MX2014014143A

MX2014014143A - Proceso para reducir la concentracion de oxidos de nitrogeno en la descarga gaseosa en una planta de acido nitrico durante la parada y/o la puesta en marcha, y una planta de acido nitrico adecuada para este.

Info

Publication number: MX2014014143A
Application number: MX2014014143A
Authority: MX
Inventors: Christian Perbandt
Original assignee: Thyssenkrupp Ind Solutions Ag
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2015-07-21
Also published as: WO2013174475A1; US9302222B2; IN2014DN10583A; EA201491921A1; AU2013265687A1; EA201491921A8; CN104350008B; DE102012010017A1; EA030743B1; AU2013265687B2; CA2874298A1; US20150098881A1; KR20150020575A; BR112014028952A2; CA2874298C; CN104350008A

Abstract

Proceso para reducir la concentración de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa en una planta de ácido nítrico que funciona a presión y que está equipada con una depuradora de gases residuales, durante la parada y/o la puesta en marcha de la planta, donde la depuradora de gases residuales está diseñada para eliminar los óxidos de nitrógeno de la descarga gaseosa durante el funcionamiento en régimen permanente. El proceso se caracterizada por que, durante la puesta en marcha y/o durante la parada de la planta de ácido nítrico, se hacen pasar la descarga gaseosa que contiene óxidos de nitrógeno presurizada procedente de la planta de ácido nítrico y un agente reductor gaseoso para los óxidos de nitrógeno por un reactor que contiene un catalizador, donde dicho reactor se proporciona además del reactor de purificación del gas residual, y se caracteriza por que el contenido de NOx en la descarga gaseosa se reduce mediante reducción catalítica, o por que el contenido de NOx en la descarga gaseosa se reduce mediante reducción catalítica y el contenido de N2O en la descarga gaseosa se reduce mediante reducción catalítica y/o mediante descomposición catalítica en el reactor adicional. Además, se describe una planta de ácido nítrico para llevar a cabo este proceso. Utilizando el proceso o utilizando la planta, se puede obtener una puesta en marcha y una parada incoloras de las plantas de ácido nítrico sin problemas, y el contenido de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa durante la puesta en marcha y/o la parada se puede reducir sustancialmente.

Description

PROCESO PARA REDUCIR LA CONCENTRACION DE OXIDOS DE NITRÓGENO EN LA DESCARGA GASEOSA EN UNA PLANTA DE ÁCIDO NÍTRICO DURANTE LA PARADA Y/O LA PUESTA EN MARCHA, Y UNA PLANTA DE ACIDO NITRICO ADECUADA PARA ESTE La invención se refiere a un proceso para reducir la concentración de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa en una planta de ácido nítrico que funciona a presión, durante la parada y/o la puesta en marcha de la planta. La invención también se refiere a una planta de ácido nítrico modificada en la que se puede aplicar este proceso.

Para preparar ácido nítrico, generalmente primero se oxida amoníaco con aire sobre un catalizador y se produce óxido de nitrógeno NO, el cual se oxida posteriormente en el proceso para obtener dióxido de nitrógeno NO2 [Behr, A., 2002. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 6, Wilcy-VCH, Weinheim].

Posteriormente, el dióxido de nitrógeno N02 obtenido de este modo se absorbe en agua para formar ácido nítrico. Para que la cantidad de dióxido de nitrógeno N02 absorbida por el agua sea máxima, la absorción generalmente se efectúa a presión elevada, preferentemente a presiones comprendidas entre 4 y 14 bar.

El oxígeno requerido para convertir el amoníaco utilizado como materia prima se suministra generalmente en forma de oxigeno atmosférico. A efectos de su suministro, el aire del proceso se comprime en un compresor y se somete a una presión adecuada tanto para la reacción de oxidación como para la reacción de absorción.

Las plantas de ácido nítrico modernas funcionan a presión para conseguir unas concentraciones de ácido mayores y unas tasas de absorción de NOx mayores (es decir, mejores eficiencias) en la absorción. Las plantas de dos presiones son diferentes de las de una presión. En el proceso de una presión, tanto la combustión como la absorción se efectúan a presión moderada (< 8 bar) o presión elevada (> 8 bar).

En las plantas de dos presiones, la producción de gas, es decir, la producción de los gases nitrosos mediante la oxidación de amoníaco, se efectúa a una presión comprendida entre aproximadamente 4 y 6 bar, y la absorción de los gases nitrosos obtenidos de este modo en agua para obtener ácido nítrico normalmente se efectúa a una presión comprendida entre 8 y 12 bar.

La presión se genera utilizando compresores impulsados por medio de una turbina de gas y/o vapor o un motor eléctrico. Una turbina de gas funciona preferentemente con la descarga gaseosa de la planta de ácido nítrico utilizando la presión aplicada por al menos un compresor.

Las plantas de ácido nítrico modernas están equipadas con depuradoras de gases residuales para cumplir las regulaciones cada vez más estrictas referentes a las emisiones de descargas gaseosas que contienen NOx y N20. Las depuradoras de descargas gaseosas son en la actualidad teenología de vanguardia, ya que los óxidos de nitrógeno NOx son responsables, por ejemplo, de la "lluvia ácida" y el N20 (gas de la risa), que forma parte de la descarga gaseosa, es uno de los gases de efecto invernadero. Con los sistemas disponibles en el mercado para la depuración de descargas gaseosas, es posible satisfacer de forma fiable los límites actuales para las emisiones de N0X en la producción de ácido nítrico durante el funcionamiento en régimen permanente de la planta.

