Pr oducci ónDelÁci doNí t ri co C.Gnecco,Y.Hoyos,D.Ji ménez ,S.Vanegas Quí mi caGener alI I 2014-2 Uni v e r s i dadde lAt l ánt i c o
1.Res ume men. Eláci do ní t ri cohasi do conoci do yest i madohacemu mucho t i emp mpo,per oparar ef er i r seaest ehayquere mont arseasu producci ón apart i rdelsal i t re.Elsal i t reesunamezcl adeni t rat odesodi o( NaNO 3)yni t rat odepotasi o( KNO3) ,quese encuent r a nat ur al ment een gr andes ext ensi onesde Sudamé mér i ca,pri nci pal ment e en Bol i vi a( Sal ar de Uyuni ) ,yl a regi ónn n nort edeChi l e.Ladest i l aci óndelsal i t reconáci dosul f úri coeselmét odoant i guousualparasu pr eparaci ón.Los r el ámp mpagosf or mancant i dadesconsi der abl esdeHNO 3l aat mósf er a.Sepuedequema maramo moni acoenai r e,enpr esenci ade un cat al i zadordepl at i no,yl osóxi dos de ni t r ógenoasíf orma madospueden oxi dar semá másy absor berseen agua par a f orma maráci do ní t ri co.Elamo moni acobarat ohahecho queest epr ocesor esul t emu mucho menoscaroquel así nt esi s,más ant i gua,apart i rdelsal i tr edeChi l e.[ 1] Elamo moní aco( NH3) ,mat eri apri maapart i rdel acuals epr oduceeláci doní t ri co( como mof ert i l i zant e;como mopr oduct ode l i mpi eza,debi do asusexcel ent espr opi edadesquel ohacen ef ect i vocomo modesengr asant e) ,esun gasi ncol or ocon un ol ori rri t ant e.Elmét odomá másut i l i zadoparal aproducci óndeláci doní t ri co,graci asalemp mpl eodeamo moni acoeselproceso Ost wal d.Est e sel l ev a a cabo ent r espasos:1)Oxi daci ón de amo moni aco con ai r e en exc esoen pre senci a de un cat al i zador ,obte ni endo monóxi do de ni t r ógeno;2)Oxi daci ón delmo monóxi do de ni t r ógenoa di óxi do de ni t r ógenoy3) absorci óndelgasenaguadandocomoresul t adoeláci doní t ri co.[ 2]
2.Pal abrasCl aves:pr ocesodeOswal t d,oxi daci ón,áci doní t ri co,amo moni aco,presi ón.
pr oduci rgases t óxi cos.Eláci do ní t ri co pr oduce quema maduras en l a pi ely sus vapor es son muy i rri t ant esparal api elyl asmu mucosas.Lai nhal aci ón de cant i dades si gni ficat i vas de est os vapores puedeproduci ri nt oxi caci ónaguda.
3.I nt r oducci ón.
El áci do ní t ri co pur o es un l í qui do vi scos o, i ncol oroei nodoro.Di st i nt asi mpur ezasl ocol orean de ama mar i l l omar r ón. A t emp mper at ura amb mbi ent e l i ber ahumosroj osoama mari l l os: Esunáci dof uer t equeconcent r adot i eneademá más poderoxi dant e. Es una mat eri a pri ma muy i mpor t ant e de l a i ndust ri a. Eláci do ní t ri co esal t ame ment ecorr osi voyat aca a una gr an cant i dad de met al es. Las r eacci ones ent r e el áci do ní t ri co y di ver sas sust anci as or gáni cas son a menudo muy exot érmi cas y expl osi vas,y l as r eacci ones con met al es pueden
Las sol uci ones de áci do ní t ri co son muy corrosi vasyproducen l esi onesen l api el ,l osoj os y l as mucosas, cuya gr avedad depende de l a dur aci ón delcont act o y de l a concent r aci ón del áci do.Est asl esi onespueden i rdesde unasi mpl e i rr i t aci ón hast aquema madurasynecr osi sl ocal i zada despuésde un cont act o prol ongado.Los vapores de áci do ní t ri co son t amb mbi én cor r osi vos par al a pi el ,l asmucosasyelesma mal t edent al .
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Según l a cant i dad y l a concent r aci ón, e láci do ní t ri co debe al macenar se en envases de acer o i noxi dabl e,al umi ni o o vi dri o.Est o como medi da deseguri dadut i l i zadaensumani pul aci ón.[ 3] 4.Pr oducci ón deáci doní tr i codébi l .
