Production d'acide nitrique dans l'industrie : technologie, étapes, fonctionnalités

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

L'acide nitrique est l'un des types de matières premières industrielles les plus demandés. Sa production peut être réalisée par différentes méthodes - en fonction de la variété dans laquelle l'acide doit être fourni au client. Quelle est l'essence des technologies pertinentes? Comment se comparent-ils au type d'acide nitrique produit à l'usine ?

Production industrielle d'acide nitrique: histoire du développement technologique

Tout d'abord, il sera utile d'étudier les faits historiques sur le développement de la production d'acide nitrique en Russie. Dans l'industrie nationale, la libération de cette substance, selon les informations disponibles, a été initiée sous Peter I. Par la suite, M. V. Lomonosov a proposé une méthode de production d'acide nitrique à partir de salpêtre - cette substance était en fait considérée comme la principale matière première pour la production de la substance en question jusqu'au début du XXe siècle.

Avec le salpêtre, la production d'acide nitrique dans l'industrie a été réalisée à l'aide d'acide sulfurique. Les deux substances considérées, interagissant l'une avec l'autre, ont formé de l'acide nitrique et de l'oxyde de soufre et de sodium. L'avantage de cela méthode consistait à obtenir de l'acide nitrique à une concentration d'environ 96 à 98 % (sous réserve de l'utilisation de matières premières de la qualité requise).

La technologie correspondante a été activement améliorée - en faveur de l'augmentation de la vitesse de traitement des matières premières et de la garantie de la production d'un plus grand volume de produit. Mais peu à peu, il a cédé la place à l'idée que la production d'acide nitrique était réalisée par l'oxydation par contact de l'ammoniac.

En outre, une méthode a été inventée dans laquelle l'oxyde nitrique, obtenu par oxydation à l'arc du gaz correspondant de l'atmosphère, a été utilisé comme matière première principale pour la production d'acide. Il existe un point de vue largement répandu selon lequel la première méthode est plus rentable.

Avec l'amélioration des approches technologiques de la production d'acide nitrique, une approche a été formée selon laquelle l'option la plus optimale pour la production de la substance correspondante est l'utilisation d'infrastructures industrielles fonctionnant sous haute pression. Une alternative est la production d'acide à pression atmosphérique, considérée comme moins rentable d'un point de vue économique.

Le rejet d'une substance à pression normale ou élevée implique la production d'acide nitrique à partir d'ammoniac. Il existe également une méthode combinée qui combine les avantages des deux autres. Les caractéristiques de la production d'acide nitrique par la méthode combinée résident, d'une part, dans l'oxydation de l'ammoniac à pression atmosphérique et dans la mise en œuvre de son absorption - àaugmenté.

L'ammoniac est désormais considéré comme la principale matière première pour le rejet de la substance en question, avec l'eau et l'air atmosphérique. Étudions plus en détail les spécificités de leur utilisation dans la production d'acide.

Acide nitrique matière première

Ainsi, les principales matières premières utilisées dans la production de la substance en question sont l'ammoniac, l'air, mais aussi l'eau.

Cela nécessite l'utilisation d'ammoniac purifié. Pour ce faire, il est purifié dans des équipements spéciaux d'évaporation et de distillation dans le cadre de différents cycles de production. De même, de l'air propre doit être utilisé lors de la décharge d'acide nitrique. Il est également filtré à l'aide d'un équipement spécial. À son tour, l'eau utilisée dans la production d'acide nitrique est purifiée des impuretés et des sels. Dans de nombreux cas, un condensat pur doit être utilisé pour obtenir la substance en question.

Étudions quelles variétés de la substance en question peuvent être présentées, ainsi que la façon dont chaque type d'acide nitrique est produit.

Variétés d'acide nitrique et principales étapes de sa libération

Il existe 2 types d'acide nitrique produits dans les usines industrielles modernes - dilué et concentré. La production d'acide nitrique dilué s'effectue en 3 étapes principales:

• conversion de l'ammoniac (son produit final est l'oxyde nitrique);
• produisant du dioxyde d'azote;
• mise en place de l'absorption des oxydes d'azote àconsommation d'eau.

La production d'acide nitrique dilué est répandue dans les entreprises industrielles modernes sous le régime dit AK-72. Mais il existe bien sûr d'autres technologies pour la libération de cette substance.

