UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y FORMALES

ESCUELA PROFESIONAL DE QUIMICA

CURSO: PETROQUIMICA

Tema ácido nítrico

TERCER SEMINARIO

PERTENECE A:

TONY ELVIS MONTALVO CORIMANYA

AREQUIPA-PERU

2015

Procesos industriales: fabricación de ácido nítrico

el ácido nítrico interviene en numerosas reacciones químicas. Lo hemos utilizado en

múltiples ejercicios de ácido base por sus propiedades, obviamente, ácidas, y también lo

hemos usado en numerosos ejercicios de reacciones redox por las propiedades oxidantes del

ión nitrato. De hecho, se trata de un producto muy utilizado tanto a nivel industrial como a

nivel de análisis de laboratorio.

las diferentes reacciones que se dan en el proceso, la producción de ácido nítrico se resume

por la siguiente reacción global.

NH3 (g) + 2O2 (g) → HNO3 (aq) + H2O (l)

Para obtener el ácido nítrico puro (concentración del 100%), se usa la reacción entre el

nitrato sódico y el ácido sulfúrico concentrado en caliente. Es decir:

NaNO3 + H2SO4 <–> NaHSO4 + HNO3

Aunque se trata de una reacción reversible. El ácido nítrico producido se halla en forma

gaseosa, por lo que, al desprenderse, el equilibrio se va desplazando a la derecha por el

principio de Le Chatelier. Estos vapores desprendidos de ácido nítrico son posteriormente

condensados, por lo que tenemos un ácido nítrico líquido y totalmente puro.

A pesar de que una cantidad apreciable de ácido nítrico es sintetizado a una concentración

cercana al 100%, es más habitual sintetizarlo en concentraciones inferiores, generalmente

entre el 50 y el 70%. En un laboratorio químico, es frecuente que se utilice un ácido nítrico

al 65% para aplicaciones como, por ejemplo, la determinación de metales en aguas por ICP

(plasma de acoplamiento inducido).

Fabricación industrial por el método de Ostwald.

Éste es el proceso industrial de síntesis de ácido nítrico más común, y consiste en la

oxidación catalítica del amoníaco a monóxido de nitrógeno (se usa como catalizador platino

con un pequeño porcentaje de paladio o rodio), con una posterior oxidación del mismo a

dióxido de nitrógeno para, finalmente, reaccionar con agua, produciendo ácido nítrico. Las

tres reacciones especificadas son:

4NH3 + 5O2 –> 4NO + 6H2O Catalizada por platino a 800ºC

2NO + O2 –> 2NO2

3NO2 + H2O –> 2HNO3 + NO

El NO producido en la última reacción se recicla, volviendo a la cámara de reacción para

producir NO2 a partir de la segunda reacción.

Curiosamente, lo que más encarece el proceso de producción de ácido nítrico por medio del

método de Ostwald es que una pequeña cantidad del platino utilizado como catalizador se

va perdiendo por oxidación, pasando a PtO2. Se necesitan en torno a 50 toneladas anuales

de platino para reponer el que se va perdiendo por oxidación..

Otras entradas relacionadas:

Fabricación de ácido sulfúrico (I): método de las cámaras de plomo

Fabricación de ácido sulfúrico (II): método de contacto

Producción industrial de amoníaco:

Descripción del Producto

El ácido nítrico (HNO3) es un ácido fuerte y poderoso agente oxidante, muy importante en

la industria debido a que posee un sinnúmero de aplicaciones en procesos de

producción .Es un líquido incoloro a temperatura ambiente y presión atmosférica, es

soluble en agua en todas las proporciones, ionizándose casi completamente y liberando

calor por dilución. Esta solubilidad es la que determina los métodos de producción para la

fabricación comercial de ácido nítrico. Es un agente oxidante fuerte que ataca la mayoría de

los metales como el mercurio, cobre y plata (no así al platino o al oro), teniendo la facultad

de crear una en algunos metales como el hierro y el aluminio .Una de las propiedades

físicas más importantes del ácido nítrico es la formación de una zoótropo con agua, lo que

influye en las técnicas de producción de ácido nítrico concentrado o puro. Esto ocurre a

121,9°C para una concentración en peso de 68,4% de ácido nítrico a presión atmosférica

PROCESO DE FABRICACCION

El ácido nítrico puede ser producido mediante los siguientes métodos:-

Utilizando ácido sulfúrico sobre el nitrato de sodio.

