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Producción Industrial de ácido nítrico

Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá
by

Lizeth Ortiz Reyes

on 8 November 2013

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Transcript of Producción Industrial de ácido nítrico

IMPACTO AMBIENTAL
PRODUCCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO
USOS, APLICACIONES Y MERCADO
DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO
HNO3
ÁCIDO NÍTRICO
Agente oxidante muy fuerte
Ataca metales nobles como el cobre y la plata
Aunque no el oro ni el platino.
Interviene de dos formas diferentes en las reacciones dependiendo de su concentración:
PROPIEDADES QUÍMICAS
PRODUCCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO
Sustancia muy corrosiva e irritante de ojos, piel, tracto respiratorio y tracto digestivo.
INFORMACIÓN SOBRE EFECTOS EN LA SALUD
Puede causar lesiones y quemaduras severas si no se lava a tiempo. Entre los síntomas se incluyen enrojecimiento, dolor y quemaduras.
La inhalación de humos y gases causa severa irritación del conducto respiratorio superior causando tos, inflamación y quemaduras en la garganta, dificultad en la respiración, respiración entrecortada.
La ingestión de este producto causa severas quemaduras y dolor a las membranas mucosas de la boca, garganta, esófago y el estómago. Se presenta dificultad en la respiración.
Fórmula: HNO3
CAS: 7697-37-2
Número UN: 2031
Clase de riesgo principal UN: 8 (Corrosivo)
ÁCIDO NÍTRICO
Forma concentrada
Forma diluida
No se ha clasificado dentro del grupo de sustancias que tienen algún riesgo en la evolución de cáncer en seres humanos.
Otros datos...
Esta no es una sustancia inflamable pero puede inducir a otras sustancias a generar fuego o explosiones.
La exposición repetida o prolongada a nieblas o a vapores de alta concentración de ácido nítrico pueden causar erosión de los dientes.
- Posee un olor irritante muy fuerte en concentraciones altas.

-El ácido nítrico se descompone por el calentamiento formando agua, oxígeno y dióxido de nitrógeno.
- Es un ácido fuerte, corrosivo y de vapores sofocantes.
- Su forma en la naturaleza corresponde a sales del tipo (X(NO3)n) y no a su forma ácido debido a la alta reactividad.
USOS Y APLICACIONES
NITRATO DE AMONIO
NITRATOS DE POTASIO Y FÓSFORO
FERTILIZANTES
MANUFACTURA DE OTROS NITRATOS
2.5 %
17.5 %
APLICACIÓN INDUSTRIAL
Para la producción de nitrobenceno, diisocianato de tolueno y ácido adípico
20 %
80%
APLICACIÓN INDUSTRIAL
FERTILIZANTES
60%
20%
El ácido nítrico es uno de los ácidos mas importantes de la industria
APLICACIONES INDUSTRIALES
METALURGIA
En la refinación de metales y en la recuperación de minerales metálicos.
Producción de fertilizantes
Usado en la acidificación de roca fosfórica y manufactura de soluciones de nitrógeno para uso en la industria de fertilizantes
EXPLOSIVOS
Usado en la síntesis orgánica en la manufactura de agentes nitrantes y oxidantes, nylon, espumas, lubricantes, insecticidas, colorantes, explosivos, películas fotográficas, céramicas, farmacéuticos, lacas y derivados de la celulosa.
Reactivo de laboratorio
Usado como reactivo de laboratorio; usado en la industria de la pulpa de madera
Cuando se mezcla el ácido nítrico con el ácido clorhídrico forma el agua regia, un raro reactivo capaz de disolver el oro y el platino.
PROCESO DE OSTWALD
PROCESO INDUSTRIAL DE OSTWALD
COMBUSTIÓN CATALÍTICA
Conversión de amoníaco superior al 98%.

La reacción es catalizada por platino y rodio a 900 °C.

Debido a las altas temperaturas se debe poner una malla con paladio para recuperar el óxido de platino producido en la reacción.
El monóxido de nitrógeno se enfría y se envía a una torre de absorción produciendo NO2 y N2O4.
ABSORCIÓN DE NITRÓGENO
El gas es enviado a una torre de absorción donde hay un intercambio cruzado con agua para producir la reacción.

