Procedimiento para la producción de ácido nítrico mediante una planta de producción regulable en función de la carga.

Procedimiento para la producción de ácido nítrico de una concentración en el intervalo de 50 a 76% a partir de amoniaco y gas que contiene oxígeno según el procedimiento mono-presión o de presión dual,

en el que la combustión del amoniaco usado se realiza con aire de proceso comprimido, que se comprimió en al menos un compresor (3), y el gas nitroso formado con la combustión se absorbe al menos parcialmente con agua, con lo que se genera ácido nítrico, y el gas residual no absorbido se expande con el fin de obtener trabajo de compresión en al menos un expansor de gas (7), formando el compresor (3), el expansor de gas (7), uno o dos compresores de NO (5, 6) y la turbina de vapor (1) un grupo de máquinas accionado por un eje común, caracterizado porque a baja carga se alimenta al menos una parte del aire de proceso comprimido evitando el proceso químico al menos a un expansor de gas (7).

Procedimiento para la producción de ácido nítrico mediante una planta de producción regulable en función de la carga

La presente Invención se refiere a un procedimiento para la producción de ácido nítrico, en cuyo marco a baja carga una parte del aire de proceso comprimido se alimenta evitando el proceso químico para la recuperación de energía a un expansor de gas. La Invención se refiere también a un equipo para la producción de ácido nítrico.

Para la producción de ácido nítrico se hace reaccionar por lo general en primer lugar amoniaco NH3 con aire y se genera óxido de nitrógeno:

4NH3 + 52 - 4NO + 6H2 + 97,3 kJ.

El óxido de nitrógeno NO generado a este respecto se oxida luego dando dióxido de nitrógeno N2:

2NO + 2 > 2N2 + 113,1 kJ.

A continuación se absorbe el dióxido de nitrógeno NO2 así obtenido en agua y se genera el ácido nítrico:

4N2 + 2 + 2H2 - 4HN3 + 256,9 / 93,3 kJ.

De este modo es muy posible que se absorba el dióxido de nitrógeno N2 obtenido del agua, alcanzando una absorción por lo general a una presión elevada, preferiblemente a presiones entre 4 y 14 kPa (4 a 14 bar).

El oxígeno necesario para la reacción del amoniaco usado como materia prima se alimenta por lo general en forma de oxígeno del aire. A efectos de alimentación se comprime el aire de proceso en un compresor y se aplica una presión que se ajusta tanto a la reacción de oxidación como también a la reacción de absorción.

De forma sorprendente la energía para la compresión del aire se obtiene por una parte mediante descompresión del gas residual que sale de la absorción hasta presión ambiente y por otra parte con el uso del calor liberado en las reacciones. Las plantas de ácido nítrico construidas en las distintas realizaciones se ajustan a los requerimientos especiales respectivos de su respectivo lugar.

Las plantas de ácido nítrico de una sola línea alcanzan normalmente capacidades nominales de 1 a 1.5 toneladas de producción diaria de ácido nítrico. Con el desdoble de parte de la reacción se pueden alcanzar en una línea hasta 2. toneladas, y en optimización adicional también hasta 3. toneladas de producción diaria.

Si la producción diaria requerida es baja o poseen una localización con comparativamente bajos precios de energía, entonces se opera el ácido nítrico preferiblemente según el procedimiento de mono-presión alta. En este procedimiento tienen lugar la combustión del amoniaco y la absorción de los óxidos de nitrógeno a aproximadamente la misma presión de aproximadamente 1 kPa (1 bar). Si se requieren capacidades nominales mayores y/o concentraciones de ácido superiores, entonces una planta de ácido nítrico ejecutada según el procedimiento de presión dual representa una solución más económica. El ácido nítrico producido del 6 al 68% se comercializa como tal (por ejemplo, para la fabricación de fertilizantes o plásticos) o se concentra.

En el procedimiento de presión dual la combustión del amoniaco usado se realiza con una primera presión, a saber, con una presión baja -en comparación con la presión de absorción- Los gases nitrosos formados en la combustión, también denominados gas nitroso, se llevan en general tras el enfriamiento por la compresión de gas nitroso a la segunda presión, la presión de absorción.

Las plantas habituales previas con combustión a presión normal y absorción a media presión se encuentran hoy en día superadas por los procedimientos mono-presión y de presión dual más económicos. El ácido nítrico producido se designa también como ácido nítrico azeotrópico, ya que se puede obtener en una destilación posterior eventual un ácido tal mediante a la formación de un azeótropo solo en una concentración máxima de ácido nítrico del 68%. Para la superación de este límite se han prescrito en la bibliografía una gran cantidad de procedimientos.

En el documento EP 945 4 se describe por ejemplo un procedimiento de presión dual para la producción de ácido nítrico. La combustión del amoniaco usado se realiza a una primera presión baja mediante aire de proceso comprimido, a continuación el gas nitroso formado por la combustión se absorbe al menos parcialmente con agua a una segunda presión comparativamente mayor que la primera, con lo que se forma ácido nítrico. Al gas residual no absorbido se le reduce la presión de la segunda presión a la presión ambiente en un expansor de gas residual con el fin de obtener trabajo de compresión.