-En un arco eléctrico, sintetizando directamente por la combinación de nitrógeno y oxígeno

atmosférico.

-Mediante la oxidación del amoníaco a través de una reacción catalítica, utilizando platino

como catalizador, el cual corresponde al proceso con el que se trabajará en el presente

proyecto.

Como se mencionó anteriormente, el ácido nítrico forma un a zeótropo con agua

aproximadamente a 68% en peso, por lo que si se necesita ácido nítrico más concentrado,

los métodos más tradicionales para su concentración son la destilación extractiva con

agentes deshidratantes como ácido sulfúrico o nitrato de magnesio ó reacción con óxido de

nitrógeno adicional, siendo la segunda la opción mas ampliamente usada en la industria.

Abonos: Para la fabricación de nitratos, los cuales se emplean como fertilizantes. Los

abonos nitrogenados más consumidos son el nitrato sódico (NaNO3) y el nitrato potásico

(KNO3).Tintas: Se utiliza para la fabricación de colorantes artificiales, requeridos para la

industria fotográfica en grandes cantidades.

-Otros usos: Fabricación de medicamentos y productos farmacéuticos; oxidante encohetes

de combustible líquido; en química como reactivo de laboratorio; para purificación de

metales preciosos (oro, plata, platino) y baños de limpieza en la industria acerera;

fabricación de fibras sintéticas (Nylon) y de resinas.

PRODUCCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO

En el artículo previo expliqué de forma genérica cuales son las características principales del ácido nítrico así como varias de las aplicaciones que posee este ácido en cuestión. Además de ello presenté una pequeña introducción a los fundamentos de la producción de ácido nítrico que son explicadas a detalle en este artículo de forma clara y explicita.

Dicho esto, el proceso para la obtención de ácido nítrico débil se compone de las siguientes etapas:

1. Oxidación del amoniaco anhidro con aire a óxido nítrico.

2. Oxidación del óxido nítrico para formar dióxido de nitrógeno

3. Absorción en agua del nitrógeno dióxido para dar una disolución de ácido nítrico.

A partir de un balance de las diferentes reacciones que se dan en el proceso, la producción de ácido nítrico se resume por la siguiente reacción global.

NH3(g) + 2O2(g) → HNO3(aq) + H2O(l)

En la práctica, estos tres pasos del proceso pueden llevarse a cabo de diferentes maneras, lo que resultas en varios procesos diferentes de producción. Las plantas modernas de ácido nítrico están diseñadas de acuerdo a procesos de mono-presión y presión dual. Las peculiaridades de un sistema y otro las analizaré un artículo posterior a este.

Oxidación catalítica del amoniaco

La primera etapa de la ruta de sintesis consiste en la oxidación del amoniaco cuya eficiencia es un factor clave.

El procedimiento consiste en hacer reaccionar en el reactor catalítico una mezcla de amoniaco y aire enriquecido en oxígeno para obtener selectivamente óxido nítrico, siguiendo la siguiente reacción:

4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)

El reactor catalítico, son necesarias una serie de etapas, tal como se aprecia en la Figura 1.

Figura 1. Diagrama de bloques de las etapas previas al proceso de oxidación.

PROCESO DE PRODUCION DE ACIDO NITRICO

El método que se utilizará para la producción del ácido nítrico es el proceso Ostwald. Este se lleva a cabo en tres pasos:

-Oxidación de amoniaco con aire en exceso en presencia de un catalizador de platino, obteniendo monóxido de nitrógeno.

-Oxidación del monóxido de nitrógeno a dióxido de nitrógeno

-Absorción del gas en agua dando como resultado el ácido nítrico

El amoniaco una vez vaporizado y filtrado, se une a la corriente de aire, que también ha sido previamente filtrado y comprimido (aprovechando la potencia generada en la turbina de gas y vapor). Cuando la mezcla amoniaco/aire contiene un 10,2% de amoniaco (ratio adecuado para maximizar la formación de NO) esta se pone en contacto con el catalizador, dando lugar a una reacción muy rápida (con una velocidad espacial de 60.000-600.000h-1) y exotérmica (-226 kJ/mol).