El ni t r ógeno es elcomponent e pri nci pal de l a at mósf er at er r est r e,cuyaabundanci a esdel78% en vol umen,es t eel ement of or maun conj unt ode óxi dos,enl oscual essu est adodeoxi daci ón varí a de+1 hast a+5,muchosdeel l ost i enen múl t i pl es apl i caci ones.Unodeest osóxi doseselpent óxi do dedi ni t rógeno( N2O5) ,elcualesmuyut i l i zadoen l así nt esi sderecursosenergét i cos. [ 1]Elpent óxi do dedi ni t r ógenoesunanhí dri doáci do,yaquealser un óxi do met ál i co,en elmoment o en que est e r eacci ona con elagua su úni co product o es el áci doní t ri co( HNO3) ,cuyareacci ón es:
Aunque l af ormaci ón de áci do ní t ri co se puede obt enera part i rdepent óxi do dedi ni t rógeno,t al como se descri be en l a r eacci ón 1, en l a pr oducci ón a gr an es cal a es t e mét odo no es ut i l i zado.Paral aproducci óndeláci doní t ri coenel l aborat ori o,esdeci rc uandosebuscaobt eneruna pequeñacant i daddeest eáci do,elni t rat odesodi o o sal i t rede chi l e estr atadocon áci dosul f úri co concent radoysedal ugaral asi gui ent er eacci ón:
⇋
NaNO3(ac)+H2SO4(ac)
NaHSO4 +HNO3(g)
Reacci ón2
En est ar eacci ón eláci doní t ri coseencuent raen est ado gaseoso, l os cual es post er i orment e son condensadosyfinal ment eseobt i eneáci doní t ri co pur oenest adol í qui do Ot r a opci ón para preparar el áci do ní t ri co es ut i l i zar el ni t rat o de pot asi o ( KNO3) y áci do sul f úri co concent rado ( H2SO4) .Est e proceso est á dadoporl asi gui ent ereacci ón:
N2O5(s)+ H2O (l)→ 2HNO3(ac) Reacci ón1
KNO3 +H2SO4 → KHSO4 +HNO3 Eláci doní t ri cof uedescubi ert oporelal qui mi st a Ŷabi ri bn Hayyan,ysel el l amócomoaqua f , o r t i s Reacci ón3 est eáci dof uepr epar adoporpri mer aen elañode 1618 por el quí mi co al emán Johann Rudol f Alut i l i zar elni t r at o de pot asi o eláci do ní t ri co Gl auber , y se car act er i za por ser un l í qui do t ambi énser ápr oduci doenf ormagaseosa,l ocual vi scoso,i nodor o ei ncol or o,cuando est á baj ol a i ndi caquet ambi énsedebec ondensar . i nci denci adel al uz,t omauncol oramari l l odebi do al apr esenci adelNO2,elcualespr oduct odesu parc i aldescomposi ci ón;su densi dad esde1, 522 3 kg/m .Eláci doní t ri coesmi sci bl econ elaguay cuandoset i eneuna composi ci ónde68% HNO y 3 32% H2O l adi sol uci ónesunmezcl aazeot r ópi ca. En l a natural eza,eláci do ní t ri co,sol o se podrá encont r ar en f orma de sus sal es,es deci rl os ni t r at os,l os cual es se caract eri zan porsermuy sol ubl es en agua, por l o cual son arr ast r ados f áci l ment e por l al l uvi a. En l ugar es donde se puedeencont r aruncl i madesér t i co,comoelnort e de Chi l e y elsal ar de Uyunien Bol i vi a hay gr andes cant i dades de ni t r at os,c omo l a salde Chi l e( NaNO3) .
Fi gura1.Producci ón deáci doní t ri coen ell aboratori o . dapt A ado de :h t t p : / /www. i ng e n i e r i a qu i mi c a . n e t / a r t i c u l o s /3 31 p r o d uc c i o n de ac i do ni t r i c oi .
Esi mport ant emenci onarquea pesardepoder si nt et i zar áci do ní t ri co con una concent raci ón cer cana al 100%, usando l os mét odos ant er i orment e menci onados; en l os l aborat ori os quí mi cos se suel e si nt et i zar est e áci do con
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concent r aci onesqueseencuent r an ent r eel50% y el70%.Cuandoeláci doní t ri coessi nt et i zadocon una concent r aci ón del65%,esut i l i zado par al a det er mi naci ón demet al esen agua porpl asmade acopl ami ent oi nduct i vo.
de 800ºC y como cat al i zadorse ut i l i za uno en gr asadepl at i noy 10% de r odi o,aunqueest eno eselúni co t ambi én sepuede ut i l i zar :mal l as de pl at i no pur o, ci nt as con pl at i no finament e di vi di do,elóxi do de vanadi o (V2O5 ) ,elcuales usado por l a mul t i naci onalBadi sche Ani l i n und Soda Fabr i k( BASF)paral a producci ón de di cho áci do.Ademáselhechodeque est aet apasel l eve aal t aspr esi ones,t r aebenefici oseconómi cospara l asempr esasya queelequi por equer i dot i eneun t amañomenor ,port alrazónl acant i daddecapi t al ai nvert i rdi smi nuye.[ 5]
3. 1Pr ocesoOst wal d.
Para l a producci ón de áci do ní t ri co a ni ve l i ndust ri aluno de l os mét odos ut i l i zados es el r ec onoci do proces o de Ost wal d, el cual f ue pat ent adoenelañode1902.Lasmat er i aspri mas necesari asparaproduci ráci doní t ri coa t ravésde es t e mét odo son: amoni aco, ai r e, agua y un cat al i zadorengrasadepl at i noy10% der odi o.El pr ocesodeOst wal dl apr oducci ón deáci doní t ri co se basa en l a oxi daci ón delamoni aco. En l a pri mer a et apa, amoni aco anhi dro se oxi da a monóxi dodeni t r ógeno.[ 1]
Cuando se t er mi na l a oxi daci ón delamoni aco, es t a mez cl a de gases pasa a t r av és de unas t uberí as,l ascual esest án en paral el oaunat orr e de absorci ón donde se oxi da elóxi do ní t ri co y ocurr el af ormaci óndeldi óxi dodeni t r ógeno 2NO(g)+O2(g)→ 2NO2(g)
4NH3(g)+5O2(g)→ 4NO2(g)+6H2O (l)
Reacci ón5 Reacci ón4
Lareacci ón5secaract eri zaporserl ent a,yser de t er ceror den, sedebedest acarqueest af aseno ocurr eaal t ast emper at ur asyaquel avel oci dadde est ar eacci ón es i nver sament e proporci onala l a t emper at ur a.Aunqueest egasseaabsor bi dopore l agua,f aci l i t ando l af ormaci ón de l os pr oduct os, una part edeest eser educeaóxi doní t ri co,l oque haceque seai mposi bl el a oxi daci ón de t odo el óxi doní t ri co,rest ándol erent abi l i dadalproceso.
