1.2. Методы производства азотной кислоты

Метод 1.

Исторически впервые азотная кислота была получена путем перегонки чилийской селитры (NaNO₃) c квасцами M^IM^III(SO₄)₂·12H₂O. Этот способ впервые описал в 778 г. арабский ученый Джабир Ибн-Хайян (Гебер).

До начала ХХ века единственным для получения азотной кислоты был процесс, основанный на реакции:

NaNO₃+H₂SO₄→HNO₃+NaHSO₄

При применении 96 %-ной селитры и 95–97 %-ной серной кислоты получали концентрированную азотную кислоту (96–98 % мас.).

Метод 2.

В начале ХХ века (в 1901г.) была решена проблема связывания атмосферного азота, что дало возможность использовать практически неисчерпаемый источник азота (над каждым квадратным километром земли в воздухе содержится 8000 тыс. тонн N₂). Способ заключался в пропускании воздуха через электрическую дугу (дуговой метод). Этот метод оказался энергозатратным: на 1т азотной кислоты расходуется 70000 кВт·ч. В настоящее время энергозатраты несколько снижены за счет совершенствования технологии, но пока он не выдерживает конкуренции с другими методами.

Метод 3.

Наконец в 1910 году был разработан и промышленно осуществим фирмой BASF метод синтеза аммиака из простых веществ, и с этого времени удалось решить проблему производства азотной кислоты. Метод заключается в окислении аммиака до оксида азота с использованием соответствующих катализаторов. Его стали называть методом контактного окисления аммиака.

3. Развитие производства азотной кислоты с помощью окисления аммиака

Аммиак изначально получали на коксохимических заводах. В начале ХХ века выпуск аммиака составлял ~ 120 тыс. т/год.

1800 год. Французский химик Фуркруа, пропуская аммиак с воздухом через раскаленную железную трубку, выделил оксиды азота. Последние в присутствии водяного пара образовывали желтую маслянистую жидкость – смесь кислот.

1839 год. Кюльман получил оксиды азота контактным окислением аммиака на губчатой платине. При охлаждении газовой смеси были получены азотная и азотистая кислота.

1907 год. На основе работ Кюльмана, В. Оствальд сконструировал опытную установку по производству азотной кислоты.

В России независимо от других осуществил этот технологический процесс И.И. Андреев. В 1916 году в Юзовке (ныне г. Донецк) был построен первый в России завод по производству азотной кислоты из аммиака производительностью, соответствующей выпуску аммиачной селитры ~ 10 тыс. тонн в год.

С этого времени мощность агрегатов повысилась в 800 раз (диаметр аппарата вырос с 0,1–0,3 м до 2,8–3,0 м). За это время разработаны и внедрены в промышленность более 150 патентов на различные варианты системы (технологический режим, схемы производства, конструкционные особенности аппаратов).

В настоящее время разрабатываются и другие методы:

• окисление азота в электрических разрядах;

• связывание атмосферного азота путем прямого облучения воздуха с кислородом в атомном реакторе;

• связывание азота с помощью ионизирующего излучения (например, ⁶⁰Со);

• высокотемпературное окисление азота ~ 2200 С (достигается за счет тепла сжигания природного газа).