Главная | Обратная связь

Промисловість реактивів і особливо чистих речовин. 9 страница

Поглинальна здатність мідно-амоніачних розчинів невелика, але дуже зростає з підвищенням тиску і пониженням температури поглинача. Цим зумовлено застосування під час очищення газу від CO високого тиску (до 30 МПа) і температури поглинача біля 10 °С. Регенерація мідно-амоніачного розчину здійснюється зниженням тиску до атмосферного і нагріванням розчину до 80 °С. Регенерований розчин знову надходить на абсорбцію. Після очищення від CO вміст його у газі становить не більше 0,002 %.

Останнім часом для очищення газів від CO застосовують рідкий азот, через який пропускають газ. При цьому внаслідок конденсації домішок відбувається очищення газу не тільки від CO, але й від кисню.

9.4. Фізико-хімічні основи процесу синтезу амоніаку

Відомо кілька сполук азоту з воднем: амоніак NH₃, гідразин N₂H₄, азотисто-воднева кислота HN₃.

В умовах виробництва синтез NH₃ відбувається без утворення побічних продуктів. Зв'язування атмосферного азоту у вигляді NH₃ відбувається за такою реакцією:

N₂ + 3Н₂ 2NH₃ + Q,

де Q – тепловий ефект реакції у кДж/моль NH₃, який залежить від температури і тиску (при температурі 500 °С і тиску 30 МПа тепловий ефект дорівнює 55,77 кДж). Реакція утворення NH₃ оборотна, відбувається з виділенням теплоти і зменшенням об'єму, тому зниження температури і підвищення тиску сприяє зміщенню рівноваги у бік утворення NH₃.

У XIX ст. вчені проводили багато досліджень для фіксації атмосферного азоту та синтезу NH₃ з азоту і водню. Було встановлено, що при 400 °С і атмосферному тиску NH₃ на 99,56 % розкладається на N₂ і Н₂. Якщо б вони змогли досягти стану рівноваги при синтезі NH₃ з N₂ і Н₂, то вихід NH₃ становив би тільки 0,44 %.

Пізніше виявилось, що при 500‑780 °С і атмосферному тиску NH₃ не повністю розкладається, тобто вчені впевнились, що синтез NH₃ при збільшеному тиску принципово можливий.

У 1884 p. французький учений Ле‑Шательє встановив, що під час синтезу NH₃ великого виходу можна досягти, збільшуючи тиск, оскільки ця реакція відбувається із зменшенням об'єму. У 1901 р. він вперше зробив спробу синтезувати на напівзаводській установці NH₃ під тиском до 10 МПа, проте внаслідок аварії роботи звивчення й освоєння техніки високих тисків та підбору каталізаторів затяглися майже на десять років.

Рис. 9.1. Залежність рівноважного виходу NH₃ від тиску при різних температурах:
1 – t = 400 °С; 2 – t = 500 °С; 3 – t = 600 °С; 4 – t = 700 °С

Протягом 1904‑08 pp. Нернст і Габер кількісно визначили рівновагу реакції і показали, що вона залежить не тільки від температури, а й від тиску. З діаграми на рис. 9.1 видно, що вихід NH₃ найбільший при порівняно низьких температурах і високих тисках, однак при низьких температурах швидкість реакції синтезу, як відомо, дуже мала. Звідси можна зробити висновок, що оскільки реакція синтезу у виробництві відбувається при температурі близько 400‑500 °С, то для значного зміщення рівноваги у бік утворення NH, треба збільшувати тиск до кількох сотень атмосфер.

Швидкість реакції синтезу NH₃.Утворення NH₃ з N₂ і Н₂ відбувається з промисловою швидкістю тільки на поверхні твердого каталізатора, тому синтез NH₃ є гетерогенно-газовою каталітичною реакцією. Обмежуючою стадією синтезу є хімічна адсорбція N₂ на каталізаторі.

З підвищенням тиску швидкість реакції завжди збільшується, але при синтезі NH₃ підвищення тиску навіть до 100 МПа (при будь-якій температурі) не дає бажаних результатів, оскільки швидкість взаємодії N₂ з Н₂ весь час незначна.

