I. Контактное окисление аммиака до no

Контактное окисление аммиака до NO – процесс экзотермический. Между ам-миаком и кислородом воздуха в зависимости от условий могут протекать сле-дующие химические реакции:

Основная реакция

4 NH₃⁺+ 5 O₂⁰ → 4NO + 6H₂O +907,3 кДж (1)

4 N^-3 -5e^- → N ⁺¹

5 O₂⁰ – 4e^- →2O^-2

2 NH₃+2O₂ → N₂O + 3H₂O +1104,9 кДж (2)

1 N^-3 -5e^-→ N ⁺²

1 O₂⁰ – 4e^- →2O ^-2

4 NH₃+3O₂ → 2N₂ + 6H₂O (3)

2 2N^-3 -6e^- → N₂⁰

3 O₂⁰ – 4e^- →2O^2-

Все эти реакции практически необратимы, поэтому выход продуктов оп-ределяется скоростью каждой реакции.

Без катализатора идет в основном реакция (3). Поэтому применяют катализа-тор, который ускоряет реакцию (1). В качестве катализаторов могут использо-ваться платина и ее сплавы с металлами платиновой группы, а также оксиды железа, марганца, кобальта. Платина и ее сплавы имеют наиболее высокую ак-тивность, поэтому их используют наиболее часто. Однако другие катализато-ры также применяют. Платина используется в виде сеток из тонкой проволоки диаметром 0,06-0,09 мм. Эта сетка имеет 1024 ячейки на 1 см² .В последнее время используют катализаторы из сплавов, которые содержат кроме платины 4% палладия и 3% родия. Такие катализаторы в меньшей степени подвержены разрушению в процессе эксплуатации и, следовательно, имеют более продол-жительный срок службы. Платиновый катализатор очень чувствителен к при-месям. Наиболее сильным ядом для него является фосфин. Он отравляет ката-лизатор необратимо при содержании 10^-5%.Соединения серы отравляют ката-лизатор сильно, но обратимо. Кроме того, недопустимо попадание на катали-затор пыли, масел, ржавчины и т.д. Поэтому воздух, используемый для окис-ления аммиака и сам аммиак тщательно очищают. Однако небольшое количе-ство вредных примесей все-таки попадает на катализатор и приводит к сниже-нию активности катализатора. Для восстановления активности катализатор промывают слабыми растворами соляной и азотной кислоты.

В процессе работы платиновый катализатор постепенно становится рых-лым, теряет свою прочность, и его частицы уносятся с газовым потоком. Поте-ри катализатора на 1 т азотной кислоты составляют 0,05г. Когда потери ката-лизатора достигнут 30% от исходной массы, его отправляют в переплавку. Срок службы катализатора составляет в среднем 1,5 года.

Процесс окисления аммиака - каталитический, гетерогенный процесс.

Лимитирующей стадией является диффузия аммиака из ядра потока к поверх-ности катализатора.

Факторы, влияющие на выход NO

Время контакта аммиака с катализатором.

Оптимальное время контакта 0,0001-0,0002с. При увеличении времени контак-та выход NO падает из-за вредных побочных реакций.

Соотнощение O₂ : NH₃

Сотнощение O₂ : NH ₃ по стехиометрии составляет 1:1,25

Выход NO очень сильно зависит от соотношения O₂ : NH₃

При использовании платинового катализатора и Р=1атм выход NO составляет:

В промышленности для повышения выхода NO и увеличения скорости реакции соотношение O₂ : NH₃ обычно поддерживают на уровне 1,8-2,0, то есть содержание NH₃ в воздушно-аммиачной смеси равно 10-12%.

Аммиачно-воздушная смесь при определенной концентрации аммиака становится взрывоопасной. С повышением температуры область взрывоопас-ности расширяется. Однако, в производственных условиях работают с приме-нением составов, находящихся за пределами взрывоопасности.

Температура.

Повышение температуры до определенного предела благоприятно влияет на скорость процесса

Оптимальной является температура 700-900⁰С (при давлении 1 ат) и 800-900⁰С (при давлении 10 ат)

Давление.

Количество газа в левой части ненамного меньше, чем в правой. Поэтому уве-личение давления приводит к смещению равновесия влево, что нежелательно, однако смещение это незначительно, поэтому процесс ведут как при атмо-сферном давлении, так и при повышенном.