Proizvodnja dušične kiseline u industriji: tehnologija, faze, značajke

Dušična kiselina je među najpopularnijim vrstama industrijskih sirovina. Njegova se proizvodnja može provesti različitim metodama - ovisno o vrsti kiseline u kojoj se kiselina mora dostaviti kupcu. Koja je bit odgovarajućih tehnologija? Kako se odnose na vrstu dušične kiseline proizvedene u tvornici?

Industrijska proizvodnja dušična kiselina: povijest razvoja tehnologije

Prije svega, bit će korisno proučiti povijesne činjenice o tome kako se proizvodnja dušične kiseline u Rusiji razvila. U domaćoj industriji, puštanje ove tvari, ako pratimo dostupne informacije, pokrenuto je pod Peterom I. Nakon toga, MV Lomonosov je predložio način proizvodnje nitratna kiselina iz solvata - ta se tvar zapravo smatra glavnom sirovinom za oslobađanje dotične tvari do početka 20. stoljeća.

Uz nitrat, proizvodnja dušične kiseline u industriji provedena je pomoću sumporna kiselina. Dvije tvari koje se razmatraju, koje međusobno djeluju, formirale su dušičnu kiselinu i sumpornu kiselinu natrijev oksid. Prednost ove metode bila je mogućnost dobivanja dušične kiseline u koncentraciji od 96 do 98% (pod uvjetom da se koriste sirovine potrebne kakvoće).

Odgovarajuća tehnologija aktivno je razvijena - u korist povećanja brzine prerade sirovina i osiguravanja oslobađanja većeg volumena proizvoda. No, postupno se prepustilo konceptu da je proizvodnja dušične kiseline obavljena kontaktnom oksidacijom amonijaka.

Također je izumljena metoda u kojoj je korištena glavna sirovina za proizvodnju kiseline dušikov oksid, Dobiva se pomoću oksidacije luka odgovarajućeg plina iz atmosfere. Zajednička je stajališta da je prva metoda ekonomičnija održivost.

S poboljšanjem tehnoloških pristupa proizvodnji dušične kiseline razvijen je pristup u kojem je optimalna opcija proizvodnje za relevantnu tvar korištenje industrijske infrastrukture koja radi pod povećanim pritiskom. Alternativa tome - proizvodnja kiseline pri atmosferskom tlaku, što se s gospodarskog stajališta smatra manje ekonomičnim.

Otpuštanje tvari pri normalnom ili povećanom tlaku podrazumijeva proizvodnju dušične kiseline iz amonijaka. Postoji i kombinirana metoda koja kombinira prednosti dviju drugih. Osobitosti proizvodnje nitratne kiseline kombiniranom metodom su prvo u oksidaciji amonijaka pri atmosferskom tlaku i apsorpciji amonijaka na povišenim razinama.

Amonijak se sada smatra glavnom sirovinom za ispuštanje dotične tvari, zajedno s vodom i atmosferskim zrakom. Proučimo pojedinosti njihove primjene u proizvodnji kiseline detaljno.

Sirovina za proizvodnju dušične kiseline

Dakle, glavne sirovine koje se koriste u proizvodnji dotične tvari su amonijak, zrak i voda.

To zahtijeva upotrebu amonijaka u pročišćenom obliku. U tu svrhu se pročišćava u različitim proizvodnim ciklusima pomoću posebne isparivačke i destilacijske opreme. Slično tome, uz oslobađanje dušične kiseline, treba koristiti čisti zrak. Također se filtrira pomoću posebne opreme. S druge strane, voda koja se koristi za proizvodnju dušične kiseline očišćena je od nečistoća i soli. U mnogim slučajevima mora se koristiti čisti kondenzat za proizvodnju dotične tvari.

Proučavat ćemo u kojem se vrstama može predstaviti predmetna supstancija, kao i kako se proizvodi svaka vrsta nitratne kiseline.

Vrste dušične kiseline i glavne faze njegove proizvodnje

Postoje dvije vrste dušične kiseline proizvedene u modernim industrijskim poduzećima - razrijeđene i koncentrirane. Proizvodnja razrijeđene dušične kiseline provodi se u tri glavne faze:

• pretvorba amonijaka (njegov konačni produkt je dušikov oksid);
• recepcija dušikov dioksid;
• apsorpcija dušikovih oksida upotrebom vode.

U modernim industrijskim postrojenjima, oslobađanje razrijeđene dušične kiseline je uobičajeno u okviru takozvane AK-72 sheme. Ali postoje, naravno, druge tehnologije za oslobađanje ove tvari.