Se describen ejemplos de la depuración de gases residuales durante el funcionamiento en régimen permanente de las plantas de producción de ácido nítrico en un artículo de van den Brink titulado "Combined catalytic removal of N0X and N20 in a single reactor from the tail gas of a nitric acid plant" del informe N.° ECN—C-02-009 (febrero de 2002) y en el documento "Setting Emissions Standards for Nitric Acid Plants" de la empresa ThyssenKrupp Uhde. Ninguno de estos documentos describe las medidas que se han de tomar durante la puesta en marcha y/o la parada de una planta de ácido nítrico para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno durante su fase operativa.

En cambio, durante la puesta en marcha y la parada en régimen no permanente de las plantas de ácido nítrico, en la actualidad se genera una concentración de NOx elevada, por ejemplo, >50 ppm, en el gas residual a la salida de la chimenea a menos que se instalen medidas adicionales para reducir las emisiones en la planta. Las emisiones de NOx elevadas se hacen visibles debido a que el gas residual adquiere un color de amarillento a marrón oscuro, dependiendo de la concentración de NOx a la salida de la chimenea. Cuanto mayor sea la concentración, más oscura y más intensa será la apariencia del color de los gases emergentes. Las concentraciones de NOx elevadas en el gas residual a la salida de la chimenea se generan debido a que la depuración del gas residual normalmente no está en funcionamiento o deja de estarlo cuando la planta de ácido nítrico se pone en marcha, o cuando la planta de ácido nítrico no está en funcionamiento. Además, se genera una concentración de NOx elevada durante la puesta en marcha de la planta, ya que sigue habiendo gases de NOx presentes en la planta, por ejemplo, en las tuberías, las piezas internas de las tuberías y otras partes de la planta.

A diferencia del funcionamiento en régimen permanente, en la actualidad durante las operaciones de puesta en marcha/parada de las plantas de ácido nítrico por lo general es imposible evitar emisiones de óxidos de nitrógeno, las cuales exceden con creces los limites estándar durante un periodo limitado. Esto implica la emisión de NOx predominantemente como NO2, que se puede percibir visualmente a medida que aumenta como una descarga gaseosa marrón sobre la chimenea a partir de aproximadamente 20 ppm. Hasta la fecha, se ha prestado relativamente poca atención a estos estados operativos ya que son comparativamente poco frecuentes en comparación con el modo de funcionamiento en régimen permanente y el interés público era comparativamente bajo. Debido a que la gente está cada vez más concienciada con los problemas medioambientales y las lcyes sobre emisiones consiguientes, los operarios de las plantas también demandan cada vez con mayor frecuencia una puesta en marcha/parada "incolora" o con "emisiones reducidas".

Durante la puesta en marcha a partir del estado apagado/en frió, primero se llena la planta de ácido nítrico con aire ("accionamiento del aire") con aporte de energía del exterior (por ejemplo, vapor o potencia exterior). Durante esta operación, la descarga gaseosa se calienta hasta una temperatura comprendida entre aproximadamente 165 y 200 °C a la entrada de la depuradora de gases residuales. Las primeras emisiones de NOx se generan en cuanto la torre de absorción, durante el proceso de puesta en marcha, se llena de ácido nítrico procedente de un recipiente de reserva y el aire elimina/arrastra el gas de NO2 presente en el ácido. Las operaciones de depuración de gases residuales actuales, en las que se utiliza amoniaco como agente reductor para el NOx, no se pueden poner en práctica de forma permanente hasta alcanzar una temperatura mínima que supere los 200 °C con el fin de evitar que se forme nitrato de amonio sobre el catalizador y en el sistema posterior de la planta. Además, el grado de oxidación de los NOx presentes durante la puesta en marcha es desfavorable para la operación de depuración de los gases residuales. Por lo tanto, en las plantas actuales, se emite el gas de NOx formado durante la operación de llenado. Al finalizar la operación de llenado, al principio también deja de emitirse NOx hasta que empieza a oxidarse NH3 en la planta de ácido nítrico ("ignición"). Tras la ignición, la temperatura y la concentración de NOx en la planta aumentan constantemente hasta alcanzar el valor de funcionamiento en régimen permanente, y se puede proceder a depurar el gas residual según se haya planeado a partir de una temperatura de aproximadamente 200 °C. A partir de este punto del funcionamiento, se pueden satisfacer las emisiones de NOx estipuladas legalmente.

En particular, se ha de prestar suma atención a la puesta en marcha del conjunto de compresores en el proceso de dos presiones, el proceso a presión elevada y el proceso a presión moderada, y la puesta en marcha del ventilador en el proceso atmosférico, ya que la puesta en marcha del conjunto de compresores genera las primeras emisiones de NOx a través del gas presente en la planta a la salida de la chimenea. Esto ocurre en particular cuando la parada de la planta no ha sido planeada. Las emisiones de NOx son provocadas en primer lugar por los gases de NOx presentes en el sistema de la planta y por la desgasificación de NOx del ácido nítrico sin blanquear en la torre de absorción. Las emisiones de NOx como consecuencia de la desgasificación de NOx del ácido nítrico se generan en una medida particularmente alta durante el llenado de la torre de absorción con ácido nítrico poco después de haber puesto en marcha la planta, ya que el ácido es blanqueado por el aire que se hace pasar a través de la planta antes de su puesta en marcha. Además, se alcanzan concentraciones de NOx considerables en el gas residual a la salida de la chimenea después de haber puesto en marcha la planta (ignición de horno de combustión del amoníaco).

