ES2948858T3 - Torre de blanqueo y método para producir ácido nítrico - Google Patents

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Abstract

La presente invención comprende una torre de blanqueo vertical para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico usando un gas de extracción tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de los mismos en un proceso para producir ácido nítrico, que comprende un empaque estructurado; un distribuidor de líquido que comprende una caja de alimentación que tiene un vertedero dentado para la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico que comprende los óxidos de nitrógeno disueltos a través de dentados que apuntan hacia arriba del vertedero dentado en bandejas perforadas del distribuidor de líquido y ubicadas encima del embalaje estructurado para distribuir el líquido acuoso. solución de ácido nítrico que comprende los óxidos de nitrógeno disueltos al relleno estructurado; una entrada y una salida, ambas adecuadas para una solución acuosa de ácido nítrico; y una entrada y una salida, ambas adecuadas para el gas de extracción. que comprende las etapas de - introducir la solución acuosa de ácido nítrico que comprende los óxidos de nitrógeno disueltos en la parte superior de la torre de blanqueo vertical a través del distribuidor de líquido; - permitir que la solución acuosa de ácido nítrico descienda hacia la torre de blanqueo vertical a través del relleno estructurado; - poner en contacto la solución acuosa de ácido nítrico con el gas de extracción que se mueve en dirección contracorriente a la solución acuosa de ácido nítrico a través del relleno estructurado; y - salir del gas de extracción que comprende los óxidos de nitrógeno eliminados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Torre de blanqueo y método para producir ácido nítrico
Campo técnico
La presente invención se refiere a una torre de blanqueo vertical para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico que comprende dichos óxidos de nitrógeno, en un proceso para producir ácido nítrico, y a un método de blanqueo para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico que comprende dichos óxidos de nitrógeno, empleando un gas de arrastre tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, en un proceso para producir ácido nítrico. Más en particular, la invención se refiere a una torre de blanqueo vertical y a un método de blanqueo en donde los óxidos de nitrógeno disueltos que no han reaccionado en una solución acuosa de ácido nítrico producida se eliminan con un gas de arrastre tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, utilizando un empaque estructurado y un distribuidor de líquido que es nuevo para una torre de blanqueo vertical.
Antecedentes de la invención
El ácido nítrico puro es un líquido transparente, incoloro y de fuerte olor. El ácido nítrico se produce en grandes cantidades principalmente mediante oxidación catalítica de amoníaco (proceso de Ostwald). El amoníaco se convierte en ácido nítrico en dos etapas. En primer lugar el amoníaco se oxida sobre mallas de platino, produciendo óxido nítrico y agua, véase la fórmula 1:
Figure imgf000002_0001
El producto de reacción de (1), el óxido nítrico (NO), se oxida después a dióxido de nitrógeno NO2(g) y después a tetróxido de dinitrógeno N2O4 (g):
Figure imgf000002_0002
Mediante absorción en agua, los óxidos de nitrógeno (definidos en el presente documento como que comprenden al menos dióxido de nitrógeno y tetróxido de dinitrógeno) se convierten en ácido nítrico y óxido nítrico:
Figure imgf000002_0003
Se obtiene ácido nítrico diluido que es de hasta el 68 % (azeótropo).
Mediante un proceso de rectificación se puede aumentar la concentración de ácido nítrico hasta el 99 % de ácido nítrico concentrado.
La reacción total viene dada por la siguiente fórmula:
Figure imgf000002_0004
Las principales unidades de proceso en una planta de producción de ácido nítrico incluyen un convertidor de amoníaco (conversión de amoníaco en óxido nítrico empleando oxígeno), un aparato enfriador y condensador, una torre de absorción (absorción de tetróxido de dinitrógeno en agua) y una torre de blanqueo (eliminación de los gases dióxido de nitrógeno (NO2) y tetróxido de dinitrógeno (N2O4) disueltos sin reaccionar de la solución acuosa de ácido nítrico que le dan su típico color parduzco). Además, están comprendidos un compresor para un gas de arrastre sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno, tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, y un equipo para el tratamiento del gas de cola. Cuando el gas de arrastre es aire, el aire total del compresor de aire se divide en un primer y un segundo flujo de aire. El primer flujo de aire se alimenta como aire primario al convertidor de amoníaco y el segundo flujo de aire se alimenta como aire secundario a la torre de blanqueo. En otra realización, el aire secundario también puede ser aire ambiente a presión atmosférica.