S druge strane, proizvodnja koncentrirane dušične kiseline može se provesti povećanjem razine tvari u razrijeđenom obliku ili izravnom sintezom. Prva metoda, u pravilu, omogućava dobivanje kiselinske otopine pri koncentraciji od oko 68%, što možda nije dostatno za primjenu predmetne tvari na brojnim područjima. Stoga je uobičajeno metoda izravne sinteze, koja omogućava dobivanje tvari u koncentraciji od oko 97-98%.

Razmotrimo detaljnije kako se proizvodi dušična kiselina u određenoj varijanti. Iznad smo napomenuli da se oslobađanje razrijeđene tvari može provesti prema shemi AK-72. Neka studija za početak njegove specifičnosti.

Proizvodnja razrijeđene kiseline uporabom AK-72 tehnologije

Shema koja se razmatra, kroz koju se proizvodi nitratna kiselina, uključuje upotrebu zatvorenog ciklusa, popraćenog s:

• pretvorbu amonijaka;
• hlađenje pratećih plinova pri tlaku od 0.42-0.47 MPa:
• apsorpcijom oksida pod pritiskom od 1,1-1,26 MPa.

Konačni produkt sheme AK-72 - dušična kiselina u koncentraciji od oko 60%. Proizvodnja dušične kiseline u okviru tehnologije koja se razmatra provodi se u okviru takvih faza kao što su:

• Osiguravanje protoka zraka iz atmosfere u industrijsku jedinicu i čišćenje;
• komprimiranje zraka, odvajanje u procesne tokove;
• isparavanje amonijaka, pročišćavanje odgovarajućeg plina iz ulja i drugih nečistoća, kao i naknadno zagrijavanje;
• miješanje pročišćenog amonijaka i zraka, zatim pročišćavanje smjese i prenošenje katalizatora;
• dobivanje dušičnih plinova i njihovo hlađenje;
• skupljanje kondenzata s dušičnom kiselinom;
• koncentracija i apsorpcija dušične kiseline;
• hlađenjem i pročišćavanjem dobivenog produkta.

Gotova kiselina se šalje u skladište ili na kupca.

Uz tehnologiju koja se razmatra, koja vrši proizvodnju dušične kiseline - AK-72, koristi se još jedan popularan koncept za oslobađanje relevantne tvari, što pretpostavlja funkcioniranje industrijske infrastrukture na tlaku od oko 0,7 MPa. Pogledajmo njegove značajke.

Tehnologija oslobađanja proizvoda pod tlakom od 0,7 MPa: nijanse

Kroz tehnologiju o kojoj se radi provodi se proizvodnja nekoncentrirane dušične kiseline - kao alternativa konceptu AK-72. To uključuje realizaciju sljedećih faza oslobađanja predmetne tvari.

Prije svega, kao u prethodnoj tehnologiji, atmosferski zrak pročišćen je. U tu se svrhu upotrebljava u pravilu dvostupanjski filtar. Zatim se zrak, čišćenje premosnice, komprimira pomoću kompresora zraka - do oko 0,35 MPa. Zrak zagrijava na temperaturu od 175 stupnjeva, i mora se ohladiti. Nakon što se taj zadatak riješi, šalje se na područje dodatne kompresije, u kojoj se njegov tlak povećava na oko 0,716 MPa. Rezultirajući protok zraka, pak, zagrijava do visoke temperature - oko 270 stupnjeva djelovanjem dušičnih plinova. Nakon što se pomiješa s amonijakom na posebnom području industrijske jedinice. Odgovarajuća tvar aktivirana je kada se kiselina početno otpušta u plinovitom stanju, koji nastaje uslijed isparavanja tekućine. Osim toga, amonijak se mora pročistiti. Nakon pripreme, plin se zagrijava i unosi u mikser istovremeno s zrakom. Ova smjesa se također filtrira i nakon čišćenja se prenosi u pretvorbu amonijaka. Odgovarajući postupak provodi se pomoću rešetki od legure platine i rodij na vrlo visokoj temperaturi - oko 900 stupnjeva. Razina konverzije iznosi oko 96%.

Proizvodnja slabe dušične kiseline prema tehnologiji o kojoj se radi podrazumijeva stvaranje dušičnih plinova. Oni se izlaze na posebno područje industrijske jedinice, u kojoj se hlade. To rezultira isparavanjem pročišćene vode i pojavom visokotlačne pare. Provedene kroz odgovarajuće područje industrijske jedinice, dušični plinovi se prenose u oksidant. Važno je napomenuti da se njihova oksidacija djelomično javlja već u prethodnoj fazi proizvodnje kiseline. Ali u oksidaciji postaje još intenzivniji. Istodobno se dušični plinovi zagrijavaju na temperaturu od 335 stupnjeva. Nakon toga se ohlade u posebnom izmjenjivaču topline, a zatim se šalju u kondenzator.