En est a et apa,r epres ent ada en l ar eacci ón 4,el amoni acosefil t r apar ael i mi narsusi mpur ez asy semez cl a con ai r e compri mi do,elcualha si do prev i ament e puri ficado, l ogr ando t ener una mez cl a con una r el aci ón apr oxi mada de10% de amoni acoy90% deai r e( 1: 10) . Para f aci l i t ar esta reacci ón,se l l eva a cabo el pr ocesoapr esi onesal t as,at emper at ur asal t asy en l a pr esenci a deun cat al i zador;esi mport ant e dest acarqueenelmoment o,enelcuall areacci ón escat al i zada,es t a secompl et a en menos de un mi l i segundo,por l ot ant o,debe r eal i zar se como unar eacci ón adi abát i ca,esdeci r ,almoment ode ef ect uarse no debe haber i nt er cambi o de cal or ent r econt enedorenelqueocurr el ar eacci ón yel ent orno.[ 4]
Enl asi gui ent eet apaestosgasesseprecal i ent an a unat emperat ur ade200ºCysel eshacenpasar ,a t r avé sdeuna mal l a de pl at i no,porun hornode cont act o,cuyat emper at ur aosci l aent r el os800º C -850ºC,en elcualelamoni aco y eldi óxi do de ni t r ógeno son oxi dados, f or mándose de es t a maner al osgasesni t rosos. Est epr ocesosecar act eri zaporserexot érmi coy l os gases ni t r osos, son r eut i l i zados par a l a producci óndevapor ,l oscual espri mer opasanpor elcambi adorde cal or ,y l uegoson conduci dos a t r av és de una cal der a donde se enf rí an y se
Porest asr azonesl amayorí adel aspl ant asen l a i ndust ri a operan con una pre si ón queest á en el i nt er val o de 10 at m a 13 at m,en presenci a de oxí geno,con una t emper at ur a aproxi madament e
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reut i l i zan. [ 1] Por ot ra part e, al final i zar est e proce so,l a nuev a et apa a se gui r se denomi na absorci ónáci da,enl acualocurr el aoxi daci óndel óxi do ní t ri co y di óxi do de ni t r ógeno, para l a f ormaci ón defini t i vadeláci doní t ri co,est eproceso ocurr eengrandest orr esdeabsorci ón.[ 4] Enl asi gui ent eet apaelmonóxi dodeni t r ógenose oxi daadi óxi dodeni t r ógenocon excesodeai r ey eldi óxi dodeni t rógeno,at emper at ur aambi ent ese encuent r a dí mer i zado,l o cuales t ár epre sentado enl ar eacci ón7,yalr eacci onarcon elaguaseda l af ormaci ón de áci do ní t ri co ( HNO3)y áci do ni t r oso( HNO2) ,t alcomol omuest r al ar eacci ón 8: [ 4]
e :P r o du c c i ó n Fi gur a2.EsquemadelprocesodeOst wal d.Fuent deác i doní t r i c oap ar t i rd eamo ni a c o.p . 1 6.
Logr andoqueelmonóxi dode ni t r ógeno,r eacci one nuev ament e con elai r e y sevuel va a produci r t et raóxi dodedi ni t rógeno,haci endoqueelproceso descri t o en l ar eacci ón 8 se vuel va a r epet i r , ev i t ando de es t a maner a que sepueda obt ener áci do ni t r oso, l o cual r equi er e de una et apa denomi nadaabsor ci ónal cal i nadondel aobt enci ón de es t e áci do si es posi bl e, por úl t i mo es i mport ant eres al t arqueenest aet apadelpr oceso, eláci doní t ri coyahasi doobt eni do.
2NO (g)+O2(g) → 2NO2(g) Reacci ón6
2NO (g)+O2(g)→ N2O4(g) Reacci ón7
NO2(g) → OH- → HNO3(l)
│
│ +
NO4 → H → HNO2
Luego de t er mi narest epr ocesose obt i eneáci do ní t ri co con una concent r aci ón de apr oxi madament e 50% o áci do ní t ri co pr econcent rado,cuyoporce nt aj edeconcent raci ón osci l aent r eel65%70%,alcualsel ehaañadi do áci do sul f úri co concent r ado.Para l ograrobt ener un áci doní t ri cocon unaconcent r aci ón muyal t a, t ambi én se l e añade áci do sul f úri co,y a que l a capt aci ón de agua por el áci do sul f úri co concent r ado, t i ene l ugar con f uer t es despr endi mi ent osdecal or ,yl acant i dad decal or supl et ori a,pr eci sa para l a dest i l aci ón deláci do ní t ri co concent r ado, se sumi ni st r a medi ant e serpent i nescal ent adosporvapor .[ 4]
Reacci ón8
Es i mport ant er ecor dar que eláci do ni t r oso es muyi nest abl e,yen est ecasosedescomponeen áci doní t ri co,monóxi dodeni t r ógenoyagua: 3HNO2
→ HNO
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+2NO +H2O
Reacci ón9
Eláci do ní t ri co dest i l ado,es condensado en el r ef ri ger ant e, para l uego ser r ecogi do en el depósi t o. Aunque l a obt enci ón de áci do ní t r i co concentr ado a t r avés de l a dest i l aci ón de áci do sul f úri coesl amáscomún noesl aúni ca,exi st en
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di f er ent esempr esas,en l as cual eselpr oceso de t r ansf ormaci ón de áci do ní t ri co di l ui do a concent r adosedapormedi odel aut i l i zaci ón del t et raóxi dodedi ni t rógeno.
gr an i nver si ón de capi t al . Aunque l os proces os act ual esseri genbaj ol asmi smasbasesquí mi cas del proc eso de Ost wal d, l a opt i mi zaci ón de l a producci ón es t á cent r ada en el di seño de l os equi posyl arent abi l i dadeconómi ca.
