ACIDO NITRICO

S.DeL e ó n,M.Ma di e do ,C.Rub i o ,Quí mi c aGe ne r alI I2 01 4-2

Pr oducci óndeláci doní t ri coapart i rdelmét odo Ost wal d. S.DeLeón,M.Madi edoyC.Rubi o. Uni v e r s i dadde lAt l ánt i c o

Resumen:paral aobtenci ónypr oducci óndeláci doní t ri coexi st endi ver sosmé mét odosconoci dos,enl oscual essepueden resal t arelmét odoi ndi rect o yeldeOs Ost wal d;si endoesteúl t i moelmásut i l i zadoen l ai ndust ri a.Enelpresent eart í cul o seabordarán t odosl osaspectosr el aci onadoscon elpr ocesodeOs Ost wal den l apr oducci ón deláci doní t ri cout i l i zando como moma mat er i apr i maelamo moni aco. Pal abrascl aves:áci doní t ri co,producci ón,procesoquí mi co,mét ododeOs Ost wal d.

unacol oraci ón caf é-r oj i za,aest adi sol uci ón sel e 1 conocecomo moáci doní t ri cof umant e”[ ] .

1.I nt r oducci ón.

Esnot ori ocómo mol osproces osquí mi cosj ueganun papelrel evant edent rodel ai ndust ri aalserest os elc onj unt o de operaci ones en l as que ci er t as sust anci as son t r ansf or madas, a part i r de r eacci ones quí mi cas,en product os que son de gr anu n ut i l i dad;t aleselcaso deláci doní t ri co,un áci dof uert edegran i mport anci a en l ai ndust ri a agr í col a y mi ner a dado que es ut i l i zado como mo mat eri a pri ma de di ver sos expl os i vos y f ert i l i zant es.Porconsi gui ent e,elpresent eart í cul o se enf oca en l a pr oducci ón de di cho áci do, part i endodel asgener al i dadesnot abl esdeest ey desarr ol l ándol o a part i rdelmét odo de Ost wal d present ando l as di f er ent es et apas para su producci ón, det al l adame ment e desde l a mat er i a pri mahast al aobt enci óndelpr oduct ofinal ,áci do ní t ri co 60% en peso y haci endo énf asi s en l as r eacc i ones quí mi cas con sus condi ci ones det ermi mi nadasquepermi mi t enl aef ect i vi daddecada unodel osproces osquí mi cos.

Eláci doní t ri co esun áci dof uert ey poseegran capaci dad oxi dant e. Est as dos propi edades l e permi mi t en di sol veracasit odosl osme met al esnobl es, oxi dándol os pri mer o para l uego t r ansf or mar di chos óxi dos en susrespect i vosni t rat os.Cabe r esal t ar , que l os úni cos met al es que no se di suel ven en eláci do ní t ri co son elpal adi o y el or o; par a el l o se pr epar a comú múnment e una di sol uci ón de es t e aci do j unt o con áci do cl orhí dri coparaf orma marl adenomi mi nadaaguaregi a y así di sol ver l os me t al es ant eri orme nt e menci onados. Las propi edades f í si cas más r el evant es en el proce so i ndust ri al del áci do en menci ón se encuent r an r esumi dasenl asi gui ent et abl a:

2.Pr opi edadesdeláci doní tr i co.

Eláci doní t ri copur o,def ormu mul aquí mi caHN HNO3 es unl í qui doi ncol oroei nodoro,sol ubl een agua,de apari enci a vi scosa,con pr opi edadescorr osi vas y de vapor es sof ocant es. Fr ecuent eme ment e, se encuent r a con di st i nt osgr ados de i mpur ez a por l o que se t orna de col or ama mari l l omarr ón.“ [ …] cuando se encuent r a di óxi do de ni t r ógeno di suel t o en eláci do ní t ri co se puede observar

1[] SPADA,Franco.Producci óndeÁci doNí t ri coa part i rdeAmo moní aco.En:Docume ment osScr i bd[ Basede datosenl í nea] . ( 2012)

1


Tabl a No. 1 Pr opi edades f í si cas y quí mi cas represent ati vas deláci do ní t ri co en l ai ndust ri a

Deest areacci ónsegener aunacorri ent egaseosa que cont i ene vaporde agua,oxí geno,óxi dos de ni t r ógeno y ci er t a cant i dad de mat er i alque no part i ci paen l ar eacci ón.A t r avésdeun enf ri ado r ápi doseel i mi naelvapordeaguapr esent een l a mezcl adegases,paraasíobt enerelóxi doní t ri co. Unavezset i enesol oelóxi doní t ri cosepr ocedea oxi dares t asust anci aen abundanci adeai r epara l uego consegui r el di óxi do de ni t r ógeno. Fi nal ment e,eldi óxi do de ni t r ógeno pasa a una col umna deabsor ci ón en dondecambi a def ase gaseosaa l í qui da par areacci onarcon aguayasí produci reláci doní t ri co j unt ocon óxi doní t ri co, elcualdebese rnuevament eoxi dado.

quí mi ca. Fuent e

3.Descr i pci ón del osmét odosparal a obtenci ón deláci doní tr i co.

En l ai ndust ri aquí mi caexi st en di ver sosmét odos parapr oduci ru obt enereláci doní t ri co,al gunos de el l ossehan i do mej or ando con elpasardel t i empo,mi ent r asqueot r ossehan dej adodeusar por que han per di do f act i bi l i dad económi ca. Act ual ment eseempl eandosmé t odos,eldi r ect oo mét ododeOst wal dyeli ndi r ect o.