La etapa de blanqueo del proceso de producción de ácido nítrico se realiza en una torre de blanqueo. El diseño convencional de una torre de blanqueo es una columna vertical llena de platos o con empaque al azar. La solución acuosa de ácido nítrico que contiene los gases dióxido de nitrógeno (NO2) y tetróxido de dinitrógeno (N2O4) disueltos se distribuye en la parte superior de la columna vertical. Un distribuidor de líquido convencional contiene una entrada de la corriente de solución acuosa de ácido nítrico que suministra la solución acuosa de ácido nítrico a una pluralidad de platos. Ejemplos de distribuidores de líquidos son las boquillas de pulverización, los tubos circulares con orificios y las cajas de alimentación. Para soportar los empaques y ayudar a la distribución gas/líquido, se pueden usar placas o rejillas de soporte del empaque.
En la torre de blanqueo, un gas de arrastre sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno, tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, se sopla a contracorriente de una solución acuosa de ácido nítrico de color amarillo/marrón que se desplaza hacia abajo a través de los platos de la torre de blanqueo, para eliminar los gases dióxido de nitrógeno (NO2) y tetróxido de dinitrógeno (N2O4) disueltos (y posiblemente gases de óxidos de nitrógeno no disueltos transportados junto con la corriente de solución acuosa de ácido nítrico), no convertidos en HNO3 (ácido nítrico), y para evitar la formación de ácido nitroso (HNO2), cuyos niveles deben ser controlados en caso de que el ácido nítrico se use para la síntesis de nitrato de amonio, fertilizante mineral u otros productos químicos. La solución acuosa de ácido nítrico que sale por la salida inferior de la torre de blanqueo debe ser incolora. Esto indica que se ha reducido lo suficiente el nivel de los gases dióxido de nitrógeno (NO2) y tetróxido de dinitrógeno (N2O4) disueltos. Los óxidos de nitrógeno eliminados, contenidos en la corriente de gas de arrastre, salen de la torre de blanqueo a través de la salida superior del gas de arrastre. Los óxidos de nitrógeno eliminados pueden ser devueltos al proceso de ácido nítrico a un compresor para los gases de óxidos de nitrógeno, situado aguas arriba de la torre de absorción, o directamente a la torre de absorción para la conversión en ácido nítrico de los óxidos de nitrógeno eliminados. El gas de arrastre empleado puede ser aire ambiente a presión atmosférica. Es importante que el gas de arrastre esté sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno (NO2 , N2O4 , generalmente NOx) ya que esto disminuiría la eficacia del proceso para eliminar los óxidos de nitrógeno de una solución acuosa de ácido nítrico.
La torre de blanqueo es una conocida unidad de restricción (cuello de botella) en la producción de ácido nítrico. El problema es cumplir con las especificaciones del producto ácido a alta carga. El diseño de la columna debe garantizar una distribución y un contacto uniformes entre el gas que fluye hacia arriba (gas de arrastre) y la corriente de líquido hacia abajo (solución acuosa de ácido nítrico) a través de toda la columna. El objetivo de la presente invención es obtener una mayor capacidad de producción de ácido nítrico y reducir la cantidad de gas de arrastre empleado, manteniendo al menos la calidad de la solución acuosa de ácido nítrico, es decir, el bajo nivel de los gases dióxido de nitrógeno (NO2) y tetróxido de dinitrógeno (N2O4) disueltos.
Sorprendentemente, los inventores han encontrado ahora que un empaque estructurado en la torre de blanqueo en combinación con un distribuidor de líquido que comprende una caja de alimentación que tiene un vertedero dentado para la distribución de líquido a través de las estrías que señalan hacia arriba del vertedero dentado en platos perforados del distribuidor de líquido, puede conseguir uno o más objetivos de la presente invención.
El documento WO 02/083260 A2 (Koch-Glitsch LP, 24 de octubre de 2002) divulga un distribuidor de líquido en una columna de transferencia de masa que distribuye líquido a un lecho de transferencia de masa subyacente que contiene uno o más elementos de empaque al azar, de rejilla o estructurados. Se utiliza un vertedero dentado para la distribución de líquido a través de las estrías que señalan hacia abajo del vertedero dentado hacia el lecho de transferencia de masa subyacente. No se menciona el uso en una torre de blanqueo en una etapa de blanqueo del proceso de producción de ácido nítrico, ni tampoco el uso de un vertedero dentado para la distribución de líquido a través de las estrías que señalan hacia arriba del vertedero dentado hacia los platos perforados del distribuidor de líquido.
El documento US 4816191 (Koch Engineering Company, 28 de marzo de 1989) divulga un distribuidor de líquido para una columna de contacto gas-líquido que también comprende un vertedero dentado para distribuir líquido a través de las estrías que señalan hacia abajo del vertedero dentado en la columna subyacente. No se mencionan los empaques estructurados.
El documento DE 4035205 A1 (Curtius, 7 de mayo de 1992) divulga una columna vertical de lavado a contracorriente que comprende un empaque que puede ser un empaque estructurado; un distribuidor de líquido situado sobre el empaque; una entrada y salida de solución acuosa de ácido nítrico; y una entrada y salida de gas. La columna de lavado no divulga un distribuidor de líquido de acuerdo con la presente invención. Asimismo, la columna de lavado se usa para eliminar óxido de nitrógeno gaseoso de los gases de combustión usando ácido nítrico diluido para producir dióxido de nitrógeno, y no para eliminar el dióxido de nitrógeno y el tetróxido de dinitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico empleando aire sustancialmente limpio.