Luego de t er mi narelproce so de producci ón de áci doní t ri co,est eesal macenadoot ransport ado, par a es t o se debe t ener en cuent a que l os mat er i al es r esi st ent es al áci do ní t ri co son: al umi ni o,f undi ci ón y acer o cr omo- ní quel ;por est ar azón eláci do ní t ri co es t r ansport ado en vagones de al umi ni oof undi ci ón y se puede al macenaryaseaen vasi j asdevi dri oodebarr o. Reacci ón
Porot r al as pl ant as que producen áci do ní t ri co, cuyaconcent r aci ón másf uer t eesdel55%,est án obsol et as. Act ual ment e exi st en dos mét odos o t i posdeuni dadesquedomi nan en l apr oducci ón de est e áci do,l a pri mer a de el l as se denomi na, pl ant a a una sol a pres i ón, l as cual es son comúnment econoci dascomopl ant asamer i canas o DuPontyelot r ot i po de pl ant a sedenomi nan si st emas de pr esi ón dual , o comúnment e conoci doscomosi st emaeur opeo.[ 1]
Ental pí a ( Kj /Kg. mol )
4NH3(g)+5O2(g)→ 4NO2(g)+ 6H2O(g)
2NO(g)+O2(g)→ 2NO2(g)
3NO2(g)+H2O(l)⇋ 2HNO3(l) +NO(g)
4NH3(g)+3O2(g)→ 2N2(g)+6 H2O(g) 4NH3(g)+6NO(g)→ 5N2(g)+6 H2O(g)
2NO2(g)→ N2O4(g)
La pl ant a de una sol a pres i ón t i ene un menor cost o de capi t al y pr oduce más vapor como subproduct o; l a uni dad de presi ón dual t i ene menor cos t o de cat al i zador y un r endi mi ent o l i ge r ament e super i or . Ambos pr ocesos se car act er i zan port eneruna al t a efici enci a en l a producci ón,conunaal t acal i dadynocont ami nan enungr adomuyal t ol aat mósf er a.Porl ocomún, l os cost os gl obal es son cas i exact ament e compet i t i vos.
-227
-57.1
-58.7
-317 3. 2Proc esodeunasol apr esi ón.
Enelproc esodeunasol apr esi ónunacompre sor a r ot at ori a,esacci onadaporunat ur bi nadevapory una t ur bi na de r ec uper aci ón de l a ener gí a, denomi nadacomoexpandi dordegasdecol a,una car act er í st i ca i mport ant e de l a compresor a r ot at ori a es que est a se encuent r a comprendi da por di f er ent es et apas, ent r e l as cual es se encuent rai nt erenf ri adores,con elfinderegul arl a t emper at ur a de sal i da del gas, l a cual es apr oxi madament e230ºCa1MPa.Elai r edesal i da esdi vi di do con elfin dequeun 85% deest esea t r ansport ado alconver t i dor y elot r o 15% a l a col umnadebl anqueoyl oscambi ador esdecal or .
-451
-28.7
Reacci ónGl obal . NH3(g)+2O2(g)→ HNO3(l) H2O(l)
-437
Tabl a 1: Reacci ones del pr oceso de Ost wal d, Adapt ada de: Manualdepr ocesosquí mi cosenl ai ndust ri a.p.368.
En l a act ual i dad elmét odo de Ost wal d para l a pr oducci ón deláci doní t ri cohacambi ado,yaque l os equi pos neces ari os par al l evar a cabo est e proce so son muy gr andes,l o cualnecesi t a una
Elai r e que est á dest i nado a i ralconvert i dores mez cl ado con amoni aco,sobr ecal ent ado, dando
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como r es ul t ado una mez cl a que t i ene 10% de amoni aco y 90% ai r eyl uego es envi ado a su dest i no, donde es t ar á a una pres i ón que se encuent r a ent r e 800kPa y 950kPa,est a pasa a t r avésdeuna pi l a decer da de 30 capasdeuna gas a de pl at i no de 80 mal l as y 10% de r odi o, dondeelocurr eelproc esodecombust i ón elcual esmuyrápi do,yt i eneunat emperat ur adesal i da de 940ºC; en es t e pr oces o l a conver si ón a monóxi dodeni t r ógenoesdeun 94% a95% yes necesari o62gdeal eaci ón depl ati no( catal i zador) por t onel ada mét ri ca de capaci dad di ari a del ác i do.[ 6]
casquet es de burbuj eo, con serpent i nes enf r i adores en cada una de l os char ol es, l as cual essonde20a50uni dades.[ 1] Enest ereact orelgasent raporelf ondoyeláci do ní t ri co di l ui do sube poruna col umna con agua f rí a,l a cualent r a por l a part e superi or .En l a part e baj a de l a col umna l a vel oci dad de r eoxi daci ón del monóxi do de ni t r ógeno despr endi doesbaj a,yaqueeláci dof uert ei mpi de que di óxi do de ni t r ógeno sea absor bi do r ápi dament e, l o cual causa que el despr endi mi ent o de monóxi do de ni t r ógeno sea l ent o;y en l a par t e superi orde l a col umna l a concent r aci ón de l as mez cl as gaseos a de l os óxi dos de ni t r ógeno y eloxí geno es muy baj a haci endo quel af uer zai mpul sor adel aabsor ci ón seapequeña.[ 1]