Durante la etapa no operativa o durante la parada de una planta de ácido nítrico, los óxidos de nitrógeno presentes a presión en la planta, es decir, principalmente NOx (predominantemente NO y NO2) y N2O, se descomprimen a través de la columna de absorción y mediante la depuración del gas residual a la atmósfera circundante. Debido a que la depuración del gas residual puede seguir funcionando únicamente mientras lo permitan las condiciones hidrodinámicas y las temperaturas limitantes admisibles, esta depuración generalmente deja de funcionar antes de que la planta se descomprima por completo. Además, la columna de absorción, que normalmente dispone de placas perforadas, comienza a volverse inestable con un flujo de gas reducido y, por lo tanto, la eficiencia a la absorción se reduce significativamente. La experiencia demuestra que, en cuanto deja de funcionar la depuración del gas residual, el contenido de óxidos de nitrógeno en el gas que se ha de liberar a la atmósfera aumentará significativamente durante la descompresión residual, lo cual hace que la descarga gaseosa se vuelva visible a la salida de la chimenea.

Por consiguiente, se están buscando soluciones en las que la concentración de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa durante la parada y/o la puesta en marcha de una planta de ácido nítrico se pueda reducir sin utilizar la operación de depuración del gas residual convencional.

Para reducir la concentración de N0X en la descarga gaseosa durante la parada y/o la puesta en marcha de una planta de ácido nítrico, el documento WO 03/078314 Al propone, durante la parada de una planta de ácido nítrico que funciona a presión, una vez que haya finalizado la depuración del gas residual, mantener la presión existente dentro de la planta de forma temporal, después descomprimir el gas de una forma regulada y liberarlo a la atmósfera diluido con aire procedente del exterior. Estas medidas pueden conseguir una liberación regulada de gases a la atmósfera, comprendiendo estos gases NOx una dilución suficiente de modo que se puede hablar de una parada incolora de la planta. Durante la reanudación de la actividad de la planta, se sugiere suministrar una gran proporción del aire del proceso a la planta antes o después de la turbina de gas residual, de modo que el gas que emerja de la planta tenga una dilución suficiente de los gases nitrosos. Sin embargo, de este modo no se consigue reducir el contenido de gases nitrosos emitidos por la planta. Es más, la aplicación del proceso descrito en este documento requiere tomar medidas especificas en una planta de ácido nítrico que no serían del todo necesarias para el funcionamiento "normal" de la planta. Por ejemplo, sería necesario instalar en la planta aparatos que permitan bloquear en su interior, es decir, contener, el gas presente en la planta durante la operación de parada.

En la variante del proceso descrita anteriormente, la descarga gaseosa repleta de N0X se diluye con aire hasta el punto en que deje de ser visible a la salida de la chimenea. A pesar de esto, se mantiene la cantidad absoluta de NOx emitida a la atmósfera en cada operación de puesta en marcha. Los operarios de las plantas y los legisladores perciben este proceso cada vez con mayor frecuencia como inaceptable. El resultado es un deseo urgente de ser capaces de prevenir también las emisiones de NOx incluso en las operaciones de puesta en marcha y parada.

En "Dutch Notes on BAT for the Production of Nitric Acid", informe final, diciembre de 1999, se describen medidas para reducir la emisión de óxidos de nitrógeno durante el funcionamiento de plantas de ácido nítrico. Además de medidas para el funcionamiento en régimen permanente, también se describen medidas durante la puesta en marcha y la parada de tales plantas. Estas implican aumentar la capacidad de absorción de la torre de absorción y la inyección de vapor en la chimenea. El propósito de ambas medidas es absorber los NOx presentes para formar ácido nítrico y para evitar su emisión a la atmósfera. Otras medidas mencionadas son el calentamiento de la descarga gaseosa durante la puesta en marcha o la parada, o la instalación de una planta RCS (= planta para la reducción catalítica selectiva) activa a temperaturas bajas. El propósito de ambas medidas es poder realizar la operación de depuración de gas residual en régimen permanente tan pronto como sea posible o durante el mayor tiempo posible. Otras medidas mencionadas son la instalación de una torre percoladora o la instalación de una torre con un absorbente seco. El propósito de ambas medidas es absorber los óxidos de nitrógeno presentes para evitar así su emisión a la atmósfera. Las desventajas son los grandes costos de capital asociados con las medidas mencionadas anteriormente.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un proceso para la puesta en marcha y/o la parada de plantas de ácido nítrico, en el que la cantidad de las emisiones de óxidos nítricos se reduzcan drásticamente o incluso se supriman por completo. Este proceso también se debería poder poner en práctica mediante medidas simples.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una planta de ácido nítrico modificada para realizar el proceso de acuerdo con la invención, en donde solamente se requieren pequeñas alteraciones de los aparatos de una planta de ácido nítrico convencional.