El documento DE 4034752 A1 (Curtius, 7 de mayo de 1992) divulga una columna de contacto gas-líquido a contracorriente similar que comprende empaques que pueden ser empaques estructurados; un distribuidor de líquido situado sobre el empaque; una línea de entrada para distribuir opcionalmente ácido nítrico diluido al empaque y una salida de ácido; y una entrada y salida de gas. La columna de lavado no divulga un distribuidor de líquido de acuerdo con la presente invención, ni se utiliza en un método de acuerdo con la invención.
El documento EP 2295 375 A1 (Dietrich Process Systems GmbH, 16 de marzo de 2011) divulga una columna de destilación con arrastre de vapor que comprende platos de distribución de líquido del tipo "CORE-TRAY" y que puede comprender empaques estructurados. La columna de lavado se utiliza con vapor para eliminar el ácido sulfúrico y el ácido nítrico de una corriente residual de la producción de nitroaromáticos, y no divulga un distribuidor de líquido de acuerdo con la presente invención, ni se utiliza en un proceso de acuerdo con la invención.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona una torre de blanqueo vertical para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico que comprende dichos óxidos de nitrógeno, empleando un gas de arrastre sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, en un proceso para producir ácido nítrico, que comprende un empaque estructurado; un distribuidor de líquido que comprende una caja de alimentación que tiene un vertedero dentado para la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico que comprende los óxidos de nitrógeno disueltos a través de las estrías que señalan hacia arriba del vertedero dentado hacia los platos perforados del distribuidor de líquido, y situado sobre el empaque estructurado para distribuir la solución acuosa de ácido nítrico que comprende los óxidos de nitrógeno disueltos en el empaque estructurado; una entrada y una salida, adecuadas ambas para la solución acuosa de ácido nítrico; y una entrada y una salida, adecuadas ambas para el gas de arrastre. Tal como se define en el presente documento, un gas "sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno" puede significar un gas cuyo contenido en gases de óxidos de nitrógeno es igual o inferior al 5 % en peso, o igual o inferior al 2 % en peso, o igual o inferior al 0,4 % en peso.
En el contexto de la presente solicitud, los óxidos de nitrógeno se entiende que comprenden al menos dióxido de nitrógeno (NO2) y tetróxido de dinitrógeno (N2O4). Ambos son gases a temperatura y presión ambiente y se disuelven fácilmente en agua o en una composición acuosa. Igualmente, otras especies nitrógeno-oxígeno se consideran óxidos de nitrógeno dentro del ámbito de esta invención, tal como el ácido nitroso (HNO2), y que también se eliminan en el proceso de blanqueo. La solución acuosa de ácido nítrico puede contener hasta el 68 % de ácido nítrico (azeótropo).
En una realización, el empaque estructurado de la torre de blanqueo vertical tiene un área superficial de al menos 250 m2/m3, preferentemente 450-750 m2/m3
En una realización, el distribuidor de líquido de la torre de blanqueo vertical tiene preferentemente una densidad de puntos de goteo de al menos 30 puntos de goteo por m2, preferentemente de 60-200 puntos de goteo por m2.
En una realización, la relación entre la altura del empaque estructurado y el diámetro de la torre de blanqueo vertical puede ser de al menos 1, preferentemente al menos 1,5, más preferentemente al menos 2.
La presente invención proporciona además un método de blanqueo para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico que comprende dichos óxidos de nitrógeno en una torre de blanqueo vertical de acuerdo con la invención, en particular que comprende un empaque estructurado; un distribuidor de líquido que comprende una caja de alimentación que tiene un vertedero dentado para la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico que comprende dichos óxidos de nitrógeno a través de las estrías que señalan hacia arriba del vertedero dentado hacia los platos perforados del distribuidor de líquido, y situado sobre el empaque estructurado para distribuir la solución acuosa de ácido nítrico que comprende dichos óxidos de nitrógeno en el empaque estructurado; una entrada y una salida, adecuadas ambas para la solución acuosa de ácido nítrico; y una entrada y una salida, adecuadas ambas para un gas de arrastre sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno, tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, empleando un gas de arrastre sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno, tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, para eliminar los óxidos de nitrógeno disueltos de la solución acuosa de ácido nítrico, que comprende las etapas de
- introducir la solución acuosa de ácido nítrico por la parte superior de la torre de blanqueo vertical a través del distribuidor de líquido;
- permitir que la solución acuosa de ácido nítrico se desplace hacia abajo en la torre de blanqueo vertical a través del empaque estructurado;
- poner en contacto la solución acuosa de ácido nítrico con el gas de arrastre que se desplaza a contracorriente de la solución acuosa de ácido nítrico a través del empaque estructurado; y
- hacer salir el gas de arrastre que comprende los óxidos de nitrógeno eliminados.
