Salpetersäureherstellung

Salpetersäure ist eine starke Säure und wird für Oxidationsprozesse, organische Nitrierungen, Düngmittelherstellung und die Produktion von Sprengstoffen eingesetzt. Das heute gängigste Herstellverfahren ist das Ostwaldverfahren, bei dem NH₃ mit O₂ Katalytisch über NO zu NO₂ oxidiert wird, mit anschließender Absorption in Wasser.

Mittels Filtern wird das NH₃ und der Luftsauerstoff vorgereinigt. Das Gasgemisch wird mit einem Mischer vermischt (NH₃ Gehalt 12,5%; Ex Grenze 14%; je näher der NH₃ Gehalt an der Ex Grenze liegt, desto höher der Umsatz) und über einen Kerzenfilter in einen Wärmetauscher gefahren, in dem die Temp. von 40°C auf 120°C bis 150°C erhöht wird. Das Prozessgas gelangt über den konischen oberen Teil des Reaktors auf die 3 Katalysatornetze (Gewebt oder Gestrickt, 1024 Maschen/cm², Drahtdurchmesser 0,06mm – 0,076mm, 95% Pt + 5% Rh bei druckloser Verbrennung, 90% Pt + 10% Rh bei Druckverbrennung, Katgifte: Fe, Gold, P, S, Si, H₂S). Die Kontaktzeit beträgt nur 1/1000 Sekunde um den Zerfall in N₂ zu verhindern. Nach kurzer Betriebszeit wird die Drahtoberfläche stark aufgeraut (aufgemohrt) was die Oberfläche erhöht und den Umsatz begünstigt aber auch die Lebensdauer verringert, da die Kristalle vom Gasstrom mitgerissen werden. Um den Verlust an Pt und Rh zu minimieren, der einen wesentlichen Teil der Herstellkosten ausmacht, folgen noch 2 Netze aus einer Fe/Al/Cr Legierung und ein Goldnetz die zusätzlich zum 2. und 3. Pt/Rh Netz noch vom Gasstrom mitgerissene Pt/Rh Kristalle auffangen. Durch diese Netzkombination können bis zu 50% des Pt/Rh Verlust wieder aufgefangen werden. Die Katalytische Verbrennung an den Pt/Rh Netzen erfolgt bei 800°C bis 900°C. Beim Anfahren werden dies Netze mit einer H₂ Flamme vorgeheizt. Bei Druckverbrennungen können bis zu 25 dieser Netze die jeweils bis 4kg wiegen erforderlich sein.

4 NH₃ + 5 O₂ --> 4 NO + 6 H₂O +E
Nebenreaktionen:
4 NH₃ + 3 O₂ --> 2 N₂ + 6 H₂O +E
4 NH₃ + 4 O₂ --> 2 N₂O + 6 H₂O +E

Die Abkühlung der Prozessgase dieser sehr stark exothermen Reaktion erfolgt unter Gewinnung von Prozessdampf mit 64 bar und 420°C, in 3 Stufen durch im Kessel unter den Netzen eingebauten Kühlschlangen.
1. Stufe: Abkühlung auf 500°C durch die Dampfüberhitzerschlange
2. Stufe: Abkühlung auf 280°C durch die Verdampferschlange der Dampftrommel
3. Stufe: Abkühlung auf 160°C durch die Kesselspeißewasserschlange für die Dampftrommel
Die weitere Abkühlung erfolgt durch einem dem Reaktor nachgeschalteten säurebeständigen Rapidkühler, in dem sich Kondensat einer dünnen Salpetersäure bildet (w=0,5%) die getrennt abgeführt wird. Die dünne HNO₃ entsteht da überschüssiger Sauerstoff mit NO zu NO₂ reagiert, und dann das entstandene NO₂ mit dem Kondenswasser weiter zu HNO₃ Der gasförmige Hauptproduktstrom mit 10% NO wird der Absorptionsstufe zugeführt und zur Salpetersäure überführt.

4 NO + 2 O₂ --> 4 NO₂ +E
4 NO₂ + 2H₂O --> 2 HNO₂ + 2 HNO₃ + E
3 HNO₂ --> HNO₃ + 2 NO + H₂O + E