Для досягнення промислової швидкості реакції синтезу NH₃ застосовують каталізатори: Fe, Pt, Os, Mn, W, U, Rh та інші метали, атоми яких мають незаповнений другий зовнішній електронний шар. Особливо велику активність виявляють Os і U, усі інші названі метали з тих чи інших причин не відповідають повністю поставленим до них вимогам. У пошуках каталізатора, який би найбільш відповідав промисловим вимогам, було досліджено тисячі різних матеріалів. Виявилось, що найефективнішим каталізатором для синтезу NH₃ є Fe з незначною домішкою активуючих добавок К₂О та А1₂О₃.

У промисловості раніше застосовували залізний каталізатор, в якому було два активатори (промотори) – А1₂О₃ і К₂О. Тепер застосовують залізний каталізатор з чотирма промоторами: А1₂О₃, К₂О, СаО і SiO₂. Цей каталізатор має велику активність, стійкий проти перегрівання і шкідливих домішок в азотоводневій суміші.

Каталітичні отрути.Швидкість синтезу NH₃ залежить від каталітичних отрут, наявних в азотоводневій суміші. Сірководень та інші сполуки сірки отруюють залізні каталізатори незворотно, а O₂, CO і водяна пара – тимчасово. Вміст кисневих сполук в азотоводневій суміші не повинен перевищувати 40 см³/м³. Добре очищають азотоводневу суміш від домішок CO і O₂ у промисловості продукційним і непродукційним передкаталізом. У колонах продукційного передкаталізу газова суміш не тільки очищається від шкідливих домішок, при цьому ще утворюється значна кількість NH₃.

Каталізатор виготовляютьіз залізної магнетитової руди або Fe, попередньо окисненого у струмені O₂. Оксиди заліза разом з промоторами плавлять в електричній печі, сплавлену масу подрібнюють і просіюють. Зерна каталізатора завантажують у колону синтезу, де їх відновлюють азотоводневою сумішшю протягом кількох діб. Рентгенівські дослідження показали, що зерна каталізатора складаються з кристалітів, внутрішня частина яких є чистим залізом, а промотори розташовані у верхніх шарах. Підвищення активності каталізатора є найважливішим способом збільшення продуктивності контактних апаратів, а звідси – й усього процесу синтезу NH₃.

Синтез NH₃ – це типовий гетерогенно-газовий каталітичний процес, який відбувається за такими стадіями:

· дифузія N₂ і Н₂ з газового об'єму до поверхні зерен каталізатора і всередину їхніх пор;

· активована хемосорбція газів на каталізаторі;

· взаємодія N₂ з Н₂ на поверхні каталізатора (відповідно до електронної теорії N₂, отримуючи електрони від каталізатора, набуває підвищеної активності, а Н₂ віддає електрони каталізатору, заповнюючи цю витрату, внаслідок чого на поверхні каталізатора утворюються хімічні сполуки: імід – NH, амід – NH₂, амоніак – NH₃);

· десорбція продукту реакції з поверхні каталізатора;

· перенесення (дифузія) продукту в об'єм газової фази. Швидкість однієї з зазначених стадій може бути меншою від швидкості інших стадій, тоді ця стадія визначатиме сумарну швидкість процесу. Значно частіше швидкість реакції обмежується швидкістю адсорбції, десорбції чи реакції на поверхні твердого каталізатора. Встановлено, що на залізному активованому каталізаторі швидкість адсорбції NH₃ близька до швидкості каталітичного синтезу NH₃. Адсорбція і десорбція Н₂ на каталізаторі відбуваються навіть при звичайних температурах, отже, вони не можуть бути обмежуючими стадіями.

Швидкість каталізу залежить також від концентрації Н₂ і NH₃.

Вихід NH₃ залежить не тільки від активності каталізатора, а й від багатьох параметрів технологічного режиму – температури, тиску, часу контактування (від об'ємної швидкості як зворотної величини), складу газової суміші, конструкції апарата та ін.

Сорбція є обмежуючими стадіями синтезу і розкладання NH₃. Зі збільшенням розміру зерен каталізатора швидкість перенесення газів у глибину зернових пор зменшується, тому посилюється вплив швидкості дифузії на швидкість процесу.