Ot r of act orque j uega un papelmuy i mport ant e durant e est a et apa de pr oducc i ón es l a t emper at ur a del gas y l a concent r aci ón del amoni acoqueseencuent r aen elr eact or ,yaquesi l a concent r aci ón de amoni aco seencuent r a por i rdelr eact orelgast i eneuna t emper at ur a enci ma de un 11. 5% a 12% puede haber una Alsal apr oxi madaal os10º C,yeláci doní t ri cocont i ene expl osi ón,porot rol adol at emper at ur adelgasal una pequeña cant i dad demez cl a gaseos a de l os moment odeent r ardebeosci l arent r el os205º Cy óxi dos de ni t r ógeno,especi al ment et et raóxi do de 230º C con el fin que l a pr i mer a capa del di ni t r ógeno, el cual es i ncol oro y di óxi do de cat al i zadorse mant enga a l at emperat ur a de l a ni t r ógeno,quel eda una col oraci ón r oj i za.Luego r eacci ón,l at emperat ur a no debe sersuper i ora est eáci doesbl anqueado,est osel ograhaci éndol o 940ºC, ya que exi st i rí a una gr an pér di da del pasarcont r acor ri ent e en una col umna con ai r e cat al i zador[ 1].En est eproceso elcat al i zadorse pri mari o al 15%, el c ual e s nece sar i o para l a debecambi arc ada 6 o10 se manas,l oquehace oxi daci ón delmonóxi do deni t r ógenoydi óxi dode queporcadat onel adamét ri cadeáci doní t ri codel ni t rógeno,t ermi nadoest eprocesoseobt i eneáci do 100% produci doexi st aunr ecar gode5dól are sdel ní t ri co. Es i mport ant e anot ar que en al gunas catal i zador . pl ant as elpr ocesodebl anqueadodeláci doocurr e enelf ondodel acol umnapri nci paldeabsorc i ón. Cuandoelgassal edelconvert i dor ,est eatr avi esa
unsobrec al ent adordevapor ,unacal der adecal or En est eproces ol acont ami naci ón delai r eocurr e dedesec hoyun pre cal ent adordegasdecol a,de aext r acci ón del97% y98% delmonóxi do dondesal ea una t emper at ur a apr oxi madament e yaquel deni t r ógeno quesal edel agasaesmuycost oso, de 200º C, est e gas pasa a un condensador si n embar goexi st en paí sesc omoEst adosUni dos enf ri adorendondesepr oduceeláci doní t ri cocon dondel al eydi cequesedebeabsor berun 99. 8% una conce nt r aci ón de apr oxi madament e 40% a deni t rógeno,paraest opri meroelgassecal i ent a 45% elcualt i ene un porcentaj e aproxi mado del enunachi meneahast aal canzarunat emper at ur a 40% delni t r ógenofij ado.Alsal i rdelcondensador de680ºC ysel ehacere acci onarcongasnat ur al , enf ri ador ambos product os, es deci r el áci do est a r eacci ón de combust i ón aument a l a ní t ri co di l ui do y el gas ya enf ri ado pasan al t emper at ur a del gas e i ncr ement al a ener gí a absor bedor , el cual manej a una pr esi ón de r ecuper adaenelexpandi dor . [ 6] 980kPa.Est er eact orabsor bedore sunauni dadde
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Ot r af ormaesqueelgascal ent adoenl achi menea La figur asi gui ent emues t r aun di agr amadefluj o est r at adocon amoní acoehi drógeno,est oocurr e paral apr oducci óndeáci doní t ri coal60% apart i r en un r eact orcat al í t i cocon elfin deconver t i rel de amoni aco:uni dad de DuPont de al t a presi ón monóxi do de ni t r ógenoen ni t r ógenogaseoso ( N2) . ( 10 MPa)de225 t /dí a,aut osufici ent e.La t ur bi na Pormedi o delproce sode una sol a presi ón una expandi dor a oper a con elcal ordelgas de col as pl ant apuedeproduci rde270 a540 t onel adasde ( esenci al ment e N2) .Un fil t r o de pl at i no de al t a áci do ní t ri co por dí a. El pr oces o de una sol a efici enci a col ect a el pl at i no val or i zado o pr esi ón,usa l a conver si ón de amoni aco en al t as er osi onado y es es enci al para una oper aci ón pr esi onescon elfindereduci relequi po,l ogrando económi ca.CNL ( cont r ol adordeni velde l í qui do) ; de est a maner a una menor i nver si ón en l a TA ( Toma de Al i me nt aci ón) ; CI L ( Cont r ol ador i nf r aest r uct ur a de l a pl ant a; además l as al t as I ndi cadordel ni veldeLí qui do) ;CI P( Cont rol ador t emper at ur aj unt o con l a presi ón i ncr ement al a I ndi cadordePr esi ón) ;CI T( Cont r ol adori ndi cador r ecuper aci ón deener gí adelpr oceso,l ocualseda deTemperat ur a) ;CGT ( Cont r ol adorGr aficadorde enun10%. l aTemperat ura)[ 5] .
Fi gur a3. Di agramadefluj oparal amanuf act uradeáci doní t ri code60% apart i rdeamoni aco( E. A.Rass,Chemi calandI ndust ri al e :Manualdeproces Co.)Fuent osquí mi cose nl ai ndust ri a. p.371.
