Procedimiento para la preparación de cianuro de hidrógeno en un transmisor de calor en partículas conducido cíclicamente en forma de un lecho fluido de transporte.

Procedimiento para la preparación continua de cianuro de hidrógeno mediante reacción de amoníaco conhidrocarburos,

llevando la mezcla de reacción por medio de calentamiento indirecto y mediante contacto con untransmisor de calor en partículas en lecho fluido hasta la temperatura de reacción, caracterizado por que eltransmisor de calor es conducido cíclicamente en un lecho fluido de transporte, siendo calentado el transmisor decalor en una corriente de transporte ascendente y siendo puesto en contacto este transmisor, en una corriente detransporte descendente, con la mezcla del gas de reacción.

Procedimiento para la preparación de cianuro de hidrógeno en un transmisor de calor en partículas conducido cíclicamente en forma de un lecho fluido de transporte.

La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de cianuro de hidrógeno en un transmisor de calor en partículas conducido cíclicamente en forma de un lecho fluido de transporte.

La preparación industrial de cianuro de hidrógeno (HCN, ácido cianhídrico) tiene lugar, habitualmente, a partir de metano y amoníaco en fase gaseosa conforme a la ecuación CH4 + NH3 º HCN + 3 H2

La reacción discurre en gran medida de modo endotérmico con 252 kJ/mol y, por lo tanto, requiere de una gran aportación de energía térmica y, por motivos termodinámicos, de una temperatura de reacción muy elevada, la mayoría de las veces por encima de 1000ºC. Esta reacción se realiza típicamente de forma continua.

Como procesos industriales para la preparación de cianuro de hidrógeno se han impuesto, esencialmente, tres procesos.

En el proceso de Andrussow, la reacción química tiene lugar en redes metálicas de Pt/Rh a aprox. 1150ºC. El suministro de energía tiene lugar aquí mediante combustión paralela de metano y amoníaco con oxígeno en el mismo lugar de la reacción. Como suministrador de oxígeno se emplea tanto aire como también aire enriquecido con oxígeno hasta oxígeno puro. El proceso de Andrussow es ciertamente sencillo en la técnica de las instalaciones y del proceso y, por ello, requiere costes de inversión comparativamente bajos. Mediante la simultánea reacción de combustión para el suministro de energía, el rendimiento en HCN, referido a NH3, es, sin embargo, relativamente bajo con aprox. 64%. Adicionalmente, la concentración de HCN, mediante la dilución con los gases de la combustión que resultan paralelamente es, con aprox. 7%, muy baja, lo cual conduce a una complejidad incrementada en la subsiguiente separación de HCN. Por los mismos motivos, también los volúmenes de las subsiguientes tuberías de gas del proceso deben dimensionarse de manera correspondientemente grande.

En el caso del proceso BMA (“Ácido cianhídrico a partir de metano y amoníaco” – siglas en alemán) , la reacción tiene lugar a aprox. 1200ºC en tubos de material cerámico recubiertos en el interior con catalizador, los cuales, con el fin del suministro de energía, deben ser calentados desde fuera con un gas calefactor. El proceso BMA supera los inconvenientes del proceso de Andrussow ventajosamente mediante un caldeo indirecto de la reacción y alcanza un rendimiento en HCN, referido a NH3, superior a 80% a una concentración de HCN en el gas de síntesis que ha reaccionado superior al 20% en vol. No obstante, esta ventaja es compensada por una considerable desventaja que se fundamenta en la complejidad de la instalación y del proceso. Así, para una instalación de producción con una capacidad de producción habitual en la técnica de, p. ej., 30.000 toneladas de HCN al año, se requieren aprox. 6000 tubos de material cerámico los cuales deben ser recorridos individualmente y, con el fin de su intercambio, deben ser desconectados individualmente. Los tubos consisten típicamente en Al2O3. Estos se pueden conservar sólo de manera limitada bajo las condiciones de temperatura elevada y de la transformación parcial en AIN que acompaña al tiempo de funcionamiento y tienen una vida individualmente distinta. Con ello se aumenta considerablemente la complejidad del proceso, lo cual se traduce, a pesar de un buen rendimiento en HCN, en costes de inversión y de funcionamiento muy elevados.

En el proceso Shawinigan, la reacción se lleva a cabo por encima de 1200ºC en un lecho fluido de coque, aportándose la energía térmica a través de electrodos de alta tensión en forma de energía eléctrica. El proceso Shawinigan, a pesar de que es relativamente elegante desde un punto de vista de la técnica del proceso, es un procedimiento caldeado mediante energía eléctrica. La energía puede generarse hoy en día sólo con un grado de eficacia de aprox. 1/3 la energía primaria térmicamente disponible. Por lo tanto, el abastecimiento indirecto de energía secundaria de este proceso es desproporcionadamente costoso, de manera que este proceso sólo se realiza en regiones especiales y sólo en instalaciones muy pequeñas. Para su empleo a gran escala no es rentable debido a costes de fabricación variables muy elevados y por motivos energéticos.

Otros procesos en lecho fluido hasta ahora descritos para la preparación de cianuro de hidrógeno no se han impuesto técnicamente, ya que presentan una complejidad técnica demasiado elevada o, debido a sus particularidades constructivas específicas fracasaron desde un punto de vista puramente técnico en los problemas de dilatación térmica correspondientes o bien requisitos de materiales en el caso de temperaturas extremadamente elevadas y, ante todo, debido a que el problema del suministro de energía no pudo ser resuelto lo suficiente de manera industrialmente atractiva.

