Disminución de la concentración de gases de salida NOx en la producción de ácido nítrico en la parada y/o el arranque del procedimiento de producción.

Disminución de la concentración de gases de salida NOx en la producción de ácido nítrico en la parada y/o el arranque del procedimiento de producción

La invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento para disminuir la concentración de óxidos de nitrógeno NOx en el gas residual,

que se produce durante la parada y/o el arranque de dispositivos para la producción de ácido nítrico.

Para la producción de ácido nítrico habitualmente se oxida NH3 con oxígeno del aire catalíticamente. A este respecto se forma NO, que se oxida con 02 para dar NO2 y a continuación se absorbe con H20 en un dispositivo de absorción bajo la formación de HN03. NO y NO2 se denominan gases nitrosos o también óxido de nitrógeno NOx. Las instalaciones modernas para la producción de ácido nítrico se hacen funcionar bajo presión para conseguir concentraciones de ácido más elevadas y mejores rendimientos en la absorción y tasas de degradación más elevadas en óxidos de nitrógeno NOx en el gas residual.

Se diferencian instalaciones con dos presiones e instalaciones con una presión. En las instalaciones con dos presiones la producción del óxido de nitrógeno NOx se realiza mediante la oxidación de amoniaco a una presión de aproximadamente 4·105 a 6·105 Pa (4 a 6 bares) y la absorción del óxido de nitrógeno NOx generado de esta manera con agua para dar ácido nítrico a 1 ·106 a 1 ,5·106 20 Pa (10 a 15 bares). En cambio, en instalaciones con una presión la generación de gases y la absorción se realiza a casi la misma presión de aproximadamente 6·105 a 1 ,4·106 Pa (6 a 14 bares). Para la generación de presión sirven compresores, que se accionan por medio de turbinas de gas y/o turbinas de vapor o electromotor.

Las instalaciones modernas para la producción de ácido nítrico están equipadas con instalaciones depuradoras de gases residuales para disminuir la concentración del óxido de nitrógeno NOx en el gas residual. A continuación, el gas residual se entrega al entorno con una disminución de la concentración de óxidos de nitrógeno NOx como gas de salida. En este sentido los óxidos de nitrógeno NOx, es decir NO y NO2, habitualmente se reducen en las instalaciones depuradoras de gases residuales mediante procedimientos SCR (Selective Catalytic Reduction, reducción catalítica selectiva) mediante la alimentación de agentes de reducción adecuados, como por ejemplo amoniaco, a catalizadores SCR adecuados como por ejemplo, catalizadores DeNOx basados en V205/TiO2. El porcentaje relativo de NO2 con respecto a la cantidad total molar de NOx en el gas residual se caracteriza por el grado de oxidación del NOx. Un perfeccionamiento de la tecnología SCR en el campo de la tecnología del ácido nítrico es el procedimiento EnviNOx®, en el que se reducen de manera especialmente eficaz óxidos de nitrógeno NOx mediante alimentación de agentes de reducción adecuados y el NOx en el gas de salida en muchos casos ya no puede apreciarse prácticamente más. Adicionalmente, en este sentido se reduce igualmente N2O o se descompone catalíticamente.

Las concentraciones de las emisiones de óxido de nitrógeno NOx no deben sobrepasar un valor límite máximo según las condiciones oficiales. Actualmente un valor de 50 ppm es un valor límite habitual, aunque puede esperarse que disminuya en un futuro.

A diferencia del funcionamiento estacionario de las instalaciones para la producción de ácido nítrico, durante la parada y/o el arranque o en el caso de una avería de la instalación actualmente no es posible, o solo de manera limitada evitar emisiones de óxidos de nitrógeno NOx limitadas en el tiempo que sobrepasan claramente los valores límites.