Nakon toga se formira dušična kiselina u slaboj koncentraciji. Potrebno je razdvojiti preostale dušične plinove - za to se koristi separator. Iz nje se dušična kiselina dovodi u apsorpcijsku regiju industrijske jedinice. Kisik se zatim ulazi u donja područja uređaja. U tom slučaju, ona djeluje zajedno s dušikovim oksidima, zbog čega se njegova koncentracija povećava. Na izlazu je oko 55-58%. To u pravilu sadrži otopljene okside, koji se moraju izdvojiti: za tu namjenu tvar se šalje na područje čišćenja jedinice. Uz pomoć zagrijanog zraka, oksidi se izlučuju iz kiseline. Gotov proizvod stavlja se u skladište ili se isporučuje kupcu.

Proizvodnja koncentrirane kiseline: izravna sinteza

Pregledavajući kako se provodi proizvodnja razrijeđene dušične kiseline, proučimo specifičnost oslobađanja koncentrirane tvari. Među gospodarstveno održivim tehnologijama uključenim u poduzeća relevantnog profila, proizvodnja kiseline izravnom sintezom iz sirovina u obliku dušikovih oksida.

Bit ove metode je poticanje kemijske reakcije između ove tvari, vode i kisika pod tlakom od 5 MPa. Tehnologija kojom se proizvodi dušična kiselina koncentriranog tipa na bazi razrijeđenog ima nijanse: osiguravanje prijelaza dušikovog dioksida u tekući oblik moguće je pri tlaku i temperaturi blizu atmosferskog. Međutim, u nekim reakcijama koncentracija odgovarajuće tvari je nedovoljna za likvidaciju pri običnom tlaku, i mora se povećati.

Proizvodnja koncentrirane kiseline na osnovi razrijeđenog

U ovom slučaju se pretpostavlja da se kiselina koncentrira apsorbirajući tvari - kao što su sumporna, fosforna kiselina, različita rješenja nitrata. Glavne faze proizvodnje koncentrirane dušične kiseline na bazi razrijeđene sumporne kiseline su kako slijedi.

Prvo, sirovina je podijeljena u dvije struje: prvi se dovodi u isparivač, drugi se pada u hladnu površinu industrijske jedinice. Sumporna kiselina se dovodi u područje uređaja iznad drugog strujanja razrijeđene dušične kiseline. U donjem dijelu jedinice zauzvrat se isporučuje para, koja zagrijava upotrijebljenu smjesu, tako da se iz njega ispari dušična kiselina. Njegove pare upiru se u aparat, nakon čega se ispuštaju u hladnjak. Tamo, kisela para kondenzira - sve dok njegova koncentracija ne dosegne 98-99%.

Istovremeno, neki od dušikovih oksida prisutnih u ovoj fazi apsorbiraju se kiselinom. Moraju se izvući iz proizvoda: najčešće za tu svrhu koristi se parna kiselina koja se šalje u kondenzator. Ekstrahirani dušikovi oksidi, kao i kisele kisleine koje ne tvore kondenzat, šalju se na drugo područje apsorpcije aparata, gdje se podvrgavaju obradi vode. Kao rezultat toga nastaje razrjeđena kiselina koja se ponovno hrani kondenzaciji i hlađenju. Gotov proizvod se šalje u skladište ili kupac.

Značajke koncentracije s sumpornom kiselinom

Glavni zadatak koji karakterizira proizvodnju dušične kiseline u industriji jest realizacija svoje ekonomične i učinkovite koncentracije. Postoji nekoliko pristupa razvoju optimalne sheme za njegovo rješavanje. Bit će korisno razmotriti one koji su najčešći.

Napomenuli smo gore da se sumporna kiselina može koristiti za koncentriranje dotične tvari. Postoji prilično uobičajen način za povećanje učinkovitosti njegove primjene - preliminarni porast koncentracije dušične kiseline isparavanjem. Optimalno je da prije tretmana sumpornom kiselinom odgovarajuća tvar ima koncentraciju od oko 59-60%. Treba napomenuti da se u praksi ova tehnologija proizvodnje dušične kiseline karakterizira niskom razinom zaštite okoliša. Stoga, kao alternativa uporabi sumporne kiseline, uobičajena je upotreba nitrata. Proučimo njihove pojedinosti detaljnije.