À son tour, la production d'acide nitrique concentré peut être réalisée en augmentant le niveau de la substance correspondante sous forme diluée ou par synthèse directe. La première méthode, en règle générale, permet d'obtenir une solution acide à une concentration d'environ 68%, ce qui peut ne pas être suffisant pour l'application de la substance en question dans un certain nombre de domaines. Par conséquent, la méthode de synthèse directe est également courante, ce qui permet d'obtenir une substance à une concentration d'environ 97 à 98 %.

Examinons de plus près comment l'acide nitrique est produit sous une forme ou une autre. Ci-dessus, nous avons noté que la libération d'une substance diluée peut être effectuée selon le schéma AK-72. Étudions d'abord ses spécificités.

Production d'acide dilué à l'aide de la technologie AK-72

Le schéma considéré, par lequel la production d'acide nitrique est réalisée, implique l'utilisation d'un cycle fermé, accompagné de:

• conversion d'ammoniac;
• refroidissement des gaz associés à une pression d'environ 0,42-0,47 MPa:
• réalisant l'absorption d'oxydes sous pression de l'ordre de 1,1-1,26 MPa.

Le produit final du schéma AK-72 est l'acide nitrique à une concentration d'environ 60 %. Production d'acide nitrique dansla technologie considérée est réalisée dans le cadre d'étapes telles que:

• assurer l'admission d'air de l'atmosphère dans l'unité industrielle et son nettoyage;
• compresser l'air, le séparer en flux technologiques;
• évaporation de l'ammoniac, purification du gaz correspondant du pétrole et d'autres impuretés, ainsi que son chauffage ultérieur;
• mélange d'ammoniac purifié et d'air, purification ultérieure de ce mélange et son transfert vers le catalyseur;
• l'obtention des gaz nitreux et leur refroidissement;
• collecte des condensats avec de l'acide nitrique;
• concentration et absorption d'acide nitrique;
• refroidir et nettoyer le produit résultant.

L'acide fini est envoyé au stockage ou au client.

Avec la technologie envisagée pour la production d'acide nitrique - AK-72, un autre concept populaire pour la libération de la substance correspondante est utilisé, qui consiste à assurer le fonctionnement de l'infrastructure industrielle à une pression d'environ 0,7 MPa. Considérez ses caractéristiques.

Technologie de libération de produit sous pression 0,7 MPa: nuances

La technologie en question produit de l'acide nitrique non concentré comme alternative au concept AK-72. Il implique la mise en œuvre des étapes suivantes de libération de la substance en question.

Tout d'abord, comme dans la technologie précédente, l'air atmosphérique est nettoyé. À cette fin, en règle générale, un filtre à deux étages est utilisé. De plus, l'air qui a été nettoyé est compriméau moyen d'un compresseur d'air - jusqu'à environ 0,35 MPa. Dans ce cas, l'air est chauffé - jusqu'à une température d'environ 175 degrés, et il doit être refroidi. Une fois ce problème résolu, il passe à la zone de compression supplémentaire, dans laquelle sa pression augmente à environ 0,716 MPa. Le flux d'air résultant, à son tour, est chauffé à une température élevée - environ 270 degrés par l'action des gaz nitreux. Il est ensuite mélangé à de l'ammoniac dans une zone dédiée de l'unité industrielle. La substance correspondante est activée lorsque l'acide est initialement libéré à l'état gazeux, qui se forme en raison de l'évaporation du liquide. De plus, l'ammoniac doit être purifié. Après préparation, le gaz est chauffé et introduit dans le mélangeur simultanément avec de l'air. Ce mélange est également filtré et, après purification, est envoyé à la conversion de l'ammoniac. La procédure correspondante est réalisée à l'aide de mailles en alliage de platine et de rhodium à très haute température - environ 900 degrés. Le taux de conversion est d'environ 96 %.

La production d'acide nitrique faible selon la technologie considérée implique la formation de gaz nitreux. Ils sont amenés dans une zone spéciale de l'unité industrielle, dans laquelle ils sont refroidis. De ce fait, l'eau purifiée s'évapore et l'apparition de vapeur à haute pression. Effectués à travers la zone appropriée de l'unité industrielle, les gaz nitreux pénètrent dans le comburant. Il convient de noter que leur oxydation se produit partiellement déjà à la précédenteétapes de production d'acide. Mais dans l'oxydant, cela devient encore plus intense. Dans ce cas, les gaz nitreux sont chauffés à une température d'environ 335 degrés. Ensuite, ils sont refroidis dans un échangeur de chaleur spécial, puis ils sont envoyés au condenseur.

