ESTUDIO DE MERCADO PARA EL MONTAJE DE UNA PLANTA DE PRODUCCIN DE CIDO NTRICO

ANGARITA VILLAMIZAR IVETTE JOHANNADUARTE JAIMES ROSA JULIANAMOYA CHICA BEATRIZ MARCELAPAEZ CURE EFFER JUNIORSUAREZ CETINA JOHN CARLOSVALDERRAMA RICAURTE JESSICA PAOLA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERA QUMICAANLISIS DE PROCESOS BUCARAMANGA2015ESTUDIO DE MERCADO PARA EL MONTAJE DE UNA PLANTA DE PRODUCCIN DE CIDO NTRICO

ANGARITA VILLAMIZAR IVETTE JOHANNADUARTE JAIMES ROSA JULIANAMOYA CHICA BEATRIZ MARCELAPAEZ CURE EFFER JUNIORSUAREZ CETINA JOHN CARLOSVALDERRAMA RICAURTE JESSICA PAOLA

PRIMER INFORME: PROYECTO DE ANLISIS DE PROCESOS

IVAN DARIO ORDOEZ SEPULVEDAINGENIERO QUMICO

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERA QUMICAANLISIS DE PROCESOS BUCARAMANGA2015INTRODUCCIN

El proceso de globalizacin de la economa, ha influenciado fuertemente en el desarrollo de pases con una amplia dependencia del sector agrcola, lo cual implica la mejora continua de los tiempos de siembra, nmero de cosecha y calidad del producto sembrado, debido a esto la produccin de cido ntrico en Colombia est estrechamente ligada a las necesidades del sector agrcola en lo que concierne al uso de fertilizantes.

Este proyecto est enfocado en el montaje de una planta productora de cido ntrico a partir de la oxidacin del amoniaco, aprovechando la demanda creciente de ste producto el cual genera un inters comercial cada vez ms importante. Para el montaje de dicha planta se estudiarn las variables que intervienen en el proceso como lo es el estudio de mercado, la capacidad de la planta a instalar y posteriormente se mostrarn los equipos necesarios junto a las condiciones de operacin de cada uno de ellos.

El HNO3 (cido ntrico) es considerado uno de los cidos ms utilizados como materia prima para la elaboracin de una gran variedad de productos, por esta razn es importante sealar que en Colombia, la demanda del producto ha ido aumentando al pasar los ltimos aos segn los estudios realizados por el Departamento Administrativo Nacional de Estadstica (DANE), haciendo vlida la opcin de implementar la planta de cido ntrico en el pas para satisfacer la demanda actual.

1. DEFINICIN DEL PROBLEMA Y OBJETIVOS DE ESTUDIO

1.1 PROBLEMA

Se desconoce el mercado potencial del futuro para la produccin de cido ntrico HNO3 con 68% de pureza

1.2 OBJETIVOS

Establecer cuantitativamente el mercado potencial del cido ntrico en un tiempo de vida til de 12 aos

Establecer el mercado potencial a suplir (regional, nacional, internacional)

2. DESCRIPCIN DEL PRODUCTO El cido ntrico en la actualidad, es un compuesto muy importante en la industria qumica, siendo la fuente ms importante de nitrgeno; para preparar diversos productos tales como explosivos, nitratos, nitritos y principalmente fertilizantes.

El cido ntrico (HNO3) es un cido fuerte y poderoso agente oxidante, es un lquido incoloro a temperatura ambiente y presin atmosfrica, es soluble en agua en todas las proporciones, ionizndose casi completamente y liberando calor por dilucin. Esta solubilidad es la que determina los mtodos de produccin para la fabricacin comercial de cido ntrico.[1]

2.1 PROPIEDADES FSICAS Una de las propiedades fsicas ms importantes del cido ntrico es la formacin de un azetropo con agua, lo que influye en las tcnicas de produccin de cido ntrico concentrado puro. Esto ocurre a 121,9C para una concentracin en peso de 68,4% de cido ntrico a presin atmosfrica. El cido ntrico que se producir tendr una concentracin del 68%, ya que es el ms demandado en el mercado nacional y mundial, el cual presenta las siguientes propiedades fsicas.

Tabla 1: Propiedades fsicas del cido ntrico PROPIEDAD VALOR

Masa molar63,01 (g/mol)

Apariencialiquido incoloro o amarillento

Densidad1,513 (g/cm3)

Punto de fusin-42C

Punto de ebullicion83C

Presion de vapor 62 (mmHg)

PH1,0

Solubilidad en aguasoluble en toda proporcin

2.2 PROCESO DE FABRICACIN El cido ntrico puede ser producido mediante los siguientes mtodos:

Utilizando cido sulfrico sobre el nitrato de sodio. En un arco elctrico, sintetizando directamente por la combinacin de nitrgeno y oxgeno atmosfrico. Mediante la oxidacin del amonaco a travs de una reaccin cataltica, utilizando platino como catalizador, el cual corresponde al proceso con el que se trabajar en el presente proyecto.

