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Herstellung von Salpetersäure
Herstellung von HNO3
Die technische Herstellung von HNO3 erfolgte bis zum 1. Weltkrieg aus Chilesalpeter und Schwefelsäure, wenn auch in Ländern mit billiger elektrischer Energie zeitweilig Verfahren zur Stickstoffoxid-Gewinnung aus N2 und O2 im Lichtbogen (Birkeland-Eyde- und Ähnliches Verf.) konkurrierten. Für die Salpetersäure-Gewinnung wird jedoch seit der großtechnischen Synthese von Ammoniak (Haber-Bosch-Verfahren) vorwiegend dessen Oxid mit Luftsauerstoff bei 800-900° an Platin/Rhodium-Katalysatoren bei Atmosphären-, Mittel- oder Hochdruck genutzt, wobei sich Stickstoffmonoxid bildet (Ostwald-Verfahren). Das NO wird mit Luftsauerstoff zu Stickstoffdioxid oxidiert und dieses bei erhöhtem Druck in Wasser absorbiert, was 50-68%ige Salpetersäure ergibt, die destillativ mit Schwefelsäure oder Mg(NO3)2-Lsg. auf 98-100% HNO3 konzentriert werden kann. Cirka 32% der NH3-Weltproduktion dienen der HNO3-Gewinnung.
Reaktionen:
1. Katalytische Ammoniakverbrennung (Ostwald Verfahren)
4 NH3 + 5 O2 700 bis 900 °C 4 NO + 6 H2O DH = -904 KJ
Da des Ammoniak-Luft-Gemisch über 750 °C und bei zu langer Berührung mit dem Katalysator nach der Gleichung:
4 NH3 + 3 O2 2 N2 + 6 H2O DH = -1340 KJ
reagiert, hat der Platinkatalysator die Form eines engmaschigen Netzes, durch welches das Gasgemisch mit großer Geschwindigkeit strömt.
2. Weitere Oxidation
Die weitere Oxidation von Stickstoffmonoxid erfolgt nach der Abkühlung des Reaktionsgemisches durch den am Katalysator nicht umgesetzten Sauerstoff:
2 NO + O2 2 NO2 DH = -113,9 KJ
3. Reaktion im Rieselturm
Das Stickstoffdioxid bringt man in Rieseltürmen mit Wasser und Luftsauerstoff zusammen:
4 NO2 + O2 + 2H2O 4 HNO3
Stickstoffdioxid allein reagiert mit Wasser unter Disproportionierung:
+IV +V +III
2 NO2 + H2O HNO3 + HNO2
Die entstehende Säurelösung ist 40%ig und kann direkt zur Düngemittelherstellung verwendet werden.