Typpihapon valmistus

Taustaksi

Typpihappo HNO₃ on erittäin tärkeä raskaan kemian teollisuuden tuote, jota tarvitaan sekä lannoitteiden valmistukseen että moniin orgaanisiin synteeseihin. Sillä on käyttöä myös metallurgiassa. Typpihappo on paitsi vahva happo myös vahva hapetin.

Typpihappoa valmistetaan hapettamalla ammoniakkia. Ammoniakki kuljetetaan tehtaalle suurissa terässäiliöissä, joissa se on nesteytettynä. Nesteenä se on vielä prosessin alkuun pumpattaessakin.

Kemira Agro Oy on Suomen ainoa typpihapon valmistaja. Tehdas on keskipainelaitos, jossa ammoniakki poltetaan ja typpidioksidi imeytetään veteen 6 bar paineessa. Tehdas sijaitsee Uudessakaupungissa

Typpihapon valmistuksen vaiheet

1. Ammoniakin poltto typpimonoksidiksi

   Ammoniakin ja ilman seoksessa on ammoniakkia noin 10,5 tilavuusprosenttia. Katalyyttinä toimii platina-rhodium-seos (Pt-Rh). Polttolämpötila on 890 °C.

   4 NH3(g) + 5 O2(g)

   4 NO(g) + 6 H2O(g)

   H < 0

2. Typpimonoksidin hapetus typpidioksidiksi

   Polttimen jälkeen kuuma NO-kaasu johdetaan jätelämpökattilaan, jossa se jäähtyy 350 °C:een. Kaasun jäähtyessä tapahtuu reaktio ilman hapen kanssa.

   2 NO(g) + O2(g)

   2 NO2(g)

   H < 0

   Imeytystä varten NO₂ -kaasu jäähdytetään vielä 50 °C:een.

3. Typpidioksidin imeytys veteen typpihapoksi

   Typpidioksidi imeytetään veteen imeytystornissa. Imeytykseen tarvittava vesi syötetään imeytystornin yläosaan ja typpidioksidi alaosaan. Happo valuu tornin alaosaan. Tuotehapossa on noin 60 % HNO₃.

   3 NO2(g) + H2O(l)

   2 HNO3(aq) + NO(g)

   H < 0

   Tuote pumpataan laitteeseen, jossa siitä poistetaan ilman avulla liuenneet typenoksidit. Typpihappo on näiden vaiheiden jälkeen väkevyydeltään 60 - 65 %.

4. Imeytyksessä syntyneen typpimonoksidin käsittely

   Erotettu jätekaasu lämmitetään 270 °C:een ja johdetaan jätekaasureaktoriin, jossa oksidit pelkistetään ammoniakilla katalyyttisesti typeksi ja vedeksi. NO-pitoisuus saadaan näin putoamaan alle 200 ppm:n.

5. Typpihapon väkevöinti

   Väkevämpää typpihappoa tarvitaan orgaanisissa nitrausprosesseissa (mm. räjähteiden valmistuksessa). Typpihappo väkevöidään tislaamalla. Typpihapon kiehumispiste on 83 °C. Vesi ja typpihappo muodostavat keskenään 68 % typpihappoa sisältävän atseotrooppisen seoksen. Tislauksessa tarvitaan tästä syystä vettä sitovaa ainetta, jonka avulla päästään atseotrooppipisteen ohi. Vettä sitovina aineina käytetään yleisesti väkevää rikkihappoa ja magnesiumnitraattia. Suomessa Kemira Agro Oy käyttää väkevää rikkihappoa. Tislaus tapahtuu normaalipaineessa. Tuotehapon väkevyys on 99 %.

Tiedot prosessista: Suomen kemianteollisuus, toim. Anneli Hase, Seija Koppinen, Kyösti Riistama, Merja Vuori, Chemas Oy, 1998

Prosessikaavion tulkinta -tehtävä

Kysymykset ja laskut