2.3 USOS Y APLICACIONES

Explosivos: Se emplean grandes cantidades para la elaboracin de explosivos, tales como trinitrotolueno (TNT) y nitroglicerina principalmente. Abonos: Para la fabricacin de nitratos, los cuales se emplean como fertilizantes. Los abonos nitrogenados ms consumidos son el nitrato sdico (NaNO3) y el nitrato potsico (KNO3). Tintas: Se utiliza para la fabricacin de colorantes artificiales, requeridos para la industria fotogrfica en grandes cantidades. Otros usos: Fabricacin de medicamentos y productos farmacuticos; oxidante en cohetes de combustible lquido; en qumica como reactivo de laboratorio; para purificacin de metales preciosos (oro, plata, platino) y baos de limpieza en la industria acerera; fabricacin de fibras sintticas (Nylon) y de resinas.

Ilustracin 1: usos del acido nitrico

3. MERCADO DEL CIDO NTRICO

3.1 PRODUCCIN PROMEDIO ANUAL DE CIDO NTRICOA nivel mundial se producen 60'000.000 TM, slo en Europa se producen 20'000.000 TM. Los mayores consumidores son Europa Occidental, la antigua Unin Sovitica, Europa Central y Estados Unidos. En Colombia, la produccin de nitratos de amonio solo cubre el 30% del pas, y si no se desarrolla la produccin de NH3, la produccin de fertilizantes de NPK dejar de ser competitiva.El mayor mercado para el cido ntrico es la produccin de nitrato de amonio (AN) y nitrato amnico clcico (CAN). En 2013, esto represent el 80% del consumo total mundial de cido ntrico. El uso final importante para un fertilizante est en declive debido a las preocupaciones acerca de la contaminacin de las aguas subterrneas nitrato y un mayor uso de la urea slida, que tiene un contenido de nitrgeno superior (46%) que AN (34%), es menos costoso, y es menos peligroso. En 2013, los fertilizantes representan casi el 80% del consumo total de cido ntrico.[2]

El siguiente grfico muestra el consumo mundial de cido ntrico:

Ilustracin 2:IHS (2014) Nitric Acid. Recuperado de https://www.ihs.com/products/nitric-acid-chemical-economics-handbook.html.

Europa (occidental, central y oriental), China y Amrica del Norte dominan las estadsticas del mercado. En conjunto, estas regiones representaron alrededor del 82% de la capacidad, el 84% de la produccin, y el 84% del consumo en 2013. Desde 1994, los mayores aumentos de la capacidad, la produccin y el consumo se han producido en China.

4. DESCRIPCIN DE LA MATERIA PRIMA

4.1 AMONIACOEl amoniaco es un gas incoloro; de olor irritante o picante compuesto de hidrgeno y nitrgeno, de frmula NH3, muy soluble en agua. Es un producto bsico en la industria qumica. Disuelto en agua, el amonaco se convierte en hidrxido de amonio (NH4OH), de marcado carcter bsico y similar en su comportamiento qumico a los hidrxidos de los metales alcalinos. Se encuentra en el ambiente en el aire, el suelo y el agua, y en plantas y en animales, incluso seres humanos. La exposicin a niveles altos de amonaco puede producir irritacin y quemaduras serias en la piel y en la boca, la garganta, los pulmones y los ojos.El amonaco es esencial para muchos procesos biolgicos. La mayor parte (ms del 80%) del amonaco producido en plantas qumicas es usado para fabricar abonos y para su aplicacin directa como ello. El resto es usado en textiles, plsticos, explosivos, en la produccin de pulpa y papel, alimentos y bebidas, productos de limpieza domsticos, refrigerantes y otros productos. Tambin se usa en sales aromticas.[3]

4.1.1 PROPIEDADES FSICAS

En la siguiente tabla se muestran algunas propiedades y caractersticas a considerar a la hora de trabajar con este compuesto:

Tabla 2. propiedades fsicas del amoniaco PROPIEDAD VALOR

OlorIrritante, fuerte

Peso molecular17,03 [gr/mol]

Densidad0.683 Kg/L

Punto de ebullicin-33,35 C (-28F)

Punto de congelamiento77.7C (-107,9 F)

Calor de vaporizacin 327,4 (cal/gr] (a 1atm)

Temperatura crtica132,4 C

Presin crtica115.5 (atm)

Densidad crtica0.235 (gr/ml)

viscosidad (lquido a -33,5 C)0.266 [cp]

temperatura de descomposicin871,1 - 982,2 C

4.1.2 USOS Y APLICACIONES

Dentro de las principales aplicaciones referentes al amoniaco, se encuentran: Produccin de cido ntrico; como fertilizante; como producto de limpieza, debido a sus excelentes propiedades que lo hacen efectivo como desengrasante; produccin de fibras y plsticos.[4]

