anche filtrato utilizzando attrezzature speciali. A sua volta, l'acqua utilizzata per la produzione di acido nitrico viene purificata dalle impurità e dai sali. In molti casi è necessario utilizzare condensa pura per ottenere la sostanza in questione.

Studiamo quali varietà della sostanza in questione possono essere presentate e come viene prodotto ogni tipo di acido nitrico.

Varietà di acido nitrico e fasi principali del suo rilascio

Ci sono 2 tipi di acido nitrico prodotti nei moderni impianti industriali: diluito e concentrato. La produzione di acido nitrico diluito avviene in 3 fasi principali:

• conversione dell'ammoniaca (il suo prodotto finale è l'ossido nitrico);
• produzione di biossido di azoto;
• attuazione dell'assorbimento degli ossidi di azoto aconsumo di acqua.

La produzione di acido nitrico diluito è diffusa nelle moderne imprese industriali secondo il cosiddetto schema AK-72. Ma ci sono, ovviamente, altre tecnologie per il rilascio di questa sostanza.

A sua volta, la produzione di acido nitrico concentrato può essere effettuata aumentando il livello della sostanza corrispondente in forma diluita o mediante sintesi diretta. Il primo metodo, di norma, consente di ottenere una soluzione acida ad una concentrazione di circa il 68%, che potrebbe non essere sufficiente per l'applicazione della sostanza in questione in più zone. Pertanto, è comune anche il metodo della sintesi diretta, che consente di ottenere una sostanza in una concentrazione di circa il 97-98%.

Diamo un'occhiata più da vicino a come l'acido nitrico viene prodotto in una forma o nell' altra. Sopra, abbiamo notato che il rilascio di una sostanza diluita può essere effettuato secondo lo schema AK-72. Studiamo prima le sue specifiche.

Produzione di acido diluito utilizzando la tecnologia AK-72

Lo schema considerato, attraverso il quale viene effettuata la produzione di acido nitrico, prevede l'utilizzo di un ciclo chiuso, accompagnato da:

• conversione di ammoniaca;
• raffreddamento dei gas associati a una pressione di circa 0,42-0,47 MPa:
• effettuare l'assorbimento di ossidi sotto pressione dell'ordine di 1.1-1.26 MPa.

Il prodotto finale dello schema AK-72 è acido nitrico ad una concentrazione di circa il 60%. Produzione di acido nitrico all'internola tecnologia in esame viene realizzata nell'ambito di fasi quali:

• garantire l'aspirazione dell'aria dall'atmosfera nell'unità industriale e la sua pulizia;
• comprimere l'aria, separandola in flussi tecnologici;
• evaporazione dell'ammoniaca, purificazione del gas corrispondente dal petrolio e da altre impurità, nonché suo successivo riscaldamento;
• miscelazione di ammoniaca purificata e aria, successiva purificazione di questa miscela e suo trasferimento al catalizzatore;
• ottenimento di gas nitrosi e loro raffreddamento;
• raccolta condensa con acido nitrico;
• concentrazione e assorbimento di acido nitrico;
• raffreddamento e pulizia del prodotto risultante.

L'acido finito viene inviato al magazzino o al cliente.

Insieme alla tecnologia in esame per la produzione di acido nitrico - AK-72, viene utilizzato un altro concetto popolare per il rilascio della sostanza corrispondente, che consiste nel garantire il funzionamento dell'infrastruttura industriale a una pressione di circa 0,7 MPa. Considera le sue caratteristiche.

Tecnologia di rilascio del prodotto sotto pressione 0,7 MPa: sfumature

La tecnologia in questione produce acido nitrico non concentrato in alternativa al concetto AK-72. Implica l'attuazione delle seguenti fasi di rilascio della sostanza in questione.

Prima di tutto, come nella tecnologia precedente, l'aria atmosferica viene pulita. A tale scopo, di norma, viene utilizzato un filtro a due stadi. Inoltre, l'aria che è stata pulita viene compressaper mezzo di un compressore d'aria - fino a circa 0,35 MPa. In questo caso, l'aria viene riscaldata fino a una temperatura di circa 175 gradi e deve essere raffreddata. Dopo che questo problema è stato risolto, va nell'area di compressione aggiuntiva, in cui la sua pressione aumenta a circa 0,716 MPa. Il flusso d'aria risultante, a sua volta, viene riscaldato ad una temperatura elevata - circa 270 gradi attraverso l'azione dei gas nitrosi. Viene poi miscelato con l'ammoniaca in un'apposita area del reparto industriale. La sostanza corrispondente si attiva quando l'acido viene rilasciato inizialmente allo stato gassoso, che si forma per evaporazione del liquido. Inoltre, l'ammoniaca deve essere purificata. Dopo la preparazione, il gas viene riscaldato e immesso nel miscelatore contemporaneamente all'aria. Anche questa miscela viene filtrata e, dopo purificazione, viene alimentata alla conversione dell'ammoniaca. La procedura corrispondente viene eseguita utilizzando reti di platino e leghe di rodio ad una temperatura molto elevata - circa 900 gradi. Il tasso di conversione è di circa il 96%.