Los gases l uego pas an por si st emas de r ecuper aci óndecal orysecompri mena990KPa paral a absorci ón yelbl anqueami ent o.Elr est o delpr ocesoessi mi l araldeunapresi ón.
3. 3Pr o c e s odePr e s i ó nDual .
Enelproces odepres i ón dualsenecesi t amenos gas t o de cat al i zador por que se ut i l i zan vel oci dades me nor es, l echos cat al í t i cos de di ámet r os mayor es con capas de gasa más del gadas( sol ament ecuat r o) ,yseoper acon una pr esi ón i nf eri or ,de240 KPa,en elconvert i dor .
Ser educemuchoelcost odelcat al i zadorenest e si st emadepr esi ón dual ,hast aal r ededorde$1. 5 port onel ada mét ri ca de áci do ní t ri co al100%
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produci do. Requi er e al r ededor de 2% menos ener gí a,per o ser ec uper a como 5% menosde ener gí a y se pr oduce menos vapor como subproduct o,comparadocon elsi st ema de una sol apresi ón.[ 1] Por ot r ol ado una pl ant a de producc i ón del amoni aco que t r abaj a en una sol a pres i ón, cuest aaproxi madament e$8mi l l onesdedól ar es, l ocualalcomparar l ocon elpr eci odeunapl ant a que t r abaj ó con elsi st ema de presi ón dual ,l a cualcuest a $9. 1 mi l l onesdedól aresseobt i ene unahorr ode$1. 1mi l l onesdedól ares.[ 6]
Pr esi ónDual
Pr esi ónúni ca
Et apadeconver si ón oper aa100350 [ kPa] . Et apadeconver si ón oper a865[ ° C] .
Et apadeconver si ón oper aa8001100 [kPa]. Et apadeconver si ón oper aa940[ ° C] Pérdi dade cat al i zador3, 8veces másr ápi da. 10% másde r ecuper aci ónde energí a.
Menorg ast ode cat al i zador. Menorr ecuperaci ón deenergí a. Mayorcost ode i nversi ón,debi doal may orvol umenque serequi ereparal os est anquesqueoper an abaj apr esi ón. Lapl ant aocupamás espacio. Siser equi er euna áci doní t ri cof uert e ent r eel6065%,se prefier edualyaque sepuedeconcent r ar másenelabsor bedor port enerl a posi bi l i daddeut i l i zar al t apresi ón.
Ot r of act ormuyi mport ant eesqueenunapl ant a que t r abaj a en un pr oces o de pr esi ón dual nece si t a másañospara r ecuperary super arl a i nver si ón de su capi t al que una pl anta que t rabaj eaunasol apre si ón.Elpesodecat al i zador poruni daddi ari adeproducci ónesmásomenos elmi smopar aambospr oces os.Losdospr oces os dan,en f or mamuyefici ent e,un product odel a mi smacal i dadyproducengasesefluent esdent r o del osmi smosl í mi t esdepot enci alcont ami nant e. Con r el aci ón alcat al i zadorut i l i zado,unapl ant a que t r abaj a con pr es i ón dual t i ene menos per di dadecat al i zador ,aunapl ant aquet rabaj a aunasol apr esi ón.Laspér di dasdelc at al i zador est i madaspar aun proc esodepr esi ón dualson aproxi madament e 0, 1g/t on por el100% de l a pr oducci ón,e n cambi o en un pr oces o de una sol apr esi ónsegener apérdi dasde0. 38g/t on-[ 6]
Menorcost ode i nversi ón.
Menorespaci of í si co requeri do.
Si npr obl emasde obt enci óndeáci do ní t ri coal60% ( p/p) .
Tabl a 2.Compar aci ón ent r e pr esi ones de oper aci ón.Fuent e: P r o duc c i ó ndeác i doní t r i c oap ar t i rdeamo ni a c o.p . 1 8.
A cont i nuaci ón sepr esent aun esquemagener al de l a pr oducci ón de áci do ní t ri co a part i rde amoni aco,baj oelt i podeoperaci ón denomi nada pr esi óndual :
Ent onces, Una pl ant a de áci do ní t ri co puede t r abaj arcon l a mi sma presi ón en l a et apa de r eac ci ón y l a de absor ci ón ( s i ng l e pr e s sur e )oconunapr esi ónmedi aenl apri mer ay pr oc ess al t aen l asegunda ( ) .[ 2] doubl epr essur eproc ess Cada opci ón t i ene di st i nt as caracter í st i cas,l as cual esseespeci fican enl asi gui ent et abl a:
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ado de: Fi gur a 4. Di agr ama de fluj o si mpl i ficado de un proces o de obt enci ón de áci do ní t ri co a pres i ón dual .Adapt ht t p: //www. ugr . es/~t ep028/pqi /descar gas/I ndust r i a%20qui mi ca%20or gani ca/t ema_7/Tema%207. pdf .p. 14.
áci doNí t ri coconcent r adoquel uegoreacci onacon áci do débi lpara gener armásáci do concent r ado; l asegundamet odol ogí ai mpl i caelenri queci mi ent o de áci do Ní t ri co Aze ot r ópi co con l os óxi dos de Ni t r ógeno hast a produci r un áci do de may or concentr aci ón que l a azeot r ópi ca para l uego por medi o de una dest i l aci ón obt ener áci do Ní t ri co concent radoyáci doNí t ri coAzeot rópi co.
5.Pr oducci ón deáci do ní t r i coconcent r ado.
Los proce sosque usan t or r esde absor ci ón con aguapar ageneraráci do Ní t ri conopueden l ograr concent r aci ones de áci do mayor esque el68% o 69% debi do a l a pres enci a de un azeót r opo del aguayeláci doNí t ri coen est epunt o.Paragener ar áci dodeconcent r aci onesmayor essepuedesegui r unadedosmet odol ogí as,l adi rect aol ai ndi rect a.