Fi gur a1:Mét ododeOst wal d

3. 1Mé t o dodi r e c t oopr o c e s odeOs t wal d.

Est epr oces oempl eaelamoni aco( NH3)ye lai r e at mosf ér i cocomomat er i a pri ma.Todo secent r a enl aoxi daci óncatal í t i cadelamoni acocon exceso ai r e, medi ant e elproce so de combust i ón que ocurr e a al t as t emper at ur as. “ [ …] en es t a oxi daci ón hayquet eneren cuent aquel amez cl a oxí ge noamoni aco r es ul t a expl osi va en det er mi nados l í mi t es , que son f unci ón de l a 2 presi ón”[ ] . 2[] FERNÁNDEZTENA,ÁngelyPRI ETO GARCÍ A, Marí a.Est udi oydi señodeunapl ant adeáci doní t ri co medi ant esi mul aci ón.En:PI NTO CAÑON,Gabri el . Di dáct i cadel aquí mi cayl avi dacot i di ana.Madri d: Secci óndePubl i caci onesdel aEscuel aTécni casuperi or deI ngeni erosI ndust ri al es,2003.p. 219–220.

Fuente:

3. 2Mé t o doi ndi r e c t o .

2


di r ect o debi do a su ni velde t oxi ci dad. Puede t ambi énf ormarmez cl ascombust i bl esconai r een concent r aci onesent r e1626% en vol umen yen pre senci a de oxí geno ( sobre 14%) ,l as cual es pueden provoc arexpl osi ón alest arcont eni do a presión.

Est emét odosecent raenelprocesodedest i l aci ón ext ract i va,elcualconsi st e en l a separaci ón de mez cl as bi nari as azeot r ópi cas a part i r de l a adi ci ón deunagent edeseparaci ón.Est epr oceso sehace necesari o,debi do a queeláci do ní t ri co f orma un aze ót r opo con elagua.Par al l evara cabot odoest eprocesoseempl eagener al ment eel áci do sul f úri co ( H2SO4)o elni t r at o demagnesi o ( Mg( NO3) ) c o mo a g e n t e s d e s h i d r a t a n t e s . L a i d e a 2 pr i nci palde est emét odoes apr ovec harl amayor afini dad exi st ent eent r eelaguayeláci doní t ri co. De es t a maner a,seempl ean l as dos sust anci as ant er i or ment e menci onadas por que compart en caract erí st i casconamboscompuest os.Elpr oceso se i ni ci a con l a vaporaci ón delazeót r opo áci do ní t ri co – agua,elcualpasa di r ect ament ea l a t orr ededeshi drat aci ón queesal i ment adacon l a sust anci a deshi drat ant e esc ogi da. Luego, se ext raeeláci doní t ri codeshi drat adooconcent rado par a ser l l evado a un condensador y un desai r eadorpar a su acondi ci onami ent o final .La sust anci a deshi drat ant e es ext r aí da par a ser nuevament e ut i l i zada ali ni ci ar elproceso.Est e mét odoaseguraunaal t aconcent r aci ón deláci do ní t ri coobt eni do.

En l a si gui ent e t abl a se mues t r an al gunas pr opi edadesycaract erí st i cas a consi der arsobr e est ecompuest o: Tabl aNo.2:Pr opi edadesdelamoní aco

Fuent e: En el l abor at or i o se obt i ene medi ant e una r eacci óndedespl azami ent odelcl orurodeamoni o medi ant ehi dr óxi dodecal ci osegúnl aecuaci ón:

4.Pr ocesopr i nci paldepr oducci ón deáci do ní tr i co.

→ 2NH4Cl+Ca( OH) 2

4. 1De s c r i pc i ó ndel amat e r i apr i ma

La mol éc ul a de NH3 es muy si mpl e,per o muy ver sát i ldesdeelpunt o devi st a desu campode apl i caci ón;puesest á pr esent e en l a pr oducci ón de l os pri nci pal es compues t os quí mi cos como mat eri apr i ma,ye nmayormedi da,un 80 ,en l a f abri caci ón de f ert i l i zant es como el áci do ní t r i c o.

2NH3 +CaCl H2O 2 +2

I ndust ri al ment eseut i l i zaelmét odoHaber-Bosh aparti rdel areacci ón cat al í t i cadelni t rógenoyel hi drógeno: N2 ( g)+ 3 H2 ( g) →

2 NH3 ( g)∆Hº= 46, 2

kJ/mol

Elamoní acoesun compues t oquí mi coenest ado nat ur al gas eoso e i ncol or o a condi ci ones normal esycon ol ori rr i t ant e.Essol ubl een agua con l acualsecomport aal cal i nament ef ormando eli on NH4+.Ademáscont ri buyea l anut ri ci ón de l osorgani smost errest res,porl oqueesf áci l ment e bi odegr adabl e,alserasi mi l ado porl as pl ant as. Si n embargo, en al t as concent r aci ones debe mani pul ars e con cui dado alest abl ecercontact o

Elprocesoesexot ér mi coy usual ment eoper aa pres i onesde 100 –1000 at m yt emper at ur a de 400–600ºC. “ Dent rodel aspri nci pal esapl i caci onesref erent es alamoni aco,seencuent r an:Producci ón deáci do ní t ri co; como f er t i l i zant e; como product o de l i mpi eza,debi doasusexcel ent espr opi edadesque

3


l ohacen ef ect i vocomodesengrasant e;pr oducci ón 3 defibrasypl ásti cos”[] .