La presente invención se refiere a un proceso para reducir la concentración de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa en una planta de ácido nítrico que funciona a presión y que está equipada con una depuradora de gases residuales, durante la parada y/o la puesta en marcha de la planta, estando la depuradora de gases residuales diseñada para eliminar los óxidos de nitrógeno de la descarga gaseosa para el funcionamiento en régimen permanente, donde, durante la puesta en marcha y/o durante la parada de la planta de ácido nítrico, una descarga gaseosa presurizada que contiene óxidos de nitrógeno procedentes de la planta de óxidos de nitrógeno y un agente reductor gaseoso para los óxidos de nitrógeno se hacen pasar por el interior de un reactor que contiene un catalizador que se proporciona además del reactor para la depuración de gases residuales y que está diseñado para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa durante la parada y/o la puesta en marcha de la planta de ácido nítrico, y donde el contenido de NOx en la descarga gaseosa se reduce mediante la reducción catalítica o donde el contenido de N0X en la descarga gaseosa se reduce mediante la reducción catalítica y el contenido de N20 en la descarga gaseosa mediante la reducción catalítica y/o mediante la descomposición catalítica en el reactor adicional.

La solución de la invención se caracteriza por que el contenido de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa se reduce en un reactor adicional (5) utilizando un agente reductor (14) durante la operación de descompresión. De este modo es posible prescindir de la dilución del gas residual descomprimido con aire.

El reactor adicional (5) preferentemente funciona por el principio de RCS ("RCS" = reducción catalítica selectiva), y sus dimensiones pueden ser por lo general mucho menores que las de los reactores para la depuración de gases residuales que se utilizan normalmente para el funcionamiento en régimen permanente. El reactor adicional (5) se debería diseñar convenientemente de modo que su volumen se reduzca al menos un quíntuple en comparación con el reactor convencional para la depuración de gases residuales (8), y la planta de ácido nítrico se pueda descomprimir en 2-4 horas.

En el reactor adicional (5) se introducen catalizadores para la degradación de NOx ("catalizadores DeNOx"). Los expertos en la téenica estarán familiarizados con estos catalizadores. En general, estos son catalizadores de metales de transición que fomentan la reacción química de NOx con agentes reductores. Se prefieren los catalizadores DeNOx convencionales, especialmente aquellos que comprenden metales de transición y/u óxidos de metales de transición, por ejemplo, óxidos de hierro, óxidos de níquel, óxidos de cobre, óxidos de cobalto, óxidos de manganeso, óxidos de rodio, óxidos de renio u óxidos de vanadio, o platino, oro o paladio metálico, u otras mezclas de dos o más de estos compuestos. Se prefieren en particular los catalizadores a base de V2O5-Ti02.

También se prefiere utilizar catalizadores zeolíticos repletos de metales de transición en el reactor DeNOx utilizado de acuerdo con la invención. Estos son preferentemente zeolitas seleccionadas del grupo constituido por los tipos MFI, BEA, FER, MOR y MEL, o mezclas de estos, preferentemente del tipo BEA o MFI, más preferentemente una zeolita ZSM-5.

Se proporcionan detalles específicos referentes a la formación o la estructura de las zeolitas utilizadas preferentemente de acuerdo con la invención en "the Atlas of Zeolite Structure Types", Elsevier, 4.a edición revisada de 1996, al cual se hace referencia explícita en la presente.

El proceso de acuerdo con la invención también incluye el uso de aquellas zeolitas en las que el aluminio presente en su red ha sido parcialmente reemplazado por uno o más elementos seleccionados entre B, Be, Ga, Fe, Cr, V, As, Sb y Bi. Asimismo, se incluye el uso de zeolitas en las que el silicio presente en su red ha sido sustituido de un modo isomorfo por uno o más elementos, por ejemplo, por uno o más elementos seleccionados entre Ge, Ti, Zr y Hf.

Los catalizadores utilizados de acuerdo con la invención normalmente contienen otros aditivos con los que estarán familiarizados los expertos en la téenica, por ejemplo, aglomerantes, tales como aluminosilicatos o bohemita.

El catalizador puede estar presente en forma de cuerpos moldeados de cualquier tamaño y geometría, preferentemente con geometrías que tengan una relación entre la superficie y el volumen relativamente grande para las cuales el flujo circulante genere una caída de presión mínima.

Las geometrías típicas son las conocidas en catálisis, por ejemplo, cilindros, cilindros huecos, cilindros con múltiples perforaciones, anillos, pellets aplastados, estructuras trilobuladas o alveolares.

El contenido de metal de la zeolita que contiene un metal de transición utilizada preferentemente en el reactor DeNOx puede variar, en función de la masa de la zeolita, dentro de rangos amplios y puede ser, por ejemplo, de hasta un 25%, pero preferentemente está comprendido entre un 0.1 y un 10%, especialmente entre un 2 y un 7%.

Además de los catalizadores DeNOx que catalizan la reacción química de los NOx con agentes reductores, el reactor adicional (5) también puede comprender catalizadores que fomenten la descomposición química de N20 en nitrógeno y oxígeno o la reducción química de N20 y un agente reductor. Los expertos en la téenica también estarán familiarizados con estos catalizadores. Algunos de los catalizadores que se utilizan para la conversión química de los NOx con agentes reductores también son simultáneamente adecuados para la descomposición química de N20 en nitrógeno y oxígeno, y/o para la reducción química de N20 con agentes reductores.

Los catalizadores pueden estar presentes en el reactor adicional (5) en todas las disposiciones con las que estén familiarizados los expertos en la técnica. Estos pueden incluir lechos de material catalizador finamente dividido de cualquier geometría, de modo tal que se formen uno o más lechos de catalizador. Los catalizadores también pueden estar presentes en forma alveolar en el reactor adicional (5).

En el reactor adicional (5) también hay, además de la descarga gaseosa que comprende óxidos de nitrógeno, agentes reductores (14) para los óxidos de nitrógeno, especialmente agentes reductores para NOx.