En una realización, el proceso de blanqueo comprende la etapa de devolver los óxidos de nitrógeno eliminados a un compresor para gases de óxidos de nitrógeno situado aguas arriba de una torre de absorción, o directamente a una torre de absorción para la posterior conversión en ácido nítrico de los óxidos de nitrógeno eliminados.
En una realización, los óxidos de nitrógeno son dióxido de nitrógeno (NO2) y tetróxido de dinitrógeno (N2O4).
En una realización, el gas de arrastre se mueve a contracorriente de la solución acuosa de ácido nítrico en la torre de blanqueo vertical y puede tener una relación aire/solución ácida inferior a 75 m3 de aire/m3 de solución ácida, preferentemente inferior a 45 m3 de aire/m3 de solución ácida, más preferentemente inferior a 30 m3 de aire/m3 de solución ácida, aún más preferentemente inferior a 20 m3 de aire/m3 de solución ácida.
En una realización, la caída de presión en la torre de blanqueo es preferentemente de entre 2,5 kPa y 6,5 kPa (25 mbar y 65 mbar).
La presente invención proporciona además un proceso para producir ácido nítrico, que comprende oxidar amoníaco para producir óxido nítrico; convertir el óxido nítrico en óxidos de nitrógeno, en particular NO2 y N2O4 ; absorber los óxidos de nitrógeno en agua en una torre de absorción para producir una solución acuosa de ácido nítrico; eliminar los óxidos de nitrógeno disueltos de la solución acuosa de ácido nítrico utilizando el proceso de blanqueo de acuerdo con la invención; y devolver los óxidos de nitrógeno eliminados a un compresor para gases de óxidos de nitrógeno situado aguas arriba de una torre de absorción, o directamente a una torre de absorción para la posterior conversión en ácido nítrico de los óxidos de nitrógeno eliminados.
La invención se refiere además al uso de una torre de blanqueo vertical de acuerdo con la invención para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico en un proceso para producir ácido nítrico.
La invención se refiere además al uso, en una torre de blanqueo vertical para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico en un proceso para producir ácido nítrico, de un empaque estructurado en combinación con un distribuidor de líquido que comprende una caja de alimentación que tiene un vertedero dentado para la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico a través de las estrías que señalan hacia arriba del vertedero dentado hacia los platos perforados del distribuidor de líquido, y situado sobre el empaque estructurado para distribuir la solución acuosa de ácido nítrico que contiene óxidos de nitrógeno en el empaque estructurado.
Figuras
La figura 1 es un diagrama de flujo del proceso simplificado que muestra las unidades de proceso de una planta de ácido nítrico convencional.
La figura 2 muestra esquemáticamente una torre de blanqueo vertical que comprende un empaque estructurado. La figura 3 es una imagen que muestra un ejemplo de un distribuidor de líquido para su uso en combinación con un empaque estructurado en una torre de blanqueo que muestra el vertedero dentado que apunta hacia arriba. La figura 4 es una imagen que muestra platos perforados del distribuidor de líquido colocados directamente sobre un empaque estructurado en una torre de blanqueo vertical.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a una torre de blanqueo vertical para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico empleando un gas de arrastre sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno, tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, en un proceso para producir ácido nítrico. Tal como se define en el presente documento, un gas "sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno" significa un gas cuyo contenido de gases de óxidos de nitrógeno es igual o inferior al 5 % en peso, o igual o inferior al 2 % en peso, o igual o inferior al 0,4 % en peso.
La torre de blanqueo vertical comprende un empaque estructurado; un distribuidor de líquido que comprende una caja de alimentación que tiene un vertedero dentado para la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico a través de las estrías que señalan hacia arriba del vertedero dentado hacia los platos perforados del distribuidor de líquido, y situado sobre el empaque estructurado para distribuir la solución acuosa de ácido nítrico que contiene óxidos de nitrógeno en el empaque estructurado; una entrada y una salida, adecuadas ambas para la solución acuosa de ácido nítrico; y una entrada y una salida, adecuadas ambas para el gas de arrastre.
La presente invención también se refiere a un método de blanqueo para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico en una torre de blanqueo vertical de acuerdo con la invención, empleando un gas de arrastre sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno, tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de la solución acuosa de ácido nítrico, que comprende las etapas de
- introducir la solución acuosa de ácido nítrico que comprende los óxidos de nitrógeno disueltos por la parte superior de la torre de blanqueo vertical a través del distribuidor de líquido;
- permitir que la solución acuosa de ácido nítrico se desplace hacia abajo en la torre de blanqueo vertical a través del empaque estructurado;
- poner en contacto la solución acuosa de ácido nítrico con el gas de arrastre que se desplaza a contracorriente de la solución acuosa de ácido nítrico a través del empaque estructurado; y
- hacer salir el gas de arrastre que comprende los óxidos de nitrógeno eliminados.
