CN113336204A

CN113336204A - 工业硝酸的制作方法

Info

Publication number: CN113336204A
Application number: CN202110811626.0A
Authority: CN
Inventors: 敬林
Original assignee: Sichuan Baomahe Technology Co ltd
Current assignee: Sichuan Baomahe Technology Co ltd
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2021-09-03

Abstract

本发明涉及硝酸的制作技术领域，具体涉及工业硝酸的制作方法，首先氨气氧气混合预热，再预热含氧气的二氧化氮，再预热少量的水，三部分同时加入反应室Ⅰ，通过升温二氧化氮和氨气反应生成一氧化氮和水。再通过一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮，再利用生成的二氧化氮和氧气、水反应生成硝酸，得到稀硝酸。大部分的二氧化氮和氧气混合物通过加水得浓硝酸。反应室Ⅲ中二氧化氮和水生成硝酸过程有一氧化氮和氧气产生，一氧化氮和氧气反应为慢反应，而前面的反应速率较快，所以需氧气和一氧化氮反应生成二氧化氮，在用水回收，再次产生的一氧化氮和剩余氧气再反应，经两次氢氧化钠水溶液吸收得硝酸钠。从而一方面减少损失，二方面不造成空气污染。

Description

工业硝酸的制作方法

技术领域

本发明涉及硝酸的制作技术领域，具体涉及工业硝酸的制作方法。

背景技术

硝酸(Nitric acid)是一种具有强氧化性、腐蚀性的强酸，属于一元无机强酸，是六大无机强酸之一，也是一种重要的化工原料，化学式为HNO₃，其水溶液俗称硝镪水或氨氮水。在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等；在有机化学中，浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂。所属的危险符号是O(Oxidizing agent氧化剂)与C(Corrosive腐蚀品)。硝酸的酸酐是五氧化二氮(N₂O₅)。

现有的硝酸有工业合成和实验室两种制法：

1、工业合成

硝酸工业与合成氨工业密接相关，氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径，其主要流程是将氨和空气的混合气(氧：氮≈2:1)通入灼热(760～840℃)的铂铑合金网，在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮(NO)。生成的一氧化氮利用反应后残余的氧气继续氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸(PS：原料二氧化氮是由氨氧化而得，因此硝酸工业与制氨工业密不可分)，稀硝酸、浓硝酸、发烟硝酸的制取在工艺上各不相同。

2NO+O₂＝2NO₂(工业上制时要不停通入氧气)

3NO₂+H₂O＝2HNO₃+NO(NO循环氧化吸收)

4NO+3O₂+2H₂O＝4HNO₃

4NO₂+O₂+2H₂O＝4HNO₃

工业上也曾使用浓硫酸和硝石制硝酸，但该法耗酸量大，设备腐蚀严重，现基本停止使用

NaNO₃(s)+H₂SO₄(l)→NaHSO₄(s)+HNO₃(g)

2、实验室制法

原料：浓硫酸，硝酸钠

设备：烧瓶，玻璃管，烧杯，橡皮塞，加热设备(酒精灯，煤气灯等)

原理：

(高沸点酸制低沸点酸)

H₂SO₄(l)+NaNO³(s)＝Na₂SO₄(s)+HNO₃(g)(不挥发酸制备挥发性酸)

步骤：烧瓶中加入沸石，浓硫酸，硝酸钠。置于铁架台上的铁圈上，铁圈下隔石棉网放置加热设备，烧瓶口用带有玻璃管的橡皮塞塞住，玻璃管用橡皮管相连，另一头置于有水的烧杯中。注意事项：加热硫酸需要用沸石以防止硫酸暴沸，玻璃管连接处要尽量挨在一起，防止反应生成的NO2泄露，制备完成后要用碱中和瓶中物质，以免污染环境。

纯硝酸为无色透明液体，浓硝酸为淡黄色液体(溶有二氧化氮)，正常情况下为无色透明液体，有窒息性刺激气味。浓硝酸含量为68％左右，易挥发，在空气中产生白雾(与浓盐酸相同)，是硝酸蒸汽(一般来说是浓硝酸分解出来的二氧化氮)与水蒸汽结合而形成的硝酸小液滴。露光能产生二氧化氮，二氧化氮重新溶解在硝酸中，从而变成棕色。有强酸性。能使羊毛织物和动物组织变成嫩黄色。能与乙醇、松节油、碳和其他有机物猛烈反应。能与水混溶。能与水形成共沸混合物。相对密度1.41，熔点-42℃(无水)，沸点120.5℃(68％)。对于稀硝酸，一般我们认为浓稀之间的界线是6mol/L，市售普通试剂级硝酸浓度约为68％左右，而工业级浓硝酸浓度则为98％，通常发烟硝酸浓度约为98％。

工业制法，又需要制备出浓硝酸和稀硝酸，而现在的制作方法工艺不相同，无法同时制备出浓硝酸和稀硝酸，并且工业制法需要铂铑合金做催化剂，使得硝酸的制作成本高，价格高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供工业硝酸的制作方法，取消铂铑合金的使用，利用二氧化氮反复补入做催化剂，降低了制作成本，也减少了二氧化氮的排放对空气造成的污染。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