Об'ємна швидкість і продуктивність каталізатора. Крім температури, тиску і властивостей каталізатора на вихід NH₃ впливає час перебування газової суміші у зоні – каталізатора (об'ємна швидкість реакції). Об'ємна швидкість визначається кількістю (м³) газу у перерахунку на нормальні умови, який пройшов через 1 м³ каталізатора за 1 год (наприклад, 10 000 м³/м³∙год).

На сучасних установках синтезу NH₃ об'ємна швидкість коливається від 25 000 до 70 000 м³/м³∙год. З підвищенням об'ємної швидкості збільшується продуктивність каталізатора, проте одночасно зростають і витрати енергії на транспортування цих газів, їх нагрівання та охолодження.

Аміак виділяють з газової суміші конденсацією. При збільшенні об'ємної швидкості зменшується парціальний тиск NH₃; для того, щоб його сконденсувати, треба охолодити весь газ. При збільшенні об'ємної швидкості кількість теплоти, що припадає на 1 м³ газу, зменшується. Для того, щоб синтез NH₃ відбувався автотермічно (без підведення теплоти ззовні), треба, щоб теплота реакції (Q_p) компенсувала витрати теплоти апаратом (Q_втp), а також різницю між кількістю теплоти, що виноситься газами з апарата (Q_вих), і теплотою, що вноситься газами в апарат (Q_вх)

Q_р = Q_втр + (Q_вих – Q_вх).

При певній температурі газу на виході з апарата кількість теплоти, що виноситься, зростає прямо пропорційно об'ємній швидкості. Тому задавати об'ємну швидкість можна тільки після всебічного аналізу процесу.

9.5. Промислові способи виробництва синтетичного амоніаку

Принципова схема виробництва.Для досягнення високої продуктивності каталізатора синтез NH₃ провадять, не досягаючи рівноважного стану. Газ пропускають з такою об'ємною швидкістю, при якій газова суміш, що виходить з апарата, далека від стану рівноваги і містить невелику кількість NH₃. Виділивши NH₃ з азотоводневої суміші, її знову спрямовують у контактний апарат.

Перша стадія процесу – стискання азотоводневої суміші до тиску, при якому здійснюється синтез NH₃.

Способи виробництва NH₃ залежно від робочого тиску поділяються на три групи: системи високого тиску (45‑100 МПа), системи середнього тиску (20‑30 МПа) і системи низького тиску (до 10 МПа).

Функціональна схема виробництва NH₃ має такі стадії

Системи синтезу NH₃ відрізняються також схемами циркуляції азотоводневої суміші, яка не прореагувала, способами виділення NH₃ з азотоводневої суміші, температурними режимами, об'ємними швидкостями, концентрацією інертних газів у циклі, конструкціями контактних апаратів, типами машин для циркуляції газів. Проте відмінності в окремих системах не позначаються на принциповій схемі синтезу NH₃.

Останнім часом більшу частину NH₃ в усьому світі виробляють у системах середнього тиску (32 МПа).

Синтез NH₃ під середнім тиском.Схему установки для синтезу амоніаку наведено на рис. 9.2. Азотоводнева суміш надходить у колону синтезу 1, в якій частково перетворюється в NH₃ (ступінь перетворення не перевищує 17%).

Після колони синтезу газова суміш містить, %: Н₂ – 52‑57; N₂ – 17,5‑19; NH₃ – 12‑18; СН₄ – 6,6 і Аr – 5,5. Концентрація NH₃ після колони синтезу залежить в основному від чистоти вихідної суміші, об'ємної швидкості, активності і часу роботи каталізатора та конструкції каталізаторної коробки у колоні синтезу.

Рис. 9.2. Схема установки синтезу NH₃ під середнім тиском: 1 – колона синтезу;
2 – конденсатор; 3 – сепаратор; 4 – насос; 5 – фільтр; 6 – теплообмінник-конденсатор;
7 – випарник

З колони синтезу газ з температурою 120‑200 °С надходить у водяний конденсатор 2, де охолоджується до 25‑35 °С, внаслідок чого основна частина NH₃ конденсується і видаляється у сепараторі 3.