La presente invención también se refiere a un método para producir ácido nítrico. El método comprende oxidar amoníaco para producir óxido nítrico; convertir el óxido nítrico en óxidos de nitrógeno, en particular NO2 y N2O4 ; y absorber los óxidos de nitrógeno en agua en una torre de absorción para producir una solución acuosa de ácido nítrico. Los óxidos de nitrógeno sin reaccionar disueltos se eliminan de la solución acuosa de ácido nítrico en una torre de blanqueo vertical de acuerdo con la invención. En particular, la torre de blanqueo vertical comprende un empaque estructurado; un distribuidor de líquido que comprende una caja de alimentación que tiene un vertedero dentado para la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico a través de las estrías que señalan hacia arriba del vertedero dentado hacia los platos perforados del distribuidor de líquido, y situado sobre el empaque estructurado para distribuir la solución acuosa de ácido nítrico que contiene óxidos de nitrógeno en el empaque estructurado; una entrada y una salida, adecuadas ambas para la solución acuosa de ácido nítrico; y una entrada y una salida, adecuadas ambas para un gas de arrastre sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno, tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos. En la torre de blanqueo vertical, la solución acuosa de ácido nítrico se pone en contacto con el gas de arrastre que se desplaza a contracorriente de la solución acuosa de ácido nítrico que se desplaza hacia abajo. Los óxidos de nitrógeno eliminados se devuelven a un compresor para gases de óxidos de nitrógeno, situado aguas arriba de una torre de absorción, o directamente a una torre de absorción para la posterior conversión en ácido nítrico de los óxidos de nitrógeno eliminados.
La presente invención se refiere además al uso de una torre de blanqueo vertical de acuerdo con la invención para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico en un proceso para producir ácido nítrico.
Cuando el gas de arrastre es aire, el aire primario para la oxidación del amoníaco y el aire secundario para la torre de blanqueo normalmente son proporcionados por un compresor de aire. El aire que se mueve a contracorriente de la solución acuosa de ácido nítrico en la torre de blanqueo puede ser el aire secundario.
La figura 1 es un diagrama de flujo de un proceso esquemático simplificado de una planta de producción de ácido nítrico convencional, que emplea aire como gas de arrastre. El amoníaco 102 se alimenta a un convertidor de amoníaco 105. Se alimenta aire 100 a un compresor 103. El aire comprimido procedente del compresor de aire 103 se divide en un primer flujo de aire 101a y un segundo flujo de aire 101b. El primer flujo de aire 101a se alimenta como aire primario al convertidor de amoníaco 105, y el segundo flujo de aire 101b se alimenta como aire secundario a la torre de blanqueo 110. El amoníaco se oxida a NO en el convertidor de amoníaco 105. El NO se alimenta al enfriador/condensador 104. En el enfriador/condensador 104, el NO reacciona con el exceso de oxígeno para formar NO2 y después el NO2 reacciona para formar el N2O4. El NO2 y el N2O4 se alimentan por la línea 106 a la torre de absorción 107, en donde se convierten en ácido nítrico y se forma una solución acuosa de ácido nítrico. La solución acuosa de ácido nítrico se alimenta por la línea 109 a la torre de blanqueo 110, en donde los óxidos de nitrógeno disueltos que causan un color amarillento se eliminan de la solución acuosa de ácido nítrico poniendo en contacto íntimo la solución acuosa de ácido nítrico con el aire 101b. Los óxidos de nitrógeno eliminados de la solución acuosa de ácido nítrico se alimentan por la línea 108 desde la torre de blanqueo 110 hasta torre de absorción 107 u opcionalmente más arriba en el proceso aguas arriba para convertirlos en ácido nítrico. La solución acuosa de ácido nítrico de la que se han eliminado los óxidos de nitrógeno (es decir, blanqueado) 111 sale del fondo de la torre de blanqueo vertical 110 como producto final de solución acuosa de ácido nítrico.
Las torres de blanqueo verticales convencionalmente están llenas de platos y/o con empaque al azar. La presente invención se refiere al uso de un empaque estructurado en una torre de blanqueo vertical, en combinación con un distribuidor de líquido que comprende una caja de alimentación que tiene un vertedero dentado para la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico a través de las estrías que señalan hacia arriba del vertedero dentado hacia los platos perforados del distribuidor de líquido, y situado sobre el empaque estructurado para distribuir la solución acuosa de ácido nítrico que contiene óxidos de nitrógeno en el empaque estructurado.
La invención proporciona una nueva torre de blanqueo vertical que comprende un empaque estructurado en combinación con un distribuidor de líquido específico.
