Producción de ácido nítrico en la industria: tecnología, etapas, características

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

El ácido nítrico es uno de los tipos de materias primas industriales más demandados. Su producción se puede llevar a cabo por diferentes métodos, según la variedad en la que se debe suministrar el ácido al cliente. ¿Cuál es la esencia de las tecnologías relevantes? ¿Cómo se comparan con el tipo de ácido nítrico producido en la fábrica?

Producción industrial de ácido nítrico: una historia del desarrollo tecnológico

En primer lugar, será útil estudiar los hechos históricos sobre cómo se desarrolló la producción de ácido nítrico en Rusia. En la industria nacional, la liberación de esta sustancia, según la información disponible, se inició bajo Peter I. Posteriormente, M. V. Lomonosov propuso un método para la producción de ácido nítrico a partir de salitre; esta sustancia en realidad se consideraba la principal materia prima para la producción. de la sustancia en cuestión hasta principios del siglo XX.

Junto con el salitre, la producción de ácido nítrico en la industria se realizaba utilizando ácido sulfúrico. Las dos sustancias bajo consideración, interactuando entre sí, formaron ácido nítrico y óxido de azufre de sodio. La ventaja de estoel método era la capacidad de obtener ácido nítrico a una concentración de aproximadamente 96-98% (sujeto al uso de materias primas de la calidad requerida).

La tecnología correspondiente se ha mejorado activamente, a favor de aumentar la velocidad de procesamiento de materias primas y garantizar la producción de un mayor volumen de producto. Pero poco a poco se fue dando paso al concepto de que la producción de ácido nítrico se realizaba mediante la oxidación por contacto del amoníaco.

Además, se inventó un método en el que el óxido nítrico, obtenido por oxidación por arco del correspondiente gas de la atmósfera, se utilizaba como principal materia prima para la producción de ácido. Existe un punto de vista generalizado de que el primer método es más rentable.

Con la mejora de los enfoques tecnológicos para la producción de ácido nítrico, se ha formado un enfoque según el cual la opción más óptima para la producción de la sustancia correspondiente es el uso de infraestructura industrial que opera bajo alta presión. Una alternativa es la producción de ácido a presión atmosférica, que se considera menos rentable desde el punto de vista económico.

La liberación de una sustancia a presión normal o elevada implica la producción de ácido nítrico a partir de amoníaco. También existe un método combinado que combina las ventajas de los otros dos. Las características de la producción de ácido nítrico por el método combinado son, en primer lugar, en la oxidación de amoníaco a presión atmosférica y la implementación de su absorción, enaumentado.

El amoníaco se considera ahora la principal materia prima para la liberación de la sustancia en cuestión, junto con el agua y el aire atmosférico. Estudiemos los detalles de su uso en la producción de ácido con más detalle.

Materia prima de ácido nítrico

Entonces, las principales materias primas utilizadas en la producción de la sustancia en cuestión son el amoníaco, el aire y también el agua.

Esto requiere el uso de amoníaco purificado. Para ello, se purifica en equipos especiales de evaporación y destilación en el marco de varios ciclos de producción. De manera similar, se debe usar aire limpio al descargar ácido nítrico. También se filtra con un equipo especial. A su vez, el agua utilizada en la producción de ácido nítrico se purifica de impurezas y sales. En muchos casos, se debe utilizar condensado puro para obtener la sustancia en cuestión.

Estudiemos qué variedades de la sustancia en cuestión se pueden presentar, así como también cómo se produce cada tipo de ácido nítrico.

Variedades de ácido nítrico y las principales etapas de su liberación

Hay 2 tipos de ácido nítrico producido en plantas industriales modernas: diluido y concentrado. La producción de ácido nítrico diluido se lleva a cabo en 3 etapas principales:

• conversión de amoníaco (su producto final es el óxido nítrico);
• producir dióxido de nitrógeno;
• implementación de la absorción de óxidos de nitrógeno auso de agua.

La producción de ácido nítrico diluido está muy extendida en las empresas industriales modernas bajo el llamado esquema AK-72. Pero existen, por supuesto, otras tecnologías para la liberación de esta sustancia.

