Brevet FR2584386A1 — publié le 19870109

La présente invention concerne un procédé de fabrication de solutions aqueuses concentrées de nitrate d'ammonium (ci-après dénommées NASC) et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un procédé bien connu pour une telle fabrication consiste à faire réagir de l'acide nitrique concentré (à des concentrations de l'ordre de 50 à 60 Z) et de l'ammoniac au sein d'un grand volume de nitrate d'ammonium en solution aqueuse concentrée à 90-92 Z en poids. Pour la mise en oeuvre de ce procédé connu, les réactifs (HN03 concentré et NH3) sont injectés à la base d'une première enceinte (A) comportant des cloisonnements (1,2) (voir figure 1 des dessins annexés). L'exothermicité de la réaction conduit à la vaporisation de l'eau contenue dans l'acide nitrique concentré et l'ébullition du milieu réactionnel a lieu dans une seconde enceinte (8) surmontant la première et communiquant avec elle, si bien que la circulation de ce milieu peut se faire par un phénomène de thermosiphon, suivant le sens des flèches f. En procédant de la sorte, le taux de recyclage (défini comme le rapport en poids du NASC recyclé au NASC soutiré) de NASC est de l'ordre de 100/1. Le NASC produit est soutiré par la conduite (C) en communication avec l'enceinte (8), la vapeur étant bien entendu extraite en tête de cette enceinte. Ce type de réacteur conduit à des installations encombrantes qui contiennent un volume important d'un produit relativement dangereux maintenu à une température élevée (140-160*C). On sait par ailleurs que l'on peut procéder à la neutralisation de l'acide phosphorique par l'ammoniac dans un réacteur du type connu sous le nom de "réacteur tubulaire" qui consiste en une simple section de tube de relativement faible diamètre dans lequel on injecte au voisinage de l'entrée l'acide H3PO et l'ammoniac (NH3). La réaction entre ces deux réactifs se produit quasi-instantanément avec vaporisation de l'eau contenue dans l'acide phosphorique. Si celui-ci est admis i une concentration convenable, on obtient directement à la sortie de ce tube. un produit solidifié en petites particules qui se sépare aisément de la vapeur d'eau. Lorsqu'on essaie de remplacer dans un tel réacteur l'acide phosphorique par l'acide nitrique, la réaction conduit à la formation d'un aérosol de gouttelettes ou de microparticules solides créant un nuage important de fumée duquel il est très difficile, si ce n'est impossible, de séparer le produit désire. Or la Demanderesse a découvert, de façon surprenante, que si dans ce même réacteur tubulaire on injecte l'acide nitrique concentré en présence d'ammoniac et d'un milieu constitué par un courant de recyclage de la solution concentrée de nitrate d'ammonium (NASC), on obtient, à la sortie de ce réacteur tubulaire, un mélange de vapeur d'eau et de gouttelettes de NASC facilement séparable. Les réactifs sont introduits dans des proportions quasi stoechiométriques ou de préférence avec un léger excès de HNO3. Suivant d'autres caractéristiques, l'acide nitrique est injecté en présence d'un volume de NASC recyclé avantageusement compris entre 1 et 5 fois le volume de NASC produi par la réaction entre l'acide et l'ammoniac. Suivant une mise en oeuvre également avantageuse, les divers fluides des réactifs sont mélangés lors de leur mise en contact en créant des mouvements de turbulence à l'entrée du réacteur tubulaire, dans les zones d'injection de chacun de ces réactifs. L'invention couvre également une installation mettant en oeuvre ledit procédé, cette installation étant essentiellement caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un réacteur tubulaire muni de ses admissions de réactifs (HNO3 - NH3); au moins une unité pour séparer le produit résultant de la réaction (solution aqueuse concentrée de nitrate d'ammonium) et la vapeur d'eau et au moins un circuit de recyclage dudit produit vers ledit réacteur tubulaire, celui-ci étant muni d'une admission correspondante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre faite en regard de la figure 2 annexée. En se référant à cette figure 2, le réacteur tubulaire (R) appliqué dans le procédé selon l'invention, comporte à l'une de ses extrémités trois arrivées de réactifs destinées à admettre de préférence suivant un régime turbulent, NH3, HNO3 et NH4NO3 de recyclage. En procédant de la sorte, on obtient un produit NASC en mélange avec la vapeur d'eau de laquelle il peut être aisément séparé dans le séparateur (S). A la base du séparateur (S), on soutire et stocke le produit