Koncentracija s nitratima

Najčešće se nitrati magnezija ili cinka koriste za rješavanje problema koji se razmatra, što karakterizira proizvodnju dušične kiseline iz amonijaka. Prije svega, mnogo je ekološki prihvatljiviji od metode koja uključuje upotrebu sumporne kiseline. Osim toga, ova tehnologija omogućuje da se kao konačni proizvod osigura najviša kvaliteta dušične kiseline.

Istodobno, ima niz nedostataka koji unaprijed određuju pojavu poteškoća u širokoj primjeni. Prije svega, ovo je prilično velika cijena procesa proizvodnje. Osim toga, ova tehnologija u mnogim slučajevima uključuje i pojavu čvrstog otpada, čija obrada može biti komplicirana.

Upotreba katalizatora u proizvodnji dušične kiseline

Korisno je uzeti u obzir da se i druge tvari koje se koriste zajedno s osnovnim sirovinama za proizvodnju proizvoda u industrijskoj (često smatra takvih katalizatora) dušične kiseline. Korištenje dotičnih tvari dovodi do potrebe za povećanjem profitabilnosti proizvodnje kiseline, kako bi se povećala dinamika proizvodnje na industrijskoj jedinici.

Glavni uvjet za katalizator u proizvodnji predmetnog proizvoda je selektivnost akcije. To jest, on mora djelovati na osnovnoj kemijskoj reakciji, bez utjecaja na bočne procese. Najčešće u proizvodnji kiseline, uključeni su katalizatori, u kojima je prisutna platina.

Iznad smo zabilježili da se kod otpuštanja slabo koncentrirane tvari pri povišenom tlaku uključe katalizatori na bazi platine i rodija. U nekim slučajevima se također koriste legure uz dodatak paladija. Ali glavni metal u njima je platina, a sadržaj je obično najmanje 81%. Bit katalizatora u ovom slučaju je stimuliranje brzog prolaska osnovne kemijske reakcije. U pravilu, to se odvija unutar okvira eksternog difuzije.

Postupak ovisi o granicama difuzije kisika u odnosu na površinu katalizatora. Ova značajka uzrokuje veću koncentraciju amonijaka - osnovnu sirovinu za proizvodnju dušične kiseline na površini katalizatora i ponekad u odnosu na odgovarajući slici s koncentracijom u zraku. Moguće je povećati specifičnu težinu različitih nuspojava u kojima se opaža nepotpuna oksidacija i stvaranje dušika ili njegovog oksida. U tom smislu, kisik na površini mora biti u količini dovoljnoj za zamjenu amonijaka. U tom će slučaju biti moguće postići dovoljno duboku oksidaciju.

Može se primijetiti da, zajedno s platinskim katalizatorima, kombinirane tvari se također koriste u proizvodnji dušične kiseline. Konkretno, željezo-krom. Dopuštaju znatno smanjiti ekonomske troškove koji karakteriziraju oslobađanje predmetne tvari.

Dakle, razmatrali smo načini proizvodnje dušične kiseline, identificirali smo njegove glavne vrste. Koliko se stupnjeva proizvodnje dušične kiseline treba realizirati ovisi o njegovoj raznolikosti, kao io specifičnoj tehnologiji oslobađanja odgovarajuće tvari. Sada će biti korisno razmotriti kakve složenosti karakteriziraju industrijska proizvodnja ovog proizvoda, koja je tražena u mnogim područjima gospodarstva.

Glavni problemi u proizvodnji dušične kiseline

Dakle, kao što već znamo, proizvodnja dušične kiseline u kontaktu - jedna od najčešćih u modernoj industriji, uključuje aktivaciju katalizator za ubrzavanje oksidacije amonijaka i povećati prinos proizvoda. Glavni problem s puštanjem predmetnog proizvoda je relativno visoka cijena odgovarajućeg katalizatora. Međutim, njegova selektivnost ne uvijek postiže optimalnu vrijednost. Nadalje, značajan dio platine koji se koristi kao glavni element katalizatora može se izgubiti tijekom proizvodnje. Kao rezultat toga, opet se smanjuje ekonomska učinkovitost proizvoda.

Drugi problem koji karakterizira proizvodnju dušične kiseline je okoliš. Napomenuli smo gore da se sulfatna kiselina može koristiti za koncentraciju sirovina, a štetne tvari se formiraju nakon prolaska relevantnog ciklusa proizvodnje. Alternativa u ovom slučaju može biti uporaba nitrata - ali to opet uključuje povećanje ekonomskih troškova. Međutim, čimbenik okoliša za moderne proizvođače sada je jednako značajan kao razina profitabilnosti proizvodnje.