A su vez, la producción de ácido nítrico concentrado puede realizarse aumentando el nivel de la sustancia correspondiente en forma diluida o mediante síntesis directa. El primer método, por regla general, permite obtener una solución ácida a una concentración de alrededor del 68%, que puede no ser suficiente para la aplicación de la sustancia en cuestión en una serie de áreas. Por lo tanto, también es común el método de síntesis directa, que permite obtener una sustancia en una concentración de aproximadamente 97-98%.

Echemos un vistazo más de cerca a cómo se produce el ácido nítrico de una forma u otra. Arriba, notamos que la liberación de una sustancia diluida se puede llevar a cabo de acuerdo con el esquema AK-72. Estudiemos sus detalles primero.

Producción de ácido diluido mediante tecnología AK-72

El esquema considerado, a través del cual se lleva a cabo la producción de ácido nítrico, implica el uso de un ciclo cerrado, acompañado de:

• conversión de amoníaco;
• refrigeración de gases asociados a una presión de unos 0,42-0,47 MPa:
• realizando la absorción de óxidos bajo presión del orden de 1.1-1.26 MPa.

El producto final del esquema AK-72 es ácido nítrico en una concentración de alrededor del 60%. Producción de ácido nítrico dentrola tecnología en cuestión se lleva a cabo en el marco de etapas tales como:

• asegurar la entrada de aire de la atmósfera en la nave industrial y su limpieza;
• comprimir aire, separarlo en flujos tecnológicos;
• evaporación de amoníaco, depuración del gas correspondiente del petróleo y otras impurezas, así como su posterior calentamiento;
• mezcla de amoníaco purificado y aire, posterior purificación de esta mezcla y su transferencia al catalizador;
• obtención de gases nitrosos y su enfriamiento;
• recogida de condensados con ácido nítrico;
• concentración y absorción de ácido nítrico;
• enfriando y limpiando el producto resultante.

El ácido terminado se envía al almacén o al cliente.

Junto con la tecnología en consideración para la producción de ácido nítrico - AK-72, se utiliza otro concepto popular para la liberación de la sustancia correspondiente, que implica garantizar el funcionamiento de la infraestructura industrial a una presión de aproximadamente 0,7 MPa. Considere sus características.

Tecnología de liberación de producto bajo presión 0,7 MPa: matices

La tecnología en cuestión produce ácido nítrico no concentrado como alternativa al concepto AK-72. Implica la implementación de las siguientes etapas de liberación de la sustancia en cuestión.

En primer lugar, como en la tecnología anterior, se limpia el aire atmosférico. Para este propósito, por regla general, se utiliza un filtro de dos etapas. Además, el aire que se ha limpiado se comprimepor medio de un compresor de aire - hasta aproximadamente 0,35 MPa. En este caso, el aire se calienta, hasta una temperatura de aproximadamente 175 grados, y debe enfriarse. Una vez solucionado este problema, pasa a la zona de compresión adicional, en la que su presión aumenta hasta aproximadamente 0,716 MPa. El flujo de aire resultante, a su vez, se calienta a una temperatura alta, alrededor de 270 grados a través de la acción de los gases nitrosos. Luego se mezcla con amoníaco en un área especial de la unidad industrial. La sustancia correspondiente se activa cuando el ácido se libera inicialmente en estado gaseoso, que se forma debido a la evaporación del líquido. Además, el amoníaco debe ser purificado. Después de la preparación, el gas se calienta y se introduce en el mezclador al mismo tiempo que el aire. Esta mezcla también se filtra y, después de la purificación, se alimenta a la conversión de amoníaco. El procedimiento correspondiente se lleva a cabo utilizando mallas de aleación de platino y rodio a una temperatura muy alta, alrededor de 900 grados. La tasa de conversión es de alrededor del 96%.

La producción de ácido nítrico débil según la tecnología considerada implica la formación de gases nitrosos. Se llevan a un área especial de la unidad industrial, en la que se enfrían. Debido a esto, el agua purificada se evapora y aparece vapor a alta presión. Realizado a través del área apropiada de la unidad industrial, los gases nitrosos se mueven hacia el comburente. Cabe señalar que su oxidación se produce parcialmente ya en el anterioretapas de producción de ácido. Pero en el oxidante se vuelve aún más intenso. En este caso, los gases nitrosos se calientan a una temperatura de unos 335 grados. Posteriormente, se enfrían en un intercambiador de calor especial y luego se envían al condensador.

