ES2219906T3 - Procedimiento para la obtencion de acido nitrico y dispositivo para la puesta en practica del procedimiento. - Google Patents
Procedimiento para la obtencion de acido nitrico y dispositivo para la puesta en practica del procedimiento.Info
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Abstract
La invención se refiere a un procedimiento para producir ácido nítrico, según el cual se efectúa la combustión del amoniaco sobre al menos una red catalítica, especialmente una red de platino, en presencia de oxígeno y se refrigeran los gases de reacción. Para evitar la emisión de gas de la risa, la invención se caracteriza porque antes de la refrigeración, los gases de reacción se llevan aguas abajo de la red catalítica a través de un catalizador que tiene una temperatura estable para transformar el N{sub,2}O contenido en los gases de reacción.
Description
Procedimiento para la obtención de ácido nítrico
y dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento.
La invención se refiere a un procedimiento para
la obtención de ácido nítrico, en el que se somete a combustión
amoniaco en al menos una red de catalizador, en especial red de
platino, bajo alimentación de oxígeno, y se enfrían los gases de
reacción.
Por la
US-A-5,478,549 es conocida la
obtención de NO mediante oxidación catalítica de amoniaco en un
catalizador constituido por una red de Pt y un catalizador de
ZrO_{2}, que conduce a la reducción del contenido en N_{2}O.
Por la
US-A-4,812,300 es conocida la misma
reacción, pero en un sistema catalizador (Pt/perovsquita
oxídica).
Por la EP-A-359
286 es conocida la aplicación de un catalizador que transforma
amoniaco junto con un catalizador que descompone N_{2}O, con un
tiempo de retención de 0,1 a 3 segundos.
La combustión de NH_{3} en un catalizador se
efectúa a temperaturas, por ejemplo, de 800 a 1.000ºC según la
siguiente ecuación:
(1)4 \ NH_{3}
+ 5 \ O_{2}
\hskip1cm\longrightarrow
\hskip1cm4 \ NO + 6 \ H_{2}O
El N_{2}O producido en esta caso reacciona,
durante y tras el enfriamiento de los gases de reacción a
aproximadamente 20 hasta 30ºC, con oxígeno para dar N_{2}O:
(2)NO + 1/2 \
O_{2}
\hskip1cm\longrightarrow
\hskip1cmNO_{2}
En el caso de contacto con agua y oxígeno, se
produce el ácido nítrico deseado HNO_{3}:
(3)4 \ NH_{3}
+ 2 \ H_{2}O + O_{2}
\hskip1cm\longrightarrow
\hskip1cm4 \ NHO_{3}
Se descubrió que, como reacción secundaria en la
combustión catalítica de NH_{3} para dar NO según la ecuación (1),
se produce también N_{2}O indeseable (gas hilarante):
(4) 4 \ NH_{3}
+ 4 \ O_{2}
\hskip1cm\longrightarrow
\hskip1cm2 \ N_{2}O + 6 \ H_{2}O
que no se degrada en las
subsiguientes etapas de obtención de ácido
nítrico.
Por lo tanto, es tarea de la presente invención
indicar un procedimiento en el que se evite sensiblemente una
liberación de gas hilarante en la generación de ácido nítrico.
Se soluciona este problema conduciéndose los
gases de reacción con la corriente de la red de catalizador, antes
del enfriamiento, a través de un catalizador estable a temperatura
para la transformación de N_{2}O contenido en los gases de
reacción.
La reacción se puede efectuar, según catalizador
seleccionado,
mediante descomposición en los elementos
nitrógeno y oxígeno:
(5)2 \ N_{2}O
\hskip1cm\longrightarrow
\hskip1cm2 \ N_{2} + O_{2}
o mediante
oxidación:
(6)2 \ N_{2}O
+ 3 \ O_{2}
\hskip1cm\longrightarrow
\hskip1cm4 \ NO_{2}
o
(7)N_{2}O +
1/2 \ O_{2}
\hskip1cm\longrightarrow
\hskip1cm2 \ NO
La transformación mediante oxidación de N_{2}O
para dar NO o NO_{2} conduce a un aumento de la conversión de
producción de ácido nítrico, y, por lo tanto, es preferente.
Si bien el gas hilarante pertenece a los
denominados compuestos endotérmicos, y, por consiguiente, se debe
descomponer en los elementos ya a temperatura ambiente, no obstante,
la descomposición se efectúa también sólo en el caso de
calentamiento por motivos cinéticos. El control de procedimiento
según la invención aprovecha el calor de gases de reacción de manera
ventajosa inmediatamente tras la combustión de NH_{3}. No es
necesario un calentamiento separado de los gases de reacción para la
transformación de N_{2}O. Preferentemente se emplea un catalizador
altamente activo, ya que el tiempo de residencia de los gases de
reacción tras salida de la red de catalizador hasta entrada en el
cambiador de calor es corto, para no favorecer con ello una
descomposición térmica del NO que se forma según la ecuación (1) en
sus elementos.
Además se debe procurar que el catalizador para
la transformación de N_{2}O no acelere, o no lo haga de modo digno
de invención, la posible reacción simultanea de una descomposición
de NO.
