2. COMPARACIÓN DE PROCESOS PARA OBTENER NITRATO DE AMONIO Y
2.1. Procesos para la manufactura de nitrato de amonio granular
Existen diversos procesos para obtener industrialmente nitrato de amonio granulado, estos están basados en diferentes combinaciones de métodos de neutralización de las materias primas, evaporación, granulación y secado. Los métodos presentados a continuación son los más representativos en esta industria.
2.1.1. El proceso NSM para obtener nitrato de amonio granular
El diagrama de flujo del proceso se visualiza en el anexo 2 figura 12.
El proceso se inicia a partir de las materias primas, ácido nítrico y amoniaco. El proceso consta principalmente de un neutralizador, un granulador de lecho fluido y la etapa de recubrimiento. El neutralizador opera a una temperatura entre 170 °C y 180 °C y a una presión de 400 – 500 kPa, produciendo una solución de 70-80% de nitrato de amonio la misma que se concentra en una unidad a vacío, que está diseñada para producir una solución al 97% de AN y contiene aprox. 1,6% de nitrato de magnesio como un estabilizador.
El granulador comprende tres cámaras de granulación, la primera donde la solución se pulveriza, seguido por una sección de enfriamiento y la última donde la solidificación se completa. El producto descargado del granulador se tamiza hasta el tamaño deseado y se almacena. [1][17]
a) Ventajas:
El vapor de proceso utilizado es el mismo que ingresa con el ácido nítrico, reduciendo el consumo de agua.
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Mínimas emisiones de nitrato de amonio y amoniaco, con el vapor de agua que se libera a la atmósfera.
No existe liberación de efluentes líquidos. b) Desventajas:
El reactor debe ser presurizado incrementando su costo.
Requiere producción de vapor adicional.
2.1.2. El proceso AZF para obtener nitrato de amonio granular
El diagrama de flujo del proceso se visualiza en el anexo 2 figura 13.
Este proceso permite la obtención de gránulos de nitrato de amonio de 33,5% N, utilizando amoniaco y ácido nítrico al 55-63 %. El proceso requiere de un reactor tubular, un separador, dos evaporadores y una torre prilling. Las materias primas son alimentadas al reactor, donde se lleva a cabo la neutralización a una temperatura de 180 – 185 °C y una presión entre 300 – 500 kPa. La solución del reactor es alimentada a presión atmosférica al separador, donde se concentra el nitrato de amonio hasta un 95 %.
La solución de nitrato de amonio al 95% se alienta al primer evaporador, donde se concentra hasta un 97,5%, una corriente es alimentada a un tanque de mezcla donde es estabilizada con un relleno calcáreo, el resto de la solución de nitrato de amonio es alimentada al segundo evaporador donde se concentra hasta un 99,8%, para luego ser alimentada a una torre prilling que opera a una temperatura de 90 – 100 °C. El producto del prilling es enviado a un secador rotatorio donde también es ingresada la solución estabilizada de nitrato de amonio, a fin de que esta se impregne en la superficie de los gránulos. Los gránulos son clasificados, el undersize y el polvo de nitrato de amonio se recicla a fin de incrementar el rendimiento del proceso. [11] [13]
a) Ventajas:
Utiliza todo el vapor de proceso que ingresa con la materia prima.
Limita la descomposición del nitrato de amonio. b) Desventajas:
Requiere gran cantidad de vapor de proceso externo.
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Requiere gran número de equipos incrementando sus costos de manufactura.
El reactor opera a presión, lo que incrementa su costo.
2.1.3. El proceso UHDE para obtener nitrato de amonio granular El diagrama de flujo del proceso se visualiza en el anexo 2 figura 14.
En este proceso se produce nitrato de amonio de 33,5 %N a partir de amoniaco gaseoso y ácido nítrico acuoso (60%), en un reactor de neutralización. La reacción tiene lugar en una solución de nitrato de amonio que ya se ha formado y que pasa a través del reactor por circulación natural o forzada.
El reactor opera a una presión de 50 – 120 kPa, y a una temperatura de 130 – 150 °C para evitar que la solución de nitrato de amonio alcance su temperatura de ebullición. Después de salir del reactor, la solución de nitrato de amonio se alimenta al evaporador flash, seguido de un evaporador donde se concentra al 97 % en peso. La solución concentrada pasa al proceso de granulación en una torre prilling, los gránulos producidos en esta etapa son secados en un secador de tambor rotatorio. Los gránulos secos se tamizan, el producto ingresa a un enfriador donde disminuye su temperatura con la ayuda de aire, lo que permite el almacenamiento del producto. El producto enfriado se pasa a una unidad de acondicionamiento para la aplicación de sustancias tensoactivas para mejorar la manipulación y / o propiedades de transporte. [5] [16]
a) Ventajas:
Utiliza todo el vapor de proceso que ingresa con la materia prima.
Limita la descomposición del nitrato de amonio.
El aire utilizado en la sección de enfriamiento es reutilizado en el secado del producto, reduciendo el flujo liberado a la atmósfera.
Limita la pérdida de gases de amonio.
Bajos costos en la construcción del reactor por no requerir materiales especiales.
Bajo costo de mantenimiento.
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Simple operación del proceso. b) Desventajas:
Requiere producción de vapor adicional
2.1.4. El proceso Carnit - Kemira S.A. para obtener nitrato de amonio granular El diagrama de flujo del proceso se visualiza en el anexo 2 figura 15.
