MÉTODO PARA PRODUCCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO CON UN CONCENTRACIÓN EN EL RANGO DE 50 A 77,8% EN PESO.

Método para la producción de ácido nítrico con una concentración en el rango de 50 a 77,

8 % en peso mediante - oxidación catalítica de amoniaco en fase gaseosa (1) con una fracción sobreestequiométrica de aire de proceso (2) para obtener una mezcla (3) de gas que contiene NO y O2, - enfriamiento/condensación de la mezcla gaseosa (3) que contiene NO y O2, donde el NO es oxidado adicionalmente mediante O2 hasta dar NO2/N2O4, para obtener una solución acuosa (4) que contiene ácido nítrico y una corriente gaseosa (5) que contiene NO2/N2O4 y - absorción en contracorriente en agua de proceso (H2O) en un unidad de absorción (A), del NO2/N2O4 de la corriente de gas (5) que contiene NO2/N2O4, para obtener el ácido nítrico (7) con una concentración en el rango de 50 a 77,8 % en peso y un gas de salida (6) de la unidad de absorción que contiene NOx, caracterizado porque - se controlan el contenido de agua del ácido nítrico (7) a una concentración en el rango de 50 a 77,8 % en peso y - el contenido de NOx del gas de salida (6) de la unidad de absorción en una concentración en el rango de 20 a 500 ppm, en lo cual se mide continuamente el contenido de agua del aire de proceso (2) conducido a la oxidación catalítica en fase gaseosa y de ello se controla, dependiendo de la cantidad de agua de proceso (QH2O) conducida a la unidad de absorción (A)

45

La invención se refiere a un método para la producción de ácido nítrico con una concentración en el rango de 50 a 77,8 % en peso.

El ácido nítrico es producido a escala industrial exclusivamente mediante oxidación catalítica de amoníaco en fase gaseosa, la cual fue desarrollada por Ostwald a comienzos del último siglo. En ella, se incinera el amoníaco gaseoso con aire sobre una red catalizadora, por regla general de platino o aleaciones de platino-rodio. Para ello se ajusta la relación de cantidades de amoníaco y aire, de manera que frente al amoníaco está presente un exceso estequiométrico de oxígeno.

En la incineración del amoníaco se mantiene una mezcla gaseosa, la cual contiene monóxido de nitrógeno, abreviado en lo que sigue como NO y además oxígeno en exceso, abreviado en lo que sigue como O2. La mezcla de reacción de la oxidación catalítica en fase gaseosa de amoníaco, que contiene NO y O2, es enfriada donde tiene lugar una condensación parcial y el NO se oxida adicionalmente con el O2 en exceso en una reacción en equilibrio, hasta dióxido de nitrógeno, en lo que sigue descrito como NO2, el cual se dimeriza hasta tetróxido de dinitrógeno, en lo que sigue descrito como N2O4. Con esto se obtiene una solución acuosa de ácido nítrico, así como una corriente gaseosa que contiene NO2/N2O4, donde por regla general la corriente gaseosa es mayor en un factor de 5 a 6 frente a la tasa de flujo volumétrico de la solución acuosa. La corriente de gas es transportada a una absorción en contracorriente con agua, donde el NO2 reacciona en forma de N2O4, la misma especie reactiva, para formar ácido nítrico. La reacción es exotérmica y es favorecida por altas presiones y bajas temperaturas.

En la mayor parte de las instalaciones industriales para la producción de ácido nítrico, se trabaja según el método de doble presión (ver Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, versión 2006, 7ª edición, "Nitric Acid, Nitrous Acid and Nitrogen Oxides") donde se incinera amoníaco con aire a bajas presiones, frecuentemente a aproximadamente 5 bar, puesto que el rendimiento de esta reacción disminuye a presiones elevadas. Respecto a la incineración con amoníaco, la absorción con agua de proceso en contracorriente de NO2/N2O4 es ejecutada a alta presión, frecuentemente en el rango de aproximadamente 4 a 20 bar, por regla general en columnas con lechos perforados refrigerados.