En la presente invención, el uso de un empaque estructurado proporciona un rendimiento mejorado tanto en torres de blanqueo verticales nuevas como en torres de blanqueo verticales existentes reacondicionadas con un empaque estructurado y el distribuidor de líquido específico de acuerdo con la invención, tal como se muestra en los ejemplos. El reacondicionamiento de torres de blanqueo verticales existentes puede requerir el ajuste de los parámetros del proceso según sea necesario para asegurar la operación más adecuada del proceso de producción de ácido nítrico.
La figura 2 muestra esquemáticamente un ejemplo de una torre de blanqueo 200 vertical reacondicionada para un proceso de producción de ácido nítrico, que emplea aire como gas de arrastre. Esta torre de blanqueo 200 tiene una salida de ácido 201 inferior, una entrada de ácido 202 superior, una entrada de aire secundario 203 y una salida de aire secundario 204. La entrada de ácido 202 está situada sobre el distribuidor de líquido 208. La torre de blanqueo tiene un tubo interior 205 para reducir el diámetro original de la torre. Una torre nueva tendría un diámetro más pequeño y no requeriría tal tubo interior 205. Un empaque estructurado 206 está situado en el tubo interior 205.
Un distribuidor de líquido 208 está situado sobre el empaque estructurado 206. Un desnebulizador 207 está situado normalmente en la parte superior de la torre de blanqueo 200. La entrada de aire secundario 203 y, preferentemente, un área perforada 209 están situadas debajo del empaque estructurado 206. El aire secundario que entra en la torre de blanqueo 200 a través de la entrada de aire secundario 203 fluye normalmente a través del área perforada 209 antes de entrar y fluir hacia arriba en el empaque estructurado 206. El aire secundario pasa normalmente a través del desnebulizador 207 antes de salir de la torre de blanqueo 200 a través de la salida de aire secundario 204.
La solución acuosa de ácido nítrico se distribuye hacia los platos perforados del distribuidor de líquido a través del vertedero dentado. El resultado es que la solución acuosa de ácido nítrico se distribuye mucho mejor a través de los platos perforados con este sistema de distribución y se optimiza la caída de presión. Es importante evitar la corrosión del empaque y la canalización de los flujos de gas y líquido. La pérdida de integridad de los elementos de empaque da como resultado la pérdida de rendimiento de la torre de blanqueo. El uso de titanio con un grosor de al menos 0,1 mm o de acero inoxidable con un grosor de 0,2 mm como material de los platos perforados minimizará o evitará los problemas de corrosión. Los plásticos, el teflón u otros materiales tolerantes al ácido y al calor también se pueden usar como material para las cajas de alimentación y los platos perforados.
Las ventajas de usar un distribuidor de líquido con un vertedero dentado que apunta hacia arriba son que se optimiza la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico en los platos perforados, se optimiza el área superficial (y como tal la transferencia de masa) entre la solución acuosa de ácido nítrico y el gas de arrastre, se mantiene mínima la cantidad de flujo del gas de arrastre hacia la torre de blanqueo y se optimiza la caída de presión.
La figura 3 es una imagen que muestra un distribuidor de líquido para su uso en combinación con un empaque estructurado en una torre de blanqueo vertical de un proceso de producción de ácido nítrico, de acuerdo con la presente divulgación. El distribuidor de líquido comprende los siguientes elementos: vertedero dentado 301, caja de alimentación 302, plato o platos 303 y rejilla 304. El distribuidor de líquido se coloca encima del empaque estructurado en una torre de blanqueo vertical en una columna/torre de una planta química. La solución acuosa de ácido nítrico se alimenta a la caja de alimentación 302. La solución acuosa de ácido nítrico se distribuye hacia los platos perforados a través del vertedero dentado. Hay muchos orificios pequeños en la parte inferior de los platos perforados. Así pues, se optimiza la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico hacia los platos perforados, se optimiza el área superficial entre la solución acuosa de ácido nítrico y el gas de arrastre, se mantiene mínima la cantidad de flujo del gas de arrastre hacia la torre de blanqueo y se optimiza la caída de presión.
La figura 4 es una imagen que muestra platos perforados 402 del distribuidor de líquido, donde los platos perforados 402 se colocan directamente sobre un empaque estructurado 401.
El distribuidor de líquido comprende una caja de alimentación para recibir la solución acuosa de ácido nítrico que entra en la torre de blanqueo. La solución acuosa de ácido nítrico se distribuye desde la caja de alimentación hacia los platos perforados.
La caja de alimentación tiene un vertedero dentado que apunta hacia arriba. El vertedero dentado puede estar situado en uno o ambos bordes longitudinales de la caja de alimentación. La solución acuosa de ácido nítrico se distribuye desde la caja de alimentación a través de las estrías en los platos perforados. El uso del vertedero dentado y su posicionamiento dentro del distribuidor contribuirá aún más a la optimización de la transferencia de masa entre el gas de arrastre y la solución acuosa de ácido nítrico y/o la reducción de la cantidad de gas de arrastre necesaria.
