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硝酸工业简介

生产硝酸的原料

在17世纪，人们用硫酸分解硝石来生产硝酸。

20世纪初，曾利用电弧产生的高温模拟闪电，使空气中的氮和氧化合成一

氧化氮，再冷却吸收生成硝酸。

1913年后，由于合成氨的工业化，用氨作原料生产硝酸成为主要方法。

生产硝酸的方法

用氨生产硝酸包括三个化学反应。

4NH3＋5O2＝4NO＋6H2O

2NO＋O2＝2NO2

3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO

其中第二、第三个反应是交替进行的。

（1）氨的氧化氨的氧化有一系列平行反应和连串反应。平行反应：

4NH3＋5O2＝4NO＋6H2O＋907.3kJ

4NH3＋4O2＝2N2O＋6H2O＋1105kJ

4NH3＋3O2＝2N2＋6H2O＋1269kJ

2NH3＝N2＋3H2－91.9kJ

这些平行反应的速率都比较大，提高反应选择性的唯一途径是采用高选择性

的催化剂。

连串反应：

2NO＝N2＋O2＋180.6kJ

4NH3＋6NO＝5N2＋6H2O＋1807.1kJ

要控制连串反应的发生，必须使空气流的径向速度分布均匀，不允许气流返

混，主反应发生后采取急冷、降温措施。

最常用的高选择性催化剂是铂-铑合金。含铑10％的催化剂活性最高，但是

铑十分昂贵，一般以钯代替部分铑。催化剂的作用机理一般认为是

O2→2O（氧在催化剂上活性吸附）

NH3＋O→NH2OH（活性吸附的氧和氨反应）

NH2OH→NH＋H2O（羟胺受热分解）

NH＋O2→HNO2

HNO2→NO＋OH

2OH→H2O＋O

（2）一氧化氮的氧化

这是气相（均相）可逆放热反应。在低温、加压的条件下有利于提高反应速

率，通常在810kPa、200℃以下反应，可获得较大的转化率。

（3）二氧化氮的吸收二氧化氮的吸收可认为是分两步进行的。

将上述两个反应方程式合并，可得：

这是一个放热的、气体体积缩小的可逆反应，因此降低温度、增加压强对反

应有利。在生产上有采用常压的，也有用加压（400kPa和810kPa）的。

（4）浓硝酸的生产生产浓硝酸（含量98％）通常有两种方法。

①浓缩法使浓硫酸和稀硝酸混合（如49份50％的硝酸和51份98％的硫酸

混合），然后在精馏塔内精馏，从塔顶可以得到浓硝酸，塔底得到稀硫酸。稀硫

酸蒸发浓缩后能循环使用。

②直接法直接法分两步进行。

a．二氧化氮的浓缩。将NO2气体在－10℃的条件下用浓硝酸吸收（混合气

体中的N2和O2等不被吸收），然后将溶液在40～60℃的条件下解吸，可得到

含量达97～98％的NO2，再将NO2在－8℃下液化，并转化为N2O4。

b．硝酸的合成。将N2O4在加压的条件下合成硝酸。

2N2O4＋2H2O＋O2＝4HNO3

反应条件：按化学计量关系，N2O4过量25～30％，O2（纯氧）过量50～

60％，实际生产时用稀硝酸代替水。温度为70～75℃，压强一般采用5×103kPa，

反应时间约为1h。反应在可间隙操作的高压釜中进行。