Para la carga uniforme del cambiador de calor que
sirve para el enfriamiento de los gases de reacción, o bien de las
superficies de calefacción, es conocido conducir los gases de
reacción a la red de catalizador a través de una instalación para la
distribución uniforme de corriente, por ejemplo a través de una
carga de anillos Raschig. En el caso de control de procedimiento
según la invención, también se puede configurar el catalizador de
transformación de N_{2}O en forma de anillos Raschig o similares,
para garantizar, además de la transformación de N_{2}O,
simultáneamente un homogeneizado de circulación.
También es conocido dejar descansar la red de
platino sobre elementos cerámicos para su apoyo. En el ámbito de la
guia de la invención preferente se sitúa también constituir tales
elementos de apoyo a partir de un material con actividad catalítica
para la transformación de N_{2}O.
Por lo tanto, es conveniente que los gases de
reacción se conduzcan a través de una carga de elementos de
catalizador, o a través de un catalizador moldeado permeable a
gases, como por ejemplo catalizador de panal.
El catalizador está configurado a partir de un
metal seleccionado a partir del grupo V, Cr, Fe, Ni, Co, Cu, Bi, Zn,
Al Mg y/o con cerámica dopada con sus óxidos. De modo especialmente
preferente se emplean cerámicas de arcilla, es decir, cerámicas a
base de silicato de aluminio, de modo más preferente
cordieritas.
Además es concebible emplear espinelas y/o
perovsquitas como catalizador.
En todos los catalizadores empleados se debe
procurar que puedan soportar la carga térmica en el intervalo de 800
a 1.000ºC inmediatamente tras la salida de los gases de reacción de
la red de catalizador.
Se puede emplear el material catalizador puro, o
aplicar material catalizador sobre un soporte igualmente estable a
la temperatura.
La invención se ajusta también a un dispositivo
para la obtención de ácido nítrico con un reactor, al menos una red
de catalizador que se extiende transversalmente al interior del
reactor, y al menos una superficie refrigerante postconectada a la
red de catalizador.
En este caso, según la invención está previsto
que, entre la red de catalizador y la superficie refrigerante, esté
dispuesto un catalizador permeable a gases, estable a la
temperatura, para la transformación de N_{2}O contenido en los
gases de reacción.
En este caso es conveniente que el catalizador
sirva simultáneamente para el homogeneizado de corriente, o bien que
apoye la red de catalizador para la combustión de NH_{3}.
Ahora se explicará más detalladamente un
dispositivo según la invención por medio de las figuras
adjuntas.
Se introduce una mezcla constituida por NH_{3}
y aire que contiene oxígeno O_{2} en el reactor 1 a través de un
conducto de alimentación 2. El conducto de alimentación 2, con
sección transversal relativamente reducida, se transforma en una
carcasa 3 de sección transversal mayor, a la que se une un cuerpo
base de depósito cilíndrico 4. Transversalmente a través del
orificio de entrada del cuerpo base 4 se extienden redes de platino
5, que están aún apoyadas, en caso dado. Inmediatamente tras las
redes de platino está dispuesto un elemento de inserción de
catalizador 6 para la transformación de N_{2}O, que está
constituido por una carga de anillos Raschig con actividad
catalítica 6a, y una chapa perforada que porta la carga 6b. Los
gases de reacción R, que salen del elemento de inserción del
catalizador 6, entran en un elemento de inserción de superficie
refrigerante 7, representando ahora esquemáticamente, que es
circulado por un agente refrigerante K. Se extraen los gases de
reacción a través de una descarga 8.
Claims (8)
1. Procedimiento para la obtención de ácido
nítrico, en el que se somete a combustión amoniaco en al menos una
red de catalizador, en especial red de platino, bajo alimentación de
oxígeno, y se ponen en contacto los gases de reacción, para la
composición selectiva de N_{2}O, con un catalizador metálico o de
óxido metálico, caracterizado porque se conducen los gases de
reacción con la corriente de la red de catalizador inmediatamente
tras la red de catalizador, antes del enfriamiento a través de un
catalizador estable a la temperatura, para la transformación de
N_{2}O contenido en los gases de reacción, que está configurado
como una cerámica dopada con metales seleccionados a partir del
grupo: V, Cr, Fe, Ni, Co, Cu, Bi, Zn, Al, Mg y/o con sus óxidos.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se conducen los gases de reacción a
través de una carga de elementos catalizadores.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque se conducen los gases de reacción a
través de un catalizador moldeado permeable a gases, como por
ejemplo catalizador de panal.
4. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se emplean
cerámicas de arcilla como catalizador.
5. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se emplean
catalizadores estables a la temperatura a temperaturas de 800 a
1.000ºC.
6. Dispositivo para la obtención de ácido nítrico
con un reactor, al menos una red de catalizador que se extiende
transversalmente al interior del reactor, al menos una superficie
refrigerante postconectada a la red de catalizador, y un catalizador
constituido por metal u óxido metálico circulable por los gases de
reacción, caracterizado porque, entre la red de catalizador
(5) y la superficie de calefacción (7), inmediatamente tras la red
de catalizador, está dispuesto un catalizador permeable a gases
estable a la temperatura (6; 6a, 6b) para la transformación de
N_{2}O contenido en los gases de reacción, que está configurado
como una cerámica dopada con metales seleccionados a partir del
grupo V, Cr, Fe, Ni, Co, Cu, Bi, Zn, Al, Mg y/o con sus óxidos.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque el catalizador sirve simultáneamente
para el homogeneizado de circulación.
8. Dispositivo según la reivindicación 6 o 7,
caracterizado porque el catalizador apoya simultáneamente la
red de catalizador para la combustión de NH_{3}.
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