La produzione di acido nitrico debole secondo la tecnologia in esame comporta la formazione di gas nitrosi. Vengono portati in un'area speciale dell'unità industriale, in cui vengono raffreddati. A causa di ciò, l'acqua purificata evapora e appare il vapore ad alta pressione. Effettuati attraverso l'apposita area dell'unità industriale, i gas nitrosi si spostano nell'ossidante. Va notato che la loro ossidazione si verifica in parte già al precedentefasi di produzione dell'acido. Ma nell'ossidante diventa ancora più intenso. In questo caso, i gas nitrosi vengono riscaldati a una temperatura di circa 335 gradi. Successivamente vengono raffreddati in un apposito scambiatore di calore e quindi inviati al condensatore.

Dopodiché, l'acido nitrico si forma in una concentrazione debole. È necessario separare da esso i restanti gas nitrosi: per questo viene utilizzato un separatore. Da esso, l'acido nitrico viene immesso nell'area di assorbimento dell'unità industriale. L'acido fluisce successivamente nelle aree dell'apparato sottostante. Allo stesso tempo, interagisce con gli ossidi di azoto, per cui la sua concentrazione aumenta. In uscita, è di circa il 55-58%. Di solito contiene ossidi disciolti che devono essere rimossi: per questo, la sostanza viene inviata all'area di spurgo dell'unità. Con l'aiuto dell'aria riscaldata, gli ossidi vengono estratti dall'acido. Il prodotto finito viene messo in magazzino o spedito al cliente.

Produzione di acido concentrato: sintesi diretta

Considerato come avviene la produzione di acido nitrico diluito, studieremo le specifiche del rilascio di una sostanza concentrata. La produzione di acido mediante sintesi diretta da materie prime sotto forma di ossidi di azoto è tra le tecnologie più convenienti utilizzate nelle imprese del profilo rilevante.

L'essenza di questo metodo è stimolare una reazione chimica tra la sostanza specificata, l'acqua e l'ossigeno a una pressione di circa 5 MPa. La tecnologia con cui viene effettuata la produzione di acido nitricotipo concentrato sulla base di uno diluito, ha una sfumatura: garantire la transizione del biossido di azoto in una forma liquida è possibile a una pressione e una temperatura vicine a quelle atmosferiche. Tuttavia, in alcune reazioni, la concentrazione della sostanza corrispondente è insufficiente per trasferirla allo stato liquido a pressione normale e deve essere aumentata.

Produzione di acido concentrato a base di acido diluito

In questo caso si presume che l'acido sia concentrato per mezzo di sostanze assorbenti - come acido solforico, fosforico, varie soluzioni di nitrati. Le fasi principali della produzione di acido nitrico concentrato a base di acido solforico diluito sono le seguenti.

In primo luogo, la materia prima è divisa in 2 flussi: il primo viene immesso nell'evaporatore, il secondo - entra nella zona fredda dell'unità industriale. L'acido solforico viene alimentato nella regione dell'apparato al di sopra della seconda corrente di acido nitrico diluito. A sua volta, il vapore viene fornito alla parte inferiore dell'unità, che riscalda la miscela utilizzata, a seguito della quale l'acido nitrico evapora da essa. I suoi vapori salgono dall'apparato, dopodiché vengono trasferiti nel frigorifero. Lì, i vapori acidi si condensano - fino a quando la sua concentrazione raggiunge il 98-99%.

Allo stesso tempo, alcuni degli ossidi di azoto presenti durante questa fase di produzione vengono assorbiti dall'acido. Devono essere estratti dal prodotto: molto spesso a questo scopo vengono utilizzati vapori di acido nitrico, che vengono inviati al condensatore. Gli ossidi di azoto estratti, così come i vapori acidi che non hanno formato condensa, vengono inviati in un' altra area dell'apparato - per l'assorbimento, dove vengono trattati con acqua. Di conseguenza, si forma acido diluito, che viene nuovamente alimentato alla condensazione e al raffreddamento. Il prodotto finito viene inviato al magazzino o al cliente.

Caratteristiche di concentrazione con acido solforico

Il compito principale che caratterizza la produzione di acido nitrico nell'industria è l'implementazione della sua concentrazione efficiente ed economicamente vantaggiosa. Esistono diversi approcci per sviluppare uno schema ottimale per risolverlo. Sarà utile considerare quelli che sono tra i più comuni.

Abbiamo notato sopra che l'acido solforico può essere utilizzato per concentrare la sostanza in questione. Esiste un modo abbastanza comune per aumentare l'efficacia del suo utilizzo: un aumento preliminare della concentrazione di acido nitrico attraverso l'evaporazione. In modo ottimale, prima del trattamento con acido solforico, la sostanza corrispondente avrà una concentrazione di circa il 59-60%. Va notato che in pratica questa tecnologia per la produzione di acido nitrico è caratterizzata da un basso livello di compatibilità ambientale. Pertanto, in alternativa all'uso dell'acido solforico, è comune l'uso dei nitrati. Studiamo le loro specifiche più in dettaglio.