El proceso Carnit para la producción de nitrato de amonio no requiere ninguna fuente de calor externa. La reacción del amoniaco y el ácido nítrico al 60% se produce en un bucle de flujo de reciclaje donde la presión en el reactor es mayor que la presión de vapor de la solución. La reacción se lleva a cabo en dos etapas, la primera es alcalina y la segunda es la solución de reciclaje, que es ligeramente amoniacal, la cual suministra calor para la concentración final y para la producción de vapor de exportación. Se utiliza dos reactores de titanio, ambas etapas operan a 185 °C y a 700 – 800 kPa, la solución obtenida es evaporada en dos evaporadores de película descendente donde es concentrada hasta 84% y 97,5% respectivamente, luego esta es granulada en una torre prilling, para posteriormente ser secada y tamizada. Los gránulos obtenidos son recubiertos con aditivos para mejorar sus propiedades físico químicas. [3][5]
a) Ventajas:
Utiliza todo el vapor de proceso que ingresa con la materia prima.
Limita la descomposición del nitrato de amonio. b) Desventajas:
Opera a presión elevada, lo que incrementa el costo del reactor.
Utiliza dos reactores de titanio lo que incrementa su costo.
Requiere vapor adicional para el proceso.
2.1.5. El proceso UCB para obtener nitrato de amonio granular
El diagrama de flujo del proceso se visualiza en el anexo 2 figura 16.
En el proceso UCB, un intercambiador de calor en el reactor a presión utiliza una parte del calor de reacción para producir vapor. El ácido nítrico de 52%-
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63% y amoniaco se precalientan y se alimentan al reactor. La presión en el reactor es de aproximadamente 450 kPa, la temperatura es de 170 -180 °C y el pH es 3 - 5. El pH se mantiene en este rango controlando la relación de los reactivos. El intercambiador de calor enfría la mezcla de reacción, y la neutralización sigue un curso estable. El 75% -80 de solución de NH4NO3 que
sale del reactor se concentra a 95% por evaporación.
La solución que sale del evaporador es alimentada a un granulador, y este producto es tamizado. El producto tamizado es recubierto con estabilizantes y luego enfriado para su disposición final. [8]
a) Ventajas:
El vapor generado es utilizado en la evaporación.
Limita la descomposición del nitrato de amonio. b) Desventajas:
Opera a una presión elevada, lo que incrementa el costo del reactor y el costo de operación.
Requiere producción de vapor adicional.
2.1.6. El proceso Stamicarbon para obtener nitrato de amonio granular El diagrama de flujo del proceso se visualiza en el anexo 2 figura 17.
Mediante el proceso Stamicarbon, que utiliza un neutralizador a presión, se produce gránulos de nitrato de amonio. En este proceso ácido nítrico de 60% y amoniaco precalentado y una cantidad pequeña de ácido sulfúrico se introducen en el extremo inferior del reactor que opera a 400 kPa y 178 ° C. La solución de nitrato de amonio que se obtiene del reactor posee una concentración de 78%, ésta se somete a dos etapas de evaporación, la primera etapa es operada a vacío donde la solución es concentrada hasta 95%, este concentrado ingresa a un segundo evaporador donde se alcanza una concentración de 98 a 99,5%, el concentrado de nitrato de amonio es enviado a la unidad de granulación, las otras etapas de proceso son similares a los procesos descritos anteriormente. [8]
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a) Ventajas:
El vapor generado es utilizado en la evaporación. b) Desventajas:
La neutralización es operada a presión lo que dificulta su control.
Se requiere gran cantidad de vapor incrementando los costos de producción
2.1.7. Proceso GIAP para obtener nitrato de amonio granular
El diagrama de flujo del proceso se visualiza en el anexo 2 figura 18.
En este proceso es posible obtener gránulos de nitrato de amonio de alta densidad, utilizando amoniaco gaseoso y ácido nítrico diluido al 55 – 65%. Se utilizan dos reactores en serie, que operan a 400 – 500 kPa y 175 – 180 °C, se obtiene una solución de nitrato de amonio al 89 – 90%, la cual será evaporada hasta un 99,7% en el evaporador final. La solución concentrada es alimentada a la torre prilling donde se formarán los gránulos de nitrato de amonio, dichos gránulos son secados en un secador de tambor rotatorio y se obtiene el producto final. En este proceso no es necesaria la etapa de tamizado ya que dentro de la torre prilling existen unos difusores especiales para la producción uniforme de gránulos. [5]
a) Ventajas:
El vapor generado es utilizado en el precalentamiento de materias primas.
No necesita etapas de tamizado. b) Desventajas:
Opera con dos reactores lo que incrementa el costo del proceso.
Se requiere gran cantidad de vapor, el cual debe ser producido externamente.
2.1.8. El proceso Stengel para obtener nitrato de amonio granular El diagrama de flujo del proceso se visualiza en el anexo 2 figura 19.
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En este proceso se produce nitrato de amonio anhidro directamente. El amoniaco y el ácido nítrico (58%), se precalientan hasta 150 y 170 °C y se introducen en un reactor tubular, que opera a 350 kPa y 240°C. La solución de AN se alimenta en un separador, donde se elimina el agua de la solución obteniéndose una concentración de hasta 99,8%. Después de la separación el nitrato de amonio se descarga, sobre una cinta de acero enfriándose y solidificándose, esta cinta de acero transporta al nitrato sólido a una trituradora, donde el producto sólido es reducido de tamaño y luego se tamiza. El material de gran tamaño se recicla a una rectificadora y los finos se devuelven al proceso.
El producto acabado de este proceso es un semigranulado de 33,5 % de nitrógeno.[14] [17]
a) Ventajas:
El vapor generado es utilizado en el precalentamiento de materias primas.
b) Desventajas:
Se requiere gran cantidad de vapor, el cual debe ser producido externamente.