El documento US 3370918 da a conocer un procedimiento para la preparación de cianuro de hidrógeno sin el uso de oxígeno en un reactor de lecho fluido. El lecho fluido es calentado mediante la combustión de un gas en el reactor. No se discute el problema de los depósitos de carbono.

Por lo tanto, todos los procesos conocidos tienen inconvenientes técnicos y de rentabilidad que requieren ser superados.

Sorprendentemente, se ha encontrado ahora que esta misión se puede resolver mediante un procedimiento para la preparación continua de cianuro de hidrógeno mediante reacción de amoníaco con hidrocarburos, llevando la mezcla de reacción por medio de calentamiento indirecto y mediante contacto con un transmisor de calor en partículas en lecho fluido hasta una temperatura de reacción en la que el transmisor de calor es conducido cíclicamente en un lecho fluido de transporte, siendo calentado el transmisor de calor en una corriente de transporte ascendente y siendo puesto en contacto este transmisor, en una corriente de transporte descendente, con la mezcla del gas de reacción.

Objeto de la invención es, por consiguiente, un procedimiento para la preparación continua de cianuro de hidrógeno mediante reacción de amoníaco con hidrocarburos, llevando la mezcla del gas de reacción, mediante caldeo indirecto y mediante contacto con un transmisor de calor en partículas en lecho fluido hasta una temperatura de reacción, y que está caracterizado por que el transmisor de calor es conducido cíclicamente en un lecho fluido de transporte, calentándose el transmisor de calor en una corriente ascendente de transporte y poniéndose en contacto este transmisor en una corriente de transporte descendente con la mezcla del gas de reacción.

La idea de solución de la presente invención propone aprovechar la ventaja del elevado rendimiento y de la elevada concentración de HCN en la corriente de producto del proceso BMA, pero al mismo tiempo evitar la conducción desventajosa de la técnica de las instalaciones y del proceso de la mezcla del gas de reacción mediante una pluralidad de tubos de material cerámico estacionarios, caldeables desde el exterior. El pensamiento central de la invención es, en lugar de ello, realizar la incorporación de calor indirecta a través de un transmisor de calor en partículas en un lecho fluido de transporte en movimiento. En tal caso, el calentamiento del transmisor de calor y la entrega de calor a la mezcla del gas de reacción debe tener lugar de manera separada en el tiempo y en el espacio, pero conduciendo cíclicamente al transmisor de calor. El calentamiento del transmisor de calor tiene lugar en una corriente ascendente de transporte, y el contacto con la mezcla del gas de reacción y su reacción tienen lugar en una corriente de transporte descendente.

La Figura 1 muestra a modo de ejemplo y en representación esquemática el principio del procedimiento de acuerdo con la invención y una instalación correspondiente.

Dos reactores de tubos (1, 2) situados verticalmente están unidos entre sí en circuito. En el reactor de tubos (1) , “Tubo elevador”, tiene lugar, en una corriente de transporte ascendente, la fluidización y el caldeo (3) del transmisor de calor (4) en partículas dispuesto en o bien aportado a la zona inferior mediante una corriente de gas de caldeo (5) que es allí aportada o generada convenientemente mediante combustión de una mezcla de combustibles (6, 7) . En la parte superior del reactor de tubos (1) se evacúa el lecho fluido de transporte y se aporta a una separación material de transmisor de calor (4’) en partículas caliente y corriente de gas, la cual es expulsada como gas de escape (8) . Convenientemente,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación continua de cianuro de hidrógeno mediante reacción de amoníaco con hidrocarburos, llevando la mezcla de reacción por medio de calentamiento indirecto y mediante contacto con un transmisor de calor en partículas en lecho fluido hasta la temperatura de reacción, caracterizado por que el transmisor de calor es conducido cíclicamente en un lecho fluido de transporte, siendo calentado el transmisor de calor en una corriente de transporte ascendente y siendo puesto en contacto este transmisor, en una corriente de transporte descendente, con la mezcla del gas de reacción.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la reacción de la mezcla del gas de reacción a base de amoníaco, hidrocarburos y, eventualmente, hidrógeno tiene lugar a temperaturas de 750 a 1200ºC, preferiblemente a 800 hasta 900ºC.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la fluidización y el calentamiento del transmisor de calor en partículas en la corriente ascendente de transporte se determina mediante una corriente de gas de caldeo generada mediante combustión.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que la corriente de gas de caldeo se genera mediante combustión de hidrógeno, metano, gas natural, hidrocarburos superiores o mezclas de estos combustibles con aire, una mezcla de aire-oxígeno u oxígeno.

5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que en cada caso a continuación de la corriente ascendente y de la corriente descendente de transporte del lecho fluido de transporte tiene lugar una separación material de transmisor de calor en partículas y corriente gaseosa.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que la respectiva separación de transmisor de calor en partículas y corriente gaseosa tiene lugar mediante ciclones.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que el transmisor de calor en partículas separado de la corriente gaseosa se lava con un gas de barrido para el retrolavado de la porción de gas de grano intermedio.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que el gas de barrido se compone en cada caso esencialmente de hidrógeno, metano o del gas de escape de la corriente de gas de caldeo.

9. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el transmisor de calor en partículas se compone en cada caso esencialmente de óxido de aluminio, nitruro de aluminio o una fase mixta de óxido de aluminio y nitruro de aluminio.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que el transmisor de calor en partículas se dota con uno o varios elementos del grupo de platino, paladio, iridio, rodio, cobre y níquel.