I. Контактное окисление аммиака до NO

Контактное окисление аммиака до NO – процесс экзотермический. Между аммиаком и кислородом воздуха в зависимости от условий могут протекать следующие химические реакции:

Основная реакция

4 NH₃⁺+ 5 O₂⁰ → 4NO + 6H₂O +907,3 кДж (1)

4 N^-3 -5e^- → N ⁺¹

5 O₂⁰ – 4e^- →2O^-2

2 NH₃+2O₂ → N₂O + 3H₂O +1104,9 кДж (2)

1 N^-3 -5e^- → N ⁺²

1 O₂⁰ – 4e^- →2O ^-2

4 NH₃+3O₂ → 2N₂ + 6H₂O (3)

2 2N^-3 -6e^- → N₂⁰

3 O₂⁰ – 4e^- →2O^2-

Все эти реакции практически необратимы, поэтому выход продуктов определяется скоростью каждой реакции.

Без катализатора идет в основном реакция (3). Поэтому применяют катализатор, который ускоряет реакцию (1). В качестве катализаторов могут использоваться платина и ее сплавы с металлами платиновой группы, а также оксиды железа, марганца, кобальта. Платина и ее сплавы имеют наиболее высокую активность, поэтому их используют наиболее часто. Однако другие катализаторы также применяют. Платина используется в виде сеток из тонкой проволоки диаметром 0,06-0,09 мм. Эта сетка имеет 1024 ячейки на 1 см². В последнее время используют катализаторы из сплавов, которые содержат кроме платины 4% палладия и 3% родия. Такие катализаторы в меньшей степени подвержены разрушению в процессе эксплуатации и, следовательно, имеют более продолжительный срок службы. Платиновый катализатор очень чувствителен к примесям. Наиболее сильным ядом для него является фосфин. Он отравляет катализатор необратимо при содержании 10^-5%.Соединения серы отравляют катализатор сильно, но обратимо. Кроме того, недопустимо попадание на катализатор пыли, масел, ржавчины и т.д. Поэтому воздух, используемый для окисления аммиака и сам аммиак тщательно очищают. Однако небольшое количество вредных примесей все-таки попадает на катализатор и приводит к снижению активности катализатора. Для восстановления активности катализатор промывают слабыми растворами соляной и азотной кислоты.

В процессе работы платиновый катализатор постепенно становится рыхлым, теряет свою прочность, и его частицы уносятся с газовым потоком. Потери катализатора на 1 т азотной кислоты составляют 0,05г. Когда потери катализатора достигнут 30% от исходной массы, его отправляют в переплавку. Срок службы катализатора составляет в среднем 1,5 года.

Процесс окисления аммиака - каталитический, гетерогенный процесс.

Лимитирующей стадией является диффузия аммиака из ядра потока к поверхности катализатора.