奧斯特瓦爾德法
簡介
氨通過兩個步驟轉(zhuǎn)化為硝酸。首先是在有催化劑的情況下與氧氣一起加熱(某種意義上是燃燒),催化劑一般是混有10%銠的鉑。反應生成一氧化氮和水。這個步驟強烈放熱,(ΔH = -908 kJ),所以一旦引發(fā)就可以作為一個熱源:
步驟二是在有水存在的吸附裝置中發(fā)生,包含有兩個反應階段。首先是一氧化氮被氧化生成二氧化氮:
生成的氣體很快被水吸收,得到產(chǎn)物(硝酸,盡管濃度很稀),然而有一部分又被還原為一氧化氮:
一氧化氮可以循環(huán)利用,得到的酸通過蒸餾法濃縮。
另外一種選擇是,最后一步在空氣中進行:
第一個步驟的典型條件如下,能達到約96%的產(chǎn)率:
壓強介于4到10個大氣壓之間(大約是 400-1010kPa或 60-145 psig)
溫度約為1173K(約900 °C 或 1652 °F)。
歷史
一個早期的專利描述了基本的化學原理,但當時對于氨還有一種懼怕的心態(tài)。因其是從動物身上提煉,因此直到奧斯特瓦爾德法出現(xiàn),這些研究也引起了學術界的興趣。1908年是此方法發(fā)展的關鍵一年,因為弗里茨·哈伯找到了一種能夠制備氨的方法,從某種程度上大大改變了人們的看法。奧斯特瓦爾德的最大貢獻更注重于實踐層面,例如催化以及操作條件,更像化工而不是純科學。
在使用這個方法以前,工業(yè)上氮的來源主要是智利硝石,其主要成分是硝酸鈉。當時的硝酸就通過硫酸和硝酸鈉反應制備。奧斯特瓦爾德法對于固氮是很重要的。和哈伯法一起,它們無疑的延長了第一次世界大戰(zhàn)的時間,因為當時德國海外資源已經(jīng)被切斷,而且爆炸物的生產(chǎn)也已經(jīng)受到威脅。因為原料的易得以及成本低廉,很快此方法開始了廣泛應用。氮化合物的用量激增,主要被用作肥料。
最初,此法是在炻器中反應,但隨著不銹鋼的應用,可以加載更高的壓強,隨之而來的是更高的產(chǎn)率。
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