ES2646963T3 - Procedimiento integrado de producción de nitrato de amonio - Google Patents

Abstract

Un procedimiento de producción de nitrato de amonio en el que: a) una alimentación de oxidante gaseoso compuesto al menos sustancialmente de amoniaco, vapor y un gas de oxidación que comprende oxígeno se expone a condiciones en las que el amoniaco se oxida para producir una mezcla de reacción que incluye monóxido de nitrógeno y vapor de agua, b) la mezcla de reacción se enfría en un intercambiador de calor por lo que el monóxido de nitrógeno se oxida, el vapor de agua se condensa y los productos de la oxidación del monóxido de nitrógeno reaccionan con el agua condensada y son absorbidos por el agua condensada para formar una corriente de ácido nítrico, con lo que sustancialmente todo el monóxido de nitrógeno en la mezcla de reacción que se convierte en ácido nítrico, c) la corriente de ácido nítrico se hace reaccionar con una corriente de amoniaco en una etapa de producción de nitrato de amonio para formar el nitrato de amonio, d) al menos el 80 % del vapor dentro de la alimentación de oxidante procede de la etapa de producción de nitrato de amonio y e) al menos el 10 % del amoniaco dentro de la alimentación de oxidante procede y es arrastrado por el vapor de la etapa de producción de nitrato de amonio.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento integrado de produccion de nitrato de amonio Campo de la invencion

Esta invencion se refiere a un procedimiento para producir nitrato de amonio y que integra la produccion de acido nftrico con la produccion de nitrato de amonio.

Antecedentes de la invencion

La patente WO2012/071616 describe un procedimiento integrado para la produccion de nitrato de amonio en el cual:

a) una alimentacion de oxidante gaseoso compuesta al menos sustancialmente de amoniaco, vapor y un gas de oxidacion se expone a condiciones en las que el amoniaco se oxida para producir una mezcla de reaccion que incluye monoxido de nitrogeno y vapor de agua,

b) la mezcla de reaccion se enfna en un intercambiador de calor por lo que el monoxido de nitrogeno se oxida, el vapor de agua se condensa y los productos de la oxidacion del monoxido de nitrogeno reaccionan con el agua condensada y son absorbidos por el agua condensada para formar una corriente de acido nftrico y

c) se hace reaccionar la corriente de acido nftrico con una corriente de amoniaco para formar el nitrato de amonio.

Como se describe en la patente WO2012/071616, se introducen corrientes separadas del amoniaco a las etapas de produccion de nitrato de amonio y acido nftrico. Ademas, en una realizacion del procedimiento descrito, el vapor que se genera en el curso de la concentracion de una solucion de nitrato de amonio en la etapa de produccion de nitrato de amonio se transfiere a la etapa de produccion de acido nftrico para formar al menos una porcion del componente de vapor de la alimentacion de oxidante o formar una parte de un componente de agua o vapor de una alimentacion de partida a partir de la cual se obtiene la alimentacion de oxidante. Como se describe adicionalmente en una realizacion, se puede suministrar un pequeno exceso de amoniaco a la etapa de produccion de nitrato de amonio (con el fin de minimizar la corrosion del evaporador y la supresion de la presion parcial de acido nftrico en el espacio de vapor del evaporador) y, en consecuencia, una pequena cantidad de amoniaco (sustancialmente menos del 10 % del componente de amoniaco de la alimentacion de oxidante) se podna introducir a la etapa de produccion de acido nftrico con el vapor.

Los presentes inventores han determinado ahora que, al suministrar un exceso sustancial (es decir, al menos un 10 %) de amoniaco a la etapa de produccion de nitrato de amonio, se puede reducir el tamano del reactor de nitrato de amonio, como puede ser el requisito de precision de mezcla para la reaccion completa del acido nftrico. Ademas, se ha determinado que el exceso sustancial de amoniaco se puede introducir de manera util de la etapa de produccion de nitrato de amonio a la etapa de produccion de acido nftrico en una alimentacion de vapor que comprende sustancialmente todo lo requerido por la etapa de produccion de acido nftrico.

Como tambien se describe en la patente WO2012/071616 el componente de gas de oxidacion de la alimentacion de oxidante comprende un gas que contiene mas de aproximadamente el 80 % de oxfgeno. Sin embargo, los presentes inventores han determinado ahora que el gas de oxidacion puede comprender aire u otra mezcla de gases oxidantes que es menos rica que el 80 % de oxfgeno; aceptando que el volumen de absorcion y reaccion sera sustancialmente mayor, pero esto se compensa con el potencial de coste sustancialmente reducido de emplear un gas de oxidacion rico en oxfgeno.

Sumario de la invencion

La presente invencion puede definirse como el suministro de un procedimiento para producir nitrato de amonio en el que:

a) una alimentacion de oxidante gaseoso compuesta al menos sustancialmente de amoniaco, vapor de agua y un gas de oxidacion que comprende oxfgeno se expone a condiciones en las que el amoniaco se oxida para producir una mezcla de reaccion que incluye monoxido de nitrogeno y vapor de agua,

b) la mezcla de reaccion se enfna en un intercambiador de calor por lo que el monoxido de nitrogeno se oxida, el vapor de agua se condensa y los productos de la oxidacion del monoxido de nitrogeno reaccionan con el agua condensada y son absorbidos por el agua condensada para formar una corriente de acido nftrico, con lo que sustancialmente todo el monoxido de nitrogeno en la mezcla de reaccion que se convierte en acido nftrico,

c) la corriente de acido nftrico se hace reaccionar con una corriente de amoniaco en una etapa de produccion de nitrato de amonio para formar el nitrato de amonio,

d) al menos el 80 % del vapor dentro de la alimentacion de oxidante procede de la etapa de produccion de nitrato de amonio y

e) al menos el 10 % del amoniaco dentro de la alimentacion de oxidante procede y es arrastrado por el vapor desde la etapa de produccion de nitrato de amonio.

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La presente invencion tambien puede definirse como el suministro de nitrato de amonio (en cualquiera de sus diversas formas posibles) cuando se produce mediante el procedimiento anterior.

Como se emplea en las definiciones anteriores y siguientes de la invencion, el termino "gas de oxidacion" debe entenderse que incluye aire u otra mezcla de gases oxidantes o, deseablemente, un gas que contiene mas de aproximadamente el 80 % y lo mas deseablemente mas del 95 % de oxfgeno.

Tambien, por "sustancialmente todo" del monoxido de nitrogeno en las definiciones anteriores y siguientes de la invencion se entiende una cantidad de monoxido de nitrogeno mayor que el 90 %, deseablemente mayor que el 95 % y, lo mas deseable, hasta un nivel que se aproxima tan cerca como sea posible al 100 % del nivel presente en la mezcla de reaccion. Cuando la conversion dentro del intercambiador de calor se produce a un nivel inferior al que mas se desea, el procedimiento de absorcion y reaccion puede continuar en un recipiente o tubo absorbedor-reactor subsiguiente, con o sin intercambio de calor. Por lo tanto, no es esencial una conversion que se acerque al 100 % en el intercambiador de calor porque el procedimiento de absorcion y reaccion puede continuar, mas alla de lo que ocurre en el intercambiador de calor, en un absorbedor-reactor adiabatico posterior, aunque de forma limitada. Es decir, se sabe que las temperaturas mas altas son perjudiciales para la conversion y absorcion de monoxido de nitrogeno y, en la medida en que la posterior absorcion y reaccion se lleve a cabo adiabaticamente, pueden producirse aumentos sustanciales de temperatura en la corriente de reaccion. Por ejemplo, el progreso adiabatico de una conversion de monoxido de nitrogeno del 99% al 100% implicana un aumento de temperatura del orden de 2,5 °C, mientras que el progreso del 90 % al 100 % de conversion implicana un aumento de temperatura de 24 °C.

Ademas, el termino "concentracion" tal como se utiliza en esta memoria descriptiva debe entenderse como significando:

en el contexto de soluciones acuosas, el porcentaje de soluto puro (por ejemplo, nitrato de amonio o acido

nftrico) en una solucion sobre la base de p/p, y

en el contexto de mezclas gaseosas, el porcentaje de componente puro (por ejemplo, oxfgeno) en una mezcla

sobre una base de v/v.

