Hva er Ostwald-prosessen?
Ostwald-prosessen er en metode som ble brukt til industriell produksjon av salpetersyre, patentert av den tysk / latviske kjemikeren Willhelm Ostwald i 1902 og først implementert i 1908. I denne prosessen syntetiseres salpetersyre ved oksydasjon av ammoniakk. Før innføringen av Ostwald-prosessen ble all salpetersyre produsert ved å destillere saltpeter - natriumnitrat (NaNO 3 ) eller kaliumnitrat (KNO 3 ) - med konsentrert svovelsyre. Ostwald-prosessen står nå for all industriell produksjon av salpetersyre, et kjemisk stoff som er avgjørende for gjødsel- og eksplosivindustrien.
Den første syntesen av salpetersyre - ved å varme opp en blanding av saltpeter, kobbersulfat og alun - tilskrives vanligvis den arabiske alkymisten Jabir ibn Hayyan Geber en gang på 800-tallet, men det er en viss usikkerhet rundt dette. På midten av 1600-tallet produserte den tyske kjemikeren Johann Rudolf Glauber syren ved å destillere saltpeter med svovelsyre. Salpetersyre var av interesse hovedsakelig på grunn av dens evne til å løse opp de fleste metaller frem til oppdagelsen, i 1847, av nitroglyserin. Like etter dette punktet, med åpningen av et nytt utvalg sprengstoff laget av nitrering av organiske forbindelser, var salpetersyre - og forløperen, saltpeter - mye etterspurt. Fram til begynnelsen av 1900-tallet var all salpetersyreproduksjon fra saltpeter.
I 1901 utviklet Willhelm Ostwald, en tysk kjemiker født i Latvia, en metode for å syntetisere salpetersyre fra oksydasjon av ammoniakk ved katalyse. Prosessen foregår i tre trinn. For det første blir en blanding av en del ammoniakk (NH3) gass og 10 deler luft ført inn i det katalytiske kammer hvor ammoniak kombinerer ved en temperatur på mellom 1292 og 1472 ° F (700 til 800 ° C) og ved bruk av en platinkatalysator. med oksygen (O 2 ) for å produsere nitrogenoksid (NO): 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H20. For det andre, i oksidasjonskammeret, ved en temperatur på 50 ° C, blir nitrogenoksid kombinert. med oksygen for å produsere nitrogendioksid: 2NO + O 2 → 2NO 2 . Til slutt, i absorpsjonskammeret, blir nitrogendioksidet oppløst i vann, hvilket gir salpetersyre (HNO 3 ) og nitrogenoksid, som deretter kan resirkuleres: 3NO 2 + H20 → 2HNO 3 + NO.
Ostwald-prosessen produserer salpetersyre som en vandig løsning med omtrent 60% konsentrasjon. Ved destillasjon økes konsentrasjonen til 68,5%, hvilket gir den reagensgrad salpetersyre som brukes til de fleste formål. Denne syren er en azeotrop av salpetersyre og vann, noe som betyr at de to forbindelsene koker ved samme temperatur - 122 ° C (122 ° C), og den kan derfor ikke konsentreres ytterligere ved enkel destillasjon. Hvis det er nødvendig med høyere konsentrasjoner, kan de oppnås ved destillasjon med konsentrert svovelsyre - som absorberer vannet - eller direkte ved kombinasjon av nitrogendioksyd, vann og oksygen ved høyt trykk.
Denne kjemiske prosessen ville redusere avhengigheten av reduserte saltpeterreserver, men krevde en kilde til ammoniakk, som på det tidspunktet ikke var lett tilgjengelig i store mengder. Ammoniakkproblemet ble løst ved utvikling av Haber-prosessen, der denne forbindelsen ble syntetisert ved bruk av atmosfærisk nitrogen og hydrogen fra naturgass. Ostwald-prosessen tok raskt over som hovedmiddelet for salpetersyreproduksjon.
Disse to industrielle prosessene imellom muliggjorde billig produksjon av salpetersyre i enorme mengder. Dette førte igjen til økt landbruksproduktivitet, da nitratgjødsel kunne produseres billig i store mengder. Det forlenget imidlertid første verdenskrig, da Tyskland - avskåret fra de fleste forsyninger med saltpeter under krigen - var i stand til å fortsette å produsere eksplosiver i store mengder.