工业硝酸的制作方法，包括如下步骤：

步骤一、将氨气和氧气通入混合室预热，预热后由管路通入反应室Ⅰ，将水预热后通入反应室Ⅰ，加热发生反应，二氧化氮和氨气生成一氧化氮，

步骤二、将未反应的一氧化氮、氧气和水通入反应室Ⅱ，降温反应生成二氧化氮和硝酸，将二氧化氮和剩余的氧气通入反应室Ⅲ，将反应室Ⅱ的硝酸排入反应室Ⅲ，并通入水混合制成稀硝酸，将反应室Ⅲ中的硝酸通入储存室Ⅰ和储存室Ⅱ，由储存室Ⅰ外排稀硝酸取用，

步骤三、加热储存有稀硝酸的储存室Ⅱ，排二氧化氮、氧气和水蒸汽，使其进入硫酸钠脱水室，脱水后剩余二氧化氮和氧气，将该二氧化氮和氧气排入储存室Ⅲ，再断开储存室2向硫酸钠脱水室输入气体，再加热硫酸钠含水物，得硫酸钠和水蒸汽，然后向外排出水，即这里有一个分时段操作，

步骤四、储存室Ⅲ中的二氧化氮和氧气排入储存室Ⅳ中，依次加入水，得到不同浓度的浓硝酸；

步骤五、反应室Ⅲ中未完全反应的一氧化氮和氧气排入废气处理区，进行回收再利用。

进一步的，废气处理区设有回收室Ⅰ、回收室Ⅱ和回收室Ⅲ，反应室Ⅲ中剩余的一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮和氧气通入回收室Ⅰ，再通入水进回收室Ⅰ，生成硝酸，此硝酸再排入储存室Ⅰ，

回收室Ⅰ中剩余的一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮和氧气，排入回收室Ⅱ，回收室Ⅱ中通入氢氧化钠水溶液，从而生成硝酸钠，

回收室Ⅱ中剩余的一氧化氮和氧气再次反应生成二氧化氮和氧气后排入回收室Ⅲ，回收室Ⅲ中通入氢氧化钠水溶液生成硝酸钠，回收室Ⅲ中剩余的氧气直接外排，

回收室Ⅱ和回收室Ⅲ中的硝酸钠水溶液排入储存室Ⅴ。

进一步的，在反应室Ⅱ中，温度不超过50℃。

进一步的，在反应室Ⅰ中，加热温度不超过400℃。

进一步的，反应室Ⅱ、反应室Ⅲ、储存室Ⅰ、储存室Ⅱ、储存室Ⅲ、储存室Ⅳ、回收室Ⅰ和硫酸钠脱水室的内壁覆有聚四氟乙烯。

进一步的，进入混合中的氧气为纯氧。

进一步的，反应室Ⅰ中设有若干喷头，其氧气，氨气，二氧化氮和水通过喷头喷洒进反应室1中。

进一步的，通入反应室Ⅰ中氧气：二氧化氮：氨：水的比例为21：20：8：12。

本发明与现有技术相比的有益效果是：1、本方法制硝酸不需要铂铑合金做催化剂，因为铂铑合金网片在生产硝酸中会粉末化，需用用拦截网拦截铂铑合金粉末，所以本方法可大幅度降低生产成本。

2、本方法采用了二氧化氮做催化剂，二氧化氮反复补入、回收，并且在反应前端用纯氧代替空气，从而减少或者甚至在生产硝酸中不用排空法排出尾气，一方面减少损失，二方面不造成空气污染。

3、本方法利用二氧化氮和氨气反应生成一氧化氮，一氧化氮再和氧气经降温再在50摄氏度低温中反应生成二氧化氮，而一开始就加入了氧气可以减少反应生成物摩尔体积的变化，防止体积变化太大而爆炸危险发生。再加入氧气、二氧化氮和氨气，并且在此过程中加入一定量的水，以使其反应中出现的硝酸，硝酸氨为水合状态出现，从而防止副反应发生，避免了出现新的爆炸可能。

4、氨和氧气或氨和二氧化氮转变为一氧化氮为单向反应，二氧化氮转变为一氧化氮和氧气为双向反应，所以前两者为快反应，后者为慢反应，而且对于后者的逆反应温度较低，即50℃左右更好，正反应650℃以上更彻底。

5、设置了废气处理区，将一氧化氮反复处理，最后全部处理成氧气排放，避免污染空气。

附图说明

图1为本发明的反应流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

如图1所示的工业硝酸的制作方法，包括如下步骤：

步骤一、将氨气和氧气通入混合室1预热，需要说明的是，预热后由管路通入反应室Ⅰ2，将水预热后通入反应室Ⅰ2，加热至400℃发生反应，二氧化氮和氨气生成一氧化氮，反应室Ⅰ2中设有若干喷头，其氧气、氨气、二氧化氮和水通过喷头喷洒进反应室Ⅰ2中。

