氨氧化制硝酸催化剂
三水锰矿 / 2021-08-06
氨氧化制硝酸催化剂
一、氨氧化制硝酸催化剂
硝酸是氮肥、染料、火药和化学纤维等工业的重要原料。特别是随着固体肥的迅速发展，要求生产更多的硝酸。
早在十七世纪初期，硝酸是用浓硫酸分解硝石而得。随着硝酸需要量的日益增加，硝石来源有限，人们不得不寻求其他的制造方法。
到本世纪初，工业上实现了在电弧的高温作用下，使氮与氧直接化合为一氧化氮，再进一步加工生产硝酸。由于此法消耗能量太大，自1913年氨直接合成，以及氨催化氧化制硝酸实现了工业规模生产后，电弧法便淘汰了。
氨催化氧化法生产硝酸的实质，是氨在铂一铑催化剂的存在下用空气氧化为一氧化氮，一氧化氮进一步氧化，并用水吸收即得硝酸。
二、氨催化氧化的化学反应
氨在具有选择性的催化剂上氧化的主反应为:
4NH3+5O2→4NO+6H2O+216.55千卡(25℃，1大气压)
除主反应外，在某些条件下还可能发生副反应和NO的连续反应：
副反应为：
4NH3+302→2N2+6H2O+302.96千卡(25℃，1大气压)
2NH3→N2+3H2-21.92千卡(25℃，1大气压)
4NH3+4O2→2N2O+6HO+263.86千卡(25℃，1大气压)
其中第一个反应为完全氧化，进行氨的燃烧。第二个反应为氨的分解反应，这可能是由于反应炉材质选择不当而引起的分解。第三反应是在特殊的条件下，例如在某些特别组成的氧化物混合物上低温低空速度时，可能发生的反应。连续反应为：
2NO→N2+O2+43.2千卡(25℃，1大气压)
6NO+4NH3→5N+6HO+432.56千卡(25℃，1大气压)
其中第一个反应可能在高温下出现。第二个反应可能是在原料气的流速过大时，有一部分氨自由通过催化剂层或生成的气体在原料气中逆向扩散时发生的。所有上述副反应和连续反应都能使NO得率下降。
氨氧化生成NO为强放热反应。平衡常数随温度升高而减小。平衡常数与温度的关系绘于图6-10。
低温虽然有利于提高氨的平衡转化率，但氨在低温下氧化速度太慢，所以在铂一铑催化剂上一般采用800～1000℃由于氧化反应伴随着系统体积的增加，因此加压对提高氨的平衡转化率。
由下列的简单计算可以求得总压力与平衡转化率的关系式。氨氧化反应各组份的克分子和克分子分数列于表6-15。以P表示总压力，则
PNH3=4(1-x)P/(9+x),po2=5(1-x)P/(9+x)
pNo=4xP/(9+x),pH2O=6xP/(9+x),则
Kp=(14.929)(x)^10P/(1-x)^6(9+x)
所以 log Kp=log14.929+10logx+logP-log(9 +x)-9log(1-x)平衡常数Kp仅决定于温度。在一定温度下上式左边为一常数。因此可以算出在任何压力下的平衡转化率。由此算出的压力与平衡转化率的关系绘于图6-11.
由此可以看出，加压对提高平衡转化率不利。但当0压力变化不大时，影响并不显著。当氨的价格较低时，例如在美国，采用加压法有利。目前工业上采用的有高m压法、中压法和常压法。三种方法的工艺条件分别为高压法|:7～10大气压，900图6-11氨氧化制酸的平转化率950℃中压法:3～5大(与压力的关气压，850～880℃常压法，800℃。上述三种工艺，都是先将含有95～10.5％NH，的空气预热，然后使其通过若干层PtRh网叠成的化剂床层，进行氨的氧化反应。反应速度极快，停留时的为10^-3～10^4秒。
当空气中含12，4％NH时能形成爆混合物，所以应严控制的浓度。因此一般浓度为9.5~10.5％。
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.jpg "氨氧化反应各组份的克分子和克分子分数")
.jpg "压力与平衡转化率的关系")
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