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Ostwald-Verfahren, Salpetersäureherstellung
Salpetersäure wird heute nach dem Ostwald-Verfahren durch die Oxidation von Ammoniak hergestellt. Das Verfahren beruht auf Wilhem Ostwald (1853-1932), der im Jahre 1901 einen Laborversuch dazu durchführte und in der Folgezeit in Zusammenarbeit mit der Sprengstoffindustrie eine technische Anlage entwickelte. Ausgangsstoff ist das bei der Haber-Bosch-Synthese erzeugte Ammoniak. Wird Ammoniaklösung eingesetzt, muss diese zuerst verdampft werden.


Ostwald-Verfahren


Das Ammoniak wird mit Luft im Gasmischer vermischt, anschließend verdichtet, im Erhitzer erhitzt und dann in einem Kontaktofen bei 800 bis 900°C an einem Platin-Rhodium-Katalysator zu Stickstoffmonooxid und Wasser umgesetzt. Das Gasgemisch darf nur kurzen Kontakt zum Katalysator haben, da sonst das Sticktoffmonooxid in seine Elemente zerfällt.

(1) Ammoniak + Sauerstoff
reagiert zu Stickstoffmonooxid + Wasser   ΔHR = -908 kJ/mol 
4 NH3  +  5 O2
reagiert zu   4 NO  +  6 H2O   

In einem nachgeschalteten Kühlsystem wird danach das Stickstoffmonooxid unter 50°C gekühlt und in den Oxidationsturm geleitet. Dort oxidiert das Stickstoffmonooxid mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid. Diese Reaktion ist erst bei Temperaturen unterhalb 50°C durchführbar. Unter den vorherrschenden Bedingungen entsteht in einer Gleichgewichtsreaktion auch Distickstofftetraoxid.

(2) Stickstoffmonooxid + Sauerstoff
im Gleichgewicht zu  Stickstoffdioxid    ΔHR = -114 kJ/mol 
2 NO  +  O2
im Gleichgewicht zu   2 NO2

Stickstoffdioxidim Gleichgewicht zu  Distickstofftetraoxid    ΔHR = -57 kJ/mol 
2 NO2 im Gleichgewicht zu   N2O4  


In den nachfolgenden Absorptionstürmen wird das Stickstoffoxid-Gemisch mit herabrieselndem Wasser unter Luftzugabe zu einer 50%igen Salpetersäure umgesetzt, die durch eine nachgeschaltete Destillationsanlage auf etwa 65% konzentriert werden kann. Das dabei anfallende Stickstoffmonooxid wird wieder in den Oxidationsturm zurückgeleitet und nach Schritt 2 erneut oxidiert. Mögliche Nebenreaktionen sind hier nicht dargestellt. Eine moderne Anlage kann täglich bis zu 1200 Tonnen Salpetersäure herstellen.

(3) Stickstoffdioxid + Wasserreagiert zu Salpetersäure + Stickstoffmonooxid 
3 NO2  +  H2O reagiert zu   2 HNO3  +  NO
 

Distickstofftetraoxid + Sauerstoff + Wasserreagiert zu Salpetersäure
2 N2O4  +  O2  +  2 H2O reagiert zu   4 HNO3


 
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