تولید اسید نیتریک از آمونیاک | فرآیند صنعتی استوالد (Ostwald Process)

اسید نیتریک (HNO₃) در صنایع شیمیایی به‌طور عمده از آمونیاک (NH₃) تولید می‌شود. این فرآیند که به فرآیند استوالد (Ostwald Process) معروف است، یکی از روش‌های استاندارد تولید اسید نیتریک در مقیاس صنعتی است. در این روش، آمونیاک به نیتریک اسید تبدیل می‌شود و در صنایع کودهای شیمیایی، مواد منفجره و تولید نیترات‌ها کاربرد دارد.

---

مراحل تولید اسید نیتریک از آمونیاک

مرحله 1: اکسیداسیون آمونیاک

آمونیاک در حضور کاتالیزور پلاتین-رودیوم و در دمای بالا اکسید می‌شود تا اکسید نیتریک (NO) تولید شود. این واکنش گرمازا است:4NH3+5O2→4NO+6H2O+ΔH4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O + \Delta H4NH3​+5O2​→4NO+6H2​O+ΔH

مرحله 2: اکسیداسیون اکسید نیتریک

اکسید نیتریک (NONONO) که در مرحله اول تولید شده است، در دمای پایین‌تر با اکسیژن هوا واکنش می‌دهد تا دی‌اکسید نیتروژن (NO2NO₂NO2​) تشکیل شود:2NO+O2→2NO22NO + O₂ → 2NO₂2NO+O2​→2NO2​

مرحله 3: جذب و تولید اسید نیتریک

دی‌اکسید نیتروژن (NO2NO₂NO2​) در آب حل می‌شود تا اسید نیتریک تولید کند. این واکنش برگشت‌پذیر است و محصولات جانبی شامل اکسید نیتریک می‌شود:3NO2+H2O→2HNO3+NO3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO3NO2​+H2​O→2HNO3​+NO

اکسید نیتریک (NONONO) تولیدشده در این مرحله به چرخه بازمی‌گردد تا مجدداً به NO₂ تبدیل شود.

---

ویژگی‌های فرآیند تولید اسید نیتریک از آمونیاک

1. کارایی بالا:
   این فرآیند امکان تولید اسید نیتریک با خلوص بالا را فراهم می‌کند.
2. اقتصادی بودن:
   آمونیاک ماده اولیه ارزان و در دسترس است و فرآیند استوالد به دلیل بازیافت محصولات جانبی، هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد.
3. محیط‌زیست:
   گازهای خروجی حاوی اکسیدهای نیتروژن (NOx) باید به‌صورت مناسبی تصفیه شوند تا آلودگی محیط‌زیستی کاهش یابد.

---

واکنش کلی فرآیند استوالد

واکنش کلی تولید اسید نیتریک از آمونیاک به صورت زیر قابل نمایش است:NH3+2O2→HNO3+H2ONH₃ + 2O₂ → HNO₃ + H₂ONH3​+2O2​→HNO3​+H2​O

---

کاربردهای اسید نیتریک تولیدشده از آمونیاک

1. تولید کودهای شیمیایی:
   نیترات آمونیوم (NH4NO3NH₄NO₃NH4​NO3​) یکی از کودهای پرکاربرد است که از اسید نیتریک تولید می‌شود.
2. صنایع نظامی:
   در تولید مواد منفجره مانند TNT و نیترات‌های مختلف استفاده می‌شود.
3. صنایع شیمیایی:
   تولید نیترات‌های فلزی، رنگ‌ها و مواد شیمیایی دیگر.
4. بازیافت فلزات گران‌بها:
   اسید نیتریک برای بازیافت طلا و پلاتین استفاده می‌شود.

---

مزایای فرآیند تولید اسید نیتریک از آمونیاک

1. تولید اقتصادی و در مقیاس بزرگ.
2. استفاده از مواد اولیه ارزان و در دسترس.
3. بهره‌وری بالا و تولید اسید نیتریک با خلوص بالا.
4. امکان بازیافت محصولات جانبی برای کاهش هزینه‌ها.

---

چالش‌های فرآیند استوالد

1. مصرف انرژی بالا:
   واکنش‌ها در دما و فشار بالا انجام می‌شوند.
2. آلودگی محیط‌زیستی:
   اکسیدهای نیتروژن (NOx) می‌توانند آلودگی هوا ایجاد کنند و نیاز به سیستم‌های کنترل آلاینده دارند.