Después de eso, se forma ácido nítrico en una concentración débil. Es necesario separar los gases nitrosos restantes; para esto se usa un separador. Desde allí, el ácido nítrico se alimenta al área de absorción de la unidad industrial. Posteriormente, el ácido fluye hacia áreas del aparato debajo. Al mismo tiempo, interactúa con los óxidos de nitrógeno, como resultado de lo cual aumenta su concentración. A la salida, es alrededor del 55-58%. Suele contener óxidos disueltos que deben ser eliminados: para ello, la sustancia se envía al área de purga de la unidad. Con la ayuda de aire caliente, se extraen los óxidos del ácido. El producto terminado se coloca en el almacén o se envía al cliente.

Producción de ácido concentrado: síntesis directa

Habiendo considerado cómo se lleva a cabo la producción de ácido nítrico diluido, estudiaremos los detalles de la liberación de una sustancia concentrada. La producción de ácido por síntesis directa a partir de materias primas en forma de óxidos de nitrógeno se encuentra entre las tecnologías más rentables utilizadas en empresas del perfil correspondiente.

La esencia de este método es estimular una reacción química entre la sustancia especificada, el agua y el oxígeno bajo una presión de aproximadamente 5 MPa. La tecnología mediante la cual se lleva a cabo la producción de ácido nítrico.tipo concentrado sobre la base de uno diluido, tiene un matiz: garantizar que la transición del dióxido de nitrógeno a una forma líquida sea posible a una presión y temperatura cercanas a la atmosférica. Sin embargo, en algunas reacciones, la concentración de la sustancia correspondiente es insuficiente para pasarla a un estado líquido a presión normal y debe aumentarse.

Producción de ácido concentrado a partir de ácido diluido

En este caso, se supone que el ácido se concentra por medio de sustancias absorbentes, como ácido sulfúrico, ácido fosfórico, varias soluciones de nitratos. Los pasos principales en la producción de ácido nítrico concentrado a base de ácido sulfúrico diluido son los siguientes.

Primero, la materia prima se divide en 2 flujos: el primero se alimenta al evaporador, el segundo, ingresa al área fría de la unidad industrial. Se alimenta ácido sulfúrico a la región del aparato por encima de la segunda corriente de ácido nítrico diluido. A su vez, se suministra vapor a la parte inferior de la unidad, que calienta la mezcla utilizada, como resultado de lo cual se evapora el ácido nítrico. Sus vapores suben por el aparato, después de lo cual se retiran al refrigerador. Allí, los vapores ácidos se condensan, hasta que su concentración alcanza el 98-99 %.

Al mismo tiempo, parte de los óxidos de nitrógeno presentes durante esta etapa de producción son absorbidos por el ácido. Deben extraerse del producto: la mayoría de las veces, los vapores de ácido nítrico se utilizan para este propósito, que se envían al condensador. Los óxidos de nitrógeno extraídos, así como los vapores ácidos que no formaron un condensado, se envían a otra área del aparato, para su absorción, donde se tratan con agua. Como resultado, se forma ácido diluido, que nuevamente se alimenta a condensación y enfriamiento. El producto terminado se envía al almacén o al cliente.

Características de la concentración con ácido sulfúrico

La tarea principal que caracteriza la producción de ácido nítrico en la industria es la implementación de su concentración rentable y eficiente. Hay varios enfoques para desarrollar un esquema óptimo para resolverlo. Será útil considerar aquellos que se encuentran entre los más comunes.

Hemos señalado anteriormente que el ácido sulfúrico se puede utilizar para concentrar la sustancia en cuestión. Existe una forma bastante común de aumentar la efectividad de su uso: un aumento preliminar en la concentración de ácido nítrico a través de la evaporación. Óptimamente, antes del tratamiento con ácido sulfúrico, la sustancia correspondiente tendrá una concentración de aproximadamente 59-60%. Cabe señalar que, en la práctica, esta tecnología para la producción de ácido nítrico se caracteriza por un bajo nivel de respeto por el medio ambiente. Por lo tanto, como alternativa al uso de ácido sulfúrico, es común el uso de nitratos. Estudiemos sus detalles con más detalle.