En las etapas del método de arriba, se forma o bien se produce agua de modo que la máxima concentración de ácido nítrico que puede alcanzarse es limitada.

En una tonelada de ácido nítrico al 68 % en peso, el agua proviene de las siguientes fuentes:

54 kg, correspondientes al 17 %, del aire de proceso con 25°C y 80 % humedad,

205 kg, correspondientes al 64 %, el agua de reacción y

61 kg, correspondientes al 19 %, de agua de proceso que se empleó en la unidad de absorción.

Recientemente aumentó la necesidad de ácido nítrico de concentración media, en el rango de la mezcla azeotrópica de aproximadamente 68 % en peso de ácido nítrico en agua, para la manufactura de productos a escala industrial, en particular de los diisocianatos, toluendiisocianato (TDI) y metilendifenildiisocianato (MDI) para la producción de poliuretanos. El ácido nítrico con una concentración en el rango de la mezcla azeotrópica es definido como el denominado ácido nítrico azeotrópico.

En el balance de agua indicado arriba, en el método para la producción de ácido nítrico mediante oxidación de amoníaco, la producción de agua es condicionada estequiométricamente por el agua de reacción y con ello no puede ser influenciada. La concentración estequiométrica límite es 77,8 % en peso. La concentración límite alcanzable baja a aproximadamente 76,6 % considerando la eficiencia de quemado y la formación adicional de agua por reacciones secundarias (quemado hasta nitrógeno y monóxido de dinitrógeno).

Concretamente la producción de agua por agua de proceso puede controlarse por la unidad de absorción de gas mediante una operación estable de la columna de absorción y para minimizar las pérdidas de óxidos de nitrógeno, en lo que sigue definidos como NOx, por razones técnicas ambientales y económicas frecuentemente en el rango de aproximadamente 20 a 500 ppm, sin embargo es necesaria una determinada producción mínima de agua de proceso.

Como es común, se entiende por óxidos de nitrógeno, NOx, las mezclas que contienen NO, NO2, N2O4, y además otros compuestos N-O, con otras estequiometrías.

La producción de agua en el método depende de las condiciones climáticas del lugar de las instalaciones, por el contenido de vapor de agua del aire de proceso. Puede reducirse el contenido de vapor de agua del aire de proceso mediante secado previo.

En la WO 01/68520 se propone un método así. Según él, se preseca el aire de proceso mediante enfriamiento, antes del envío a la instalación de ácido nítrico, donde se separa por condensación del vapor de agua mediante desviación por debajo del punto de rocío, y a continuación el aire de proceso presecado es calentado nuevamente y transportado hacia la oxidación de amoníaco. Con esto es una desventaja que el método es costoso, en particular que son necesarios aparatos adicionales para el enfriamiento y nuevo calentamiento del aire de proceso, con el consiguiente aumento de costos de inversión y operación.

Por el contrario fue objetivo de la invención generar un método para la producción de ácido nítrico con una concentración en el rango de la mezcla azeotrópica con agua, de aproximadamente 50 a 77,8 % en peso, que sea realizable de manera técnicamente sencilla y que no exhiba las desventajas arriba expuestas.

La solución está en un método para la producción de ácido nítrico con una concentración en el rango de 50 a 77,8 % en peso mediante

- oxidación catalítica en fase gaseosa de amoníaco con una parte sobreestequiométrica de aire de proceso para obtener una mezcla gaseosa que contiene NO y O2,

- enfriamiento/condensación de la mezcla gaseosa que contiene NO y O2, donde se oxida adicionalmente NO por el O2 hasta NO2/N2O4, para obtener una solución acuosa que contiene ácido nítrico y una corriente de gas que contiene NO2/N2O4 y

- absorción en agua de proceso en contracorriente en un unidad de absorción del NO2/N2O4 de la corriente de gas que contiene NO2/N2O4, para obtener el ácido nítrico en una concentración en el rango de 50 a 77,8 % en peso y un gas de salida de la unidad de absorción que contiene NOx, el cual está caracterizado porque

- se regulan el contenido de agua del ácido nítrico a una concentración en el rango de 50 a 77,8 % en peso y

- se regula el contenido de NOx del gas de salida de la unidad de absorción a una concentración en el rango de 20 a 500 ppm, en lo que se mide continuamente cual el contenido de agua del aire de proceso transportado a la oxidación catalítica en fase gaseosa y dependiendo de esto se ajusta la cantidad de agua de proceso enviada al unidad de absorción.