Кількість NH₃, що залишається у газовій суміші при даній температурі конденсації, обернено пропорційна загальному тиску Р. Це дає змогу, застосовуючи високий тиск і охолоджуючи газову суміш у водяних холодильниках, вилучати з неї 80‑90 % NH₃. Установки, які працюють при високих тисках, виробляють переважно рідкий NH₃, а установки менших тисків – газоподібний.

В азотоводневій суміші, яка циркулює через систему, концентрація інертних газів (СН₄, Аr та ін.) може збільшитися настільки, що порушиться режим роботи колони. Тому частину газової суміші треба періодично виводити, щоб зменшити вміст цих газів. Кількість азотоводневої суміші, яку необхідно вивести з циклу (з розрахунку на 1 т виробленого NH₃), дорівнює:

,

де: А – витрата азотоводневої суміші на 1 т NH₃; М_св та М_ц – молярні частки інертних газів у свіжій і циркулюючій суміші.

Для компенсації втрати тиску газову суміш стискають циркуляційним насосом 4 до 30‑32 МПа і подають у фільтр 5, куди надходить і свіжа азотоводнева суміш. Кількість свіжої азотоводневої суміші, яку треба ввести у систему, дорівнює сумі кількості газу, перетвореного на NH₃, і кількості виведеної суміші з інертними газами та газу, який розчинився в NH₃.

Рис. 9.3. Схема чотириполичкової колони синтезу амоніаку під середнім тиском:
1 – корпус колони; 2 – корпус каталізаторної коробки; 3 – аварійний люк; 4 – трубчастий теплообмінник; 5 – патрубок вводу байпасного газу; 6‑9 – полиці з каталізатором;
10 – центральна труба; 11 – люк для розвантаження каталізатора

На фільтрі, крім оливи від насоса, затримується і амонію карбонат, що міг утворитися з NH₃, водяної пари і СО₂, які залишились у газовій суміші

СО₂ + Н₂О + 3NH₃ = (NH₄)₂CO₃.

З фільтра газова суміш надходить у конденсаційну колону 6, яка складається з теплообмінника і сепаратора. У теплообміннику суміш охолоджується циркуляційним газом до 5‑15 °С і подається для конденсації залишків NH₃, що утворились раніше у колоні синтезу, в амоніачний випарник 7, температура в якому (0‑15 °С) підтримується киплячим NH₃. Газова суміш з фільтра 5через теплообмінник-конденсатор 6 і амоніачний випарник 7 надходить знову у колону синтезу і цикл синтезу замикається.

Колона синтезу –найважливіша частина кожного агрегату синтезу NH₃. Конструкція колони повинна забезпечувати тривалий, безперебійний та безпечний перебіг процесу під великим тиском.

Азотоводнева суміш і NH₃ агресивно діють на матеріал (сталь), з якого виготовлено колону. Особливо шкідлива дія Н₂, який вимиває зі сталі вуглець, утворюючи з ним під дією високої температури і тиску вуглеводні (відбувається воднева корозія).

Для забезпечення високої продуктивності колона повинна містити велику кількість каталізатора, сприяти автотермічності процесу та використанню зайвої теплоти, наприклад для виробництва водяної пари. Тому основне при конструюванні колони – запобігти впливу високої температури на товстостінні частини – тіло колони. Цього досягають, спрямовуючи потік холодної газової суміші вздовж внутрішньої стінки колони. Автотермічність досягається тим, що поряд з каталізаторною коробкою у колону вмонтовуються теплообмінники. Застосовують полич­кові і трубчасті колони.