El vapor derivado de la etapa de produccion de nitrato de amonio comprende entre el 80% y el 100% del componente de vapor de la alimentacion de oxidante gaseoso y, lo mas preferentemente, comprende aproximadamente el 100 % del componente de vapor de la alimentacion de oxidante gaseoso. Cuando menos del 100 % del vapor procede de la etapa de produccion de nitrato de amonio, el resto del vapor requerido procedera de una fuente separada.

Aunque el amoniaco derivado de la etapa de produccion de nitrato de amonio puede ser tan solo el 10%, deseablemente sera un componente sustancialmente mayor y puede comprender al menos el 80 % del componente de amoniaco de la alimentacion de oxidante gaseoso, con el resto del amoniaco requerido derivado de una fuente externa de amoniaco. Sin embargo, el amoniaco derivado de la etapa de produccion de nitrato de amonio comprende deseablemente entre el 80 % y el 100 % del componente de amoniaco de la alimentacion de oxidante gaseoso y, lo mas preferentemente, comprende aproximadamente el 100% del componente de amoniaco de la alimentacion de oxidante gaseoso. En este ultimo caso y como se describe mas adelante en esta memoria descriptiva, el amoniaco sera introducido a la etapa de produccion de nitrato de amonio, a partir de una fuente externa, en una cantidad aproximadamente igual a la cantidad total a consumir en la etapa de produccion de nitrato de amonio y en la etapa de produccion de acido mtrico. Esto sera ligeramente mas del doble de la cantidad que se consumira en la etapa de produccion de nitrato de amonio.

El acido nftrico producido dentro del procedimiento definido anteriormente estara inherentemente diluido. El acido mtrico tendra, por ejemplo, una concentracion del orden del 20 % al 50 %, dependiendo de la cantidad de agua contenida en la mezcla de reaccion y en la composicion del gas de oxidacion. Como consecuencia, en este caso, el nitrato de amonio producido por reaccion inicial del acido nftrico diluido y amoniaco en la etapa de produccion de nitrato de amonio tambien representara una fraccion en peso relativamente baja (por ejemplo, del orden del 30 % al 60 %) de la corriente de producto de reaccion (que puede estar en dos fases), pero la solucion de nitrato de amonio en la fase ftquida resultante se puede concentrar (por ejemplo, a un nivel del orden del 75 % al 85 %) mediante la adicion de calor (que puede proceder de la etapa de produccion de acido nftrico como se describe a continuacion), para expulsar el exceso de agua.

El calor para concentrar la solucion de nitrato de amonio en la corriente de producto de reaccion antes mencionada se puede transferir a la etapa de produccion de nitrato de amonio por intercambio de calor directo entre la mezcla de reaccion (que procede de la oxidacion del amoniaco dentro de la etapa de produccion de acido nftrico) o por intercambio de calor indirecto entre las dos etapas usando un bucle de acoplamiento intermedio de un medio de transferencia de calor tal como agua o vapor/agua. Dicho calor tambien puede proceder del calor de reaccion entre el amoniaco y el acido nftrico y/o de una fuente externa.

En una realizacion de la presente invencion, el vapor y el amoniaco para la alimentacion de oxidante proceden de un dispositivo separador de fases asociado a un evaporador de la solucion de nitrato de amonio dentro de la etapa de produccion de nitrato de amonio. La separacion de fases ftquido-vapor puede facilitarse dentro del dispositivo

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separador de cualquiera de varias maneras posibles, incluyendo la precipitacion electrostatica o el empleo de un dispositivo desnebulizador para ayudar al desacoplamiento de gotitas de lfquido que contienen nitrato de amonio. En este ultimo caso, el dispositivo desnebulizador puede (pero no necesariamente) rociarse con agua u otro lfquido para evitar una acumulacion de solidos de nitrato de amonio. Si se emplea agua u otro lfquido, puede proceder de una fuente externa o de la propia etapa de produccion de nitrato de amonio.

En una realizacion adicional de la invencion se pueden incorporar al menos dos evaporadores de solucion de nitrato de amonio y, respectivamente, dispositivos separadores asociados en la etapa de produccion de nitrato de amonio, por lo que el vapor y el amoniaco para la alimentacion de oxidante pueden proceder de uno de los separadores y al menos una parte del vapor (adicional) del segundo de los separadores puede condensarse para formar una corriente lfquida que se empleara como agua de lavado para el dispositivo o dispositivos desnebulizadores en uno o el otro o en ambos dispositivos de separacion de fases.

En una realizacion alternativa en la que se puede requerir agua de lavado, se puede emplear un unico evaporador de la solucion de nitrato de amonio y dividir la fase de vapor de un separador (individual) asociado en dos corrientes, una para que comprenda la alimentacion de oxidante y la otra para condensarse para el empleo como alimentacion para el agua de lavado, esta ultima que puede contener una concentracion significativa de amoniaco disuelto.

Con la integracion de diversas realizaciones posibles (opcionales) de la presente invencion, se puede lograr un procedimiento integrado en el que, en estado estacionario:

a) Los unicos dos materiales que alimentan el procedimiento son el amoniaco y un gas de oxidacion que comprende oxfgeno, deseablemente un gas que contiene al menos el 80 % de oxfgeno pero, como alternativa, aire. El vapor de balasto y el agua de lavado (si se emplea) utilizados en el procedimiento son generados por reacciones qmmicas dentro del propio procedimiento y salen como parte del producto final.

b) Como consecuencia de (a), no hay necesidad de una alimentacion de agua y no es necesario producir agua contaminada o corriente de efluentes; aunque la puesta en marcha podna requerir ciertas alimentaciones y efluentes temporales.

c) El procedimiento integrado es autosuficiente en calor.

d) El gas de oxidacion comprende oxfgeno y no habra corriente efluente sustancial, distinta de la corriente de producto y una corriente de gas de cola que esta compuesta principalmente de constituyentes distintos al oxfgeno inicialmente presente en la corriente de gas de oxidacion y el exceso de oxfgeno; aunque, cuando el gas de oxidacion comprende aire, habra una corriente sustancial de efluente de gas de cola que contiene el nitrogeno presente originalmente en el aire.

e) Si se emplean dos evaporadores y alimentaciones de agua de lavado, el flujo de vapor de balasto dirigido al oxidante se puede ajustar modificando el equilibrio de carga termica entre los dos evaporadores, con, por ejemplo, un aumento en el flujo de vapor de balasto que va acompanado de una disminucion correspondiente en el flujo de agua de lavado.

El vapor en la alimentacion de oxidante contribuye a mantener la mezcla de amoniaco-oxfgeno por debajo del lfmite de explosion y a moderar el aumento de temperatura durante la oxidacion del amoniaco, asf como a funcionar, cuando se condensa, para absorber los productos de la oxidacion del monoxido de nitrogeno.

El intercambiador de calor que se emplea en el procedimiento de absorcion en la etapa de produccion de acido mtrico puede comprender cualquier tipo de intercambiador de calor que proporcione transferencia de calor desde un fluido de procedimiento (en la presente invencion, la mezcla de reaccion) a un fluido refrigerante; por ejemplo un intercambiador de calor de tipo concha y tubo, un intercambiador de calor de tipo circuito impreso, un intercambiador de calor de tipo placa o un intercambiador de calor de tipo ventilador de aleta. Los pasos de flujo de fluido dentro del intercambiador de calor deseablemente tienen una dimension de seccion transversal pequena (por ejemplo, inferior a aproximadamente 3 mm y deseablemente inferior a 2 mm de diametro equivalente) con el fin de ayudar a la transferencia de calor y de masa y facilitar la compacidad del intercambiador de calor. Tambien, dependiendo de las demandas de procesamiento, se puede emplear un unico intercambiador de calor o dos o mas intercambiadores de calor pueden estar conectados en paralelo o en serie y las expresiones "un intercambiador de calor" y "el intercambiador de calor" tal como se emplean en esta memoria descriptiva deben entenderse en este contexto. El fluido refrigerante puede comprender un gas, por ejemplo aire forzado por ventilador, o un lfquido tal como agua.