Lasdi f erenci asent reest osdost i posdepresi ones apl i cadas se r esumen en l a si gui ent et abl a de comparac i ón:

Además,l apr oducci óndeáci doní t r i co esunade l as muchas oper aci ones en l as que el ai r e at mosf ér i co puede cat al ogar se como mat er i a pri maalserut i l i zadoen l aoxi daci ón.Asi mi smo, r ef er ent e alagua ut i l i zada en elpr oceso,debe est ar desi oni zada par a evi t ar l a corr osi ón del acerodebi daal assal es. De i gual f or ma se ut i l i za un cat al i zador const i t ui dopormal l asmuyfinasdeunaal eaci ón de pl at i nor odi o quese si t úan muy j unt as una sobrel aot r acomouna gasa,paral aconver si ón cat al í t i ca de amoní aco en áci do ní t ri co, el pr oduct oquesebuscaobt ener .

Tabl a3:Compar aci óndepr ocesoapr esi óndualy úni ca.

Fuente: ht t ps: //es. scr i bd. com/doc/97755071/Di senoPl ant a-de-Aci do-Ni t ri co

4. 2Co ndi c i o ne sdeo pe r ac i ó n 4. 2. 1T e mp er a t ur a

Enl asi gui ent et abl asepr esent an cuatr ot i posde pl ant as ysedet al l an l os dos t i pos depr esi ones apl i cadasen l aset apasdeoxi daci ónyabsorci ón:

En l aet apadeoxi daci ón delamoni acoelcont r ol de l a t emper at ura en el react or es muy i mport ant e debi do a que una t emper at ur a baj a ent r e200° C y400° C vaa f avor ecerl af ormaci ón de product os no deseabl es ;a una t emper at ur a arr i ba de 400°C l a di f usi ón delamoni aco en el catal i zadordet ermi narál avel oci dad dereacci ón; ya al t ast emper at ur asent r el os810° C y940° C apr oxi madament e se f av or ecer á una al t a producci ón de ni t r ógeno,r azón por l a cuals e consi der aest ast emper at ur asl asopt i masparal a oxi daci ón del amoni aco en el r eact or . Por l o cont r ari o,l as et apas de oxi daci ón delmonóxi do deni t r ógeno a di óxi do de ni t r ógeno yabsorc i ón de es t e úl t i mo en agua, se f avor ecen a baj as t emperat ur as.

Tabl a 4: t i pos de pl ant as según l os t i pos de presión.

Fuent e: 4. 2. 3Cat al i z ado r

[ …]elcat al i zadorempl eadoen l ar eacci ón una al eaci ón de Pt[ pl at i no]que cont i ene Rh [ r odi o] o [ pal adi o] : Pt /Rh ( 90: 10) o Pt /Rh/Pd ( 90: 5: 5) .En l as condi ci onesde t r abaj opi er de ent r eun 0. 050. 45 g/t n de HNO3 de Pt ,en f or ma de Pt 02.Debi do al el evado cost e delPtest e met aldebe ser r ecuperado porabsor ci ón.Puede l l egara

4. 2. 2Pr e si ó n

Laspl ant asdeáci doní t ri cosedi f erenci an porl as pr esi ones apl i cadas en l as di st i nt as et apas de oxi daci ón del amoni aco, del monóxi do de ni t rógenoyabsorci ón deldi óxi dodeni t rógeno.Es posi bl et r abaj arcon unami smapr esi ón en est as t r eset apas,conoci da comopr esi ón úni ca ocon unapr esi ónmedi aen l apri mer ayenl aunaal t a l as doset apasr est ant es,conoci da comopres i ón dual . 3]SPADA,Franco.Opci t . ,p.13 3[

4


r ecuper arsehast a el80% de l as per di das 4 enf ormadeóxi do[] .

Por consi gui ent e, para i ni ci ar el proceso de producci ón del áci do ní t r i co se di spone de amoní aco al mace nado en es t ado l í qui do a una t emper at ura de apr ox. 33° C y a pr esi ón at mosf ér i ca en un t anque de al mace nami ent o sumi ni st r adordemat er i apri ma,par aserenvi ado apr oce soporunabomba apr esi ón deapr ox.de 1240 [ kPa]( 12bar ) ,evaporadoen unvapori zador deamoni acoaunat emper at ur adeapr ox.35° Cy fil t r adoenunfil t r odeamoni acodefibradevi dr i o y cer ámi ca, c uya f unci ón es el i mi nar contami nant es sól i dos en f or ma de pequeñas part í cul as de óxi do. A cont i nuaci ón, se sobr ecal i ent a en un i nt er cambi ador de cal or ut i l i zando vaporde proc esohast a cer ca de una t emperat ur ade180° C.