El agente reductor (14) se puede introducir en la corriente de descarga gaseosa antes del reactor adicional (5) o hasta justo antes del lecho de catalizador en el reactor adicional (5). Un agente reductor adecuado (14) para NOx es cualquier sustancia que conozcan los expertos en la téenica y que tenga una actividad alta para reducir N0X. Pueden tratarse, por ejemplo, de agentes reductores que contengan nitrógeno. Los agentes reductores que contienen nitrógeno empleados pueden ser cualesquiera compuestos, siempre que sean adecuados para reducir NOx. Algunos ejemplos son azanos, derivados hidroxílicos de azanos, y también aminas, oximas, carbamatos, urea o derivados de urea. La hidrazina y muy en particular el amoniaco son dos ejemplos de azanos. Un ejemplo de un derivado hidroxilico de azanos es la hidroxilamina. Algunos ejemplos de aminas son las aminas alifáticas primarias tales como la metilamina. Un ejemplo de carbamatos es el carbamato de amonio. Algunos ejemplos de derivados de urea son las ureas sustituidas en N,N' tales como la N,N'- dimetilurea. La urea y los derivados de urea se utilizan preferentemente en forma de soluciones acuosas.

Se prefiere en particular el uso de amoniaco como agente reductor (14) para óxidos de nitrógeno, especialmente para NOx.

Además del agente reductor para N0X, también se puede introducir un agente reductor para N20 en la corriente de gas que se desee tratar. Este agente reductor puede ser un agente reductor que contenga nitrógeno. Anteriormente se han mencionado ejemplos de este tipo de agentes. Sin embargo, este agente reductor también puede comprender hidrocarburos gaseosos, monóxido de carbono o hidrógeno. Se prefiere en particular el uso de amoniaco como agente reductor para N20.

El agente reductor se añade en las cantidades necesarias para reducir los N0X y el N20 en la medida deseada. El objetivo es una reducción en el contenido de NOx > un 80%, preferentemente > un 90%, incluso más preferentemente > un 95%, especialmente comprendida entre un 95% y un 100%, y una reducción en el contenido de N20 > un 20%, preferentemente > un 50%, incluso más preferentemente > un 70%, especialmente comprendida entre un 80% y un 100%. Las cantidades de agente reductor requeridas para dicho objetivo dependen de la naturaleza del agente reductor y un experto en la téenica las podrá determinar mediante experimentos rutinarios.

El método de introducción de uno o más agentes reductores en la corriente de gas que se desee tratar se puede configurar libremente dentro del contexto de la invención. El agente reductor se puede introducir en forma de un gas, o de una solución liquida o acuosa que se vaporice en la corriente de gas que se desee tratar. La alimentación en la corriente de gas que se desee tratar se realiza utilizando un dispositivo de introducción adecuado, por ejemplo, mediante una válvula de presión correspondiente o mediante boquillas configuradas según corresponda. Preferentemente, se puede proporcionar una mezcladora situada después del dispositivo de introducción en el conducto de la corriente de gas que se desee tratar, y esta hace que la corriente de gas que se desee depurar se mezcle con el agente reductor suministrado. Si se utilizan varios agentes reductores, su suministro e introducción en el gas que se desee depurar se pueden efectuar por separado o a la vez.

En una realización preferida del proceso de acuerdo con la invención, el contenido de óxidos de nitrógeno en la corriente de descarga gaseosa durante la puesta en marcha y/o la parada es determinado por un dispositivo de medición (16) antes o después del reactor adicional (5) y la medición sirve como parámetro de control para regular la cantidad de agente reductor (14) que se añade a la corriente de descarga gaseosa.

La temperatura en el reactor adicional (5), al menos durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta de ácido nítrico, varía dentro del rango comprendido entre 100 y 600 °C.

Durante el funcionamiento en régimen permanente de la planta, se puede interrumpir el funcionamiento del reactor adicional (5), en cuyo caso la corriente de descarga gaseosa generalmente se hace pasar por el reactor adicional (5). Sin embargo, también se pueden concebir realizaciones en las que la corriente de descarga gaseosa durante el funcionamiento en régimen permanente se haga pasar por el reactor adicional (5) y el agente reductor para los óxidos de nitrógeno se introduzca opcionalmente en el reactor adicional (5), de modo que, además de la depuración del gas residual convencional en el reactor adicional, se efectúe una reducción adicional del contenido de óxidos de nitrógeno en una subcorriente de la descarga gaseosa.

En una realización preferida del proceso de acuerdo con la invención, la corriente de descarga gaseosa de la planta de ácido nítrico durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta se hace pasar por la turbina de gas residual (11) y se hace pasar por el reactor adicional (5) que está conectado en paralelo con la turbina de gas residual (11), y la descarga gaseosa, después de fluir a través del reactor adicional (5) y después de reducir el contenido de óxidos de nitrógeno, se envía a la chimenea (12). La conmutación de la corriente de descarga gaseosa entre la fase de puesta en marcha y parada, y el funcionamiento en régimen permanente puede ser efectuada por las válvulas (1, 10). Estas se pueden accionar de forma manual o preferentemente automática.

La presión en el reactor adicional (5), al menos durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta, varía en el rango comprendido entre 0.9 y 3 bar, preferentemente en el rango comprendido entre 0.9 y 1.5 bar.