El nuevo empleo del intercambiador de calor para completar la absorcion en la etapa de absorcion (a diferencia del empleo en los procedimientos de la tecnica anterior de una torre de absorcion a contracorriente) da como resultado la produccion de acido mtrico relativamente diluido. Dicho acido tiene presiones de vapor de equilibrio bajas de acido mtrico y gases nitrosos, lo que evita la necesidad de contacto en contracorriente para lograr una absorcion completa de estos componentes. Sin embargo, la velocidad a la que se produce la conversion de monoxido de nitrogeno en acido, a medida que el procedimiento se acerca a su terminacion, se determina principalmente por la velocidad qmmica de oxidacion del monoxido de nitrogeno, que es promovida fuertemente por mayores concentraciones de monoxido de nitrogeno y oxfgeno. En el procedimiento de la presente invencion el vapor que se emplea para el balasto del procedimiento de oxidacion se condensa sustancialmente durante el transcurso del procedimiento de absorcion para formar una parte del producto acido nftrico diluido, aumentando de este modo la concentracion de los reactivos gaseosos residuales y facilitando su reaccion y absorcion relativamente rapidas. El efecto es intensificar el

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procedimiento de reaccion/absorcion, cuyo efecto es mayor cuando, como de acuerdo con una realizacion de la invencion, la composicion de gas de oxidacion esta proxima al 100 % de oxfgeno. En una realizacion alternativa de la invencion, cuando el gas de oxidacion comprende aire u otra mezcla gaseosa que contiene sustancialmente menos del 100% de oxfgeno, un gas diluyente no condensable (por ejemplo, una mezcla de nitrogeno y argon) atenua la intensificacion alcanzable con la condensacion del vapor, lo que requiere que el intercambiador de calor sea mas grande de lo que sena necesario con un gas de oxidacion mas rico en oxfgeno. Si el gas de oxidacion comprende aire, el intercambiador de calor puede necesitar dos ordenes de magnitud o mayor en volumen de lo que sena necesario para un gas de oxidacion que comprende cerca de 100 % de oxfgeno, pero, como se ha indicado anteriormente, esto puede ser compensado por el potencial de coste sustancialmente reducido de emplear un gas de oxidacion menos rico en oxfgeno.

Cuando se emplea aire, por ejemplo, en lugar de oxfgeno como componente de gas de oxidacion de la alimentacion de oxidante, de forma deseable se introducira suficiente aire a la etapa de oxidacion de amoniaco (denominado en lo sucesivo "oxidante") para completar la oxidacion de amoniaco. El resto de aire (como se requiere para la oxidacion del monoxido de nitrogeno) se introducira entonces en la corriente de gas de reaccion despues del oxidante y antes del intercambiador de calor de la etapa de absorcion. En general, es deseable minimizar el flujo de aire al oxidante con el fin de minimizar cualquier requerimiento de precalentamiento del aire y flujo a traves del oxidante. La necesidad, si la hubiera, para el precalentamiento del aire estara determinada por el flujo de reciclo de vapor de amoniaco al oxidante y cualquier precalentamiento que se pueda requerir de manera deseable se efectua mediante intercambio de calor con la corriente de gas de reaccion para lograr la temperatura requerida del oxidante.

Cuando el gas de oxidacion comprende un gas que contiene mas de aproximadamente el 80 % de oxfgeno (en lo sucesivo denominado "oxfgeno"), el oxfgeno en la alimentacion de oxidante se puede proporcionar en una cantidad suficiente para oxidar sustancialmente todo el amoniaco y sustancialmente todo el monoxido de nitrogeno. Como alternativa, el oxfgeno en la alimentacion se puede proporcionar en una cantidad suficiente para oxidar sustancialmente todo el amoniaco y se anade oxfgeno adicional a la mezcla de reaccion antes de que se condense el vapor de agua con el fin de oxidar sustancialmente todo el monoxido de nitrogeno.

En la etapa de oxidacion del amoniaco (donde la alimentacion de vapor-amoniaco de balasto- gas de oxidacion se oxida para formar predominantemente monoxido de nitrogeno dentro del gas nitroso), la alimentacion de oxidante se puede calentar a una temperatura que cae dentro del intervalo de 700 °C a 1000 °C (normalmente de 800 °C aproximadamente), a una presion que cae dentro del intervalo de 1 bar (abs.) a 15 bar (abs.) (100-1500 kPa) (normalmente de 2 bar (abs.) aproximadamente (200 kPa)) en presencia de un catalizador. El catalizador se puede incorporar en cualquier tipo conocido de sistema catalftico, incluyendo un lecho de oxido de cobalto o un catalizador de platino-rodio en forma de capas de gasa tejidas o tricotadas. El calentamiento de la alimentacion de oxidante en el oxidante se puede provocar por la liberacion de calor adiabatico de la reaccion, o por intercambio de calor con un fluido externo, o por una combinacion de ambos. Cuando el intercambio de calor se efectua para calentar o para enfriar, el oxidante puede comprender un reactor de intercambio de calor.

La mezcla de reaccion del procedimiento de oxidacion del amoniaco se puede enfriar a una primera temperatura por encima del punto de rodo de la mezcla de reaccion (por ejemplo, a una temperatura de aproximadamente 140 °C) mediante intercambio de calor con un fluido de transferencia de calor. Ese fluido de transferencia de calor se puede emplear para transferir calor para concentrar (por evaporacion) la solucion de nitrato de amonio en la etapa de produccion de nitrato de amonio. Por lo tanto, en el caso de la realizacion de la invencion como se ha descrito anteriormente, el fluido de transferencia de calor se puede dirigir a un intercambiador de calor que constituye el evaporador o, si es mas de uno, cada evaporador.

La oxidacion del monoxido de nitrogeno y las reacciones concurrentes que dan lugar a la formacion del acido nftrico se rigen por las presiones y temperaturas operativas apropiadas para el diseno del sistema y, al menos en la fase de absorcion final, por la temperatura del refrigerante disponible. La oxidacion se produce solo en un grado limitado hasta que se inicia el enfriamiento post-oxidacion, es decir (a partir de las figuras ejemplificadas anteriormente) a temperaturas tan altas como 800 °C. Cuando la mezcla de reaccion se enfna, el primer ftquido se formara en el punto de rodo a la presion operativa y la formacion de acido continuara a medida que la mezcla se enfna mas. A una presion operativa de aproximadamente 15 bar (1500 kPa) (abs.) se formara condensado y, de este modo, comenzara la formacion de acido nftrico, a la temperatura de saturacion correspondiente de aproximadamente 200 °C, y la formacion de acido continuara hasta una temperatura de aproximadamente 50 °C, suponiendo que la ultima temperatura este limitada por la temperatura del fluido refrigerante disponible. Para la operacion a 2 bar (200 kPa) (abs.), la formacion de acido comenzara a aproximadamente 110 °C.

La composicion de las impurezas gaseosas no condensadas o absorbidas en la fase de absorcion en la etapa de produccion de acido mtrico dependera de la composicion (por ejemplo, aire u oxfgeno) del gas de oxidacion y, en el caso de un gas de oxidacion compuesto del 80 % oxfgeno, puede incluir exceso de oxfgeno no reaccionado, argon y otras impurezas introducidas con la alimentacion de gas de oxidacion al procedimiento, y nitrogeno y oxido nitroso formados como subproductos en el oxidante. Estas impurezas gaseosas se pueden separar del acido nftrico por medio de al menos un recipiente de separacion antes de que se hagan reaccionar el acido nftrico y el amoniaco en la etapa de produccion de nitrato de amonio.

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Puesto que el absorbedor de acido nftrico recibe su alimentacion del oxidante mientras que el evaporador de nitrato de amonio suministra alimentacion al oxidante, si se quiere evitar la compresion mecanica de vapor, la presion del absorbedor de acido nftrico debera ser inferior a la presion del reactor de nitrato de amonio y el acido nftrico debe bombearse a la presion del reactor.

La reaccion del acido nftrico y el amoniaco en la etapa de produccion de nitrato de amonio se puede efectuar por cualquier procedimiento conocido en la tecnica, incluyendo, por ejemplo, fluyendo conjuntamente los reactivos adiabaticamente a traves de una longitud adecuada de tubo o conducto. La reaccion, como alternativa, se podna efectuar en un reactor no adiabatico (intercambio de calor), en el que los reactivos (fluidos conjuntamente) seran calentados o enfriados por un medio de transferencia de calor. Como alternativa adicional, la reaccion se puede efectuar mezclando el amoniaco y el acido nftrico en un recipiente que, segun se requiera, se puede calentar o enfriar. El reactor tambien puede funcionar como evaporador.