Concentración con nitratos

La mayoría de las veces, los nitratos de magnesio o zinc se utilizan para resolver el problema en cuestión, que caracteriza la producción de ácido nítrico a partir de amoníaco. En primer lugar, es mucho más respetuoso con el medio ambiente que el métodoimplica el uso de ácido sulfúrico. Además, esta tecnología asegura la más alta calidad de ácido nítrico como producto final.

Al mismo tiempo, tiene una serie de deficiencias que predeterminan la aparición de dificultades en su aplicación generalizada. En primer lugar, este es un costo bastante alto del proceso de producción. Además, esta tecnología implica en muchos casos la producción de residuos sólidos, cuyo procesamiento puede resultar complicado.

Uso de catalizadores en la producción de ácido nítrico

Será útil considerar qué otras sustancias se utilizan junto con las principales materias primas para la producción del producto en cuestión en la producción industrial (la mayoría de las veces los catalizadores se consideran como tales) de ácido nítrico. El uso de las sustancias en cuestión se debe a la necesidad de aumentar la rentabilidad de la producción de ácido, aumentar la dinámica de su producción en una unidad industrial.

El requisito principal para el catalizador en la producción del producto en cuestión es la selectividad de acción. Es decir, debe afectar la reacción química principal sin afectar los procesos secundarios. Muy a menudo, los catalizadores se utilizan en la producción de ácido, que contienen platino.

Anteriormente, notamos que cuando se libera una sustancia débilmente concentrada a presión elevada, se usan catalizadores a base de platino y rodio. En algunos casos, también se utilizan aleaciones con la adición de paladio. Pero el metal principal en ellos esplatino, su contenido no suele ser inferior al 81%. La esencia del catalizador en este caso es estimular el paso rápido de la reacción química principal. Como regla, pasa dentro de la sección de difusión externa.

El proceso depende de los límites de difusión de oxígeno en relación con la superficie del catalizador. Esta característica provoca una mayor concentración de amoníaco, la principal materia prima para la producción de ácido nítrico, en la superficie de uno o, a veces, del catalizador, en comparación con la concentración en el aire. Es posible aumentar la gravedad específica de varias reacciones secundarias en las que se observa una oxidación incompleta y la formación de nitrógeno o su óxido. En este sentido, el oxígeno cerca de la superficie debe estar en una cantidad suficiente para desplazar al amoníaco. En este caso, será posible lograr una oxidación suficientemente profunda.

Cabe señalar que, junto con los catalizadores de platino, las sustancias combinadas también participan en la producción de ácido nítrico. En particular, hierro-cromo. Pueden reducir significativamente los costes económicos que caracterizan la producción de la sustancia en cuestión.

Entonces, hemos considerado los métodos de producción de ácido nítrico, identificado sus tipos principales. La cantidad de etapas de producción de ácido nítrico que se deben implementar depende de su tipo, así como de la tecnología específica para la liberación de la sustancia correspondiente. Sería útil ahora considerar qué dificultades caracterizan la producción industrial de este producto, que es demandado en muchas áreas de la economía.

Principales problemas enproducción de ácido nítrico

Entonces, como ya sabemos, la producción de ácido nítrico por el método de contacto, uno de los más comunes en la industria moderna, implica el uso de un catalizador para acelerar la oxidación del amoníaco y aumentar el rendimiento de el producto. El principal problema en la producción del producto en consideración es el precio bastante alto del catalizador correspondiente. Sin embargo, su selectividad no siempre alcanza el valor óptimo. Además, una parte importante del platino que se utiliza como elemento principal del catalizador puede perderse durante la producción. Como resultado, nuevamente, la rentabilidad de la producción del producto disminuye.

Otro problema que caracteriza la producción de ácido nítrico es el ambiental. Anteriormente, notamos que el ácido sulfúrico se puede usar con la concentración de materias primas y, al pasar por el ciclo de producción correspondiente, se forman sustancias nocivas. Una alternativa en este caso puede ser el uso de nitratos, pero esto, nuevamente, implica un aumento en los costos económicos. Sin embargo, el factor ambiental para los fabricantes modernos hoy en día es tan importante como el nivel de rentabilidad de la producción.