Архивная версия статьи, 2004 год (без графики и таблиц)

  Продукты связанного азота

История развития производства азотной кислоты Производство азотной кислоты в советское время Несмотря на перебои с поставками аммиачной воды и топлива Юзовский (с 1961 г. — Донецкий азотный) завод в 1917 г. выпустил 2500 т азотной кислоты и около 1000 т аммиачной селитры. По выражению известного ученого-химика Б. В. Бызова, он являлся «жемчужиной химической техники, которым по праву может гордиться Россия». Однако в скором времени предприятие прекратило свою работу, т. к. донбасские коксовые заводы, поставлявшие ему аммиачную воду, были остановлены в связи с гражданской войной и интервенцией. Бездействовало оно до 1923 г., когда советское правительство вновь занялось капитальным ремонтом его цехов и реконструкцией аммиачного отделения. Целью восстановления стала замена исходного продукта (нашатырного спирта) обычной аммиачной водой, получаемой на всех рекуперационных установках Донбасса. К этому времени завод был передан в ведение треста «Коксобензол». Одновременно с возобновлением производства азотной кислоты и аммиачной селитры было решено организовать на нем выпуск новых химических продуктов, в которых тогда остро нуждалась страна: нитрита натрия, углекислого аммония, медицинского нашатырного спирта, нитратов натрия, кобальта, хрома и др. В первые 10 лет существования советской власти этот завод был единственным в стране предприятием, которое занималось переработкой аммиака во многие остродефицитные, ранее импортировавшиеся азотные продукты. На нем же в начале 1930-х гг. был впервые внедрен ряд новых методов получения калиевой селитры, тиомочевины, алюмоаммонийных квасцов для производства синтетического корунда и т. п. Провозглашение курса на социалистическую индустриализацию в 1925 г. повлекло за собой строительство новых крупных азотных производств. На первых советских заводах работало оборудование, закупленное за рубежом специалистами Комитета по связанному азоту при ВСНХ. В 1925–1930 гг. было пущено несколько установок по производству азотной кислоты, приобретенных у фирмы «Фришер» (Германия). Однако в скором времени они были демонтированы, т. к. оказались недостаточно надежны в работе. В 1931 г. Чернореченский химический завод ввел в строй три агрегата по выпуску азотной кислоты общей мощностью 30–36 тыс. т/год, поставленные фирмой «Дюпон». Они позволили впервые производить 58–60%-й продукт. В 1932–1935 гг. на Горловском и Березниковском азотно-туковых заводах (АТЗ) и Бобриковском химкомбинате функционировали линии по производству азотной кислоты на основе синтетического аммиака, тоже спроектированные с иностранной помощью. Абсорбцию оксидов азота проводили в гранитных башнях, охлаждение кислоты — в ферросилициевых холодильниках. Концентрация получаемого продукта не превышала 45%. В 1930–1940-е гг. основным сырьем для производства азотной кислоты становится синтетический аммиак. К этому времени строительство новых и реконструкцию действующих производств выполняли уже отечественные специалисты. Советские машиностроители освоили изготовление оборудования для производства азотной кислоты, работающего под давлением 912 кПа. При его использовании в 1939 г. началось производство азотной кислоты на Кемеровском АТЗ, а в 1940 г. — на Чирчикском электрохимическом комбинате. По своим параметрам и производственной мощности (20–22 тыс. т продукта в год) агрегаты не уступали лучшим зарубежным образцам. Почти одновременно вступили в строй цеха по выработке азотной кислоты мощностью 138 тыс. т/год на Днепродзержинском АТЗ. Здесь впервые была опробована комбинированная схема производства: окисление аммиака происходило при атмосферном давлении, а абсорбция окислов азота — при 709 кПа. В годы Великой Отечественной войны советские инженеры и химики заметно усовершенствовали технологии производства, позволившие значительно увеличить выпуск азотной кислоты. Так, напряженность* катализатора была повышена на 15–20%, внедрены новые приемы сборки концентрационных колонн, повышена температура подогрева азотной кислоты и купоросного масла и т. п. В мирное время в азотнокислотной промышленности осваивались комбинированные агрегаты, рассчитанные на разное давление, активно разрабатывались и внедрялись отечественные катализаторы окисления аммиака. К 1949 г. все цеха азотной кислоты, работающие как при атмосферном, так и при повышенном давлении, перешли на катализатор ГИАП-1, созданный Научно-исследовательским и проектным институтом азотной промышленности и продуктов органического синтеза (ГИАП). Совместно с институтом Днепродзержинский химический комбинат в 1950-х гг. внедрил на контактных аппаратах двухступенчатый катализ окисления аммиака при атмосферном давлении. Это позволило сократить потери платиноидов на 20–25%. В 1959 