步骤二、将未反应的一氧化氮、氧气和水通入反应室Ⅱ3，降温至50℃后反应生成二氧化氮和硝酸，将二氧化氮和剩余的氧气通入反应室Ⅲ4，将反应室Ⅱ3的硝酸排入反应室Ⅲ4，并通入水混合制成稀硝酸，将反应室Ⅲ4中的硝酸通入储存室Ⅰ5和储存室Ⅱ6，由储存室Ⅰ5外排稀硝酸取用，

4NO₂+O₂+2H₂O→4HNO₃

步骤三、加热储存有稀硝酸的储存室Ⅱ6，排二氧化氮、氧气和水蒸汽，使其进入硫酸钠脱水室7，脱水后剩余二氧化氮和氧气，将该二氧化氮和氧气排入储存室Ⅲ8，并向反应室3通入水混合制成稀硝酸，将反应室Ⅲ4中的硝酸通入有联通器的储存室Ⅰ5和储存室Ⅱ6，由储存室Ⅰ5外排稀硝酸取用，

Na₂SO₄·nH₂O→Na₂SO₄+nH₂O

步骤四、储存室Ⅲ8中的二氧化氮和氧气排入储存室Ⅳ9中，依次加入水，得到不同浓度的浓硝酸；

步骤五、反应室Ⅲ4中未完全反应的一氧化氮和氧气排入废气处理区，进行回收再利用。

优选的，在上述步骤中，通入反应室Ⅰ2中氧气：二氧化氮：氨：水的比例为21：20：8：12，氧气通入比例比反应高也是为了阻断副反应。

优选的，为了反应的效率，本方法中所涉及的氧气为纯氧。

具体的，废气处理区设有回收室Ⅰ10、回收室Ⅱ11和回收室Ⅲ12，废气处理分为以下几步：

首先，反应室Ⅲ中剩余的一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮和氧气通入回收室Ⅰ10，再通入水进回收室Ⅰ10，生成硝酸，此硝酸再排入储存室Ⅰ5，

然后，回收室Ⅰ10中剩余的一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮和氧气，排入回收室Ⅱ11，回收室Ⅱ11中通入氢氧化钠水溶液，从而生成硝酸钠，

之后，回收室Ⅱ11中剩余的一氧化氮和氧气再次反应生成二氧化氮和氧气后排入回收室Ⅲ12，回收室Ⅲ12中通入氢氧化钠水溶液生成硝酸钠，回收室Ⅲ12中剩余的氧气直接外排，

最后，回收室Ⅱ11和回收室Ⅲ12中的硝酸钠水溶液排入储存室Ⅴ13。

为了避免在储存硝酸时，不被高温下的浓硝酸和低温下的稀硝酸腐蚀，反应室Ⅱ3、反应室Ⅲ4、储存室Ⅰ5、储存室Ⅱ6、储存室Ⅲ8、储存室Ⅳ9、回收室Ⅰ10和硫酸钠脱水室的内壁覆有聚四氟乙烯。

以上对本发明提供的工业硝酸的制作方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.工业硝酸的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤三、加热储存有稀硝酸的储存室Ⅱ，排二氧化氮、氧气和水蒸汽，使其进入硫酸钠脱水室，脱水后剩余二氧化氮和氧气，将该二氧化氮和氧气排入储存室Ⅲ，再断开储存室Ⅱ向硫酸钠脱水室输入气体，再加热硫酸钠含水物，得硫酸钠和水蒸汽，然后向外排出水，通过分时段加热硫酸钠脱水室，

2.根据权利要求1所述的工业硝酸的制作方法，其特征在于：废气处理区设有回收室Ⅰ、回收室Ⅱ和回收室Ⅲ，反应室Ⅲ中剩余的一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮和氧气通入回收室Ⅰ，再通入水进回收室Ⅰ，生成硝酸，此硝酸再排入储存室Ⅰ，

回收室Ⅱ和回收室Ⅲ中的硝酸钠水溶液排入储存室Ⅴ。

3.根据权利要求2所述的工业硝酸的制作方法，其特征在于：在反应室Ⅱ中，温度不超过50℃。

4.根据权利要求1所述的工业硝酸的制作方法，其特征在于：在反应室Ⅰ中，加热温度不超过400℃。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的工业硝酸的制作方法，其特征在于：反应室Ⅱ、反应室Ⅲ、储存室Ⅰ、储存室Ⅱ、储存室Ⅲ、储存室Ⅳ、回收室Ⅰ和硫酸钠脱水室的内壁覆有聚四氟乙烯。

6.根据权利要求1所述的工业硝酸的制作方法，其特征在于：进入混合室中的氧气为纯氧。

7.根据权利要求1所述的工业硝酸的制作方法，其特征在于：反应室1中设有若干喷头，其氧气、氨气、二氧化氮和水通过喷头喷洒进反应室1中。

8.根据权利要求7所述的工业硝酸的制作方法，其特征在于：通入反应室Ⅰ中氧气：二氧化氮：氨：水的比例为21：20：8：12。