Elcatal i zadormás ut i l i zado es elcatal i zador a ni vel i ndust ri al es l a al eaci ón pl at i no/r odi o ( 90/10) ,quet i eneunaporosi dadbaj a,porl oque hay poca t r ansf er enci a de masa;si n embargo, despuésde al gún t i empo de oper aci ón set orna másporosohast aal canzarl aefici enci amáxi ma. Al i gual , ocurr el a cont ami naci ón de pl at i no debi doapart í cul assól i dasquesedeposi t anenl a superfici ecomopol vodelai r eyóxi dosdehi err o, porel l oequi posdefil t r adosseencargandeevi t ar est o;yl a pér di da depl at i no en l a oxi daci ón del amoni aco, debi do a l a vapori zaci ón por l a f ormaci óndedi óxi dodepl ati nosegúnl asi gui ent e ecuaci ón:

Segui dament e, el ai r e at mosf ér i co se puri fica medi ant eun procesodefil t r aci ón en un fil t r ode ai r e de pl ást i co y fibr a de vi dri o en dos o t r es et apas, en donde se el i mi nan l as part í cul as sól i das suspendi das en el ai r e par a que no af ect en alcat al i zador de l a si gui ent e et apa de maner a negat i va;par al uego,sercompri mi do a unapr esi ón yt emper at ur aaprox.de1090 [ kPa] ( 11bar)y232° C en un compresordeai r ede dos f ases,yconsegui runai r el i mpi o,si mpl e,seguroy eficaz.“ Elai r esedi vi deen doscorri ent es:unase di ri gehaci aelreactorcatal í t i coyl aotra,haci al a secci ón de bl anqueado de l a col umna de 6 absorci ón”[] .

Pt + O 2 → P t O2( g ) Est apér di dasecont r arr est aconl ar ecuper aci ón depl at i nopormedi odefil t rado. 4. 2. 4Co nc e nt r ac i ó nde lác i doní t r i c oobt e ni do

El áci do ní t ri co obt eni do por es t e mét odo gener al ment et i eneunari quez adel60% enpeso, apr opi ada para proc esos i ndust ri al es como l a sí nt esi s de f ert i l i zant es; por dest i l aci ón, se concent r ayseobt i eneáci docon unari quezadel 68%. 4. 3De s c r i pc i ó nde lpr o c e so

4. 3. 2Ox i dac i ó nde lamo ní ac o

Elai r e envi ado alr eact orespr ecal ent ado,para post er i orment e, s er mez cl ado con elvapor de amoni acoenunapr opor ci ón aproxi madade1: 10 en un mez cl ador y t r ansi t ados nuev ament e al reactorcat al í t i co,elcuales de t i po l echo fij oy empl ea un cat al i zador de pl at i no/rodi o, cuyas part í cul as sepr esentan en f orma de mal l as de

4. 3. 1Pr e par ac i ó ndel amat e r i ap r i ma

“ Para obt ener l a mayor conver si ón posi bl e de amoní acoen elcat al i zadoryl ograrunavi daút i l másl arg adeest e,l asmat er i aspri masdeben ser pur i ficadasy elai r edebeest armuyl i mpi opar a 5 evi t arelenvenenami ent odelcatal i zador”[ ] ]CHARCAPE,Chri st i an.Obt enci óni ndust ri aldel 4[

NI STERI O DEMEDI O AMBI ENTE,YMEDI O RURAL 6[ ]MI YMARI NO.Tr aduci dodeli ngl és.Me j or esTécni cas Di sponi bl esderef erenci aeuropea:I ndust ri aQuí mi ca i nor gáni cadegranvol umendeproducci ón( Amoní aco, áci dosyf ert i l i zant es) . Agosto2007Catál ogoGeneralde publ i caci onesofici ales:ht t p: //www. 060. es( servi ci osen l í nea/ofici navi rt ual /Publ i caci ones) p.80

Áci doNí t r i co.En:Docume nt osScr i bd.[ enl í nea] . ( 2013) ; 13. ]SPADA,Franco.Op.Ci t . ,p.22 5[

5


al ambr e y ayuda a l a oxi daci ón r ápi da del amoní aco.

4 N

La efici enci a de l ar eacci ón de oxi daci ón del amoni aco par al a pr oducci ón de monóxi do de ni t r óg eno va a depender de l a pr esi ón y t emperat ur a,comosemuest r al at abl a:

Excesosl ocal esdeamoní acoen elr eact or son un ri es go para l a se guri dad de l a pl ant a ( l í mi t e de expl osi ón) y t ambi én puede causar el sobrecal ent ami ent o del cat al i zador ; una mez cl a defici ent e, di smi nuye l a conve r si ón delamoni aco a monóxi do de ni t r óg eno y aument a l a 7 perdi dadepl ati nodel oscat al i zadores[ ] .

Tabl a 5:Pr oducci ón demonóxi dodeni t r ógenoa det er mi nadascondi ci ones.

De modo que,elcont eni do de amoní aco de l a mez cl a se debe mant ener baj o por ri es go de expl ot aci ón,porl o queelvol umen de amoní aco nodebesuperaral15. 5%.

Fuent e: “ La r eacci ón seproduceen pre senci a de un cat al i zador que suel e es t ar i nt egr ado por vari os t ami ces me t ál i cos con al ambr es que cont i enen en t or noa un 90 % depl at i noen una al eaci ón con r odi o, que aument a l a r esi st enci a,yen al gunos casos con pal adi o” 9 [ ] .

Elamoni acor eacci onacon ai r een presenci adel catal i zadordepl ati no,causandoasíl aoxi daci ón del amoní aco y pr oduci endo monóxi do de ni t r ógeno y agua con una efici enci a del95% segúnl asi gui ent eecuaci ónpri nci pal :

4 N

H 3 ( g) + 5 O2( g ) → 4 N O 2 ( g) + 6 H 2 O( l)

Posteri oralreactor ,l osgasesat ravi esan un fil t ro compuest odeuna al eaci ón deoroy pl at i noque puede r ecuperarl as pérdi das delcat al i zador de pl at i no en un 70 a 80% apr oxi madament e por vol at i l i zaci óndelPt O2.