5. 2Pr o c es oI ndi r e c t o . 5. 1Pr o c e soDi r e c t o .
El proc eso i ndi r ect o opera con una t ecnol ogí a conoci dacomodest i l aci ón ext ract i va.Exi st en dos posi bl esví as en l as quese puede obt eneráci do Ní t ri coconcent rado pormedi odeest at ecnol ogí a; pr ocesodeáci dosul f úri coypr ocesodeNi t r at ode Magnesi o.La i dea f undament alen es t et i po de t ecnol ogí as es apro ve char l a mayor afini dad exi st ent eent reelaguayotr omater i alqueent reel aguayeláci doNí t ri co.
Empl ea amoni aco y ai r e at mos f éri co como mat er i as pri mas.ElAmoni aco seoxi da con ai r e pri mer o en una combust i ón y l uego pasa a un l echo cat al í t i co.La corr i ent e gaseosa gener ada cont i ene vapor de agua, óxi dos de Ni t r ógeno y mat eri alno r eact i vo.Sei nducel ael i mi naci ón del vapor de agua por me di o de un enf ri ami ent o rápi do.
Los óxi dos de Ni t r ógeno t ot al ment e oxi dados Así pues, se usa el áci do sul f úr i co con una pueden segui rdosví asparapr oduci ráci doNí t ri co concent r aci ón mí ni ma de 80% o sol uci ones de concent r ado;l apri mer aesabsorberl osóxi dosen ni t r at o de magnesi o de concent r aci ón del72%
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para deshi drat ar áci do Ní t ri co azeot r ópi co. La deshi dr at aci ón sereal i za en una t orr e donde se al i ment a en l a part e super i or una de l as dos sust anci as deshi drat ant es y en al gún punt o l ater aleláci doNí t ri codi l ui doen f ormadevapor . Las sol uci onesdeshi drat ant esse r econcent r an y
Fi gur a
5.
Di ag r ama
de l
pr oceso
par a
pr oduc i r
seal i ment an denuevoalpr ocesoyl acorr i ent ede áci do Ní t ri co concent r ado ( concent r aci ón mayor del97% en peso)sepasaporun condensadory un desai r eadorpara su acondi ci onami ent o final . [ 7]
ác i do
ní t ri co
a
al t as
concent r ac i ones. Fuent e:
ht t p s: / /e s . s c r i b d. c o m/ do c / 23820 22 06 /ac i do ni t r i c o .p .4.
el f ot ograbado, el l i mpi ado y l a pasi vaci ón de met al es,yl aseparaci óndeoroypl ata.
6.Usosyeconomí a.
El60% deláci do ní t ri co seempl ea para hacer ni t rat o de amoni o, f ert i l i zant e y expl osi vo. Los ni t rat osdesodi o,cobreyeldepl ata,seproducen gr aci asa es t ea gr an escal a.La manuf act ur a de otr osni t rat osorgáni cosei norgáni cos,j unt oconl a de l os compuest os or gáni cos ni t r o, usan cant i dades i mpor t ant es de HNO3. Ent r e l as apl i caci onesdi rect asdeláci doní t ri cosei ncl uyen
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Los ni t rat os orgáni cos ( ni t rogl i ceri na,ni t rat o de gl i col ,ni t rat osdecel ul osa) yl oscompuest osni t ro ( TNT,RDX,áci do pí cri co)requi eren,t odos,áci do ní t ri co par a su sí nt esi s. La ni t r oparafina se obt i ene t ambi én en gr an escal a porni t r aci ón en f ase vapor con áci do ní t ri co.Las caracter í st i cas f uer t ement e oxi dant es del áci do ní t ri co en
sol uci onesdi l ui das,r esul t an a vec essumament e út i l es .[ 7]
( a) de dest i l aci ón ext r act i va con agent es deshi drat ant es t al es como áci do sul f úri co o ni t r at odemagnesi o;
Los gr ados comer ci al es se hacen con especi ficaci ón, usual ment e de 53. 4 a 68. 7 en peso.Eláci domuyconcent r adode94. 5a95. 55% seproduceen pl ant asespeci al ment edi señadasy esmáscar o.Sepuedeobt enerapart i rdeláci do másdébi lpordest i l aci ón ext ract i vacon agent es f uer t ement e deshi drat ant es , como el áci do sul f úri coyelsul f at odemagnesi o.[ 1]
( b) l a r eacci ón con l os óxi dos de ni t r óge no adi ci onal es.
Además de ser empl eado par af abri car par a f abri car f ert i l i zant es y expl osi vos,el21% de l a pr oducci ónmundi aldeáci doní t ri cosededi caal a f abri caci ón de fibras si nt ét i cas, el 1. 5% a l a f abri caci ón de i soci anat os ( pol i ur et anos) y el 12, 3% par af abri car ést er es del áci do ní t ri co ( expl osi vosparausomi l i t ar)yni t roderi vados.
Est aúl t i matécni cat i enel amayorapl i caci ón enl a i ndust ri a. La quí mi ca de l a oxi daci ón del amoní aco es not abl ement e si mpl e con sól o sei s pr i nci pal es r eacci ones que deben ser consi der ados. Tambi én hay si et e r eacci ones secundari as apr opi adas par a est e proces o,per o par al a mayor í a de di seños son pocosl osef ect os quet i enenqueverconl osresul t ados.