На рис. 9.3 наведено чотириполичкову трубчасту колону синтезу амоніаку під середнім тиском. Колона висотою 30 м і діаметром 2,5 м виготовлена зі спеціальної сталі, яка здатна витримувати високий тиск, температуру й агресивну дію водню та амоніаку. Холодна азотоводнева суміш подається в нижню частину колони і скеровується вгору між корпусом колони 1 і корпусом каталізаторної коробки 2. У верхній частині реактора холодний газ потрапляє у міжтрубний простір теплообмінника 4, в якому він нагрівається до 400 °С за рахунок теплоти конвертованого газу, що залишає колону синтезу по трубах теплообмінника 4. Підігрітий газ послідовно проходить чотири шари каталізатора 6‑9 і потрапляє в центральну трубу 10, по якій подається в теплообмінник 4. При цьому газ охолоджується приблизно до 330 °С. У зв'язку з тим, що реакція синтезу амоніаку екзотермічна, на каталізаторних полицях газ дуже нагрівається (особливо на перших, де перетворюється велика кількість вихідних речовин). При цьому температура значно відхиляється від оптимальної. Для регулювання температурного режиму каталізу передбачено подачу байпасного холодного синтез-газу (патрубок 5) у кожний шар каталізатора (на схемі показано подачу газу тільки у перший). При робочій температурі 300‑520 °С і тиску 32 МПа колона синтезу вказаних розмірів має продуктивність за амоніаком коло 1360 т/добу.

Синтез NH₃ під високим тиском.Системи високого тиску синтезу NH₃ працюють при 45‑60 МПа. У системах високого тиску завдяки великій концентрації NH₃ у газовій суміші, яка виходить з колони синтезу, NH₃ легко конденсується і тому відпадає потреба в амоніачному охолодженні.

Сучасний агрегат розвиває потужність 1200‑1500 т NH₃ на добу, розміщуючись на площі тільки 20000 м², і не потребує великої кількості обслуговуючого персоналу.

Сорти, перевезення і зберігання NH₃.Рідкий синтетичний NH₃ випускають двох сортів:

	І сорт (сорт А)	ІІ сорт (сорт Б)
Вміст NH3, %, не менше	99,75	99,6
Домішок, не більше
вологи, %	0,25	0,4
масла, мг/л
заліза, мг/л		–

Продукція І сорту призначена для холодильних машин, II сорту – для добування газоподібного NH₃, виробництва HNO₃, азотних добрив і т. д.

Невеликі кількості NH₃ перевозять і зберігають у стальних балонах місткістю 30 і 35 л під. тиском 3 МПа. Балони пофарбовані у жовтий колір з написом на них фарбою "Аміак".

Для перевезення великих кількостей рідкого NH₃ застосовують спеціальні залізничні цистерни низького тиску 0,4 МПа або високого тиску до 2 МПа, які вміщують до 50 тис. л NH₃.

Рідкий NH₃ з сепараторів і конденсаційних колон дроселюється до тиску 1,6 МПа і надходить у збірники рідкого NH₃. Збірник рідкого NH₃ – це горизонтальний зварний резервуар зі сферичним днищем 5,0 м завдовжки і діаметром 1,1 м. У збірнику з рідкого NH₃ виділяються гази, які містять N₂, Н₂ і NH₃, і по окремому трубопроводу разом з газами продування надходять на установку вловлювання NH₃.

Техніка безпеки у виробництві синтетичного NH₃.Виробництво NH₃ є вогне- і вибухонебезпечним. При виробництві азотоводневої суміші методом конверсії СН₄ природного газу і конверсії CO із застосуванням високих температур і тисків завжди є небезпека виникнення пожежі і вибуху. Щоб запобігти загазованості робочих приміщень вибухонебезпечними та отруйними речовинами, необхідно встановити постійний нагляд за герметичністю фланцевих з'єднань трубопроводів і апаратів та стежити за справністю притічно-витяжної вентиляції. Для управління технологічним процесом використовують системи автоматичного і дистанційного управління.

Питання до розділу 9

1. Яку роль відіграє азот у природі і житті людини?

2. Які є методи зв'язування повітряного азоту? Навести коротку харак­те­ристику кожного з них.

3. Як отримують азот для приготування азотоводневої суміші?

4. Як можна отримати водень для синтезу амоніаку?

5. Як отримують азотоводневу суміш конверсією метану?

6. Які є методи очищення азотоводневої суміші від сірководню?

7. Як очищають конвертований газ від СО₂?

8. Як здійснюють очищення газу від оксиду вуглецю?