Varias formas de las estrías de los vertederos pueden proporcionar el mismo efecto o similar, tal como estrías en forma de V, en forma almenada, en forma de U. Por la expresión "vertedero dentado" debe entenderse que este no solo comprende una forma de diente de sierra, sino también otras formas no lineales que proporcionan el mismo efecto o similar de distribución de la solución acuosa de ácido nítrico.
En una realización adicional, la caja de alimentación puede tener orificios en el fondo y/o en las paredes para la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico en los platos perforados. Los orificios pueden ser circulares o pueden tener forma de ranuras verticales u horizontales.
La parte inferior de la caja de alimentación puede estar situada en una ubicación más elevada que la de los platos perforados. En otra realización, el fondo de la caja de alimentación puede estar situado a la misma altura que el fondo de los platos perforados. Si la caja de alimentación comprende un vertedero dentado, las estrías deben estar situadas por encima del borde superior de los platos perforados.
Los platos perforados de distribución de líquido se pueden colocar sobre rejillas de soporte o directamente sobre un empaque estructurado.
El distribuidor de líquido de la torre de blanqueo vertical puede tener una densidad de puntos de goteo de al menos 30 puntos de goteo por m2, preferentemente de 60-200 puntos de goteo por m2.
En comparación con el empaque al azar o los platos de fraccionamiento, la disposición uniforme del empaque estructurado proporciona una serie de ventajas, tales como una menor caída de presión a través de la columna, una mayor capacidad, una mayor eficacia en la misma altura de torre, unas excelentes características de dispersión de líquidos y una reducida retención de líquido.
Cada tipo de empaque estructurado tiene características de rendimiento específicas. En aplicaciones específicas o en determinadas condiciones, cada tipo de empaque estructurado proporciona un beneficio particular que puede hacer que una configuración sea más deseable que otra.
Es importante lograr un buen contacto entre las fases líquida y de vapor en un empaque estructurado. Un empaque que distribuya el líquido uniformemente en una película delgada mostrará un rendimiento mejor. La turbulencia que mejora la transferencia de masa se crea mezclando la película.
Cuando se utiliza un empaque estructurado y aire como gas de arrastre en torres de blanqueo en un proceso de producción de ácido nítrico, se mejora el área superficial hasta 450-750 m2/m3 desde 250 m2/m3 de solución acuosa de ácido nítrico como con el empaque convencional. Esto da como resultado una reducción del flujo de aire necesario desde más de 100 m3 de aire/m3 de solución acuosa de ácido nítrico hasta aproximadamente 45 m3 de aire/m3 de solución acuosa de ácido nítrico. El aire no empleado en la etapa de blanqueo con empaque estructurado se puede emplear en su lugar en el quemador en donde el amoníaco se oxida a monóxido de nitrógeno, siempre que el nivel de oxígeno en el gas de cola siga siendo suficiente.
Cuando se emplea aire como gas de arrastre, es importante optimizar el uso del aire comprimido. El aire total del compresor de aire se divide entre el quemador como aire primario y la torre de blanqueo como aire secundario. Si se puede reducir el flujo de aire hacia la torre de blanqueo, habrá más aire disponible como aire primario y, por lo tanto, aumentará la producción de ácido.
Ejemplos
La combinación de empaque estructurado y distribuidor de líquido se reacondiciona en varias torres de blanqueo del inventor (A a D) empleando aire como gas de arrastre, y muestra una mejora sustancial en el proceso del ácido nítrico con respecto a la reducción de aire secundario obtenida y al aumento de la producción de ácido en comparación con el diseño original de las torres con empaque no estructurado con platos perforados o anillos metálicos. Los resultados se muestran en la tabla 1 a continuación. El empaque estructurado equipado con distribuidores de líquido dentados se obtuvo en Sulzer (Winterthur, Suiza).
Tabla^ 1 Torres de blan ueo
Figure imgf000008_0002
Como referencia para las mejoras, se dan a continuación algunos datos de las torres de blanqueo originales:
Figure imgf000008_0001
Los resultados muestran claramente una mejora en el aumento de la producción de ácido. Adicionalmente, la reducción de aire secundario es notable.