∆ H =−292,5 kJ / mol Laoxi daci ónocurr er ápi dament eyl aent al pí ade est areacci ónmuest r aqueest eesunproces o exot érmi co.“ [ …]est areacci ónesunodel os pr ocesoscat al í t i cosmáseficacesi ndust ri al ment e habl ando.Esunar eacci ónext r emadament e 8 rápi da( 10-11s)yconunaal t asel ecti vi dad”[ ]

4. 3. 3 Oxi dac i ón del monóxi do de ni t r óge no y Absor c i óndeldi óxi dodeni t r ógenoenagua:

Laent al pí adelgasdereacci ón cal i ent ese ut i l i zaparaproduci rvapory/oprecal ent ar elgas de col a.Despuésdeest a et apa,l a t emperat ur a delg as de r eacci ón sesi t úa ent r e 100° C y 200° C, dependi endo del proceso y , post er i orment e, se cont i núa enf ri ando con agua.Elagua quegener an l asreacci onesdeoxi daci ónsecondensaen unr ef ri ger ador condensadoryset ransfiere 10 al acol umnadeabsorci ón[] .

Par al el ament e, en est a et apa se pr oduce ni t rógeno,óxi dodedi ni t r ógenoyagua;r eacci ones que no son f undament al es dur ant e elproce so, pero af ect an l a efici enci a de est e.Est as se dan segúnl assi gui ent esecuaci ones: 4 N

H 3 ( g) + 4 O2( g ) → 2 N 2 O( g) + 6 H 2 O(l )

H 3 ( g) + 3 O 2( g ) → 2 N 2( g) + 6 H 2 O( l)

MI NI STERI O DEMEDI O AMBI ENTE,YMEDI O RURAL 9[ ] YMARI NO,Opci t . ,p.81.

7[ ] SPADA,Franco.Opci t . ]I b i d. ,p.8 1 10[

8[ ]CHARCAPE,Chri st i an.Op.Ci t . ,p.4

6


al r ededor del50% r emanent e delmet al y en donder eacci onael3% delmonóxi dodeni t r ógeno, sef orma 0, 4% de t et r aóxi do de di ni t r ógeno y l a t emperat ur aaument ehast al os315° C.

Lo ant eri or , permi t e ver i ficar por consi gui ent e que:en es t a segunda et apa l a conve r si ón de monóxi dodeni t r ógenoen di óxi dodeni t r ógenoes f avor eci da gr aci as a l a di smi nuci ón de l a t emper at ur a, por l ot ant o, el gas que se ha pr oduci do ( monóxi do de ni t r ógeno)pasaat r avés deunaseri edei nt er cambi adoresdecal ordet ubo y cor aza,par a ser enf ri ado hast a al r ededor de una t emper at ura de 185° C, est os , dej an aprovecharelcal orl i beradoporl areacci ón del a et apa ant er i orparapr oduci rvapory r ecuperar ener gí a.Tambi én,act úaun r ecuperadordecal or que r ec uper a l as corri ent es gas eosas par a pr oduci rvapory l a energí al i berada esut i l i zada paracal ent arotr osgasesdelpr oceso.

En elt erceri nt ercambi adordecal or ,esut i l i zado elcal orpararecuperaryprecal ent arl osgasesde col a proc edent esde un i nt er cambi ador de cal or ant er i oryreacci ona cer cadel25% de monóxi do de ni t r ógeno,se f orma un 7% de t et r aóxi do de di ni t r ógeno y ocurr e un enf ri ami ent o desde l os 315° C hast al os185° C aproxi madament e. Enest af asehar eacci onadoel70% delmonóxi do de ni t r ógeno produci endo di óxi do de ni t r ógeno. Mástar de,elgases enf ri adohast aal r ededorde 60° C enuncuart oi nt er cambi ador ,dondeel43% demonóxi dodeni t r ógenor eacci onayel20% del di óxi do de ni t r ógeno f or mado es di mer i zado en t et raóxi dodedi ni t rógeno.Lasr eacci onesl l evadas acavoentodaest asegundaet apason:

Cuando l os gasesde combust i ón seenf rí an,el monóxi do de ni t r ógeno se oxi da a di óxi do de ni t rógeno,parael l oseañadeai resecundari oal a mez cl adegases,según l asi gui ent eecuaci ón que r epr esent al ar eacci ónqueocurr eenest aet apa:

Como l a mezcl a de gases di smi nuye su t emperat ur a,elaguacont eni da secondensayse l l evan a cabo l as si gui ent es r eac ci ones, pr oduci endo áci do ní t r i co al 42% en un condensadorderef ri geraci ón segúnl assi gui ent es ecuaci ones:

2 N O( g) + O2 ( g) → 2 N O 2 ( g)

∆ H =−56 kJ / mol La r eacci ón delmonóxi do de ni t r ógeno con ai r e at mosf éri coparapr oduci rdi óxi dodeni t r ógenoes unar eacci ón exot érmi cayest af avorec i daabaj as t emper at ur asyael evadaspr esi ones,condi ci ones quetambi énf avorec enl adi meri zaci óndeldi óxi do deni t rógeno: 2 N O 2 ( g) ↔ N 2 O2