9. Які умови синтезу амоніаку з N₂ і Н₂?

10. Які каталізатори використовують для синтезу амоніаку?

11. Які отрути впливають на активність каталізатора?

12. За якими стадіями відбувається каталітичний процес синтезу амоніаку?

13. Дати характеристику об'ємної швидкості і продуктивності каталізатора.

14. Описати принципову схему виробництва амоніаку.

15. Описати схему установки синтезу амоніаку під середнім тиском.

16. Як працює колона синтезу амоніаку?

17. Як здійснюють синтез амоніаку під високим тиском?

18. Як перевозять і зберігають амоніак?

19. Техніка безпека у виробництві амоніаку.

 

Розділ 10. ВИРОБНИЦТВО НІТРАТНОЇ КИСЛОТИ

10.1. Загальна характеристика нітратної кислоти

Нітратна кислота є однією з найважливіших мінеральних кислот. Вона відома ще з часів алхімії. У VIII ст. Гебер описав добування HNO₃ перегонкою галуну і купоросу з селітрою. У 1650 р. Глаубер запропонував добувати HNO₃ дією концентрованої H₂SO₄ на калієву селітру. На початку XIX ст. HNO₃ почали добувати з природної чілійської селітри, потужні поклади якої було відкрито в Чілі. Цей спосіб був єдиним промисловим способом добування HNO₃ аж до 20-х років XX ст. Потреба в HNO₃ швидко зростала. Добування HNO₃ фіксацією атмосферного N₂ дуговим і ціанамідним способом не змогло забезпечити азотнокиснотну промисловість сировиною. Тільки розвиток виробництва синтетичного NH₃ забезпечив створення потужної азотнокислотної промисловості. Виробництво HNO₃ окисненням NH₃ швидко поширилось у всіх країнах світу.

Про утворення HNO₃ внаслідок окиснення NO в NO₂ і розчинення його у воді було відомо з давніх часів:

2NO + O₂ NO₂; (10.1)

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO, (10.2)

проте цей процес довгий час не мав промислового значення через ряд технічних і економічних труднощів. Важливо було визначити, який метод добування NO був би більш раціональним – безпосередній синтез його з N₂ і О₂ повітря, чи окисненням NH₃. На той час перший спосіб виявився економічно невигідним. У 1839 р. було виявлено, що NH₃ при наявності платини окиснюється до HNO₃ за рівнянням

NH₃ + 2О₂ = HNO₃ + Н₂О. (10.3)

На основі цього у 1909 р. в Німеччині було збудовано перший дослідний завод продуктивністю 1600 кг розбавленої HNO₃ на рік. Потім такі заводи були побудовані в Бельгії, Англії та інших країнах Європи. На них використовували NH₃, який утворювався при коксуванні вугілля і частково від розкладання кальцію ціанаміду водяною парою. Внаслідок недосконалості технології ці заводи виявились нерентабельними.

У 1914 р. талановитий російський інженер І.І. Андрєєв після докладного вивчення впливу різних чинників на процес окиснення NH₃ запропонував спосіб виробництва HNO₃ з амоніачних вод коксових печей. Наприкінці 1916 р. в Юзівці (тепер Донецьк) було споруджено перший азотнокислотний завод, що працював за способом Андрєєва. На ньому у 1917 р. працювало вже 14 контактних апаратів. Процес окиснення NH₃ здійснювався без підігрівання ззовні на платино-іри­діє­вому каталізаторі. Досвід цього заводу відіграв надзвичайно велику роль у розвитку вітчизняної і світової азотнокислотної промисловості. Тепер HNO₃ виробляють у промисловості майже виключно окисненням синтетичного NH₃ киснем повітря.

Безводна НNО₃ – це безбарвна важка рідина, густина її 1,52 г/см³ (при 15 °С), димить на повітрі з виділенням бурої пари NO₂, замерзає при –47 °С, з водою змішується у будь-яких співвідношеннях. Водні розчини НNО₃ залежно від концентрації кристалізуються при різних температурах. Найнижчу температуру кристалізації –66,3 °С має 89,95 %-ий розчин HNO₃.

