Proces Birkeland – Eyde - Birkeland–Eyde process
Proces Birkeland – Eyde byl jedním z konkurenčních průmyslových procesů na počátku výroby dusíkatých hnojiv . Jedná se o vícestupňový dusíku fixace reakce, který používá elektrické oblouky reagovat atmosférický dusík (N 2 ) s kyslíkem (O 2 ), v konečném důsledku výroby kyseliny dusičné (HNO 3 ) s vodou. Výsledná kyselina dusičná se potom použije jako zdroj dusičnanu (NO 3 - ) při reakci , která se může uskutečnit v přítomnosti vody nebo jiného akceptoru protonů .
Byl vyvinut norským průmyslníkem a vědcem Kristianem Birkelandem a jeho obchodním partnerem Samem Eydem v roce 1903 na základě metody, kterou použil Henry Cavendish v roce 1784. Továrna založená na tomto procesu byla postavena v norských Rjukan a Notodden v kombinaci s budovou velkých vodních elektráren .
Proces Birkeland – Eyde je z hlediska spotřeby energie relativně neefektivní. Proto byl ve 20. a 20. letech 20. století v Norsku postupně nahrazen kombinací Haberova procesu a Ostwaldova procesu . Proces Haber vytváří amoniak (NH 3 ), z molekulárního dusíku (N 2 ) a vodíku (H 2 ), druhý obvykle, ale ne nutně vyrábí parní reformování methanu (CH 4 ) plynu v současné praxi. Amoniak z procesu Habera se potom převede na kyselinu dusičnou (HNO 3 ) v procesu Ostwald .
Proces
Byl vytvořen elektrický oblouk mezi dvěma koaxiálními vodou chlazenými měděnými trubičkovými elektrodami napájenými střídavým proudem vysokého napětí 5 kV při 50 Hz. Silné statické magnetické pole generované blízkým elektromagnetem šíří oblouk na tenký disk Lorentzovou silou . Toto nastavení je založeno na experimentu Julia Plückera, který v roce 1861 ukázal, jak vytvořit disk jisker umístěním konců elektromagnetu ve tvaru písmene U kolem jiskřiště tak, aby mezera mezi nimi byla kolmá na mezeru mezi elektrodami, a který později obdobně replikoval Walther Nernst a další. Teplota plazmy na disku byla vyšší než 3000 ° C. Tímto obloukem byl vháněn vzduch, což způsobilo, že část dusíku reagovala s kyslíkem za vzniku oxidu dusnatého . Pečlivým řízením energie oblouku a rychlosti proudu vzduchu byly získány výtěžky až přibližně 4 až 5% oxidu dusnatého při 3000 ° C a méně při nižších teplotách. Tento proces je extrémně energeticky náročný. Birkeland používal pro elektřinu nedalekou vodní elektrárnu, protože tento proces vyžadoval přibližně 15 MWh na tunu kyseliny dusičné, čímž se získalo přibližně 60 g na kWh. Stejná reakce se provádí bleskem, což poskytuje přirozený zdroj pro přeměnu atmosférického dusíku na rozpustné dusičnany.
Horký oxid dusnatý se ochladí a spojí se s atmosférickým kyslíkem za vzniku oxidu dusičitého . Doba, kterou tento proces trvá, závisí na koncentraci NO ve vzduchu. Při 1% dosažení 90% konverze trvá přibližně 180 sekund a při 6% přibližně 40 sekund.
Tento oxid dusičitý se potom rozpustí ve vodě za vzniku kyseliny dusičné, která se poté čistí a koncentruje frakční destilací .
Návrh absorpčního procesu byl rozhodující pro účinnost celého systému. Oxid dusičitý byl absorbován do vody v řadě naplněných sloupových nebo deskových sloupcových absorpčních věží vysokých každý čtyři příběhy za vzniku přibližně 40-50% kyseliny dusičné. První věže probublávaly oxid dusičitý vodou a nereaktivními křemennými fragmenty. Jakmile první věž dosáhla konečné koncentrace, byla kyselina dusičná přemístěna do žulového skladovacího kontejneru a kapalina z další vodárenské věže ji nahradila. Tento pohybový proces pokračoval k poslední vodárenské věži, která byla doplněna čerstvou vodou. Asi 20% vyprodukovaných oxidů dusíku zůstalo nezreagovaných, takže konečné věže obsahovaly alkalický roztok vápna pro přeměnu zbývajících na dusičnan vápenatý (také známý jako norský ledek), s výjimkou přibližně 2%, které byly uvolněny do vzduchu.