Après cela, l'acide nitrique se forme à faible concentration. Il est nécessaire d'en séparer les gaz nitreux restants - un séparateur est utilisé pour cela. De là, l'acide nitrique est introduit dans la zone d'absorption de l'unité industrielle. L'acide s'écoule ensuite dans les zones de l'appareil ci-dessous. En même temps, il interagit avec les oxydes d'azote, ce qui augmente sa concentration. A la sortie, il est d'environ 55-58%. Il contient généralement des oxydes dissous qu'il faut éliminer: pour cela, la substance est envoyée dans la zone de purge de l'appareil. À l'aide d'air chauffé, les oxydes sont extraits de l'acide. Le produit fini est placé dans l'entrepôt ou expédié au client.

Production d'acide concentré: synthèse directe

Après avoir examiné comment s'effectue la production d'acide nitrique dilué, nous étudierons les spécificités de la libération d'une substance concentrée. La production d'acide par synthèse directe à partir de matières premières sous forme d'oxydes d'azote est l'une des technologies les plus rentables utilisées dans les entreprises du profil concerné.

L'essence de cette méthode est de stimuler une réaction chimique entre la substance spécifiée, l'eau et l'oxygène sous une pression d'environ 5 MPa. La technologie par laquelle la production d'acide nitrique est réaliséetype concentré sur la base d'un type dilué, a une nuance: assurer la transition du dioxyde d'azote sous forme liquide est possible à une pression et une température proches de la pression atmosphérique. Cependant, dans certaines réactions, la concentration de la substance correspondante est insuffisante pour la transférer à l'état liquide à pression normale, et il faut l'augmenter.

Production d'acide concentré à base d'acide dilué

Dans ce cas, on suppose que l'acide est concentré au moyen de substances absorbantes - telles que l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, diverses solutions de nitrates. Les principales étapes de la production d'acide nitrique concentré à base d'acide sulfurique dilué sont les suivantes.

Premièrement, la matière première est divisée en 2 flux: le premier est introduit dans l'évaporateur, le second entre dans la zone froide de l'unité industrielle. L'acide sulfurique est introduit dans la région de l'appareil au-dessus du second courant d'acide nitrique dilué. À son tour, la vapeur est fournie à la partie inférieure de l'unité, qui chauffe le mélange utilisé, à la suite de quoi l'acide nitrique s'en évapore. Ses vapeurs montent dans l'appareil, après quoi elles sont transférées au réfrigérateur. Là, les vapeurs acides se condensent - jusqu'à ce que leur concentration atteigne 98-99 %.

Dans le même temps, une partie des oxydes d'azote présents lors de cette étape de production est absorbée par l'acide. Ils doivent être extraits du produit: le plus souvent, on utilise à cet effet des vapeurs d'acide nitrique qui sont envoyées au condenseur. Les oxydes d'azote extraits, ainsi que les vapeurs acides qui n'ont pas formé de condensat, sont envoyés dans une autre zone de l'appareil - pour absorption, où ils sont traités avec de l'eau. En conséquence, un acide dilué est formé, qui est à nouveau alimenté pour la condensation et le refroidissement. Le produit fini est envoyé à l'entrepôt ou au client.

Caractéristiques de concentration avec l'acide sulfurique

La tâche principale qui caractérise la production d'acide nitrique dans l'industrie est la mise en œuvre de sa concentration rentable et efficace. Il existe plusieurs approches pour développer un schéma optimal pour le résoudre. Il sera utile de considérer ceux qui sont parmi les plus courants.

Nous avons noté plus haut que l'acide sulfurique peut être utilisé pour concentrer la substance en question. Il existe un moyen assez courant d'augmenter l'efficacité de son utilisation - une augmentation préliminaire de la concentration d'acide nitrique par évaporation. De manière optimale, avant le traitement à l'acide sulfurique, la substance correspondante aura une concentration d'environ 59 à 60 %. Il convient de noter qu'en pratique, cette technologie de production d'acide nitrique se caractérise par un faible niveau de respect de l'environnement. Par conséquent, comme alternative à l'utilisation d'acide sulfurique, l'utilisation de nitrates est courante. Étudions leurs spécificités plus en détail.