Con ello se encontró que es posible regular de una forma sencilla la variable de proceso contenido de agua del ácido nítrico a un valor en el rango de concentración de 50 a 77,8 % en peso y la variable de proceso contenido de NOx del gas de salida de la unidad de absorción, a una concentración en el rango de 150 a 500 ppm, en lo cual se mide continuamente como variable de control el contenido de agua del aire de proceso transportado a la oxidación catalítica en fase gaseosa y dependiendo de esto se ajusta como variable de control la cantidad de agua de proceso enviada a la unidad de absorción.

Con esto se ajusta la variable de control, la cantidad de agua de proceso de modo que se respeta el balance de agua para alcanzar una concentración objetivo de ácido nítrico especificada previamente y al mismo tiempo una concentración especificada previamente respecto a NOx del gas de salida de la unidad de absorción, en cada caso en los rangos indicados arriba.

El balance de agua para alcanzar una concentración objetivo predefinida de ácido nítrico resulta de la siguiente ecuación:

la cantidad de agua de proceso enviada a la unidad de absorción corresponde a la suma de la cantidad de producto ácido nítrico multiplicado por la concentración de agua en el producto, el agua necesaria para la formación de ácido nítrico y la cantidad de NOx en el... [Seguir leyendo]

1. Método para la producción de ácido nítrico con una concentración en el rango de 50 a 77,8 % en peso mediante

- oxidación catalítica de amoniaco en fase gaseosa (1) con una fracción sobreestequiométrica de aire de proceso (2) para obtener una mezcla (3) de gas que contiene NO y O2,

- enfriamiento/condensación de la mezcla gaseosa (3) que contiene NO y O2, donde el NO es oxidado adicionalmente mediante O2 hasta dar NO2/N2O4, para obtener una solución acuosa (4) que contiene ácido nítrico y una corriente gaseosa (5) que contiene NO2/N2O4 y

- absorción en contracorriente en agua de proceso (H2O) en un unidad de absorción (A), del NO2/N2O4 de la corriente de gas (5) que contiene NO2/N2O4, para obtener el ácido nítrico (7) con una concentración en el rango de 50 a 77,8 % en peso y un gas de salida (6) de la unidad de absorción que contiene NOx, caracterizado porque

- se controlan el contenido de agua del ácido nítrico (7) a una concentración en el rango de 50 a 77,8 % en peso y

- el contenido de NOx del gas de salida (6) de la unidad de absorción en una concentración en el rango de 20 a 500 ppm, en lo cual se mide continuamente el contenido de agua del aire de proceso (2) conducido a la oxidación catalítica en fase gaseosa y de ello se controla, dependiendo de la cantidad de agua de proceso (QH2O) conducida a la unidad de absorción (A).

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la concentración del ácido nítrico (7) se especifica en un rango de 60 a 77,8 % en peso.

3. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque la concentración de ácido nítrico (7) se especifica en un rango de 68 a 70 % en peso.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se controla el contenido de NOx del gas de salida (6) de la unidad de absorción en una concentración en el rango de 150 a 400 ppm.

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la unidad de absorción (A) se opera a una presión de 4 a 20 bar.

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque la unidad de absorción (A) se opera a una presión de 7 a 14 bar.

7. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la unidad de absorción (A) es una columna de platos y porque el agua de proceso (H2O) es colocada en el primer plato de la columna de la unidad de absorción y adicionalmente en uno o varios otros platos de la columna de la unidad de absorción.

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, donde antes de la unidad de absorción (A) está dispuesto un compresor, caracterizado porque se elige el compresor de modo que él garantiza siempre una presión de salida constante también ante variaciones de la corriente volumétrica y la presión de alimentación de la corriente de gas (5) que contiene NO2/N2O4.