El acido nftrico se puede calentar antes de mezclar y reaccionar con el amoniaco. De esta manera, al menos parte del calor liberado por la reaccion puede dar como resultado la generacion de vapor, en lugar de resultar simplemente en el precalentamiento de la corriente de nitrato de amonio a una temperatura por debajo del punto de ebullicion en un evaporador posterior. Dicho precalentamiento del acido nftrico se puede efectuar mediante transferencia de calor desde corrientes calientes dentro de la etapa de produccion de acido nftrico, por ejemplo, desde la corriente de la mezcla de reaccion del oxidante o de una corriente de reciclo ftquido. Como alternativa, el precalentamiento del acido nftrico se puede efectuar mediante transferencia de calor a partir de vapor de agua que se separa de la solucion de nitrato de amonio en el segundo separador mencionado anteriormente. El amoniaco se puede introducir a la etapa de produccion de nitrato de amonio en forma ftquida o, deseablemente, en forma gaseosa. La presion de alimentacion tendra que ser al menos tan alta como la de la corriente de alimentacion de acido nftrico en el punto de mezcla, y el amoniaco puede estar a cualquier temperatura conveniente, normalmente a temperatura ambiente aproximadamente.

El primer evaporador se operara a una presion ligeramente por encima de la presion de la camara de combustion de amoniaco, y deseablemente por encima de la presion atmosferica, con el fin de evitar la posibilidad de infiltracion de aire en el evaporador o evaporadores y el oxidante. El evaporador o evaporadores se pueden hacer funcionar, por ejemplo, de 1,5 bares (abs.) a 2,5 bares (abs.) (150-250 kPa).

La temperatura de evaporacion depende de la presion de evaporacion y de la concentracion de solucion del nitrato de amonio. Por ejemplo, el punto de burbujeo de la disolucion de nitrato de amonio al 39% a 1 bar (100 kPa) es 107 °C, mientras que el punto de burbujeo de la solucion de nitrato de amonio al 80 % a 3 bar (300 kPa) es de aproximadamente 168 °C. Se sabe que el calentamiento del nitrato de amonio solido a una temperatura de 170 °C o mas conlleva el riesgo de descomposicion rapida del nitrato de amonio y se debe evitar. Por lo tanto, para una resistencia del producto, por ejemplo, del orden del 80 % de nitrato de amonio, el evaporador o evaporadores en la practica se limitaran a operar por debajo de 3 bar (abs.) (300 kPa).

El calor se puede transferir (como se ha mencionado anteriormente) de la mezcla de reaccion de acido nftrico a la solucion de nitrato de amonio dentro del evaporador o evaporadores por contacto directo de intercambio de calor entre las corrientes o indirectamente por medio de un medio de transferencia de calor en un bucle de acoplamiento intermedio; que puede comprender, por ejemplo, un circuito de agua en ebullicion/condensacion o un circuito de agua presurizada monofasica. Se puede emplear un bucle de acoplamiento de transferencia de calor intermedio para evitar el riesgo de que se produzcan temperaturas de pared excesivamente altas (> 170 °C) en un intercambiador de calor que acopla directamente la mezcla de reaccion caliente (a, por ejemplo, 800 °C) con la corriente de nitrato de amonio en ebullicion.

Si no hay disponible suficiente calor de la mezcla de reaccion de acido nftrico y la reaccion de nitrato de amonio para concentrar el nitrato de amonio a la concentracion requerida, se puede suministrar al procedimiento el calor de una fuente externa, por ejemplo, por calentamiento del medio de transferencia de calor en el bucle de acoplamiento intermedio.

La evaporacion del agua de la solucion diluida de nitrato de amonio se puede efectuar en una variedad de configuraciones de equipo. Por ejemplo, la evaporacion de la solucion diluida de nitrato de amonio se puede efectuar en un unico intercambiador de calor del evaporador de paso unico (una vez a su traves).

Como alternativa, la solucion de nitrato de amonio en ebullicion se puede recircular a traves del intercambiador de calor bajo la influencia de los efectos de flotacion impulsados por gravedad (es decir, circulacion natural) o por bombeo. Por ejemplo, el intercambiador de calor de evaporacion puede sumergirse bajo el nivel de ftquido de la solucion de nitrato de amonio en ebullicion dentro de un recipiente, o formar parte de un bucle de termo-sifon externo a un recipiente separador.

En otra alternativa, la solucion de nitrato de amonio se puede concentrar en un evaporador de peftcula descendente.

En las realizaciones de la invencion que emplean un bucle de acoplamiento de transferencia de calor intermedio de agua en ebullicion/condensacion, la temperatura de saturacion de vapor debe estar por encima del punto de burbujeo de la solucion de nitrato de amonio requerida, por ejemplo, para una solucion al 80 % por encima de

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152 °C en un evaporador a 2 bar (abs.) (200 kPa), o por encima de 127 °C en un evaporador a 1 bar (abs.) (100 kPa). La diferencia de temperature media entre los fluidos de calentamiento y de ebullicion en un evaporador de paso unico es mayor que la de los fluidos en un evaporador de recirculacion y, por lo tanto, el evaporador de paso unico puede ser mas pequeno.

En realizaciones de la invencion que emplean un bucle de acoplamiento de transferencia de calor intermedio monofasico y un evaporador de recirculacion, el medio de transferencia de calor debe circular a temperatures por encima del punto de burbujeo de la solucion de nitrato de amonio requerida.

En las realizaciones que emplean un bucle de acoplamiento de transferencia de calor intermedio monofasico y un evaporador de paso unico, la temperatura maxima alcanzada por el medio de transferencia de calor debe exceder el punto de burbujeo de la solucion de nitrato de amonio requerida. Sin embargo, la temperatura minima del medio de transferencia de calor solo debe exceder el punto de burbujeo de la solucion de nitrato de amonio diluido del reactor de nitrato de amonio, por ejemplo, para solucion de nitrato de amonio al 39%, por encima de 129 °C en un evaporador a 2 bar (abs.) (200 kPa), o por encima de 107 °C en un evaporador a 1 bar (abs.) (100 kPa). De este modo, cuando se usa un bucle de transferencia de calor intermedio monofasico con un evaporador de paso unico, se puede extraer calor de la mezcla de reaccion de acido rntrico a temperaturas mas bajas que con el bucle de acoplamiento de transferencia de calor intermedio de agua de ebullicion/condensacion, lo que aumenta la cantidad de calor recuperado de la mezcla de reaccion

Una ventaja adicional de un evaporador de paso unico sobre un evaporador de recirculacion puede ser que el flujo forzado de solucion de nitrato de amonio puede hacerlo menos propenso al ensuciamiento con solidos cristalinos que el intercambiador de calor sumergido, donde las cafdas de presion desarrolladas por la circulacion natural normalmente seran mucho mas bajas que las que surgen con el flujo de paso unico, y por lo tanto habra menos probabilidades de limpiar las obstrucciones que se esten desarrollando.

El separador o cada uno de los separadores (si hubiera dos) en los que se separan las fases de vapor y de lfquido del evaporador puede comprender un recipiente separador de cualquier tipo conocido en la tecnica. Como se ha indicado anteriormente en el contexto de una realizacion de la invencion, con el fin de ayudar a la separacion de las gotitas de lfquido del vapor del evaporador, se puede emplear un dispositivo desnebulizador de una forma u otra hacia el extremo superior del recipiente separador y, con el fin de evitar la deposicion de solidos en un dispositivo de esta clase, se puede rociar con lfquido de lavado. El lfquido de lavado puede comprender agua condensada (como se ha descrito anteriormente) o una solucion de acido rntrico, amoniaco o nitrato de amonio.

En una realizacion de la invencion, cuando se emplean dos evaporadores, el lfquido de lavado se puede recoger en bandejas de goteo y se puede introducir en el segundo de los dos evaporadores antes de que el lfquido residual se introduzca de nuevo a la corriente de solucion de nitrato de amonio para eliminar o minimizar la dilucion de la solucion de nitrato de amonio que de otro modo sena causada por el lfquido de lavado.

