Моделювання процесу прямого окиснення атмосферного азоту та дослідження оптимальної конструкції установки отримання нітратної кислоти
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2023-279-3-37-44Ключові слова:
нітратна кислота, оксиди нітрогену, гідроген пероксид, окиснення,, енергія активації, збуджений стан, квантово-хімічні розрахункиАнотація
В роботі досліджено процес окиснення молекулярного азоту високоенергетичними окисниками (парою нітратної кислоти, продуктами термолізу нітратної кислоти, гідроген пероксидом).
Розроблено принципову схему установки прямого окиснення молекулярного азоту, розроблено методику проведення експерименту та аналізу нітрогеновміснихсполук та інших учасників реакції. Методи дослідження - моделювання процесу прямого окиснення молекулярного азоту з використанням результатів попередніх досліджень та результатів теоретичних квантово-хімічних досліджень, обробка та аналіз отриманих результатів.
Було проведено детальний аналіз експериментальних та теоретичних даних, що стосуються можливості здійснення процесу прямого окиснення молекулярного азоту парою нітратної кислоти та гідроген пероксидом. Для досягнення цієї мети була розроблена принципова схема лабораторної установки з внесенням модифікацій для дослідження ефектів Караваєва, Нагієва та Захарова. Також були запропоновані методики аналізу оксидів нітрогену у газовій фазі та для дослідження кількісного вмісту нітратної кислоти у розчині та якісного визначення присутності закису нітрогену, як можливого продукту реакції. Для реалізації процесу отримання нітратної кислоти з атмосферного повітря методом Захарова І.І. з використанням ефектів Караваєва та Нагієва найбільш перспективною виявилась конструкція реакторного вузла, що складається з трубки-реактора, суміщеної із котушкою Тесли та з підведенням регульованого потоку повітря в зону розряду, виведенням реакційних газів з трубки-реактору в доокиснювач-охолоджувач та подальша абсорбція з окисненням до нітратної кислоти оксидів нітрогену в абсорбері, заповненим водою з додаванням перекису водню.
Ефективно впливає на збільшення концентрації оксидів нітрогену в реакційних газах зменшення витрати повітря та поліпшення контакту (через зменшення діаметру вхідного отвору або самого реактору) повітря із розрядом котушки Тесла, або з полум’ям плазмогенератору. Додавання перекису водню покращує окиснення та абсорбцію оксидів нітрогену з утворенням кислоти в абсорбері.
Посилання
1. Электронная и геометрическая структуры изомеров азотной кислоты. Квантово-химические DFT расчеты / И. И.Захаров, О. И. Захарова, А. Б. Целищев, М. Г. Лория // Журнал структурной химии. – 2009. – Т. 50, №5. – С. 843–851.
2. Photochemical Water Decomposition in the Presence of Nitrogen Dioxide in Troposphere: Density Functional Study with a Symmetrized Kohn-Sham Formalism/ B. F. Minaev, I. I. Zakharov, A. B. Tselishtev [and other] // ChemPhysChem. – 2010. – Vol. 11. – Issue 18, DOI: 10.1002/cphc.201000440. – Р. 4028–4034.
3. Захаров И. И. Структура интермедиата НООN=N-ООН при активации N2 перекисью водорода. Квантово-химические DFT расчеты / И. И. Захаров, М. Г. Лория, А. Б. Целищев // Журнал структурной химии. – 2013. – Т. 54, №1. – С. 17–24.
4. Караваев М.М. Гетерогенно-каталитическое окисление азота парами азотно Караваев, В. А. Матышак // Химическая промышленность. – 1998. – No 9. – С. 537-542.
5. Захаров И.И. Исследование структуры высокоэнергетических состояний триоксида азота и димера (NO)2: DFT расчеты в рамках симметризованного формализма Кона-Шэма / И.И. Захаров // Журнал структурной химии. – 2011. – 52, No 3. – С. 461-469.
6. Захаров И. И. Квантово-химическое исследование возможности фото-химической активации молекулярного азота / И. И. Захаров // Теоретическая и экспериментальная химия. – 2012. – Т. 48, No 3. – С. 91-195.
7. Связывание азота в виде его закиси / М. Ф.Нагиев, Т. М. Нагиев, Ф. А. Асланов, В. М. Байрамов, Р.А. Искендеров // ДАН СССР. – 1973. – Т. 213, No 5. – С. 1096-1098.
8. Нагиев Т.М. Сопряженные реакции окисления перекисью водовода / Т.М. Нагиев // Успехи химии. – 985. – 54, No 10. – С. 1654-1673.
9. Захаров И. И. Структура интермедиата HOO—N=N— OOH при активации N2 перекисью водорода. Квантово-химические DFT расчеты / И. И. Захаров, М. Г. Лория, А. Б. Целищев // Журнал структурной химии. – 2013. – 54, No 1. – С. 17-24.