En general las plantas para la realización del procedimiento descrito previamente comprenden una línea de equipos, que comprende al menos un compresor de aire, al menos un compresor de gas nitroso así como al menos una

turbina de expansión y al menos una turbina de vapor. Estas partes de la planta de ácido nítrico forman un grupo de máquinas que se accionan con un eje común. Este grupo de equipos se acciona mediante la turbina de vapor por una parte y la turbina de expansión (un expansor de gas residual) por otra parte. Estos cuatro equipos turbo acoplados entre sí con una línea de eje están ejecutados normalmente en modo constructivo axial. El grupo de máquinas no es regulable discrecionalmente en Intervalos de carga baja ya que esto se ve impedido por motivos termodlnámlcos y mecánicos.

De este modo se puede restringir, por ejemplo, el rendimiento de un compresor por lo general como máximo al 7 a 8% de su rendimiento máximo. La carga media típica de un grupo de máquinas como se describió previamente se encuentra por tanto en el intervalo de aproximadamente 7 a 8%.

Por tanto para poder reaccionar de forma rápida y flexible en mercados oscilantes, se operan frecuentemente varias plantas de pequeño tamaño, que en el caso de una demanda menor de ácido nítrico se paran sucesivamente. La operación de varias plantas de pequeño tamaño en paralelo conduce a este respecto a costes crecientes; la conexión y desconexión conduce a un elevado desgaste de los componentes de la planta, lo que conlleva Igualmente a costes elevados.

Un objetivo de la presente invención consiste en optimizar los procedimientos mono-presión y de presión dual conocidos para la producción de ácido nítrico, de modo que pueda realizarse en un Intervalo de carga mayor. Además un objetivo de la invención consiste en proporcionar plantas para la realización de tales procedimientos.

La invención consigue los objetivos proporcionando un procedimiento para la producción de ácido nítrico con una concentración en el intervalo de 5 a 76% a partir de amoniaco y gas que contiene oxígeno según el procedimiento de mono-presión o de presión dual, en el que la combustión del amoniaco usado se consigue mediante aire de proceso comprimido, que se comprimió en al menos un compresor.

El gas nitroso formado con la combustión se absorbe al menos parcialmente con agua, con lo que se genera ácido nítrico. El gas residual no absorbido se expande con el fin de recuperar trabajo de compresión en uno o también varios expansores de gas, preferiblemente a presión ambiente. El procedimiento se caracteriza porque a baja carga se alimenta al menos una parte del aire de proceso comprimido evitando el proceso químico al menos a un expansor de gas.

Como gas que contiene oxígeno se usa frecuentemente aire, puede ser también ventajoso usar aire enriquecido con oxígeno (por ejemplo, con un contenido en O2 de 22 a 5% en volumen).

La invención se refiere de forma particular a un procedimiento a escala industrial para la producción de ácido nítrico de una concentración en el intervalo de 5 a 76% a partir de amoniaco y gas que contiene oxígeno según el procedimiento de mono-presión o de presión dual, en el que la combustión del amoniaco usado se consigue con aire de proceso comprimido, que se comprimió en al menos un compresor (3), y el gas nitroso formado con la combustión se absorbe al menos parcialmente con agua, generándose ácido nítrico, y el gas residual no absorbido se expande con recuperación del trabajo de compresión en un expansor de gas (7), caracterizado porque a baja carga se alimenta al menos una parte del aire de proceso comprimido evitando el proceso químico a un expansor de gas (7).

La invención se refiere de forma particular a un procedimiento en el que se realiza la producción del ácido nítrico según el procedimiento de presión dual.

La invención se refiere también a un procedimiento que se realiza en una planta que comprende uno o dos compresores de NO (5, 6).

La invención se refiere de forma particular a un procedimiento, llevándose a cabo el procedimiento en una planta que comprende al menos 2 expansores de gas.

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1. Procedimiento para la producción de ácido nítrico de una concentración en el intervalo de 5 a 76% a partir de amoniaco y gas que contiene oxígeno según el procedimiento mono-presión o de presión dual, en el que la combustión del amoniaco usado se realiza con aire de proceso comprimido, que se comprimió en al menos un compresor (3), y el gas nitroso formado con la combustión se absorbe al menos parcialmente con agua, con lo que se genera ácido nítrico, y el gas residual no absorbido se expande con el fin de obtener trabajo de compresión en al menos un expansor de gas (7), formando el compresor (3), el expansor de gas (7), uno o dos compresores de NO (5, 6) y la turbina de vapor (1) un grupo de máquinas accionado por un eje común, caracterizado porque a baja carga se alimenta al menos una parte del aire de proceso comprimido evitando el proceso químico al menos a un expansor de gas (7).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la producción del ácido nítrico se realiza según el procedimiento de presión dual.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el procedimiento se lleva a cabo en una planta que comprende al menos dos expansores de gas.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la parte del aire de proceso comprimida se alimenta evitando el proceso químico a al menos un expansor de gas (7), que está conectado aguas arriba o aguas abajo a un expansor de gas (8) adicional, en el que se expande el gas residual no absorbido.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se calienta al menos una parte del aire de proceso comprimido, que se alimenta evitando el proceso químico al expansor de gas (7).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el procedimiento se lleva a cabo en una planta que comprende al menos un dispositivo de absorción (21) para la absorción de gas nitroso en agua, que se puede operar en un intervalo de carga de 35 a 1%.

7. Equipo para la realización de un procedimiento para la producción de ácido nítrico según una de las reivindicaciones 1 a 7.

8. Equipo según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende una turbina de vapor, al menos un compresor de aire, al menos un compresor de NO (5) y al menos un expansor de gas (7), pudiendo realizarse una alimentación de aire mediante un conducto de derivación (37) y un control en diferentes orificios de entrada del o de los expansor(es) de gas (7).