Las impurezas gaseosas pueden entrar en la etapa de produccion de acido rntrico o en la etapa de produccion de nitrato de amonio con la alimentacion de amoniaco, con la alimentacion de oxfgeno y/o, si se requiere agua de reposicion, con la alimentacion de agua. Ademas, el oxfgeno, nitrogeno, argon y otras impurezas gaseosas, que no se ventilan desde un separador despues del absorbedor, pueden pasar de la etapa de produccion de acido rntrico a la etapa de produccion de nitrato de amonio. Sin embargo, en general, el hidrogeno (que puede entrar con el amoniaco), circulara dentro del procedimiento integrado hasta que reaccione para formar agua en la camara de combustion de amoniaco; y el exceso de oxfgeno y las impurezas gaseosas inertes no condensables, tales como argon y nitrogeno, circularan hasta alcanzar un punto de ventilacion, muy probablemente en el separador de acido despues del absorbedor de acido rntrico.

Las impurezas disueltas pueden entrar en el procedimiento en el agua de reposicion (si la hubiera) y pueden descargarse con el producto de nitrato de amonio.

En algunas circunstancias es posible que la mezcla de reaccion (producida en la etapa de produccion de acido rntrico) no pueda proporcionar calor suficiente para concentrar la solucion de nitrato de amonio en la extension requerida. Entonces, en ausencia de otra fuente de calor a una temperatura suficientemente alta dentro del procedimiento integrado para impulsar el procedimiento de evaporacion, se pueden adoptar medidas alternativas, tales como la evaporacion de multiples efectos y/o la importacion de calor de una fuente externa.

En una realizacion de la invencion en la que, por ejemplo, la alimentacion de amoniaco desde la etapa de produccion de nitrato de amonio hasta la etapa de produccion de acido rntrico comprende aproximadamente el 100 % del componente amoniaco de la alimentacion de oxidante, debera emplearse un procedimiento de puesta en marcha para iniciar la produccion del acido rntrico y la consecuente produccion de una mezcla de nitrato de amonio- vapor de dos fases, para proporcionar la retroalimentacion de una mezcla de vapor-amoniaco a la etapa de produccion de acido rntrico. Dicho procedimiento de puesta en marcha se describe en terminos generales mas adelante en esta memoria descriptiva.

La invencion se comprendera con mayor profundidad a partir de la siguiente descripcion de cuatro realizaciones ilustrativas de procedimientos integrados para producir nitrato de amonio. Las descripciones se proporcionan a modo

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de ejemplo con referencia a los diagramas de flujo esquematicos como se muestra en los dibujos adjuntos.

Breve descripcion de los dibujos En los dibujos,

La Figura 1 muestra una primera realizacion del procedimiento integrado, en el que todo el vapor y el amoniaco dentro de una alimentacion de oxidante a una etapa de produccion de acido nftrico proceden de una etapa de produccion de nitrato de amonio,

la Figura 2 muestra una segunda realizacion del procedimiento integrado, en el que se condensa una corriente de vapor y se emplea como agua de lavado para un dispositivo desnebulizador dentro de cada uno de dos separadores de vapor-nitrato de amonio dentro de la etapa de produccion de nitrato de amonio, la Figura 3 muestra una variacion de la realizacion de la Figura 2, en la que se recupera una mezcla de agua de lavado y de nitrato amonio de los separadores dentro de la etapa de produccion de nitrato de amonio y la Figura 4 muestra una tercera realizacion del procedimiento integrado, en el que, como alternativa al oxfgeno, se emplea aire como gas de oxidacion en la etapa de produccion de acido nftrico.

Descripcion detallada de las realizaciones ilustrativas

El procedimiento integrado de produccion de nitrato de amonio, como se ilustra en las Figuras 1 a 4 implica dos procedimientos interdependientes, uno realizado en una etapa de produccion de acido nftrico ("etapa de acido mtrico") 10 que se muestra a la izquierda de la lmea mediana 11 en el diagrama y el otro realizado en una etapa de produccion de nitrato de amonio (etapa de NA) 12 como se muestra a la derecha de la lmea mediana 11.

En terminos generales, se hace reaccionar una corriente de acido nftrico diluido 13 procedente de la etapa de acido nftrico 10 con una corriente de amoniaco 14 en la etapa de NA 12 para formar una corriente de nitrato de amonio de dos fases que tiene una fase de vapor que consiste predominantemente en vapor y amoniaco y una solucion de nitrato de amonio en fase ftquida. La fase ftquida se concentra entonces por evaporacion para formar una corriente de producto de nitrato de amonio 15 de una concentracion requerida. La concentracion se puede efectuar por medio de un solo evaporador y un separador asociado como se muestra en las Figuras 1 y 4 o, como se ilustra en las Figuras 2 y 3, mediante el empleo de dos evaporadores conectados en serie y separadores asociados.

En la etapa de acido nftrico 10, una alimentacion de oxidante ("alimentacion de camara de combustion") 16, compuesta por un componente de alimentacion de mezcla de amoniaco-vapor 17 y un gas de oxidacion que comprende un componente de alimentacion de oxfgeno 18, como se muestra en las Figuras 1 a 3, o 18D como se muestra en la Figura 4, se introduce a un oxidante ("camara de combustion") 19. Ambos o, mas exactamente, los tres componentes (amoniaco, vapor y gas de oxidacion) de la alimentacion de la camara de combustion se suministran a una presion ligeramente mayor que la presion de la camara de combustion de aproximadamente 2 bares (abs.) (200 kPa) y a una temperatura suficiente para impedir la formacion de condensado en la alimentacion. Con este fin, la lmea de suministro para el componente de alimentacion de mezcla de amoniaco y vapor 17 se puede calentar a lo largo de al menos una porcion de su longitud para evitar cualquier cafda de temperatura a lo largo de la lmea.

En las realizaciones de las Figuras 1 a 3 la alimentacion de gas de oxidacion 18 comprende oxfgeno, mientras que en la realizacion de la Figura 4, la alimentacion de gas de oxidacion 18D comprende aire. Aspectos de la invencion que se ilustran en la Figura 4, particularmente en relacion con el suministro de aire como gas de oxidacion, se describen con mas detalle mas adelante en esta memoria descriptiva. Como se ilustra en cada una de las Figuras 1 a 3, el 100% del componente de vapor de la alimentacion de oxidante 16 procede de la etapa de NA 12. Sin embargo, se apreciara que, dentro del contexto de la invencion, se puede derivar sustancialmente todo (por ejemplo, el 80 % o mas) del vapor de la etapa de NA, con una pequena alimentacion de reposicion derivada de una fuente alternativa (no mostrada). De forma similar, mientras que, tal como se ilustra, el 100 % del componente de amoniaco de la alimentacion de oxidante procede y es arrastrado en el vapor de la etapa de NA 12, una porcion (normalmente pequena pero posiblemente hasta un maximo del 90 %) del componente de amoniaco puede proceder de una fuente alternativa (no mostrada).

La camara de combustion 19 puede comprender cualquier tipo de oxidante de amoniaco conocido en la tecnica para su uso en la conversion catalftica a alta temperatura de una mezcla de amoniaco-oxfgeno y puede emplear cualquier tipo conocido de sistema catalftico, incluyendo un lecho de oxido de cobalto. En una forma adecuada puede incorporar un catalizador de platino-rodio en forma de capas de gasa tejidas o tricotadas. En otra forma, la camara de combustion se puede configurar como un intercambiador de calor-reactor en el que el calor liberado durante la reaccion se transfiere simultaneamente a un refrigerante.

La alimentacion 16 de vapor de agua-amoniaco de balasto-gas de oxidacion a la camara de combustion 19 se calienta por una combinacion de conduccion, conveccion y radiacion a la temperatura de reaccion por las capas de catalizador y reacciona sobre las capas de catalizador para formar una mezcla de reaccion que incluye una corriente de gas nitroso. Excepto cuando la oxidacion se efectua en un intercambiador de calor-reactor, el procedimiento global es sustancialmente (es decir, casi) adiabatico y la temperatura alcanzada (asumiendo una conversion completa y altamente selectiva de amoniaco a monoxido de nitrogeno) es principalmente una funcion de la

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concentracion de amoniaco presente, la cantidad de vapor de balasto presente y el nivel de precalentamiento de la alimentacion. La temperatura normalmente sera de 800 °C aproximadamente cuando la relacion molar de agua a amoniaco en la alimentacion de partida sea de aproximadamente 5,6 y la fraccion molar de amoniaco en la alimentacion de la camara de combustion es de aproximadamente el 11,4 %. Dicha composicion de alimentacion de camara de combustion esta fuera de los ftmites de explosion esperados de amoniaco y da lugar a un producto de acido nftrico de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 37 % dependiendo de la cantidad de agua que este contenida en la mezcla de reaccion.