3 N O 2 4 NO

2

2

2

+ O + 2 H O → 4 HN O

2 N 2 O4

En el pri mer i nt er cambi ador del t r en de i nt er cambi o de cal or ocurr e un enf ri ami ent o desdeunat emperat ur ade645° C hast al os596° C apro xi madament e,y r eacci ona cer ca del5% del monóxi dodeni t r ógeno. Enelsegundoi nt er cambi adordecal oroc urr eun enf ri ami ent o desde l os 596° C hast a 280° C apro xi madament e,y r eacci ona cer cadeun 15% delmonóxi dodeni t r óge nof ormándoseun 3% de t et raóxi do de di ni t r ógeno. Post eri orment e,para l l evar a cabo l a r ecuperaci ón de l os óxi dos vol át i l es de pl at i no, es ubi cado un fil t r o de cer ámi ca de si l i cat o de al umi ni o que r ecol ect a

3

+ 3 O + 2 H O → 4 HN O

4 N O 2

∆ H =−57 kJ / mol

+ H O→ 2 HN O + NO

2

2

3

3

+ O + 2 H O → 4 HN O 2

2

3

Est e áci do produci do sesepara delproceso de producci ón yseenví aal acol umnadeabsor ci ón, j unt oalaguapr oduci da.Laoxi daci ónyabsor ci ón deldi óxi do de ni t r ógeno y su r eacci ón en áci do ní t ri co y óxi do ní t ri co se pr oducen si mul t áneament edur ant el af asegaseosayl af ase l í qui da.Ambasr eacci ones( oxi daci ón yf ormaci ón de HNO3) dependen de l a pr esi ón y l a t emperat ur a.Las pres i onesel evadas y l as baj as t emper at ur asf avorece nest asr eacci ones.

7


Segui dament e,elgas( monóxi dodeni t r ógeno)es mez cl ado auna t emper at ur ade50° C conelai r e proce dent e del bl anqueador del comi enzo del pr oceso en un t anque, par a que oc urr a l a oxi daci ón; al no haber enf r i ami ent o, l a t emperat ur aesel evadahast aal r ededorde140° C.

desi oni zadaa20° C;zonai nt ermedi aenf ri adacon aguaa7° C yzonaal t aqueesadi abát i cayr eci be 11 aguade[ pr oceso]a7° C”[] La sol uci ón acuosa deáci do ní t ri co esextr aí da porelf ondodel acol umnadeabsor ci ón,pasapor un compr esor que l o compri me a apr oxi madament e 1010 [ kPa] ( 10 bar ) y es envi ada albl anqueadordonde son ext r aí dosl os óxi dosdeni t rógenodi suel t osen eláci doconai re. Elmonóxi do deni t r ógenoesrec i bi do porelt ope del at orr eyenvi adosalt anquedeoxi daci ónpara r eanudarl oalpr oceso.

Luego,seenf rí adesde140° C a65°C alpasarpor unqui nt oi nt er cambi adordecal oryalr eacci onar seal canzaun 5% y95% demonóxi do ydi óxi do de ni t r ógeno r espect i vament e; e l 27% de es t e úl t i mo,sedi meri zaen t et raóxi dodedi ni t r ógeno. Almi smot i empo,aunar eci r cul aci ón deaguase l e es cedi da cal orporelg as,yest a es l a que ayuda a cal ent ar el amoni ac o par a su vapori zaci ónali ni ci o.

Los gas esque no son absor bi dos ( gasde col a) para l a pr oducci ón deáci doní t ri co sal en porl a part e super i orde l a col umna de ext r acci ón a apr oxi madament e una t emper at ura de 20° C a 30° C ysecal i ent an enunproces odei nt er cambi o de cal or ,pasa porun si st ema de r educci ón de óxi dosdeni t r ógenoyat r avi esauna t ur bi na que ayudaarecuperarl aener gí a,paraserl i beradosa l aat mosf era.

4. 3. 4 Ab so r c i ó n de ldi ó x i dodeni t r ó g e noe n ag ua par aobt e nc i óndeác i doní t r i c o

Post eri or al enf ri ami ent o, es i nt r oduci da agua desmi ner al i zada ycondensadode proc esoporl a part e superi orde l a col umna de absorci ón,l a cualseut i l i zaparal l evara cabol aabsorci ón de l os óxi dos de ni t rógeno y asíobt ener eláci do ní t ri co,y además es añadi do eláci do al42% pr oduci doenl aant eri ore t apaparaaument arsu concent raci ón.A cont i nuaci ón,elgas( di óxi dode ni t r óge no)que seencuent r a en l a col umna de absor ci ón r eacci ona a cont r acorr i ent e con el agua, produci éndose áci do ní t ri co, según l a si gui ent eecuaci ón: 3 N O 2 ( g)

+ H O( l) → 2 HN O 2

3

(ac )

Fi nal ment e, seobt i eneeláci doní t ri coal60% en concent raci ón.Si nembargo,“ l aconcent r aci óndel áci dopuedevar i are nt r eun 50%pesoy65%peso deáci doní t ri co,dependi endodel ate mper at ura, l apr esi ón,elnúmer odeet apasdeabsorci ón yl a concent r aci ón de l osóxi dosde ni t r ógeno quese 12 i nt roducenenelabsorbedor”[ ] . La r eacci ón gl obaldelproces ode producci ón de áci doní t ri coest ádadaporl asi gui ent eecuaci ón:

+ N O(g )

∆ H =73 kJ / mol

N H 3( g )+ 2 O2( g) → H N O3 (ac ) + H 2 O( l) ∆ H =−950 kJ / mol

Elval ornegati vodel a ent al pi a deest a reacci ón muest r a es exot ér mi ca y es t a f avor ec i da a presi ones el ev adas y baj as t emper at ur as. El monóxi do de ni t r ógenogaseosodeest ar eacci ón se r eci cl a para l a f or maci ón de di óxi do de ni t r ógenoyl ar eanudaci óndelpr oceso.