Figura 4. Etapas a la salida del reactor catalítico.

En el condensador se alcanzan temperaturas de 40-50°C y se convierte el 50% del monóxido de nitrógeno en dióxido de nitrógeno (que está en equilibrio con su dimero N2O4) sin presencia de catalizadores, segun la siguiente reacción:

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

El calor de combustión de la reacción es de -56 kJ/mol. Esta reacción homogénea es altamente dependiente de la temperatura y presión del proceso. Operando a bajas temperaturas y altas presiones se promueve la producción de NO2 dentro de un tiempo de reacción mínimo.

En las condiciones más frías del condensador, el agua formada en la oxidación de amoniaco se condensa y absorbe algo del dióxido de nitrógeno para formar ácido nítrico. La corriente a la salida del condensador se alimenta a la columna de absorción.

Absorción del dióxido de nitrógeno

La corriente a la salida del condensador se bombea hasta el fondo de la torre de absorción mientras que el agua desionizada se alimenta a contracorriente. También se introduce una corriente de aire en la columna para oxidar el NO que no se ha convertido a NO2.

La reacción de oxidación ocurren entre los platos de la columna mientras que la reacción de absorción (que se muestra a continuación) tiene lugar en los platos.

3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3 (g) + NO(g)

De forma corriente se obtiene una disolución acuosa por fondo de columna con un 55-65% de ácido nítrico. La concentración de ácido puede variar entre 30% y 68% (debido al azeótropo formado con el agua). La concentración de ácido a la salida de la columna depende de la temperatura, presión, número de etapas de absorción y la concentración de óxido nítrico a la entrada del absorbedor.

Para maximizar el rendimiento, la temperatura se mantiene baja (a unos 50°C) y la presión elevada (9-10 atm). La absorción del nitrógeno dióxido en agua para formar ácido nítrico tiene un rendimiento del 99,9% por lo que el rendimiento global a partir del amoniaco fluctúa en torno al 95%; se consumen unos 300kg de amoniaco por tonelada de ácido nítrico.

En la torre se utilizan platos perforados o burbujeadores de alta eficiencia. El espaciado entre platos aumenta progresivamente de la parte inferior a la parte superior del absorbedor. Muchas de los bandejas están equipadas con serpentines de enfriamiento internos para eliminar el calor de reacción (ya que la reacción es ligeramente exotérmica). La sección de absorción puede estar formada por una o más o más columnas.

La disolución de ácido a la salida de la sección de absorción es rica en óxidos de nitrógeno disueltos de modo que esta pasa a una torre de blanqueo en el que se pone en contacto con un flujo de aire a contracorriente. La corriente de aire y los óxidos de nitrógeno que se han despojado se unen a los gases de salida de la sección de enfriamiento y se reciclan a la sección de absorción.

El gas de cola del absorbedor se alimenta a un separador de arrastre para retirar las nieblas ácidas. Tras ello, el gas es recalentado aprovechando el calor desprendido por la oxidación del amoniaco hasta aproximadamente 200°C. En una última etapa el gas (una vez reducida la concentración de óxidos de nitrógeno) se expande en una turbina, pudiendo ser aprovechado la energía obtenida para accionar el compresor.

Planta Ácido Nítrico

Tabla 8: Resultados balance global

Con estos resultados se logra conocer la cantidad de materias primas requeridas en elproceso (amoniaco y aire), además de lo que se debe reponer durante la operación (agua), conel fin de obtener la producción de ácido nítrico especificada.Balance por Equipos

UBICACIÓN DEL SITIO

En la Figura 3-1 se muestra una vista general de la bahía con el polígono (color fucsia) que

identifica a la ubicación del terreno en donde se desarrollaría el proyecto Nitratos del Perú.

Figura 3-1 Ubicación General del proyecto Nitratos del Perú.

JUSTIFICACIÓN DE LA LOCALIZACIÓN

Los criterios que se fijaron para identificar sitios que permitían satisfacer los requisitos técnicos, ambientales, sociales y económicos de ubicación del proyecto fueron:

• Zona industrial.

• Proximidad al ducto de gas natural.