La mezcla de reaccion resultante, que incluye monoxido de nitrogeno y vapor de agua, indicada como corriente 20, se introduce a un intercambiador de calor 21 posterior, donde la mezcla de reaccion se enfna a una temperatura por encima del nivel de punto de rodo (por ejemplo, a una temperatura del orden de 140 °C) por intercambio de calor con un fluido de transferencia de calor tal como agua en ebullicion, agua monofasica presurizada o aceite.

Al salir del intercambiador de calor 21, la mezcla de reaccion enfriada 20, en la que el monoxido de nitrogeno habra comenzado a oxidarse, se introduce a un absorbedor en forma de intercambiador de calor 22. La condensacion del vapor de agua y la oxidacion continua del monoxido de nitrogeno y las reacciones concurrentes que dan lugar a la formacion de acido nftrico, en el intercambiador de calor 22, estan gobernadas por las presiones y temperaturas operativas empleadas en el sistema. Se intercambia calor entre la mezcla de reaccion enfriada 20 (a medida que avanza a traves de los canales 23 del intercambiador de calor 22) y un fluido de intercambio de calor 25, normalmente agua, que esta dirigido a contracorriente por los canales 24 del intercambiador de calor 22.

El intercambiador de calor 22 puede comprender cualquier tipo de intercambiador de calor que se conoce en la tecnica como adecuado para su uso en la condensacion/oxidacion de la alimentacion de la mezcla de reaccion 20 para diluir el acido nftrico, incluyendo un intercambiador de calor de tipo carcasa y tubo, un intercambiador de calor de tipo de aleta ventilador, un intercambiador de calor de tipo placa o un intercambiador de calor de tipo circuito impreso. Los pasos de flujo de fluido dentro del intercambiador de calor deseablemente tienen unas dimensiones pequenas de la seccion transversal (por ejemplo, menos de aproximadamente 3 mm y preferentemente menos de 2 mm de diametro equivalente) para ayudar a la transferencia de masa y calor y para facilitar la compacidad del intercambiador de calor. Ademas, aunque se muestra un unico intercambiador de calor para fines ilustrativos en las respectivas figuras, el intercambiador de calor puede comprender un unico intercambiador de calor o puede estar constituido por una pluralidad de intercambiadores de calor conectados en paralelo o en serie, dependiendo de las demandas de procesamiento. El fluido de intercambio de calor 25 puede comprender cualquier fluido (es decir, ftquido o gas) apropiado al tipo de intercambiador de calor que se emplea.

Los gases que no se condensan o absorben en el intercambiador de calor se separan del acido nftrico, para formar un gas de cola 26, por un separador 27, dejando la corriente de acido nftrico libre de gas 13. Los componentes principales del gas de cola 26 seran exceso de oxfgeno no reaccionado, argon y otras impurezas introducidas con la alimentacion de oxfgeno al procedimiento, nitrogeno y oxido nitroso formados como subproductos en la camara de combustion y vapor de agua.

El gas de cola que sale del separador 27 tambien contendra concentraciones muy bajas de gases nitrosos. Sin embargo, tal como se ilustra, el gas de cola se puede introducir desde el separador 27 a otro separador 27A por medio de un enfriador-condensador 27B, actuando estos recipientes eficazmente para proporcionar una absorcion y reaccion posterior a la proporcionada en el intercambiador de calor 22. Los gases nitrosos y el vapor de acido nftrico absorbido en el enfriador-condensador crean una corriente de acido muy debil (normalmente <2 %) que se introduce nuevamente al separador 27, eliminando efectivamente la emision de vapor de acido nftrico y reduciendo sustancialmente las emisiones de NOx del procedimiento mientras tambien se aumenta ligeramente el rendimiento del producto.

El oxfgeno suplementario, si se requiere, se puede inyectar en la corriente de la mezcla de reaccion 20 para proporcionar un pequeno exceso de suministro de oxfgeno para facilitar la oxidacion completa del monoxido de nitrogeno en la mezcla de reaccion.

De forma similar, si se requiere, se puede inyectar vapor o agua suplementarios en la corriente de la mezcla de reaccion 20 para proporcionar suficiente condensado para facilitar la oxidacion y absorcion completas del dioxido de nitrogeno.

La corriente de acido nftrico diluido 13 desde el separador de fases 27, aproximadamente a la presion de absorcion, es bombeada por una bomba 28 a una presion ligeramente superior a la del siguiente reactor de nitrato de amonio 29 y un evaporador 30 para permitir cafdas de presion a traves del equipo intermedio.

El reactor de nitrato de amonio 29, como se ilustra, comprende simplemente una longitud de tubo adiabatico o conducto en el que la fase ftquida de la corriente bifasica, resultante de la reaccion, solo se concentrara parcialmente.

La corriente de acido nftrico caliente presurizado 13 se mezcla con la alimentacion de amoniaco gaseoso 14 a una presion similar y se introduce al reactor 29 dando lugar a la corriente de reaccion 33 que comprende una corriente de dos fases que consiste en una solucion de nitrato de amonio en la fase ftquida y una mezcla de vapor/amoniaco

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en la fase de vapor. En general, alrededor del 39 % de este flujo de dos fases sera el nitrato de amonio. La liberacion de calor de reaccion da lugar a la vaporizacion de agua en la fase de vapor y, en consecuencia, a la concentracion parcial del nitrato de amonio dentro de la fase ftquida. Un exceso suficiente de amoniaco 14 se introduce a la etapa de NA 12 para satisfacer el requerimiento completo de componente de amoniaco de la alimentacion de oxidante 16 para la etapa de acido nftrico 10.

Despues de pasar a traves del intercambiador de calor-evaporador 30, la corriente 33 se introduce a un separador de gravedad 34, del que emerge la solucion de nitrato de amonio 15 (a una concentracion de aproximadamente el 80 %) y la corriente de vapor 17, siendo esta ultima predominantemente una mezcla de vapor y amoniaco, que se devuelve a la etapa de acido mtrico 10. La concentracion de la solucion de nitrato de amonio puede descender hasta un nivel de concentracion del 67 % desde aproximadamente el 80 % de concentracion si se diluye con agua (como se indica a continuacion en relacion con la Figura 2) a partir de un dispositivo desnebulizador 36, y se observa en este punto que, en el caso de que se hiciera que se produjera dicha dilucion, se podna obviar en el procedimiento (que se describira mas adelante) como se ilustra en la Figura 3.

Debido a que la presion en el separador 34 sera ligeramente superior a la presion en la camara de combustion 19, la mezcla de vapor/amoniaco puede fluir desde el separador hasta la camara de combustion 19 sin ayuda de compresion mecanica.

El dispositivo desnebulizador 36 esta situado dentro del separador 34 y se emplea para ayudar al desacoplamiento de gotitas de ftquido que contienen nitrato de amonio del vapor. En la realizacion de la invencion ilustrada en la Figura 1, se proporciona una fuente externa 35 de agua de lavado para pulverizar el dispositivo desnebulizador segun sea necesario, por ejemplo durante la puesta en marcha o parada del procedimiento.

El dispositivo desnebulizador 36 puede comprender multiples almohadillas desnebulizadoras, por ejemplo, una inferior de aspas de galon y una superior de malla de punto.

Para asegurar que no se produce el enfriamiento de la corriente de alimentacion 17 y, por lo tanto, para asegurar que la mezcla 16 de alimentacion de la camara de combustion esta sobrecalentada y no contiene gotitas de agua que puedan afectar al catalizador de combustion, la corriente de vapor 17, en caso necesario, se puede calentar durante su paso a la camara de combustion 19 y/o la alimentacion de gas de oxidacion 18 a la camara de combustion se puede calentar por intercambio termico con el calor transferido de la mezcla de reaccion 20. En algunos casos, la alimentacion de gas de oxidacion 18 puede estar suficientemente caliente (por ejemplo de 100 °C a 180 °C), debido a la compresion en un compresor, para que no se requiera un precalentamiento adicional de la alimentacion.

