Производство азотной кислоты

Азотную кислоту, известную с VIII в., до XVIII в. получали нагреванием селитры NaNO₂ с железным купоросом. Последний впоследствии заменили серной кислотой. Этот способ просуществовал до начала XX в., когда запасы природной селитры были исчерпаны. Из других источников сырья промышленное значение имеют азот атмосферы и органические вещества (уголь, торф, биомасса растений и т.д.). Синтетические способы фиксации атмосферного азота (плазменный и аммиачный) были разработаны в начале XX в. По первому из них азот реагирует с кислородом под действием высоких температур (3000 — 4000° С), создаваемых плазмотроном. Аммиачный способ благодаря вы­сокой экономической эффективности в настоящее время является основным (95% в мировой практике). Сырьем служит азотоводородная смесь в соотношении 1 : 3. Совре­менная технология основана на конверсии природного газа и воздуха. Таким способом сейчас получают более 95% азотоводородной смеси для синтеза аммиака.

Производство разбавленной азотной кислоты из аммиака включает три основ­ных процесса (рис. 52, в):

4NH₃+50₂=4NO+6H₂0+Q

2NO+O₂<->2N0₂+Q

3N0₂+H₂0<->2HNO₃+NO+Q

Первый из них идет интенсивно в присутствии катализатора из платины или ее сплавов, выполненного в виде пакета тончайших сеток (1024 ячейки на 1 см), при температуре окисления аммиака 700—800° С, два других — при повышенном дав­лении. Увеличение давления в 10 раз ускоряет процесс окисления оксида азота (II). Перед подачей в контактный аппарат реагенты (NНз и воздух) глубоко очища­ют в фильтрах и от примесей, пыли, масла. Аммиак нагревают в подо­гревателе и подают во встроенный (внутренний) теплообменник контактного ап­парата, а затем на платиновые сетки. Сюда же компрессором нагнетают воздух. После охлаждения нитрозные газы компрессором подают в абсорбционную колонну, в которой параллельно проходят два последних процесса. Противоточно в нее поступает вода, нагретая до 30° С. Непрореагировавшие нитрозные газы улавливают, а выхлопные газы выбрасываются в атмосферу через трубу высотой до 100 м. Температуру абсорбции поддерживают в преде­лах 30—40°С. Вытекающая 60-процентная азотная кислота из абсорбционной колонны осво­бождается от нитрозных газов (отбеливается) воздухом и направ­ляется на склад готовой продукции или, что происходит чаще всего, на производство минераль­ных удобрений.

Теплота экзотермических реакций полностью покрывает затраты на техноло­гические нужды, в результате повышаются все технико-экономические показатели производства. Производительность таких агрегатов составляет 1360 т/сут, строятся еще более мощные — до 2260 т/сут.

Концентрированную азотную кислоту чаще всего получают прямым синтезом.

2N₂О₄+2H₂О<->2HNО₃+Q

Поступающие из контактного отделения нитрозные газы (рис. 44) после ох­лаждения в аппарате 1 компрессором 2 подаются в окислительную колонну 3, где 96 – 97% NO превращается в NO₄. После холодильника 4 газы поступают в нитроолеумную колонну 5, где абсорбируются до 36% N₂O_4. В отбелочной колонне 6 N₂O₄ десорбируется, а в холодильнике 7 конден­сируется и в смеси с разбавленной азотной кислотой поступает в автоклав 9. Неокислившиеся и несконденсировавшиеся нитрозные газы, отдавая теплоту в теплообменнике 8, возвращаются в цикл, а образовавшийся в колоннах и холо­дильниках 25-процентный раствор азотной кислоты частично через колонну 6 и холодильник 7 подается в автоклав, а частично идет на производство минераль­ных удобрений, например аммиачной селитры.

Рис. 44. Схема производства концентрированной азотной кислоты прямым синтезом: 1-аппарат для охлаждения, 2-компрессор, 3-окислительная колонна, 4, 7-холодильник, 5-нитроолеумная колонна, 6-отбелочная колонна, 8-теплообменник, 9-автоклав

На современных предприятиях, использующих мощные агрегаты, показа­тели затрат электроэнергии, пара и воды в 3 — 5 раз ниже. Выхлопные газы подвергаются высокотемпературной каталитической очистке. Содержание нит­розных газов в них после этого не превышает 0,0005%.

Большие затраты аммиака отражаются на себестоимости азотной кислоты, которая в 1,5 — 2 раза выше себестоимости серной.

Основные направления азотно-кислотного производства:

1. увеличение производственной мощности агрегатов до 2500 т/сут;

2. полная автоматизация;

3. повышение качества продукции комплексным использованием сырья, энергии и воды, полной утилизацией отходов;

4. поиск более эффективных технологических схем;

5. про­мышленное освоение способов биологической и низкотемпературной фикса­ции атмосферного азота.