Unest udi odet al l adodelmercadodeláci doní t ri co ha sugeri do que hay un mer cado pot enci alde hast a 72 000 t onel adas poraño,sobr euna base del100% deest eáci do.Est aconcl usi ón i ndi cal a abi l i dad deunapl ant adeáci doní t ri cocon una 7. Concl usi ones. Eval uaci ón de mer cado y vi capaci dadt ot alanualde55 000 t onel adas( sobre consi deraci onesdel ospr ocesosdepr oducci ón. unabasedel100%) .Est aci f r arepr esent a92000 Eláci do ní t ri co esun áci do f uer t e y un agent e t onel adasporaño( 280t onel adasdi ari as) ,de60% oxi dant epot ent econ enormesposi bi l i dades par a produci dodeáci doní t ri co.[ 6] apl i caci ones en el pr oces ami ent o de product os Harvi n,LerayyRoudi erhacenvari asconcl usi ones quí mi cosen l ai ndust ri a.Ti eneusoscomer ci al es del aeval uaci ón del asvent aj asdecadapr oceso. como un agent e de ni t r aci ón, age nt e oxi dant e, Ll egan a l a concl usi ón de que l os dos proc esos di sol vent e,agent edeacti vaci ón,de catal i zadory pueden ser económi cament e compet i t i vos baj o de age nt e de hi dról i si s. En r el aci ón a l a condi ci onespart i cul ares.Tambi én l asel ecci ón de producci ón mundi al ,aproxi madament eel60% de unpr ocesopuededependerdeot r osf act orest al es t odoeláci doní t ri coproduci doesut i l i zadoparal a como: pr oducci ón deni t r at odeamoni o( especí ficament e paral af abri caci óndef erti l i zant es) . ( a)l a mayorut i l i dad en l ai nt egraci ón con ot ras pl ant asparaunpr ocesoenpart i cul ar . El áci do ní t r i co se produce ahor a ut i l i zando comer ci al ment e el paso a paso, l a oxi daci ón cat al í t i ca de amoní aco con ai r e, para obt ener monóxi do de ni t r ógeno y di óxi do de ni t r ógeno. Est os óxi dos de ni t r ógeno son post er i orment e absor bi dos en agua para produci rent r e 50% y áci do ní t ri co f uer za 68% en peso. Par a apl i caci ones que r equi er en mayoresresi st enci as, se ut i l i zan var i os mét odos par a concent r ar el áci do.Losmét odost radi ci onal esson:
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( b) l a di sponi bi l i dad de espaci ol i mi t ada puede f avorecerelprocesodeunasol apr esi ón. ( c)Capaci dad de 11301360 t onel adas por dí a f avore ceelpr oceso dedobl epr esi ón,debi do a l a posi bi l i daddeabsorci óndehast a1550kPa. ( d)Las capaci dadesde 270 a 540 t onel adas por dí af avor ecen elproces o de presi ón úni cayaque l aspr esi onesyl ast emperat ur aspueden conduci r
aconver si óni nf eri orespar areduci relconsumode cat al i zador. ( e)Requi si t os par al af uer za deláci do 6065% pueden f avor ecer el proce so de presi ón dual debi do a may or es conce nt r aci ones de gases ni t rososalabsorbedor .[ 8]
est ruct uraporl oscost esdeoperaci ón delpr oceso de dobl e presi ón.Porot r a part e,l at emper at ura más al t a y el ef ect of avor abl e de l a presi ón permi t en una mayorr ecuper aci ón de l a ener gí a delproceso.[ 6]
Elcost odecapi t alvent aj adelprocesodeunasol a presi ón super a l os benefici os de l a super i or 8.Ref erenci as. [ 1]AUSTI N,Geor geT.Manualde proc esosquí mi cosen l ai ndust ri a.Tomo 2.Pr i mer a edi ci ón en español .McGr aw Hi l l . Washi ngt onst at euni ver si t y .1988.p.367372. [ 2]GUZMÁN,Ly LLANTÉN,E. Producci ón de áci do ní t ri coa part i rdeamoni aco( l í nea) .Val parai so.2012.Di sponi bl een i nt ernet :.p.1618. [ 3] HI NKAMP,Davi d L.Capí t ul o 104 Guí a de product os quí mi cos.Part e 2. Pr opi edades de l os áci dos i norgáni cos En: enci cl opedi adel aOI T.España.Novi embrede2012.p.104. 6-104. 7 [ 4]TEGEDER,Fri t zyMAYER,Ludwi ng.Mét odosdel ai ndust ri aquí mi ca.Tomo1.Edi t ori alr ever t é.1987.p.111-114. [ 5]THEOBALD,Hei nz.Tec hni sc heErpr obungei nesneuen Verf ahr ens derkat al yt i schen ni t r osoZers t örungen Abgasen von Sal pet er säur eAnl agen.En:Chemi eI ngeni eurTechni k.Di ci embre1975.Vol umen47.Númer o24.p.1021. [ 6]RAY,Mart ynS.yJOHNSTON,Davi dW.Chemi calengi neeri ngdesi gnPr oj ec t ,acases t udyappr oach.Vol umen6. Gr an Br et aña.1989.p.27,4647. [ 7] 4. 3 ÁCI DO NÍ TRI CO [ Anóni mo] ( l í nea) . Uni ve r si dad autónoma de Bar cel ona. 2010. Di sponi bl e en i nt er net : . p. 6970. [ 8]HARVI N,R. L. ;LERAY,D. G.y ROUDI ER,L. R.Si ngl ePr ess ur eorDualPre ssureNi t r i cAci d:An Obj ect i veCompari son, Ammoni aPl antSaf et y .Vol ume21.AI ChE,New Yor k.1979.p.183.
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