Температура кипіння водних розчинів НNО₃ також залежить від концентрації. Максимальну температуру кипіння 121,9 °С має азеотропна суміш, яка містить 68,4 % НNО₃. Інші розчини НNО₃ киплять при нижчих температурах. Температура кипіння безводної HNO₃ (встановлено екстраполяцією) дорівнює 85,4 °С, проте ще при нижчій температурі НNО₃ кислота розкладається за рівнянням

4НNО₃ = 2Н₂О + 4NО₂ + О₂ – 259,7 кДж.

Цю характерну для НNО₃ реакцію пізніше було покладено в основу процесу синтезу концентрованої HNO₃ з NO₂, O₂ і Н₂О.

Бурий газ NO₂, розчиняючись у HNO₃, забарвлює її від жовтого до червоного кольору залежно від кількості NO₂, що розчинився.

Нітратна кислота – сильний окиснювач, особливо коли у ній є розчинений NO₂. Багато органічних речовин (особливо рослинні і тваринні тканини) під дією НNО₃ руйнуються, а деякі з них від контакту з концентрованою НNО₃ самозаймаються. Залізо добре розчиняється у розбавленій НNО₃, проте концентрована НNО₃ утворює на поверхні його тонкий щільний шар оксидів заліза, нерозчинний у кислоті, внаслідок чого метал пасивується і не зазнає корозії.

У лабораторній практиці застосовується в основному концентрована НNО₃ густиною 1,43, в якій міститься близько 65 % НNО₃. У промисловості найчастіше застосовують розбавлену HNO₃ з вмістом НNО₃ 50‑60 % або концентровану, в якій НNО₃ міститься 96‑98 %.

Величезні кількості НNО₃ застосовують для виробництва мінеральних азотних добрив, барвників, вибухових речовин, нітролаків, кіноплівки, фармацевтичних препаратів і т. д. За об'ємом виробництва і застосування НNО₃ поступається тільки перед H₂SO₄.

10.2. Фізико-хімічні основи виробництва нітратної кислоти

Окисненням NH₃ нітратну кислоту добувають у дві стадії, перша з яких полягає в окисненні NH₃ киснем повітря із застосуванням каталізатора

4NH₃ + 5О₂ = 4NO + 6Н₂О + 907,3 кДж. (10.4)

У заводських установках 96‑98 % NH₃ перетворюється на NO, решта (4‑2 %) окиснюється до N₂ і втрачається виробництвом.

Друга стадія процесу полягає в окисненні NO до NO₂, який далі взаємодіє з водою, утворюючи НNО₃.

Як видно з рівняння (10.2), одночасно з HNO₃ утворюється NO, який окиснюється в NO₂. Отже, процес повторюється до повного використання NO₂. При цьому як при атмосферному, так і при підвищеному тиску утворюється розбавлена НNО₃.

У комбінованих системах NH₃ окиснюється при атмосферному тиску, а друга стадія процесу – переробка нітрозних газів – відбувається при підвищеному тиску.

Концентровану HNO₃ добувають двома способами: концентруванням розбавленої НNО₃ з за допомогою перегонки при наявності купоросної оливи або синтетичним способом – взаємодією рідкого NO₂ з Н₂О та О₂:

2N₂O₄ + 2Н₂О + О₂ 4HNO₃ + 59,5 кДж. (10.5)

Внаслідок процесу, який відбувається під тиском 5 МПа і при температурі близько 70‑80 °С, утворюється синтетична 98 %-на HNO₃.

Контактне окиснення NH₃.При взаємодії NH₃ з О₂, залежно від умов, крім основної реакції (10.4) можливі інші реакції:

4NH₃ + 4О₂ = 2N₂O + 6Н₂О + 1105 кДж; (10.6)

4NH₃ + ЗО₂ = 2N₂ + 6Н₂О + 1270 кДж. (10.7)

Окиснення NH₃ можна проводити повітрям, збагаченим О₂, або сумішшю О₂ з водяною парою. Якщо процес відбувається без каталізатора, NH₃ окиснюється тільки до N₂. При наявності каталізатора можуть утворюватись NO і N₂O.