En el caso de una avería o durante la parada de la instalación para la producción de ácido nítrico los óxidos de nitrógeno NOx que se encuentran bajo presión habitualmente se descomprimen hacia el entorno a través del dispositivo de absorción y la instalación depuradora de gases residuales. Sin embargo, la instalación depuradora de gases residuales puede mantenerse en funcionamiento solo hasta una determinada temperatura límite permitida, por debajo de la cual debe ponerse fuera de funcionamiento. Los sistemas de purificación de gases residuales en los cuales se utiliza NH3 como agentes de reducción para el óxido de nitrógeno NOx, pueden ponerse en funcionamiento de manera duradera concretamente solo a partir de una temperatura límite mínima para evitar la formación y acumulación indeseadas de NH4NO3 en el catalizador SCR. Esta temperatura límite con frecuencia se sitúa en el intervalo de 170 a 200 °C. En el funcionamiento estacionario las instalaciones para la producción de ácido nítrico alcanzan normalmente temperaturas de funcionamiento de aproximadamente 300 °C a aproximadamente 600 °C, pudiendo hacerse funcionar la instalación depuradora de gases residuales sin formación y acumulación indeseadas de NH4NO3.

Por regla general el apagado de la instalación depuradora de gases residuales debe realizarse antes de la descompresión completa de la instalación, por lo que la concentración del óxido de nitrógeno NOx en el gas residual que va a entregarse al entorno aumenta intensamente. Una subida adicional de las emisiones de óxido de nitrógeno NOx se forma porque el dispositivo de absorción equipado habitualmente con fondo perforado se vuelve inestable con el aumento de la descompresión, de modo que el rendimiento de absorción cae intensamente. Tan pronto como la instalación depuradora de gases residuales está fuera de mantenimiento, la concentración de las emisiones de óxidos de nitrógeno NOx aumentará intensamente durante la descompresión residual.

En el caso de avería o parada de una instalación para la producción de ácido nítrico se bloquea habitualmente en primer lugar la alimentación de amoniaco para la generación de gases antes de que detenga la maquinaria de la instalación. Mientras la instalación depuradora de gases residuales pueda mantenerse en funcionamiento observando las temperaturas límites, el gas residual que va a entregarse al entorno no superará la concentración de óxidos de nitrógeno NOx y el gas residual se volverá incoloro. Es ventajoso en este sentido mantener en funcionamiento la maquinaria el tiempo que sea posible hasta que el óxido de nitrógeno NOx en la instalación para la producción de ácido nítrico se sustituya por aire. Sin embargo, cuando es necesaria una desconexión de la maquinaria directamente o poco después de la detención de la alimentación de amoniaco un intercambio de gases de este tipo ya no se da. En el caso de una descompresión adicional y cuando se alcanza la temperatura límite forzosamente condiciona por esto para la instalación depuradora de gases residuales y la avería condicionada por ello de la instalación depuradora de gases residuales aparecen emisiones claramente superiores de óxidos de nitrógeno NOx.

Debido al equilibrio termodinámico los óxidos de nitrógeno NOx se representan con enfriamiento de la temperatura de funcionamiento principalmente en forma de NO2 por lo que este en el gas residual que se entrega al entorno será visible como gas marrón.

También en el arranque de la instalación el valor límite de la concentración de óxidos de nitrógeno NOx en el gas residual emitido al entorno se supera. Una parte de este gas residual son gases que durante la paralización de la instalación se quedan en las tuberías y aparatos o se han formado en ellos. La absorción de óxidos de nitrógeno NOx en una composición acuosa es un proceso reversible que está en equilibro con la desorción de óxidos de nitrógeno NOx de la composición acuosa. Por tanto, el resultado es una parte adicional de los óxidos de nitrógeno NOx de desgasificaciones de NOx a partir de ácido nítrico, con el que habitualmente al volver arrancar la instalación se llena el dispositivo de absorción.

Para reducir la concentración de óxidos de nitrógeno NOx en el gas residual de una instalación para la producción de ácido nítrico la instalación depuradora de gases residuales en el arranque de la instalación se pone en funcionamiento tan pronto como sea posible. El gas residual se entrega al entorno habitualmente mediante la circulación a través de la instalación depuradora de gases residuales a través de un expansor, refrigerándose el gas residual. Mientras el gas residual no haya alcanzado todavía una temperatura de funcionamiento suficientemente alta no puede ponerse en funcionamiento todavía la purificación de gases residuales, dado que existe el peligro de la formación y acumulación de nitrato de amonio y nitrito de amonio combustible y explosivo de NH3 y óxidos de nitrógeno NOx. También por este motivo es deseable una reducción del óxido de nitrógeno NOx en el gas residual de una instalación para la producción de ácido nítrico.