La cinética de esta reacción es complicada de modelar debido a la cantidad de compuestos involucrados (NO, NO2, N2O3, N2O4, etc).
CONDICIONES DE OPERACIÓN
PRODUCCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO
PROCESO DE OSTWALD
ÁCIDO DÉBIL
ÁCIDO CONCENTRADO
Presión simple
Presión dual
Proceso directo
Proceso indirecto
Los procesos que usan torres de absorción con agua para generar ácido nítrico no pueden lograr concentraciones de ácido mayores que el 68% o 69% debido a la presencia de un azeótropo del agua y el ácido nítrico en este punto. Para generar ácido de concentraciones mayores se puede seguir una de dos metodologías, la directa o la indirecta
Los óxidos de nitrógeno totalmente oxidados pueden seguir dos vías para producir ácido nítrico concentrado
Absorber los óxidos en ácido nítrico concentrado que luego reacciona con ácido débil para generar más ácido concentrado
Enriquecimiento de ácido nítrico azeotrópico con los óxidos de nitrógeno hasta producir un ácido de mayor concentración que la azeotrópica.
Se usa destilación extractiva
¿y cómo funciona este proceso?
La deshidratación se realiza en una torre donde se alimenta en la parte superior uno de los deshidratantes y en algún punto lateral el ácido nítrico diluido en estado vapor.
Se puede obtener ácido nítrico por dos vías
Se usa el ácido sulfúrico con una concentración mínima de 80%
¿Con qué fin?
La idea fundamental de esta tecnología es aprovechar la mayor afinidad existente entre el agua y otro material que entre el agua y el ácido nítrico.
Proceso de ácido sulfúrico
Proceso de nitrato de magnesio
Soluciones de nitrato de magnesio de concentración del 72%
¿Qué concentración se usa?
Deshidratar ácido nítrico azeotrópico
Las soluciones deshidratantes se reconcentran y se alimentan de nuevo al proceso y la corriente de ácido nítrico concentrado se pasa por un condensador y un desaireador para su acondicionamiento final
El proceso industrial mas frecuente para la producción del ácido nítrico está basado en la oxidación catalítica del amoniaco, proceso patentado por vez primera por el químico Wilhelm Ostwald, en 1902
La cinética de esta reacción es de tercer orden.

Ésta se ve favorecida a bajas temperaturas
OXIDACIÓN DE MONÓXIDO DE NITRÓGENO
Combustión catalítica
La oxidación es llevada a cabo a la misma presión que la absorción.
No se requiere de compresión de gas nitroso.
Se trabaja a media o alta presión.
Por lo general, mediante este proceso el producto obtenido es ácido nítrico diluido de una concentración máxima del 55% y una promedio del 54%
¡El ácido nítrico diluido es más corrosivo que el concentrado!
La absorción es llevada a cabo a mayor presión que la oxidación.
Un compresor de gas nitroso aumenta la presión desde el inicio del proceso (oxidación de amoniaco) hasta el final (absorción).
Luego por medio de una destilación obtener ácido nítrico concentrado y ácido nítrico azeotrópico.
Oxidación de amoniaco...
La producción de ácido nítrico a través de este proceso incluye la oxidación del amoniaco, previamente tratado para eliminar agua e impurezas, con aire atmosférico acondicionado
Se genera una corriente que contiene:
La eficiencia de generación de ácido y de aprovechamiento de la energía de los diferentes tipos de procesos empleados se encuentra relacionada de una manera muy fuerte con la presión a la que se lleve a cabo la combustión del
amoniaco con el aire y de la presión en la que se efectúe el proceso de absorción de los óxidos de nitrógeno en el agua
óxidos de nitrógeno
vapor de agua
material no reactivo o sin reaccionar
Acondicionamiento de la corriente
Puede consistir en:
Variaciones de temperatura
Variaciones de presión
O los dos (T y P)
¿Y qué sucede con la eficiencia del proceso?
Presiones del orden de 550 kPa
Presión de 550 kPa en la oxidación catalítica y presiones altas ( 1 MPa) en la sección de absorción.
El ácido nítrico en intervalos de concentraciones de 55% a 60% se usa aquí como materia prima en la producción de fertilizantes nitrogenados
PANORAMA ECONÓMICO MUNDIAL
Consumo mundial de ácido nítrico - año 2010
Europa Occidental, China, la antigua Unión Soviética, Europa Central y Estados Unidos dominan las estadísticas del mercado
Europa, USA, USSR, China: 49’200.000 TM
Producción promedio anual de ácido nítrico
Mundo: 60’000.000 TM
Europa 20’000.000 TM
PANORAMA NACIONAL
Fuente: http://www.ihs.com/es/mx/products/chemical/planning/ceh/nitric-acid.aspx
Estado Actual de la Industria Nacional de Nitrogenados
Abocol S.A
(Cartagena)
Produce 115.000 TM/Año de amoníaco, del cual exporta aprox. 25.000 TM/Año.