Además, la solución de la presente invención proporciona una mejor calidad del ácido, es decir, un nivel más bajo de HNO2 en el ácido nítrico. Se optimiza el área superficial entre la solución acuosa de ácido nítrico y el aire. La cantidad de flujo de aire a la torre de blanqueo se mantiene mínima. El uso de titanio y un grosor mínimo de 0,1 mm (titanio) o 0,2 mm (acero inoxidable) como material de empaque estructurado evita problemas de corrosión. La caída de presión se mantiene mínima.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Torre de blanqueo vertical para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico que comprende dichos óxidos de nitrógeno, empleando un gas de arrastre sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno, tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, en un proceso para producir ácido nítrico, que comprende:
un empaque estructurado;
un distribuidor de líquido que comprende una caja de alimentación que tiene un vertedero dentado para la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico, que comprende los óxidos de nitrógeno disueltos, a través de las estrías que señalan hacia arriba del vertedero dentado hacia los platos perforados del distribuidor de líquido, y situado sobre el empaque estructurado para distribuir la solución acuosa de ácido nítrico que comprende los óxidos de nitrógeno disueltos en el empaque estructurado;
una entrada y una salida, adecuadas ambas para la solución acuosa de ácido nítrico; y
una entrada y una salida, adecuadas para el gas de arrastre.
2. La torre de blanqueo vertical de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el empaque estructurado tiene un área superficial de al menos 250 m2/m3, preferentemente de 450-750 m2/m3
3. La torre de blanqueo vertical de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde el distribuidor de líquido tiene una densidad de puntos de goteo de al menos 30 puntos de goteo por m2, preferentemente de 60-200 puntos de goteo por m2.
4. La torre de blanqueo vertical de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la relación entre la altura del empaque estructurado y el diámetro de la torre de blanqueo vertical es de al menos 1, preferentemente de al menos 1,5, más preferentemente de al menos 2.
5. Método de blanqueo para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico, que comprende dichos óxidos de nitrógeno, en una torre de blanqueo vertical de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, empleando un gas de arrastre sustancialmente desprovisto de gases de óxidos de nitrógeno, tal como aire, nitrógeno, oxígeno o combinaciones de estos, para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de la solución acuosa de ácido nítrico, que comprende las etapas de
- introducir la solución acuosa de ácido nítrico, que comprende los óxidos de nitrógeno disueltos, por la parte superior de la torre de blanqueo vertical a través del distribuidor de líquido;
- permitir que la solución acuosa de ácido nítrico se desplace hacia abajo en la torre de blanqueo vertical a través del empaque estructurado;
- poner en contacto la solución acuosa de ácido nítrico con el gas de arrastre que se desplaza a contracorriente de la solución acuosa de ácido nítrico a través del empaque estructurado; y
- hacer salir el gas de arrastre que comprende los óxidos de nitrógeno eliminados.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende la etapa de devolver los óxidos de nitrógeno eliminados a un compresor para gases de óxidos de nitrógeno, situado aguas arriba de una torre de absorción, o directamente a una torre de absorción para la posterior conversión en ácido nítrico de los óxidos de nitrógeno eliminados.
7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, en donde los óxidos de nitrógeno son dióxido de nitrógeno (NO2) y tetróxido de dinitrógeno (N2O4).
8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en donde el gas de arrastre es aire que se mueve a contracorriente de la solución acuosa de ácido nítrico y tiene una relación aire/solución ácida inferior a 75 m3 de aire/m3 de solución ácida, preferentemente inferior a 45 m3 de aire/m3 de solución ácida, más preferentemente inferior a 30 m3 de aire/m3 de solución ácida, aún más preferentemente inferior a 20 m3 de aire/m3 de solución ácida.
9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en donde la caída de presión en la torre de blanqueo vertical es de entre 2,5 kPa y 6,5 kPa (25 mbar y 65 mbar).
10. Método para producir ácido nítrico, que comprende
- oxidar amoníaco para producir óxido nítrico;
- convertir el óxido nítrico en óxidos de nitrógeno, en particular NO2 y N2O4;
- absorber los óxidos de nitrógeno en agua en una torre de absorción para producir una solución acuosa de ácido nítrico;
- eliminar los óxidos de nitrógeno disueltos de la solución acuosa de ácido nítrico utilizando el método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9; y
- devolver los óxidos de nitrógeno eliminados a un compresor para gases de óxidos de nitrógeno, situado aguas arriba de una torre de absorción, o directamente a una torre de absorción para la posterior conversión en ácido nítrico de los óxidos de nitrógeno eliminados.
11. Uso de una torre de blanqueo vertical de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico en un proceso para producir ácido nítrico.
12. Uso, en una torre de blanqueo vertical para eliminar óxidos de nitrógeno disueltos de una solución acuosa de ácido nítrico en un proceso para producir ácido nítrico, de un empaque estructurado en combinación con un distribuidor de líquido que comprende una caja de alimentación que tiene un vertedero dentado para la distribución de la solución acuosa de ácido nítrico, a través de las estrías que señalan hacia arriba del vertedero dentado, hacia los platos perforados del distribuidor de líquido y situado sobre el empaque estructurado para distribuir la solución acuosa de ácido nítrico que contiene óxidos de nitrógeno en el empaque estructurado.
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