La solucion de nitrato de amonio 15 procedente del separador 34 pasa a traves de una valvula de descarga de presion 37 por medio de un refrigerador 38 para evitar la por vaporizacion subita de la solucion en la valvula.

En las realizaciones de la invencion como se ilustra en las Figuras 2 y 3, la corriente de acido nftrico diluido 13 procedente del separador de fases 27 y la corriente de amoniaco 14 se precalientan en un intercambiador de calor 31 mediante transferencia de calor (a traves de un bucle de fluido B) desde un condensador de agua de lavado 32.

Se anade calor a la corriente de acido nftrico 13 y a la corriente de amoniaco 14 en el intercambiador de calor 31 para asegurarse de que parte del calor de reaccion liberado por la reaccion de nitrato de amonio genere vapor. Por ejemplo, al precalentar los reactivos a 95 °C, se liberara suficiente calor para concentrar la solucion de nitrato de amonio en la fase ftquida de la corriente 33 al 46 % dentro del reactor, con el resto del calor de evaporacion que se proporciona al primer evaporador 30 y a un segundo evaporador 30A mediante transferencia de calor (a traves del bucle de fluido A) desde el intercambiador de calor 21.

Despues de pasar a traves del primer intercambiador de calor-evaporador 30, la corriente 33 es introducida a un primer separador gravitatorio 34, del cual emerge la solucion de nitrato de amonio 35 y la corriente de vapor 17, esta ultima que es predominantemente una mezcla de vapor y amoniaco que, como se ha descrito anteriormente en el contexto de la Figura 1, se devuelve a la etapa de acido nftrico 10.

El dispositivo desnebulizador 36 esta situado dentro del separador 34 y se emplea para ayudar al desacoplamiento de gotitas de ftquido que contienen nitrato de amonio del vapor. Para evitar la acumulacion de solidos de nitrato de amonio en el dispositivo, la cara inferior del componente o de cada componente, si hay mas de uno, del dispositivo 36 se roda con agua de una corriente 40.

Deben evitarse cantidades sustanciales de nitrato de amonio en la alimentacion de oxidante, ya que cualquier solucion de nitrato de amonio depositada en la tubena de alimentacion se podna secar bajo ciertas condiciones (por ejemplo, en la puesta en marcha o apagado) y presentar peligro de explosion. La pulverizacion del dispositivo desnebulizador 36 puede ser necesaria en algunas circunstancias para lograr un alto grado de separacion de ftquido-vapor. Ademas, es deseable que la concentracion de nitrato de amonio en el vapor hacia el oxidante sea varios ordenes de magnitud (por ejemplo, 5) inferior a la de la solucion de nitrato de amonio.

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Debido a que la corriente de alimentacion de vapor 17 esta en contacto con la corriente de agua Ifquida 40 en la almohadilla desnebulizadora 36, se puede producir el enfriamiento de la corriente de vapor. Para asegurarse de que la mezcla de alimentacion de la camara de combustion 16 esta sobrecalentada y no contiene gotitas de agua que puedan afectar al catalizador de la camara de combustion, la corriente de vapor 17 se puede calentar durante su paso a la camara de combustion 19 y/o al componente de alimentacion de oxfgeno 18 a la camara de combustion por intercambio termico con calor transferido de la mezcla de reaccion 20.

En la realizacion de la Figura 2, la solucion de nitrato de amonio 41 procedente del separador 34 se concentra adicionalmente (hasta aproximadamente el 83 %) en el segundo intercambiador de calor-evaporador 30A, del que pasa a un segundo separador gravitatorio 42 por medio de una valvula 43 en la que se produce una evaporacion adicional por vaporizacion subita. La mezcla resultante de nitrato de amonio-vapor de dos fases (con poco amoniaco en la fase de vapor) se separa adicionalmente como corriente de vapor 44 y la corriente de producto en solucion de nitrato de amonio 15. La disolucion se diluye de nuevo por goteo de agua desde un dispositivo desnebulizador 45.

El dispositivo desnebulizador 45 esta situado dentro del separador 42 y, como en el caso del dispositivo desnebulizador 36, se emplea para ayudar al desacoplamiento de gotitas de lfquido que contienen nitrato de amonio del vapor. El dispositivo 45 se pulveriza con agua de una corriente 46 para evitar la acumulacion de solidos de nitrato de amonio.

La corriente de vapor 44 se hace pasar a traves del condensador parcial 32 y un condensador completo 47 posterior, y el condensado de agua se suministra por una bomba 48 a las dos corrientes de agua de lavado 40 y 46.

La realizacion de la invencion ilustrada en la Figura 3 es similar a la descrita anteriormente con referencia a la Figura 2 y, como en el caso de las realizaciones de las Figuras 1 y 2, se usan numeros de referencia similares para identificar componentes similares. Sin embargo, en la Figura 3, el agua de lavado que contiene nitrato de amonio que ha sido arrastrada como gotitas de disolucion en la fase de vapor del separador se recupera en las bandejas de goteo 49 en cada uno de los separadores 34 y 42 y se hace pasar a traves del segundo evaporador 30A antes de entrar en el segundo separador 42. Con esta disposicion, se elimina la dilucion que de otro modo se producina por la mezcla del agua de lavado que se drena de los dispositivos desnebulizadores con solucion concentrada de nitrato de amonio de los evaporadores o, al menos, se minimiza.

El primer evaporador 30 funciona, en efecto, como un unico evaporador de solucion de nitrato de amonio que produce una solucion concentrada de nitrato de amonio, con el segundo evaporador 30A que recibe una solucion de nitrato de amonio muy diluida a partir de la cual el agua de lavado se recupera por evaporacion de la mayor parte del agua. La solucion de nitrato de amonio muy diluida que drena de los dispositivos desnebulizadores 36 y 45 se recupera en los separadores antes de evaporarse en el segundo evaporador 30A y el residuo lfquido se mezcla con la solucion concentrada de nitrato de amonio.

En las realizaciones tanto de la Figura 2 como de la Figura 3, el segundo separador 42 se opera de forma deseable a una presion menor que el primer separador 34, de manera que se producira una evaporacion adicional de la solucion de nitrato de amonio al pasar por la valvula 43 desde la presion mas alta hasta la mas baja.

En la puesta en marcha de los procedimientos descritos anteriormente, como por ejemplo el ilustrado por la Figura 1, se puede emplear una fuente de calor externa para calentar el bucle de fluido A a unas temperaturas adecuadas que se aproximen a las empleadas en el funcionamiento en estado estacionario del procedimiento. Se puede introducir agua en el separador de acido mtrico 27 o se puede instalar un deposito de puesta en marcha separado en paralelo con el separador 27, permitiendo, por ejemplo, la generacion de vapor en el evaporador o evaporadores y, por consiguiente, la circulacion del vapor de balasto a traves del oxidante. En algunas circunstancias, puede preferirse mezclar el agua con nitrato de amonio extrafdo del separador 34 antes del evaporador. Una vez establecida la circulacion del vapor de balasto, el amoniaco y el oxfgeno se pueden introducir con seguridad en el vapor de balasto y el oxidante se enciende por un procedimiento establecido, iniciando asf la produccion de acido mtrico y, en consecuencia, de nitrato de amonio.

Ahora se hace referencia a la realizacion ilustrativa mostrada en la Figura 4. En algunos aspectos, esto es similar a lo descrito anteriormente con referencia a la Figura 1 y, de nuevo, se utilizan numeros de referencia iguales para identificar componentes similares.

En la etapa de acido mtrico 10 al oxidante 19 se introduce una alimentacion de oxidante 16, compuesta por un componente de alimentacion de mezcla de amoniaco-vapor 17 y un componente de alimentacion de gas de oxidacion 18D.

Como se indica en la Figura 4, el gas de oxidacion comprende aire (a diferencia del oxfgeno identificado como el gas de oxidacion en los procedimientos descritos con referencia a las Figuras 1 a 3) y, aunque no es esencial para el procedimiento, como se ilustra, la alimentacion de aire 18D se hace pasar a traves de un intercambiador de calor 18E donde se precalienta mediante intercambio de calor con la corriente de gas de reaccion 20. Cuando se proporciona vapor de balasto suficiente para producir acido mtrico a aproximadamente el 33,5 % de acido, se necesitara precalentar el aire a aproximadamente 600 °C para que se consiga la temperatura requerida del oxidante. Sin embargo, cuando se recicla una cantidad menor de vapor de balasto, por ejemplo produciendo una

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concentracion al acido nftrico de aproximadamente el 47 %, el aire se puede calentar suficientemente por compresion para que no se requiera un precalentamiento adicional.