“ Losgasesdecol aquesal en dels obr ecal ent ador yame zcl adosconamoni acoent r analabat i dor .El abat i dor cont i ene un cat al i zador ,en f orma de cel das hexagonal esadj unt as,elcualt ransf orma 11[ ]SPADA,Franco.Op.Ci t . ,p.21

La f ormaci ón de áci do ní t ri co r equi er e de un pr oceso de r ef ri ger aci ón cont i nuo en el absorbedor .“ [ …]paral ograruncorrect ocont rol , el absor bedor se di vi de en t r es zonas de ope r aci ón: zona baj a enf ri ada con agua

MI NI STERI O DEMEDI O AMBI ENTE,YMEDI O RURAL 12[ ] YMARI NO,Opci t . ,p.81.

8


l osgasesni t r ososani t rógenoel ement almedi ant e 13 unare acci ónconamoni acogaseoso”[] . Elproce so cul mi na con l a mayor part e de l os óxi dosr educi dossN yen condi ci onesadecuadas parasu l i ber aci ón al aat mosf er a.Lasr eacci ones i nvol ucradassonl assi gui ent es:

6 NO

+ 4 NH → 5 N + 6 H O 3

+

2

2

6 N O 2 8 NH 3 → 7 N 2

+ 6 H O 2

Lat emperat ur aal aqueocur r enest asreacci ones sonpordebaj odel os200° C.

Todo el pr oceso expl i cado ant eri or ment e se concent r a bási cament e en eldi agr ama de fluj o pr esent adoacont i nuaci ón.

Fi gur a1:Di agr amadefluj odel apr oducci ón de áci doní t ri co

5.I nvesti gaci ones

Además de l as i nvest i gaci ones r eal i zadas pre vi ament e y sobr el os cual es sedi señaron y adopt aron l osmét odosref er ent esal apr oducci ón deáci do ní t ri co;muchosson l osest udi osquese 13[]HERASVÉLEZM. ,OLI VO BUSTI LLO H. ,PI ÑERES MESTRE M.Sof t war epar al ae val uaci ónysi mul aci ónde l aspl ant asdeáci doní t ri codeabocols. a. Cartagena, 2012. Trabaj odegrado( I ngeni er oquí mi co)Uni ver si dadde Cart agena.Facul t addei ngeni erí a.Programadei ngeni erí a quí mi ca.Di sponi bl eenl í nea< ht t p: //190. 25. 234. 130: 8080/j spui /bi t st r eam/11227/87/1 /t r abaj o_de_ gr ado%20( ABOCOL) _EntFI NAL. pdf >

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han se gui dopat ent ando aqui eneshan i nnovado est e procesode producci ón.Di chos est udi os se enmar can dent r o de l a propi edad i ndust r i ale i nt el ect ualdeun paí s,en est ecaso,de España part i cul arment e,delcualseharáref erenci aat res i nves t i gaci ones pat ent adas por l a “ Ofici na Español a de pat ent es y mar cas ” debi do a l as modi ficaci onespr opues t as par a elmej or ami ent o de l a producci ón. Pri mer ament e, l ai nvenci ón t i t ul ada“ Pr oducci ón deáci doní t ri co”[12] di spone de una capaci dad de producc i ón mej or ada si n af ect ar l a seguri dad y efici enci a del pr oceso part i endodel aset apasdelmét ododeOst wal d,a t r av és de una dobl e i nye cc i ón de oxí ge no si mul t áneament econl ai nyecci óndeunflui dode enf ri ami ent oi ner t ecomoelaguaenl amez cl ade r eacci ón, l o que ade más de aument ar l a capaci dad de pr oducc i ón, r espet a l os condi ci onant es de un buen bl anqueo del pr oduct o,oper adef ormasegur af uer adel azona dei nflamabi l i dad del amez cl ayevi t apr obl emas con l a pér di da de cat al i zador ( comúnment e pl at i no) .

gas /l í qui do, l o que causa una mej or a en l a cal i dad delcol or ,un aument oen l apr oducci ón o l aconcent r aci ónobt eni da.Ademássel l evaacabo si n i ncr ement ar l as emi si ones de NOx y si n i nverti rcapi t alenreduci rt al esemi si ones. Por úl t i mo, en el “ Pr ocedi mi ent oei nst al aci ón para l a pre par aci ón de áci do ní t ri co” [14] , se descri beun si st emaquet r abaj aapresi ón mi xt a en elquel a combust i ón delamoní acoempl eado seproduceaunapri mer apre si ónbaj a,medi ant e ai recompri mi dodeproceso,yelvaporni t roso f or mado por l a combust i ón es absor bi do parci al ment eporelaguaaunapr esi ónsuperi ora l a pri mer a, gener ando áci do ní t ri co, y el g as r esi dual no abs or bi do se expande en un descompresorde l a segunda presi ón a presi ón ambi ent alr ecuperandoelpr ocesodecompresi ón real i zadoant eri orment e. 6.Producci ón mundi al

