PROCESSO DE OSTWALD PARA A OBTENÇÃO DE ÁCIDO NÍTRICO

O ácido nítrico é um ácido monoprótico forte que se ioniza completamente em meio aquoso. Apresenta caráter oxidante e corrosivo e em uma mistura com ácido clorídrico (3 HCl: 1HNO3) forma uma solução conhecida como água régia, que tem a capacidade de dissolver metais pouco reativos como o ouro e a platina. Sua aplicação mais importante é na produção de sais de nitrato, empregados como fertilizantes, porém também é utilizado na produção de explosivos.

A produção dessa substância por muitos anos foi obtida através da reação do ácido sulfúrico com nitrato de potássio ou nitrato de sódio.

Em 1902, o químico alemão Wihelm Ostwald, desenvolveu um processo para obtenção do ácido nítrico, um ponto que contribuiu para que este processo fosse bastante difundido, foi o desenvolvimento do processo de Haber-Borch, em 1909, onde foi possível sintetizar amônia em grandes quantidades, garantindo a principal matéria-prima do processo de Ostwald.

O processo Ostwald, passa por três etapas comuns na maioria dos casos, como exemplificado no fluxograma abaixo:

Fonte: Melhoria no Catalisador para Oxidação da Amônia na Produção de Ácido Nítrico.
http://cassiopea.ipt.br/teses/2011_PI_Rodrigo_Rocha_Miyawaki.pdf

A eficiência da primeira etapa é favorecida por baixa pressão, enquanto as da segunda e terceira etapa são beneficiadas por alta pressão, com essas considerações e devido às razões econômicas dão origem a dois tipos de planta de ácido nítrico, as plantas de mono-pressão e dupla-pressão. Os processos de mono-pressão podem utilizar uma pressão média de 3 a 5 atm, ou uma pressão mais elevada de 8 a 32 atm em toda a planta, já os processos de dupla-pressão, utilizam-se de uma pressão média no conversor e alta pressão da torre de absorção.

Fluxograma da produção de ácido nítrico a partir do amoníaco. Fonte: Melhoria no Catalisador para Oxidação da Amônia na Produção de Ácido Nítrico.
http://cassiopea.ipt.br/teses/2011_PI_Rodrigo_Rocha_Miyawaki.pdf

1ª Etapa – Oxidação da amônia para monóxido de nitrogênio com catalisador de platina/ródio.

A amônia líquida é vaporizada contínua e uniformemente em um evaporador, com a utilização de água para fornecer o calor de evaporação necessário, em seguida ela é misturada com ar comprimido e entra no conversor a vapor, onde a mistura de gases passa por um leito catalítico de Pt/Rh, aquecido a uma temperatura de aproximadamente 920 °C, onde a amônia é oxidada formando os óxidos de nitrogênio. A eficiência da conversão da amônia para óxidos de nitrogênio é, principalmente, devido à atividade catalítica, temperatura e velocidade do gás através do leito catalítico.

Normalmente o calor liberado pela reação, visto que esse é um processo exotérmico, é usado para pré aquecer a água de alimentação da caldeira.

2ª Etapa – Oxidação do monóxido de nitrogênio para dióxido com excesso de oxigênio.

Os gases produzidos no conversor com excesso de ar, necessários para as etapas sucessivas de oxidação, são resfriados numa caldeira a calor perdido e num resfriador a água, e são oxidados até NO2 pelo oxigênio remanescente nos gases e pelo oxigênio introduzido no sistema sob forma de ar secundário. Em seguida, a mistura de gases é conduzida para a base de uma torre de absorção.

3° Etapa – Absorção do dióxido de nitrogênio em água para produzir ácido nítrico diluído.

Nos gases provenientes das etapas anteriores foi realizada a hidratação do NO2 com resfriamento contínuo com água, numa torre de absorção, essa reação é exotérmica e é favorecida a baixas temperaturas. Na coluna absorvedora é processado também sucessivas oxidações de NO com o O2 residual, o produto final formado apresenta concentração variável, em função da temperatura e pressão de operação. O ácido (61-65% de HNO3) é retirado da torre através de um coletor ácido.

E o gás de descarga do topo da torre de absorção é aquecido num trocador de calor, em contra correntes com os gases da reação, e expande-se através de um compressor (expansor), que opera sobre parte do ar de oxidação, antes de ser lançado para a atmosfera.

Referências

Ácido nítrico, NHO3

Ácido Nítrico – Produção

Melhoria no Catalisador para Oxidação da Amônia na Produção de Ácido Nítrico.