• Facilidades de captación de agua de mar para utilizarla en circuito de enfriamiento.

• Condiciones oceanográfica para la instalación de un ducto y plataforma marítima,

De aproximadamente 40 m2 que permita la carga y descarga de amoníaco criogénico

(-33°C) en naves de hasta 24,000 t de carga neta.

• Disponibilidad de sitios eriazos y planos para la ubicación de las plantas.

Estudio de Impacto Ambiental y Social Proyecto Nitratos del Perú 3-3

• Factibilidad legal de saneamiento y adquisición del sitio elegido, sin riegos de invasiones.

• Distancias a centros poblados conforme a ley para construir y operar el proyecto.

• Proximidad a ciudades donde se disponga de entidades educativas, servicios de salud, lugares de alojamiento, ambientes recreativos y servicios varios para las personas que trabajen en el

proyecto tanto en su etapa de construcción como de operación del mismo.

• Proximidad de servicios varios tales como talleres electro-mecánicos, de abastecimiento y transporte de materiales e insumos, así como servicios de alimentación, mantenimiento, aseo ,jardines y otros.

• Vías de acceso que permitan una expedita distribución de los productos a todo el país.

• Antecedentes de fisiografía, hidrografía, biodiversidad y clima de la Costa Central del Perú. El proceso se desarrolló en las siguientes etapas:

• Revisión de la información disponible en bases de datos existentes.

• Preparación de un listado de lugares teóricamente factibles.

• Identificación de sitios disponibles.

• Selección de alternativas potencia

SÍNTESIS DE AMONIACO

El compresor de síntesis tiene tres etapas de compresión: etapa 1, etapa 2 y reciclado. Los gases de proceso en el circuito de síntesis recirculan en el circuito de amoníaco enriquecido, entre el convertidor de síntesis y el recipiente de eliminación de amoníaco. El amoníaco está compuesto por 3 moléculas de hidrogeno y 1 molécula de nitrógeno. Esta reacción genera calor así que bajas temperaturas favorecerán la reacción. Sin embargo la temperatura se mantiene alta para conseguir una generación rápida de un pequeño porcentaje de amoníaco seguido de una rápida sacada de más del 90% del amoníaco después de formado.

PLANTA DE ACIDO NITRICO

A continuación se describen los equipos principales (Ver Figura 3-8).

• Compresor de aire.

• Turbina de vapor.

• Reactor para el proceso de combustión del amoníaco.

• Caldera recuperadora de calor.

• Unidades de enfriamiento del gas del proceso.

• Torre de absorción.

• Reactor para abatimiento de gases nitrosos en el gas de cola.

• Turbina de gas de cola.

• Tanque de almacenamiento

Para la elaboración del ácido nítrico será necesario mezclar amoníaco refrigerado y aire a una temperatura de aproximadamente 900°C, luego de una reacción química, se obtiene el ácido nítrico.

Este se almacena en tanques para su uso interno .El ácido nítrico se produce mediante tres procesos químicos: un proceso de oxidación catalítica del amoníaco a alta presión para producir óxido nítrico (NO), oxidación del óxido nítrico a nitroso

(NO2), y absorción del óxido nitroso en agua para producir el ácido nítrico a 60% de concentración.

El amoníaco anhidro para la reacción, será bombeado desde los tanques de almacenamiento a una temperatura de –33°C y a una presión de 15 bar (abs.) para luego ser vaporizado,

Sobre calentado a 90ºC y filtrado para remover pequeñas cantidades de aceite y partículas.

Posteriormente es mezclado con aire comprimido a 10 bar; esta mezcla tiene un contenido

aproximado de 10% de amoníaco en volumen. La mezcla “amoníaco-aire” se introduce a un reactor a presión, que contiene las mallas del

catalizador platino - rhodio a 900ºC, donde la reacción de oxidación del amoníaco toma lugar con producción del óxido nítrico que posteriormente se oxida a óxido nitroso y finalmente es transformado en ácido nítrico en una torre de absorción con platos perforados en presencia de agua.

BIBLIOGRAFIA

http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/DGGAE/ARCHIVOS/estudios/EIAS%20-%20hidrocarburos/EIA/nitratos/3.0%20Descripcion.pdfB