El reactor adicional (5) preferentemente está lleno de catalizador de modo que - dependiendo de la corriente de gas entrante - el resultado en cada caso, al menos durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta, es una velocidad espacial que, con los valores de temperatura y presión dados en este reactor, proporciona una reducción en el contenido de NOx presente en la entrada del reactor de al menos un 80%. Las velocidades espaciales típicas en el reactor adicional varían dentro del rango comprendido entre 2000 y 200000 hr1, preferentemente entre 5000 y 100 000 h-1, y más preferentemente entre 10 000 y 50 000 h-1. La velocidad espacial se puede ajustar a través del flujo volumétrico del gas y/o a través de la cantidad de catalizador.

La diferencia crucial entre la solución de la invención y los sistemas de depuración de gases residuales utilizados hasta la fecha es su tamaño. Normalmente, el volumen del reactor adicional (5), en función del volumen, es mucho menor que el volumen de un sistema de depuración de descargas gaseosas correspondiente o reactor de depuración de descargas gaseosas utilizado hasta la fecha. Los volúmenes de los reactores de las plantas de depuración de gases residuales convencionales, según el tamaño de la planta, varían en el rango comprendido entre 2 y 20 m3. A efectos comparativos, el volumen de un reactor adicional (5) es mucho más reducido, por ejemplo, de 2 a 200 veces menor, en comparación con el volumen de los sistemas de depuración de descargas gaseosas correspondientes o reactores de depuración de descargas gaseosas utilizados hasta la fecha. El volumen del reactor adicional (5) varía preferentemente en el rango comprendido entre 0.01 m3 y 10 m3, más preferentemente en el rango comprendido entre 0.01 m3 y 5 m3, y aún más preferentemente en el rango comprendido entre 0.05 m3 y 1 m3. Los sistemas de depuración de gases residuales existentes, por ejemplo, para la eliminación de NOx y de N20 de la descarga gaseosa, están diseñados para el funcionamiento en régimen permanente de la planta y no pueden seguir funcionando de forma fiable debido al flujo volumétrico reducido en la operación de descompresión, ya que no se pueden seguir garantizando las propiedades hidrodinámicas críticas para el funcionamiento del reactor. Además, una vez que la planta se ha parado, en los sistemas de depuración de gases residuales existentes no se puede calentar la descarga gaseosa hasta la temperatura de reacción necesaria durante la operación de descompresión. En el reactor adicional (5) utilizado de acuerdo con la invención es posible calentar de un modo simple y económico la descarga gaseosa debido al flujo volumétrico claramente inferior.

En una realización preferida del proceso de acuerdo con la invención, la corriente de descarga gaseosa durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta se calienta antes de que entre en el reactor adicional (5), preferentemente hasta una temperatura comprendida entre 100 y 600 °C, preferentemente entre 150 y 400 °C, más preferentemente entre 180 y 300 °C, y aún más preferentemente entre 200 y 270 °C.

Los aparatos de calentamiento utilizados pueden ser todos ellos aparatos con los que estén familiarizados los expertos en la téenica. Además de calentar mediante dispositivos de calentamiento eléctricos o mediante calentamiento por infrarrojos, también se pueden añadir gases calientes a la corriente de descarga gaseosa.

La ventaja del proceso de acuerdo con la invención es que en primer lugar la concentración de óxidos de nitrógeno en el gas residual a la salida de la chimenea se puede reducir incluso sin la operación de depuración del gas residual en régimen permanente hasta tal punto que sea incolora, y que en segundo lugar se libera un nivel menor de óxidos de nitrógeno a la atmósfera. La reducción en la concentración de óxidos de nitrógeno en el gas residual durante la puesta en marcha y/o la parada se puede regular de forma manual o automática.

Será evidente gue durante la parada de la planta el proceso se podrá llevar a cabo solamente hasta que en toda la planta se haya restablecido la presión ambiente. Subsecuentemente, la planta deja de emitir descarga gaseosa.

Durante la reanudación de la actividad de la planta, al comenzar a pasar el aire por el conjunto de máquinas, el óxido de nitrógeno remanente en la planta a presión ambiente se expulsa a la atmósfera y se vuelve visible. Para reducir la concentración de la descarga gaseosa también durante esta operación, en otra configuración, la descarga gaseosa de la planta se hace pasar convenientemente a través del reactor adicional (5) junto con el agente reductor para los óxidos de nitrógeno durante la reanudación de la actividad de la planta.

La invención también se refiere a una planta de ácido nítrico equipada para llevar a cabo el proceso descrito anteriormente, que comprende al menos los siguientes elementos: A) oxidación de amoníaco, B) torre de absorción (6) para producir ácido nítrico a partir de los NOx formados en la combustión del amoníaco por reacción con agua, C) depuración de gas residual (8) para el funcionamiento en régimen permanente, que está diseñada para eliminar los óxidos de nitrógeno de la descarga gaseosa durante el funcionamiento en régimen permanente, D) turbina de gas residual (11), y E) reactor (5) para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa que está presente o se genera en la planta de ácido nítrico durante su puesta en marcha y/o parada, estando dicho reactor (5) diseñado para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa durante la parada y/o la puesta en marcha de la planta de ácido nítrico, y F) el reactor adicional (5) en la trayectoria de flujo de la descarga gaseosa a través del reactor que comprende al menos un catalizador para reducir N0X con un agente reductor, o al menos un catalizador para reducir NOx con un agente reductor y al menos un catalizador para reducir N2O con un agente reductor, y/o un catalizador para descomponer N20 en nitrógeno y oxígeno, y G) se proporciona al menos una entrada para introducir un agente reductor (14) para los óxidos de nitrógeno en la corriente de descarga gaseosa, donde dicha entrada accede al conducto de la corriente de descarga gaseosa antes de que entre en el reactor adicional (5), visto en la dirección del flujo.