NASC obtenu, une partie de ce produit étant recyclée, le cas échéant, après neutralisation par addition de NH3 par la conduite (C). Ce bac de stockage (G) peut comporter en son sein un "moy'en de chauffage" (V) dans le but de maintenir le produit à l'état liquide en cas d'arrêt de l'installation. De préférence, le NASC produit est soutiré entre 120 et 160'C. En tête du séparateur est entrainée la vapeur d'eau suivant la flèche F. l'eau de condensation étant soutirée en H, comme représenté sur le dessin. Des échangeurs de chaleur (ECH1, ECH2) ont pour but d'admettre dans le réacteur (R) aussi bien du NH3 réchauffé que du HNO3 réchauffé. La quantité de NH3 qui est ajoutée dans le bac de stockage (G) en vue de la neutralisation correspond au degré d'acidité du produit résultant, degré d'acidité lui-même fonction de la quantité de HN03 admise au départ. L'excès de HNO3 nécessaire pour maintenir acide le produit sortant du réacteur a pour but d'éviter des pertes excessives en ammoniac NH3 introduit dans ledit réacteur (R). Les avantages résultant du procédé selon l'invention sont, entre autres: un faible investissement pour la réalisation du réacteur en raison de sa simplicité et de son petit diamètre; - une inertie très faible de l'installation en raison du petit volume de NASC en circulation dans ladite installation; - une réduction des risques dus à la décomposition du nitrate acide par suite du faible volume mis en jeu. Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif et nullement limitatif de la présente invention. Exemle 1. (comparatif) Dans un réacteur tubulaire de diamètre 15 mm, on injecte: - 157 1/h d'acide nitrique à 57,5 Z. température 20'C; - 33,5 kg/h d'ammoniac gazeux à 25'C. On obtient un brouillard dense qui oblige à arrêter l'essai au bout de quelques minutes. Les pertes en NASC, parties en fumées, sont estimées à 40 X Exemple 2 Dans une installation telle que représentée à la figure 2, on injecte: 218,4 1/h d'acide nitrique à 57,5 Z à 20'C - 46 kg/h d'ammoniac gazeux à 60'C; - 1000 kg/h de NASC recyclé à 150'C et 92 Z de concentration. On produit, selon un débit de 1230 kg/h, un NASC très légèrement alcalin à une température de 140'C avec une concentration de 91,2 Z. Les pertes totales en azote représentent 5,8 Z de la quantité totale mise en oeuvre sous forme d'acide nitrique et ammoniac. Exemole 3 Dans la même installation que celle de l'exemple 2 on introduit: - 373 1/h d'acide nitrique à 57,5 Z, à 20'C; - 76.8 kg/h d'ammoniac gazeux à 80'C; - 700 kg/h de NASC recyclé à 150'C et 92 Z de concentration dans lequel on introduit par la conduite (C) 1,2 kg de NH3. On produit selon un débit de 1120 kg/h, un NASC faiblement acide (acidité libre = 6 g HNO3/litre de liqueur) à 155'C avec une concentration de 92,4 Z. Les pertes totales en azote représentent 0,15Z de la quantité totale mise en oeuvre sous forme d'acide nitrique et d'ammoniac. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif, et que toute modification, notamment au niveau des équivalences techniques, pourra y être apportée sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de solution aqueuse concentrée de nitrate d'ammonium par réaction de l'acide nitrique concentré avec de l'ammoniac, essentiellement caractérisé en ce que ladite réaction est effectuée dans un réacteur tubulaire et en présence d'un milieu constitué par un courant de recyclage de la solution concentrée de nitrate d'ammonium (NASC). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'acide nitrique est injecté en présence d'un volume de NASC recyclé avantageusement compris entre 1 et 5 fois le volume de NASC produit par la réaction entre l'acide et l'ammoniac. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les réactifs sont mélangés lors de leur mise en contact en créant des mouvements de turbulence à l'entrée du réacteur tubulaire, dans les zones d'injection de chacun de ces réactifs. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé par le fait que le mélange sortant du réacteur est maintenu légèrement acide en réglant le débit et la concentration de l'acide nitrique injecté. 5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend essentiellement au moins un réacteur tubulaire SR) muni de ses admissions de réactifs (HNO - NH3); au moins une unité (S) pour séparer le produit (solution aqueuse concentrée de nitrate d'ammonium) résultant de la réaction et la vapeur d'eau, et au moins un circuit de recyclage dudit produit vers ledit réacteur tubulaire, celuici étant muni d'une admission correspondante.