L’acido nitrico (HNO3) è prodotto a partire dall’ammoniaca ed è una sostanza chimica chiave nella produzione di fertilizzanti.
Impieghi dell’acido nitrico
L’acido nitrico viene utilizzato principalmente (80%) nella produzione di fertilizzanti. Di questo, il 96% è usato per produrre nitrato di ammonio e calcio nitrato di ammonio. Una quantità relativamente piccola di nitrato di ammonio è usato per fare esplosivi.
In parte l’acido nitrico è usato per produrre intermedi nell’industria dei polimeri, in particolare nella produzione di acido esandioico (acido adipico) usato per fare poliammidi e TDI (toluene diisocianato o metilbenzene diisocianato) e dinitrobenzene, due tra i reagenti utilizzati per fare poliuretani. Inoltre il nitrobenzene è usato per fare l’anilina che è un reagente chiave per la produzione di coloranti.
Produzione annuale di acido nitrico
| Mondo | 55 milioni di tonnellate1 |
Produzione di acido nitrico
La produzione di acido nitrico comporta due fasi:
- ossidazione dell’ammoniaca
- assorbimento degli ossidi di azoto risultanti
a) Ossidazione dell’ammoniaca
Questa parte del processo comporta l’ossidazione dell’ammoniaca in monossido di azoto (ossido di azoto):
Le condizioni che favoriscono la formazione dei prodotti a velocità di reazione adeguate sono le seguenti:
- Alta pressione
- Eccesso d’aria
- Presenza di un catalizzatore
- Temperatura più alta possibile tenendo conto della velocità di reazione praticabile, dell’efficienza del catalizzatore e della pressione di esercizio
La maggior parte degli impianti funziona con:
- pressioni moderate (10-13 atm)
- ossigeno (aria)
- una lega di platino e rodio come catalizzatore
- temperature a circa 1200 K
Il vantaggio principale dell’alta pressione è che permette di ridurre le dimensioni delle attrezzature e delle tubazioni necessarie, e quindi porta ad un costo di capitale ridotto.
Dove possibile, l’ammoniaca viene prodotta nello stesso sito di produzione dell’acido nitrico. Essa viene filtrata per rimuovere eventuali impurità e poi miscelata con aria compressa filtrata per ottenere una miscela contenente circa il 10% di ammoniaca e il 90% di aria. L’esatta proporzione di aria in eccesso dipende dalla pressione di esercizio e dalla temperatura dell’impianto.
La miscela viene poi fatta passare attraverso uno o più convertitori in parallelo, ciascuno contenente una serie di garze in cui è presente il catalizzatore al 90% di platino e al 10% di rodio, a 975-1225 K – tipicamente 1200 K in un reattore a letto fisso. Almeno il 96% dell’ammoniaca viene convertita.
Il rodio viene aggiunto al platino per dare resistenza alla garza e per ridurre la perdita di platino, un importante fattore economico (0,4 g di perdita per 1000 kg di acido nitrico prodotto). Ciò è dovuto ai “punti caldi” che si verificano sulla garza.
Recentemente, è stato scoperto che la garza a maglia aumenta l’efficienza della conversione e prolunga la vita del catalizzatore.
Bisogna fare attenzione a ridurre al minimo l’ossidazione dell’ammoniaca ad azoto attraverso la seguente reazione ancora più esotermica, favorita dall’alta pressione e da un catalizzatore surriscaldato:
I gas caldi che escono dai convertitori vengono utilizzati per produrre vapore surriscaldato o per riscaldare i gas di scarico della torre o delle torri di assorbimento. Il vapore può essere usato per generare energia in una turbina a vapore che può poi azionare il compressore o i compressori d’aria. I gas caldi lasciano la sezione della caldaia/scambio di calore a circa 425 K.
b) Assorbimento degli ossidi di azoto
I gas vengono ulteriormente raffreddati, fino a meno di 315 K.
Viene aggiunta aria e i gas vengono nuovamente compressi (7-12 atm in genere). La temperatura sale a circa 435 K e necessita di un ulteriore raffreddamento a circa 310 K. La compressione supplementare e il raffreddamento favoriscono le reazioni, spostando a destra i seguenti equilibri:
I gas vengono poi fatti passare attraverso una o più torri per incontrare un flusso d’acqua, che normalmente scorre in direzione opposta al gas. Qui l’ossidazione del monossido di azoto continua e l’assorbimento avviene con la formazione di acido nitrico:
Nei processi in cui rimangono significative quantità di NOX nell’effluente gassoso, quest’ultimo viene fatto passare attraverso un catalizzatore (platino o rodio su un composto di silicoalluminato, titanio o vanadio) con un combustibile, come l’idrogeno o il metano. Gli ossidi di azoto vengono ridotti ad azoto. Per esempio:
La temperatura alla quale la reazione è più efficace dipende dal combustibile. Per l’idrogeno, è di circa 450 K. Per il metano, è molto più alta, circa 750 K.
L’acido ottenuto dalle torri di assorbimento contiene tipicamente il 56-60% di acido nitrico in massa, ma può essere prodotto fino a circa il 68% in massa. Circa il 99% di acido è necessario per la produzione di composti organici azotati per l’industria degli esplosivi e dei coloranti. L’acido nitrico e l’acqua formano una miscela azeotropica, con un punto di ebollizione massimo di 395 K, contenente circa il 68% di acido nitrico in massa; quindi l’acido concentrato non può essere ottenuto per distillazione della soluzione acquosa. L’acido solforico concentrato viene utilizzato per assorbire il contenuto di acqua e quindi, alla distillazione di questa miscela, si ottiene l’acido nitrico concentrato. L’acido nitrico puro bolle a 359 K.
Classificazione ed etichettatura
Classificazione armonizzata
Classificazione/Etichettaura | ||
Codice / i di classe e categoria di pericolo | Codici delle indicazioni di pericolo | Pittogrammi, codici di avvertenza |
Ox. Liq. 2 | H272 | GHS03 |
Skin Corr. 1A | H314 | |
Acute Tox. 1 | H330 | |
EUH071 | ||
Limiti di concentrazione specifici, fattori M, | Note |
Ox. Liq. 2; H272: C ≥ 99 % | Nota B |
Avvertenze | Pittogrammi | ||
Pericolo |  fiamma sopra un cerchio |  corrosivo |  teschio e |
Ultimo aggiornamento 9 dicembre 2016
Edizione italiana Sara Natalini e Valter Ballantini 30 ottobre 2020
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