г. на предприятии был построен и пущен головной цех по производству азотной кислоты комбинированным методом. Конверсия аммиака проводилась при атмосферном давлении, абсорбция окислов азота — при давлении 355 кПа. В итоге удалось добиться достаточно высокой конверсии аммиака (не менее 97%) при низких затратах платиноидного катализатора. Одновременно велись активные исследовательские работы по изысканию новых композиций катализаторных сплавов с целью снижения процентного соотношения платины и родия по сравнению со стандартным катализатором ГИАП-1. Такая практика позволила повысить устойчивость катализаторов к каталитическим ядам. На многих заводах в конце 1960-х — 1970-е гг. был внедрен уникальный способ производства особо чистой 70%-й азотной кислоты, широко применяемой в полупроводниковой, радиотехнической промышленности и других отраслях. Согласно новому методу, разработанному ГИАП, продукт получали в аппаратуре из горного хрусталя или близких по качеству материалов. Современное промышленное производство Современная промышленность выпускает азотную кислоту в двух видах: разбавленную (менее 90%) и концентрированную (96–98%). Производство разбавленной кислоты включает четыре основные стадии: 1) получение связанного азота (аммиака); 2) окисление аммиака до оксида азота (II); 3) окисление оксида азота (II) в оксид азота (IV); 4) поглощение (абсорбция) оксида азота (IV) водой. Синтез аммиака осуществляется в специальных колоннах синтеза при давлении 200–1000 атм. Применение катализаторов позволяет проводить его при температуре около 500 °С. В зависимости от технологии катализаторами служат железо, марганец, серебро и др. Полученный аммиак смешивают с воздухом (или кислородом) и направляют в контактный аппарат, где при температуре 850 °С и повышенном либо атмосферном давлении происходит его окисление до оксида азота (II): 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2О. Параллельно с этой реакцией идут побочные процессы: 4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2О, 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2О. Равновесие во всех реакциях сдвинуто вправо, однако скорость последней намного выше всех остальных. Для избирательного увеличения скорости основной реакции используют платиновый или платинородиевый (сплав платины с 10% родия) катализатор. В противном случае при его отсутствии аммиак обычно окисляется до элементарного азота. Процесс окисления зависит также от величины поверхности соприкосновения катализатора с газом. Поэтому в промышленных установках используют частые катализаторные сетки с нитями диаметром около 0,1 мм. С увеличением числа сеток растет время соприкосновения газа с катализатором. На современных азотнокислотных заводах технология процесса отработана так, что выход окиси азота составляет около 96–98%. В отходящих нитрозных газах содержатся определенный процент оксида азота (II) и избыток кислорода. На следующей стадии оксид азота (II) окисляют до двуокиси. Процесс по большей части проводят при повышенном давлении. Особенность этой реакции в том, что ее скорость резко возрастает с понижением температуры. Поэтому нитрозные газы достаточно пропустить через холодильник, чтобы почти полностью окислить содержащийся в них оксид азота NO. Тепло отходящих газов обычно используют для получения пара. В дальнейшем оксид азота (IV) поглощают водой или слабой азотной кислотой в абсорбционных колоннах, работающих при атмосферном давлении. При этом образуется 64–68%-я кислота. Концентрированный продукт получают перегонкой разбавленной азотной кислоты с концентрированной серной или прямым окислением аммиака техническим кислородом под давлением. К сожалению, известные технологии отличаются многостадийностью, требуют громоздкого оборудования и значительных трудовых затрат. Поэтому поиски иных методов связывания азота ведутся до сих пор. Наиболее перспективным считают использование плазмотронов, т. к. подобные установки компактны, независимы от источников сырья и не нуждаются в большом обслуживающем штате. Однако затраты энергии для получения единицы продукции на них пока все же выше, чем при аммиачном методе. Проводятся исследования и по получению оксидов азота путем облучения смеси воздуха и кислорода в ядерных реакторах, но и в этом случае себестоимость продукта так же высока. Кроме того, возникает проблема очистки полученного газа от радиоактивных примесей. Е. А. Зайцева, кандидат химических наук

 Важно:
  ДЛЯ ОБМЕНА КНОПКАМИ - возьмите наш код, поставьте его на Ваш сайт и добавьте Ваш ресурс ЗДЕСЬ

Код кнопки:


Главная | Рубрикатор | Размещение рекламы | Рекламные агентства | Обзор выставок
Строчная реклама | Рынок металлов | Статьи и анонсы | Адреса фирм из статей
Содержание справочника ЛКМ | Анкета для посетителей | Доска объявлений | Страница ссылок