El restante lo consume internamente en la producción de ácido nítrico, fertilizantes, compuestos NPK, nitrato de amonio en solución (53%), para explosivos en El Cerrejón
Ferticol
(B/bermeja)
Produce 55 TM/Día de amoníaco , con las cuales puede producir 8.000 TM/Año de Urea ( generalmente fuera de servicio ) y 22.000 TM/A de Nitrato de Amonio Grado Agrícola (Nitron 26) sólido, y en Solución.
Efectúa ventas menores nacionales de Amoniaco del orden de 5000 TM/Año.
Monómeros S.A
Importa de Venezuela / Trinidad Tobago hasta 80,000 TM/Año de amoniaco para producir ácido nítrico y fertilizantes NPK.
Panorama nacional
IMPACTO AMBIENTAL DEL USO Y PRODUCCIÓN DEL ÁCIDO NÍTRICO
¿Cuál es el principal problema ambiental que se conlleva usar o producir ácido nítrico?
El principal problema lo constituyen
LOS GASES LIBERADOS
¿Por qué son un problema estos gases?
Porque estos gases están constituidos principalmente por monóxido (NO) y dióxido (NO2) de nitrógeno, que son sustancias muy tóxicas por vías respiratoria y cutánea.
El tratamiento de gases de emisión continua producto de la descomposición o generación del ácido nítrico se desarrolla en torres de absorción con agua donde las principales variables que se tienen en cuenta para el diseño corresponden a la presión y temperatura de operación y las presiones parciales de los óxidos de nitrógeno y oxígeno en la corriente gaseosa.
Se hacen reaccionar con otras sustancias en ciertas condiciones
Cuando sufren procesos de calentamiento excesivo
En especial cuando estos gases...
O cuando se emiten el en proceso de producción
Hoy en día, todas las plantas de producción de ácido nítrico modernas incluyen operaciones de recuperación de emisiones de óxidos de nitrógeno.
La recuperación se realiza con métodos denominados de absorción mejorada, de depuración química, de reducción catalítica y de adsorción.
Fuente: Elvers B, Hawkins S y otros; Ullmans Encyclopedia of Industrial Chemistry; Volumen 17; Quinta edición completamente revisada; Editorial VCH; New York, U.S.A.; 1989.
¿Y cómo afecta el ácido nítrico en el ambiente?
El ácido nítrico es un contaminante ambiental
Los óxidos de nitrógeno que son emitidos durante procesos industriales, o bien por la combustión del carbono o de derivados del petróleo en las centrales termoeléctricas, son considerados contaminantes del medio ambiente
La contaminación del aire no mira fronteras, por lo tanto este fenómeno de lluvia ácida es muy difícil de controlar ya que muchas veces ocurre a cientos de kilómetros de las fuentes de contaminación.
Forma lluvia ácida
Al combinarse los óxidos de nitrógeno con el vapor de agua presente en la atmósfera forma ácido nítrico y precipita en forma de lluvia ácida.
Es un deber de todos velar por disminución de los contaminantes atmosféricos
La lluvia ácida destruye bosques y reduce el pH de los lagos matando los huevos de los peces y otras formas de vida acuática
EN CONCLUSIÓN
El ácido nítrico se produce industrialmente por el proceso Ostwald, el cual involucra tres pasos principales:
Combustión catalítica
Oxidación de NO
Absorción de NO2
El ácido nítrico es un agente oxidante muy fuerte, no es inflamable pero puede inducir a otras sustancias a generar fuego o explosiones.
Se debe tener precaución al usar este ácido ya que tiene varios efectos nocivos sobre la salud.
El principal uso que se le da al ácido nítrico es en los fertilizantes, seguido de aplicaciones industriales tales como manufacturas de otros nitratos, en la metalurgia, industria del papel, etc.
Los mayores consumidores son Europa Occidental, la antigua Unión Soviética, Europa Central y Estados Unidos.
En Colombia, la producción de nitratos de amonio solo cubre el 30% del país, y si no se desarrolla la producción de NH3, la producción de fertilizantes de NPK dejará de ser competitiva.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
DISEÑO DE PROCESOS QUÍMICOS Y BIOQUÍMICOS
Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá
Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Facultad de Ingeniería
Julio César Jinete Gómez
Lizeth Nayibe Ortiz Reyes
Juan Camilo Gordillo Beltrán
Darwin Arley Rodríguez Medina
Holman Arley Sanabria Castro
Jeferson Antonio Ramírez Ruíz
Grupo 4
Noviembre 2013
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
WIESENBERGER, H, “State of the art for the production of nitric acid with regard to the IPPC directive”, Viena, 2001
Editores: Elvers B, Hawkins S y otros; Ullmans Encyclopedia of Industrial Chemistry; Volumen 17; Quinta edición completamente revisada; Editorial VCH; New York, U.S.A.; 1989.
REFERENCIAS EN INTERNET
• http://chemistry.slss.ie/resources/downloads/ch_cw_nitricandcan.pdf
• http://resources.schoolscience.co.uk/johnsonmatthey/page8.htm
• http://www.100ciaquimica.net/temas/tema11/punto4.htm
• http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/351204/351204_eco.htm#INFORMACION ECONOMICA.
• http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/351204/351204_alt.htm#ALTERNATIVAS TECNOLOGICAS AMBIENTALMENTE SANAS.
• http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/351204/351204_ee.htm
• http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/351204/351204_frames22.htm
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