Concentrazione con nitrati

Il più delle volte, i nitrati di magnesio o di zinco vengono utilizzati per risolvere il problema in esame, che caratterizza la produzione di acido nitrico dall'ammoniaca. Prima di tutto, è significativamente più rispettoso dell'ambiente rispetto al metodoche prevede l'uso di acido solforico. Inoltre, questa tecnologia garantisce la massima qualità dell'acido nitrico come prodotto finale.

Allo stesso tempo, ha una serie di carenze, che predeterminano la comparsa di difficoltà nella sua diffusa applicazione. Innanzitutto, questo è un costo piuttosto elevato del processo di produzione. Inoltre, questa tecnologia in molti casi comporta la produzione di rifiuti solidi, il cui trattamento può essere complicato.

Utilizzo di catalizzatori nella produzione di acido nitrico

Sarà utile considerare quali altre sostanze vengono utilizzate insieme alle principali materie prime per la produzione del prodotto in questione nella produzione industriale (il più delle volte i catalizzatori sono considerati tali) di acido nitrico. L'uso delle sostanze in questione è dovuto alla necessità di aumentare la redditività della produzione di acido, aumentare la dinamica della sua produzione presso un'unità industriale.

Il requisito principale per il catalizzatore nella produzione del prodotto in questione è la selettività di azione. Cioè, deve influenzare la reazione chimica principale senza influenzare i processi collaterali. Molto spesso, i catalizzatori vengono utilizzati nella produzione di acido, che contiene platino.

Sopra, abbiamo notato che quando una sostanza debolmente concentrata viene rilasciata a pressione elevata, vengono utilizzati catalizzatori a base di platino e rodio. In alcuni casi vengono utilizzate anche leghe con aggiunta di palladio. Ma il metallo principale in loro èplatino, il suo contenuto di solito non è inferiore all'81%. L'essenza del catalizzatore in questo caso è stimolare il rapido passaggio della reazione chimica principale. Di norma passa all'interno della sezione di diffusione esterna.

Il processo dipende dai limiti di diffusione dell'ossigeno rispetto alla superficie del catalizzatore. Questa caratteristica determina una maggiore concentrazione di ammoniaca, materia prima principale per la produzione di acido nitrico, sulla superficie di uno o talvolta del catalizzatore, rispetto alla concentrazione in aria. È possibile aumentare il peso specifico di varie reazioni collaterali in cui si osserva un'ossidazione incompleta e la formazione di azoto o del suo ossido. A questo proposito, l'ossigeno vicino alla superficie deve essere in una quantità sufficiente per spostare l'ammoniaca. In questo caso sarà possibile ottenere un'ossidazione sufficientemente profonda.

Si può notare che, insieme ai catalizzatori al platino, anche le sostanze combinate sono coinvolte nella produzione di acido nitrico. In particolare ferro-cromo. Possono ridurre notevolmente i costi economici che caratterizzano la produzione della sostanza in questione.

Quindi, abbiamo considerato i metodi di produzione dell'acido nitrico, individuandone le principali tipologie. Quante fasi della produzione di acido nitrico devono essere implementate dipende dal suo tipo, nonché dalla tecnologia specifica per il rilascio della sostanza corrispondente. Sarebbe utile ora considerare quali difficoltà caratterizzano la produzione industriale di questo prodotto, richiesto in molte aree dell'economia.

Problemi principali inproduzione di acido nitrico

Quindi, come già sappiamo, la produzione di acido nitrico con il metodo del contatto - uno dei più comuni nell'industria moderna, prevede l'uso di un catalizzatore per accelerare l'ossidazione dell'ammoniaca e aumentare la resa di il prodotto. Il problema principale nella produzione del prodotto in esame è il prezzo piuttosto elevato del catalizzatore corrispondente. Tuttavia, la sua selettività non sempre raggiunge il valore ottimale. Inoltre, una parte significativa del platino utilizzato come elemento principale per il catalizzatore può andare perduta durante la produzione. Di conseguenza, ancora una volta, il rapporto costo-efficacia dell'output del prodotto diminuisce.

Un altro problema che caratterizza la produzione di acido nitrico è quello ambientale. In precedenza abbiamo notato che l'acido solforico può essere utilizzato con la concentrazione di materie prime e, passando attraverso il corrispondente ciclo produttivo, si formano sostanze nocive. Un' alternativa in questo caso potrebbe essere l'uso dei nitrati, ma questo, ancora una volta, implica un aumento dei costi economici. Tuttavia, il fattore ambientale per i produttori moderni oggi è importante quanto il livello di redditività della produzione.