En una realización preferida de la planta de la invención, se proporciona un dispositivo de medición I) (16) que determina el contenido de óxidos de nitrógeno, preferentemente NOx, en la descarga gaseosa antes o después del reactor adicional (5).

En otra realización preferida de la planta de la invención, se proporciona un dispositivo de calentamiento J) (3), con el cual se puede incrementar la temperatura de la descarga gaseosa antes de que entre en el reactor adicional (5).

En una realización preferida adicional de la planta de la invención, se conectan una turbina de gas residual E) (11) y un reactor adicional F) (5) en paralelo, y la trayectoria de la corriente de descarga gaseosa durante el funcionamiento en régimen permanente y durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta es controlada por dos válvulas K) (1, 10) colocadas en la trayectoria del flujo de la descarga gaseosa antes de la turbina de gas residual E) (11) y en la trayectoria de flujo de la descarga gaseosa antes del reactor adicional F) (5).

En otra realización preferida de la planta de la invención, se puede utilizar una válvula L) (4) situada en la entrada H) para controlar la cantidad de agente reductor (14) que se suministra a la descarga gaseosa.

La invención se ilustra detalladamente a continuación en la presente a modo de ejemplo haciendo referencia a un dibujo.

La Figura 1 muestra un esquema de una planta simplificado de una planta de ácido nítrico con un reactor adicional (5).

Se muestra parte de una planta de ácido nítrico equipada de acuerdo con la invención. Se muestra una torre de absorción (6) en la que se produce ácido nítrico a partir de NOc y agua. También se muestran un intercambiador de calor (7) y una operación de depuración del gas residual (8) para el funcionamiento en régimen permanente, a la cual se suministra agente reductor para N0X (13), preferentemente amoníaco, a través de una válvula (9). La descarga gaseosa, que contiene óxidos de nitrógeno y sale de la torre de absorción (6), pasa por el intercambiador de calor (7), por la operación de depuración de gas residual (8), se suministra durante el funcionamiento en régimen permanente a través de la válvula abierta (10) a una turbina de gas residual (11) y después se expulsa de la planta a través de una chimenea (12). Durante el funcionamiento en régimen permanente, la válvula de descompresión (1) está cerrada.

Durante la parada de la planta de ácido nítrico, el gas residual bloqueado en su interior es liberado gradualmente por la válvula de descompresión (1), por ejemplo, con un flujo volumétrico de aproximadamente 1000 m3 (STP)/h. Si se requiere, la descarga gaseosa se calienta posteriormente hasta la temperatura de reacción requerida para reducir NOx que es preferentemente superior a 230 °C, más preferentemente 250 °C y en el caso óptimo superior a 250 °C. Con este fin, se utiliza, por ejemplo, un calentador eléctrico (3) con una potencial nominal de normalmente 80 kW. La descarga gaseosa se suministra al reactor adicional (5). Este contiene al menos un catalizador para reducir N0X con amoníaco. El catalizador tiene preferentemente una forma alveolar. También se suministra amoníaco (14) al reactor adicional (5). La cantidad de amoníaco se controla con una válvula regulable (4). Los óxidos de nitrógeno presentes en la descarga gaseosa se reducen catalíticamente en el reactor adicional (5) y la corriente de descarga gaseosa se suministra a la chimenea (12). También se muestra un dispositivo de medición (16) para la concentración de NOx a la salida. Esta medición se puede utilizar a su vez o como alternativa para regular la válvula (4) y, por lo tanto, la cantidad de amoníaco añadida.

Debido a los materiales y catalizadores utilizados, el sistema puede operar hasta la temperatura nominal máxima de la planta de ácido nítrico en cada caso. Esto garantiza que la operación de descompresión se puede iniciar justo después de la parada de la planta. Si la operación de descompresión de la planta de ácido nítrico se lleva a cabo justo después de la parada de la planta, es muy posible prescindir del calentamiento de la descarga gaseosa ya que se dispone de calor residual.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para reducir la concentración de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa en una planta de ácido nítrico que funciona a presión y que está equipada con una depuradora de gases residuales, durante la parada y/o la puesta en marcha de la planta, estando la depuradora de gases residuales diseñada para eliminar los óxidos de nitrógeno de la descarga gaseosa durante el funcionamiento en régimen permanente, caracterizado por que, durante la puesta en marcha y/o durante la parada de la planta de ácido nítrico, una descarga gaseosa presurizada que contiene óxidos de nitrógeno procedentes de la planta de óxidos de nitrógeno y un agente reductor gaseoso para los óxidos de nitrógeno se hacen pasar por el interior de un reactor que contiene un catalizador que se proporciona además del reactor para la depuración de gases residuales y que está diseñado para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa durante la parada y/o la puesta en marcha de la planta de ácido nítrico, y caracterizado por que el contenido de NOx en la descarga gaseosa se reduce mediante la reducción catalítica o por que el contenido de N0X en la descarga gaseosa se reduce mediante la reducción catalítica y el contenido de N20 en la descarga gaseosa mediante la reducción catalítica y/o mediante la descomposición catalítica en el reactor adicional.

2. El proceso tal como se ha reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado por que se utiliza amoniaco como agente reductor para los óxidos de nitrógeno.