La alimentacion de aire 18D se selecciona de manera que solo se introduce aire suficiente al oxidante 19 para proporcionar la oxidacion completa de la alimentacion de amoniaco al oxidante. Se introduce aire adicional, segun se requiere para permitir la oxidacion de los gases de reaccion hasta el punto de produccion de acido nftrico, a la corriente de gas de reaccion 20 en uno o mas de los puntos de alimentacion 18A a 18C que preceden al intercambiador de calor/absorbedor 22.

Otros aspectos del procedimiento ilustrados por la Figura 4 son sustancialmente los mismos que los que se han descrito anteriormente con referencia a la Figura 1, aunque la medida en que el vapor se recicla en el procedimiento dara lugar a diferentes composiciones en diferentes puntos del procedimiento.

La temperatura de la mezcla de reaccion en la camara de combustion 19 normalmente sera de aproximadamente 800 °C y el producto final de acido nftrico tendra una concentracion de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 50 %. Por ejemplo, cuando el acido nftrico tiene una concentracion de aproximadamente el 47 % y la alimentacion de oxidante tiene una composicion de aproximadamente el 10 % de amoniaco, el 13 % de oxfgeno y el 28 % de vapor, siendo el resto predominantemente nitrogeno y argon del aire, (es decir, la fase ftquida) que emerge del reactor de nitrato de amonio 29, antes del evaporador 30, tendra una concentracion de aproximadamente el 68 %.

El intercambiador de calor 22, como se ha descrito anteriormente, puede comprender cualquier tipo de intercambiador de calor, que incluye una pluralidad de intercambiadores de calor conectados en serie o en paralelo. Como ya se ha dicho, cuando como en el caso de la Figura 4 el gas de oxidacion comprende aire, el intercambiador de calor tendra que ser mas grande (normalmente en dos ordenes de magnitud) que uno que se empleana cuando el gas de oxidacion comprende un gas mas rico en oxfgeno.

Los gases que no se condensan o absorben en el intercambiador de calor 22 se separan del acido nftrico para formar el gas de cola 26, por el separador 27, dejando la corriente de acido nftrico libre de gas 13. A diferencia de las realizaciones de las Figuras 1 a 3, el componente principal del gas de cola sera el nitrogeno contenido dentro del gas de oxidacion (es decir, aire).

Pueden realizarse variaciones y modificaciones con respecto a las realizaciones de la invencion descritas anteriormente sin apartarse del alcance de la invencion como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

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   REIVINDICACIONES

   1. Un procedimiento de produccion de nitrato de amonio en el que:

   a) una alimentacion de oxidante gaseoso compuesto al menos sustancialmente de amoniaco, vapor y un gas de oxidacion que comprende oxfgeno se expone a condiciones en las que el amoniaco se oxida para producir una mezcla de reaccion que incluye monoxido de nitrogeno y vapor de agua,

   b) la mezcla de reaccion se enfna en un intercambiador de calor por lo que el monoxido de nitrogeno se oxida, el vapor de agua se condensa y los productos de la oxidacion del monoxido de nitrogeno reaccionan con el agua condensada y son absorbidos por el agua condensada para formar una corriente de acido nftrico, con lo que sustancialmente todo el monoxido de nitrogeno en la mezcla de reaccion que se convierte en acido nftrico,

   c) la corriente de acido mtrico se hace reaccionar con una corriente de amoniaco en una etapa de produccion de nitrato de amonio para formar el nitrato de amonio,

   d) al menos el 80 % del vapor dentro de la alimentacion de oxidante procede de la etapa de produccion de nitrato de amonio y

   e) al menos el 10 % del amoniaco dentro de la alimentacion de oxidante procede y es arrastrado por el vapor de la etapa de produccion de nitrato de amonio.
2. 2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el vapor derivado de la etapa de produccion de nitrato de amonio comprende aproximadamente el 100 % del componente de vapor de la alimentacion de oxidante gaseoso; y

   en el que el amoniaco derivado de la etapa de produccion de nitrato de amonio comprende al menos el 80 % y hasta el 100% del componente de amoniaco de la alimentacion de oxidante gaseoso, el resto de la alimentacion de amoniaco requerida que procede de una fuente diferente.
3. 3. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el vapor y el amoniaco procedentes de la etapa de produccion de nitrato de amonio comprenden aproximadamente el 100 % de los componentes de vapor y amoniaco, respectivamente, de la alimentacion de oxidante gaseoso.
4. 4. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una alimentacion de amoniaco se introduce a la etapa de produccion de nitrato de amonio en una cantidad aproximadamente igual a la cantidad total que se va a consumir en la etapa de produccion de nitrato de amonio y en la etapa de produccion de acido nftrico.
5. 5. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas de oxidacion comprende un gas que contiene al menos el 80 %, preferentemente al menos el 95 % de oxfgeno.
6. 6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el gas de oxidacion en la alimentacion de oxidante se proporciona en una cantidad suficiente para oxidar sustancialmente todo el amoniaco en la alimentacion de oxidante y sustancialmente todo el monoxido de nitrogeno en la mezcla de reaccion.
7. 7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el gas de oxidacion en la alimentacion de oxidante se proporciona en una cantidad suficiente para oxidar sustancialmente todo el amoniaco en la alimentacion de oxidante y algo de monoxido de nitrogeno en la mezcla de reaccion y en el que se anade gas de oxidacion adicional a la mezcla de reaccion para facilitar la oxidacion sustancialmente completa del monoxido de nitrogeno en la mezcla de reaccion.
8. 8. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el gas de oxidacion comprende aire.
9. 9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el gas de oxidacion en la alimentacion de oxidante se proporciona en una cantidad solo suficiente para oxidar sustancialmente todo el amoniaco en la alimentacion de oxidante y en el que se anade gas de oxidacion adicional a la mezcla de reaccion para facilitar la oxidacion sustancialmente completa del monoxido de nitrogeno en la mezcla de reaccion, el gas de oxidacion adicional que se admite a la mezcla de reaccion despues de la oxidacion del amoniaco y antes del intercambiador de calor.
10. 10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 8 o la reivindicacion 9, en el que el gas de oxidacion se calienta antes de mezclarse con los componentes de vapor y amoniaco de la alimentacion de oxidante, tal como por intercambio de calor con la mezcla de reaccion.
11. 11. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solucion de nitrato de amonio se concentra en un evaporador dentro de la etapa de produccion de nitrato de amonio.
12. 12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que se proporciona un separador de fases para recibir una corriente de dos fases (nitrato de amonio-vapor) del evaporador, y en el que el vapor se separa de la corriente de dos fases en el separador y se devuelve a la etapa de produccion de acido nftrico, para formar el componente de vapor de la alimentacion de oxidante, junto con el amoniaco arrastrado que se suministra a la etapa de produccion de nitrato de amonio en exceso del que se consume al reaccionar con el acido nftrico.
13. 13. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la solucion de nitrato de amonio se concentra en dos evaporadores, un primer y un segundo evaporadores conectados en serie, en el que se proporciona un primer separador de fases para recibir una corriente de dos fases (nitrato de amonio-vapor) del primer evaporador, y en el que el vapor se separa de la corriente de dos fases en el primer separador y se devuelve

    5 a la etapa de produccion de acido nftrico para formar el componente de vapor de la alimentacion de oxidante, junto con amoniaco arrastrado que se suministra a la etapa de produccion de nitrato de amonio en exceso del que se consume al reaccionar con el acido mtrico.
14. 14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que se proporciona un segundo separador de fases para recibir una corriente de dos fases del segundo evaporador y en el que el vapor se separa de la corriente de dos

    10 fases en el segundo separador de fases y en un estado condensado, como agua de lavado, se emplea un dispositivo desnebulizador que esta situado en uno o en cada uno del primero y segundo separadores de fase.
15. 15. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el monoxido de nitrogeno en una cantidad que se aproxima al 100 % de la de la mezcla de reaccion se convierte en acido nftrico en la etapa de produccion de acido nftrico.

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