Concentration avec des nitrates

Le plus souvent, les nitrates de magnésium ou de zinc sont utilisés pour résoudre le problème considéré, qui caractérise la production d'acide nitrique à partir d'ammoniac. Tout d'abord, il est nettement plus respectueux de l'environnement que la méthodeimpliquant l'utilisation d'acide sulfurique. De plus, cette technologie garantit la plus haute qualité d'acide nitrique en tant que produit final.

Dans le même temps, il présente un certain nombre de lacunes, qui prédéterminent l'apparition de difficultés dans son application généralisée. Tout d'abord, il s'agit d'un coût assez élevé du processus de production. De plus, cette technologie implique dans de nombreux cas la production de déchets solides, dont le traitement peut être compliqué.

Utilisation de catalyseurs dans la production d'acide nitrique

Il sera utile de considérer quelles autres substances sont utilisées avec les principales matières premières pour la production du produit en question dans la production industrielle (le plus souvent les catalyseurs sont considérés comme tels) d'acide nitrique. L'utilisation des substances en question est due à la nécessité d'augmenter la rentabilité de la production d'acide, d'augmenter la dynamique de sa production dans une unité industrielle.

La principale exigence pour le catalyseur dans la production du produit en question est la sélectivité d'action. Autrement dit, il doit affecter la réaction chimique principale sans affecter les processus secondaires. Le plus souvent, les catalyseurs sont utilisés dans la production d'acide, qui contiennent du platine.

Ci-dessus, nous avons noté que lorsqu'une substance faiblement concentrée est libérée à une pression élevée, des catalyseurs à base de platine et de rhodium sont utilisés. Dans certains cas, des alliages avec addition de palladium sont également utilisés. Mais le principal métal qu'ils contiennent estplatine, sa teneur n'est généralement pas inférieure à 81%. L'essence du catalyseur dans ce cas est de stimuler le passage rapide de la réaction chimique principale. En règle générale, il passe dans la section de diffusion externe.

Le processus dépend des limites de diffusion de l'oxygène par rapport à la surface du catalyseur. Cette caractéristique entraîne une concentration plus élevée d'ammoniac, principale matière première pour la production d'acide nitrique, à la surface d'un ou parfois du catalyseur, par rapport à la concentration dans l'air. Il est possible d'augmenter la gravité spécifique de diverses réactions secondaires dans lesquelles une oxydation incomplète et la formation d'azote ou de son oxyde sont observées. A cet égard, l'oxygène près de la surface doit être en quantité suffisante pour déplacer l'ammoniac. Dans ce cas, il sera possible de réaliser une oxydation suffisamment profonde.

On peut noter que, parallèlement aux catalyseurs au platine, des substances combinées sont également impliquées dans la production d'acide nitrique. En particulier, le fer-chrome. Ils peuvent réduire considérablement les coûts économiques qui caractérisent la production de la substance en question.

Ainsi, nous avons examiné les méthodes de production d'acide nitrique, identifié ses principaux types. Le nombre d'étapes de production d'acide nitrique à mettre en œuvre dépend de son type, ainsi que de la technologie spécifique pour la libération de la substance correspondante. Il serait utile maintenant d'examiner quelles difficultés caractérisent la production industrielle de ce produit, qui est demandé dans de nombreux secteurs de l'économie.

Principaux problèmes deproduction d'acide nitrique

Ainsi, comme nous le savons déjà, la production d'acide nitrique par la méthode de contact - l'une des plus courantes dans l'industrie moderne, implique l'utilisation d'un catalyseur afin d'accélérer l'oxydation de l'ammoniac et d'augmenter le rendement de le produit. Le principal problème dans la fabrication du produit considéré est le prix assez élevé du catalyseur correspondant. Cependant, sa sélectivité n'atteint pas toujours la valeur optimale. De plus, une partie importante du platine qui est utilisé comme élément principal du catalyseur peut être perdue lors de la production. En conséquence, encore une fois, la rentabilité de la sortie du produit diminue.

Un autre problème qui caractérise la production d'acide nitrique est environnemental. Ci-dessus, nous avons noté que l'acide sulfurique peut être utilisé avec la concentration de matières premières et qu'en passant par le cycle de production correspondant, des substances nocives se forment. Une alternative dans ce cas peut être l'utilisation de nitrates - mais cela, encore une fois, implique une augmentation des coûts économiques. Cependant, le facteur environnemental pour les fabricants modernes est aujourd'hui aussi important que le niveau de rentabilité de la production.