3. El proceso tal como se ha reivindicado en la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el contenido de óxidos de nitrógeno en la corriente de descarga gaseosa durante la puesta en marcha y/o la parada es determinado por un dispositivo de medición antes o después del reactor adicional y la medición sirve como parámetro de control para regular la cantidad de agente reductor que se añade a la corriente de descarga gaseosa.

4. El proceso tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que la temperatura en el reactor adicional, al menos durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta de ácido nítrico, varía en el rango comprendido entre 100 y 600 °C.

5. El proceso tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado por que la corriente de descarga gaseosa de la planta de ácido nítrico durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta se hace pasar por la turbina de gas residual y se hace pasar por el reactor adicional que está conectado en paralelo con la turbina de gas residual, y por que la descarga gaseosa, después de fluir a través del reactor adicional y después de reducir el contenido de óxidos de nitrógeno, se envía a la chimenea.

6. El proceso tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado por que la' presión en el reactor adicional, al menos durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta, varía en el rango comprendido entre 0.9 y 3 bar.

7. El proceso tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado por que las velocidades espaciales en el reactor adicional varían en el rango comprendido entre 2000 y 200000 h_1.

8. El proceso tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado por que la corriente de descarga gaseosa durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta de ácido nítrico se calienta antes de que entre en el reactor adicional.

9. Una planta de ácido nítrico para llevar a cabo el proceso tal como se ha reivindicado en la reivindicación 1, que comprende al menos los siguientes elementos: A) oxidación de amoníaco, B) torre de absorción para producir ácido nítrico a partir de los NOx formados en la combustión del amoníaco por reacción con agua, C) depuración de gas residual para el funcionamiento en régimen permanente, que está diseñada para eliminar los óxidos de nitrógeno de la descarga gaseosa durante el funcionamiento en régimen permanente, D) turbina de gas residual, y E) reactor adicional para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa que está presente y/o se genera en la planta de ácido nítrico durante su puesta en marcha y/o parada, estando dicho reactor adicional diseñado para reducir el contenido de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa durante la parada y/o la puesta en marcha de la planta de ácido nítrico, y F) el reactor adicional en la trayectoria de flujo de la descarga gaseosa a través del reactor que comprende al menos un catalizador para reducir NOx con un agente reductor, o al menos un catalizador para reducir NOx con un agente reductor y al menos un catalizador para reducir N20 con un agente reductor, y/o un catalizador para descomponer N20 en nitrógeno y oxígeno, y G) se proporciona al menos una entrada para introducir un agente reductor para los óxidos de nitrógeno en la corriente de descarga gaseosa, donde dicha entrada accede al conducto de la corriente de descarga gaseosa antes de que entre en el reactor adicional, visto en la dirección del flujo.

10. La planta de ácido nítrico tal como se ha reivindicado en la reivindicación 9, caracterizada por que comprende un dispositivo de medición I) que determina el contenido de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa antes o después del reactor adicional F).

11. La planta de ácido nítrico tal como ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizada por que se proporciona un dispositivo de calentamiento J), con el cual se puede incrementar la temperatura de la descarga gaseosa antes de que entre en el reactor adicional.

12. La planta de ácido nítrico tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 9-11, caracterizada por que se conectan una turbina de gas residual E) y un reactor adicional F) en paralelo, y la trayectoria de la corriente de descarga gaseosa durante el funcionamiento en régimen permanente y durante la puesta en marcha y/o la parada de la planta es controlada por dos válvulas K) colocadas en la trayectoria del flujo de la descarga gaseosa antes de la turbina de gas residual E) y en la trayectoria de flujo de la descarga gaseosa antes del reactor adicional F).

13. La planta de ácido nítrico tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 9-12, caracterizada por que se puede utilizar una válvula L) situada en la entrada H) para controlar la cantidad de agente reductor que se suministra a la descarga gaseosa.

14. La planta de ácido nítrico tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 9-13, caracterizada por que el volumen del reactor adicional F) varia en el rango comprendido entre 0.01 m3 y 10 m3. RESUMEN Proceso para reducir la concentración de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa en una planta de ácido nítrico que funciona a presión y que está equipada con una depuradora de gases residuales, durante la parada y/o la puesta en marcha de la planta, donde la depuradora de gases residuales está diseñada para eliminar los óxidos de nitrógeno de la descarga gaseosa durante el funcionamiento en régimen permanente. El proceso se caracterizada por que, durante la puesta en marcha y/o durante la parada de la planta de ácido nítrico, se hacen pasar la descarga gaseosa que contiene óxidos de nitrógeno presurizada procedente de la planta de ácido nítrico y un agente reductor gaseoso para los óxidos de nitrógeno por un reactor que contiene un catalizador, donde dicho reactor se proporciona además del reactor de purificación del gas residual, y se caracteriza por que el contenido de NOx en la descarga gaseosa se reduce mediante reducción catalítica, o por que el contenido de NOx en la descarga gaseosa se reduce mediante reducción catalítica y el contenido de N20 en la descarga gaseosa se reduce mediante reducción catalítica y/o mediante descomposición catalítica en el reactor adicional. Además, se describe una planta de ácido nítrico para llevar a cabo este proceso. Utilizando el proceso o utilizando la planta, se puede obtener una puesta en marcha y una parada incoloras de las plantas de ácido nítrico sin problemas, y el contenido de óxidos de nitrógeno en la descarga gaseosa durante la puesta en marcha y/o la parada se puede reducir sustancialmente.