El documento DE 10 2012 000 569 A1 da a conocer un procedimiento para el arranque y parada incoloros de instalaciones de ácido nítrico. En este sentido, en el arranque y/o en la parada de la instalación de ácido nítrico se alimenta fluido calentado bajo presión a la instalación de ácido nítrico para disminuir la velocidad del descenso de temperatura del gas que circula a través de la instalación de ácido nítrico durante la parada de la instalación o para aumentar la velocidad del ascenso de temperatura del gas que circula a través de la instalación de ácido nítrico en el arranque de la instalación.

El documento DE 10 2012 010 017 A1 da a conocer un procedimiento para la disminución de la concentración de gases de salida de óxido de nitrógeno en una instalación de ácido nítrico durante la parada y/o arranque, así como instalaciones de ácido nítrico adecuadas para ello. El procedimiento está caracterizado porque, en el arranque y/o en la parada de la instalación de ácido nítrico, se conducen gas de salida de la instalación de ácido nítrico sometido a presión, que contiene óxidos de nitrógeno, así como agente de reducción gaseoso para los óxidos de nitrógeno a un reactor llenado con catalizador que está previsto adicionalmente al reactor de la purificación de gases residuales. Sin embargo, los procedimientos y los dispositivos de una instalación que funciona bajo presión para la producción de ácido nítrico en la parada y/o arranque de la instalación no son satisfactorios bajo todos los puntos de vista y existe una demanda de mejora en los procedimientos y dispositivos. El documento WO 2011/054928 A1 da a conocer un procedimiento para la producción de ácido nítrico en cuyo marco en el funcionamiento de carga parcial se alimenta al expansor de gases (7) una parte del aire de proceso comprimido evitando el proceso químico para la obtención de energía.

El documento DE 10 2012 000 570 A1 da a conocer un procedimiento para el arranque y/o parada de una 60 instalación para la producción de ácido nítrico a partir de amoniaco o gas que contiene oxígeno según el procedimiento de una presión o de dos presiones en el que la oxidación del amoniaco empleado sucede mediante aire de proceso comprimido en un catalizador que se ha comprimido en al menos un compresor (6), el gas nitroso formado mediante la combustión se refrigera en uno o varios refrigeradores de gas de proceso (3) equipados con serpentines para un agente de refrigeración, así como en uno o varios recalentadores de agua de alimentación (2) equipados con serpentines para un agente de refrigeración, y a continuación el gas nitroso refrigerado se absorbe al menos parcialmente de agua, por lo que se forma ácido nítrico y el gas residual no absorbido se expando para la obtención de trabajo de compresor en una turbina de gas residual (11).

Es un objetivo de la invención disminuir la concentración de óxidos de nitrógeno NOx en el gas residual emitido al entorno que se produce durante la parada y/o el arranque de dispositivos para la producción de ácido nítrico. Este objetivo se consigue mediante el objeto de las reivindicaciones.

Un primer aspecto de la invención se refiere a un dispositivo para la producción de ácido nítrico desde óxidos de nitrógeno NOx que comprende los componentes que están conectados activamente entre sí:

(i) un reactor configurado para generar óxidos de nitrógeno NOx;

(ii) un dispositivo de absorción configurado para la absorción al menos de una parte de los óxidos de nitrógeno NOx generados en una composición acuosa;

(iii) una instalación depuradora de gases residuales configurada para descomponer y/o reducir óxidos de nitrógeno no absorbidos NOx.

(iv) medios de alimentación configurados para alimentar el óxido de nitrógeno generado NOx del reactor al dispositivo de absorción;

(v) medios de descarga configurados para descargar óxido de nitrógeno NOx no absorbido del dispositivo de absorción a la instalación depuradora de gases residuales; y

(vi) un conducto de derivación configurado para trasladar una mezcla de gases durante el arranque y/o la parada del dispositivo para la producción de ácido nítrico del reactor a la instalación depuradora de gases residuales evitando el dispositivo de absorción.