Obt ener ci f r as exact as acer ca de l a cant i dad produci da de áci do ní t ri co no es una cues t i ón f áci lalest arl i gadaest rechament eal af abri caci ón de f ert i l i zant es ya quees ut i l i zado di r ect ament e con est e fin, a menudo si n r equeri r su t ransport aci ón,puesl aspl ant asdeáci doní t ri co son ubi cadasgeneral ment ej unt oa i nst al aci ones deproducci ón deamoní aco.Si n embargo,según l a compañí a gl obal de i nf or maci ón I HS de Col or ado, Est ados Uni dos; al manej ar est i maci onesdeest eáci do,unodel ospr oduct os quí mi cos i ndust ri al es más i mport ant es, ocupa unadel asdi ezpri mer asposi ci onesdelmer cado con unas 50 mi l l ones de t onel adas; si endo l a producc i ón de ni t r at o de amoni o( NH4NO3) y ni t r at o amóni co cál ci co ( 5Ca( NO3) . N H N O . 1 0 H O) l o s f e r t i l i z a n t e s q u e l e 2 4 3 2 propor ci onan elmayormer cado r epr ese nt ando el 80 % delconsumot ot almundi aldeáci do ní t r i co en elaño ant er i or ,2013.Aunque eluso final i mport ant e para f ert i l i zant es est á en decl i ve debi do a l as pr eocupaci ones acer ca de l a cont ami naci ón de l as aguas subt er r áneas por ni t r at os,l oqueha propor ci onado un mayoruso de l a ur easól i da,quet i eneun mayorcont eni do deni t r ógeno(46 %)queelni t r at odeamoni o( 34 %),esmenoscost oso,yesmenospel i gr oso.No obst ant e,elconsumo de ni t r at o de amoni o en

Porot rapart e,l apatentet i t ul ada“ Mét odoparal a 14 pr oducci ón de áci do ní t ri co” r a en [ 13], se cent r educi rs ust anci al ment el asi mpur ezaspr esent es en el áci do ní t ri co acuoso añadi endo oxí geno gaseoso supl ement ar i o a una o más de l as corri ent es de r eac ci ón f or mando una may or superfici ei nt erf aci alent rel a mezcl adeburbuj as 12] CONSEJO SUPERI OR DE I NVESTI GACI ONES 14[ CI ENTÍ FI CAS. Pr oducci ón de ác i do ní t ri co. I nvent or ( es) . VLAMI NG. Rol f , KOENI G. Jac ques, ARPENTI NI ER. Phi l i ppe. I nt C01B 21/40. Fecha de sol i ci t ud:8,abri l ,1998.España,Pat ent edei nvenci ón ES2 167692( T3) .16,mayo,2002. [ 13] CONSEJO SUPERI OR DE I NVESTI GACI ONES CI ENTÍ FI CAS.Mét odo par al apr oducci ón deáci do ní t ri co. I nve nt or ( es) . ECHEREGAY. D. , VELLOSO. M. , ANTONI OA. LONCOLN M. I nt CO1B 21/40. Fe cha de sol i ci t ud: 28, j uni o,2000.España,Pat ent edei nvenci ón ES 2 177 193 ( T3) .01,di ci embre,2002 [ 14] CONSEJO SUPERI OR DE I NVESTI GACI ONES CI ENTÍ FI CAS. Proce di mi ent o e i nst al aci ón par a l a producci ón de áci do ní t r i co. I nvent or ( es) . MAURER. R, SZONN.E,SEEHARS.W,LOTHAR.I ntC01B 21/00.Fecha de sol i ci t ud: 29, s ept i embre,1999. España, Pate nt e de i nvenci ónES2177162( T3) .01,di ci embre,2002.

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expl osi vosyapl i caci onesdeagent esdevol adura si gue cr eci endo, per o ha si do mucho más r egul adodesdeel11desept i embrede2001 Eláci do ní t ri co se ut i l i za pri nci pal ment e en l a f ormadeáci doní t ri codébi l ,con l apr oducci ón de al t ament eáci do concent r adoquerepr esent asól o el10% del aproducci ónt ot al .

Fi gura 2: Consumo mundi al de áci do ní t ri co2013

Elsi gui ent egr áficomuest r aelconsumomundi al deáci doní t ri co:

Fuent e:

Eur opaori ent al Eur opaocci dent al 2. 3. Amé ri cadelNort e 4. Chi na Eur opaCent r al 5. 6. Áf ri ca 7. Oceaní a ri caLat i na 8. Amé Ori ent emedi o 9. 10. S udoest edeAsi a 11. As i asur ori ent al 1.

En elcualesnot abl equeEur opa( occi dent al , cent ralyori ent al ) ,Chi nayAméri cadelNort e domi nan l as es t adí st i cas del mer cado. En conj unt o, es t as r egi ones r epr esent ar on al r ededordel82% del acapaci dad,el84% de l a pr oducci ón, y el84 % delconsumo en 2013.Des de1994,l osmay or esaument osde l a capaci dad,l a producci ón yelconsumose han pr oduci do en Chi na. El Consumo mundi alapare nt e sepr ev i ó que aument arí a anual ment eenun2% ent r e2008y2013,yse prev équecr ez caen un 2, 3 % anualdur ant e 2013-2018. 7.Concl usi ones

La i mport anci adeest udi arl ascondi ci onesa l ascual esunprocesot i enemayoref ect i vi dad, esgrande r espect oa l a el ecci ón quese hace de ci er t os mét odos paral l evara cabo en l a i ndust ri a al gún proc eso det er mi nado, t al como eselcas o delMét odo de Ost wal d,el cualeselmásusado paral a producci ón de áci do ní t ri co debi do preci sament e a l as

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ACIDO NITRICO

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