4.1.3 MERCADO DEL AMONIACOLa mayor parte de la produccin de cido ntrico nacional se lleva a cabo en las plantas de nitrato de amonio, YARA (antes ABOCOL) que produce 115.000 TM/Ao de amoniaco, del cual exporta aproximadamente 25.000 TM/Ao. El resto lo consume internamente en la produccin de cido ntrico, fertilizante, compuesta NPK, nitrato de amonio en solucin (53%), para explosivos en EL Cerrejn. Efecta ventas menores nacionales de Amoniaco del orden de 500 TM/Ao. FERTICOL (Barrancabermeja) que produce 55 TM/Da, con las cuales puede producir 8.000 TM/Ao de Urea y 22.000 TM/Ao de Nitrato de Amonio y MONMEROS S. A que importa desde Venezuela/Trinidad Tobago hasta 80.000TM/Ao de amoniaco para producir cido ntrico y fertilizantes NPK.

Panorama Nacional: La totalidad de Urea es importada. La produccin nacional de Nitrato de Amonio cubre slo el 30% del consumo nacional.[5]

5. PROCESO DE PRODUCCIN DE CIDO NTRICO

5.1 DESCRIPCIN DEL PROCESOEl proceso de transformacin del amoniaco a cido ntrico est dada en dos etapas importantes:

La oxidacin de amoniaco a NO y la oxidacin y absorcin de los xidos de nitrgeno. En la primera etapa la mezcla amoniaco-aire pasa por un convertidor cataltico, de acuerdo a la siguiente reaccin: 4NH3+5O24NO+6H2O

El catalizador ms comn est compuesto por 90% de platino y 10% de Rodio. En esta etapa la selectividad de la reaccin para la formacin de xido de nitrgeno (NO) aumenta con la temperatura, evitando un aumento en la formacin de productos indeseados N2 y N2O. El intercambiador, generalmente es una caldera, sirve para generar vapor y para enfriar los gases de cola. El xido de nitrgeno (NO) formado por la oxidacin del amoniaco pasa a la torre de oxidacin, reaccionando con el oxgeno residual de la formacin de N2O, segn la siguiente reaccin:

2NO+O2NO2+N2O4

Operar a bajas temperaturas y altas presiones promueve la mxima produccin de NO2, disminuyendo el tiempo de reaccin. Por ltimo, la corriente que procede de la torre de oxidacin pasa por una columna de absorcin, en el cual el gas del proceso es absorbido en agua para formar cido ntrico NH3.[4]

6. ESTUDIO DE MERCADO

Cuando se quiere valorar la proyeccin de un proyecto especfico y su viabilidad se debe plantear un estudio de mercado. Dentro de este estudio se debe analizar los antecedentes del producto y materias primas (histricos), establecer a cul sector de la poblacin estar dirigido el producto, proyecciones del precio y otros factores socioeconmicos que sean limitantes para definir la capacidad a instalar de la planta.

6.1 VOLUMEN Y PRECIO DE VENTA DE OFERTA Y DEMANDA HISTRICA

Para la realizacin de este proyecto es necesario realizar los anlisis pertinentes para el cido ntrico, se buscaron los datos histricos en las encuestas manufactureras anuales del Departamento Administrativo Nacional de Estadstica (DANE) tanto del producto como de la materia prima, teniendo en cuenta que para la produccin de cido ntrico la materia prima es el amonaco, estos valores se encuentran en el anexo xx bajo el nombre de datos histricos. A continuacin se muestran las tablas en las que estn consignados los datos histricos de demanda, oferta y precios histricos del cido ntrico y amoniaco.

Tabla 3. Demanda, oferta y precios histricos del cido ntrico

AODEMANDA Qd (L/ao)OFERTA Qo (L/Ao)Precio sin inflacin ($COP/L)

20001.882.3404.416416

20011.896.9228.115484

20022.066.4753.255470

20032.123.6887.762625

20041.906.644711.763614

20051.611.3487.419601

20062.257.09712.651590

20072.382.46919.181614

20082.101.56044.343720

20091.954.04311.5771.015

20101.732.7666.105895

20112.072.6598.429714

20122.088.1776.693741

FUENTE: DANE

Tabla 4. Demanda, oferta y precios histricos de amoniacoAODEMANDA Qd (L/ao)OFERTA Qo (L/Ao)Precio sin inflacin ($COP/L)

2000238.535.315242.406.889217

2001201.232.982207.685.928266

2002218.581.725197.311.381208

2003186.900.704219.008.916379

2004195.971.331261.710.368483

2005297.957.392292.558.923485

2006272.750.225289.784.905492

2007267.747.602321.073.435446

2008238.766.745372.488.348823

2009167.097.652267.378.919400

2010247.919.830282.208.796500

2011247.014.584316.201.143691

2012316.921.350273.694.545691

FUENTE: DANE

7. SUPOSICIONES GENERALES

para los datos de oferta de cido ntrico, se elimina la produccin nacional y se tiene en cuenta solamente las importaciones ya que al hallar la demanda efectiva utilizando la produccin interna no existira mercado, por esta razn las importaciones se convierten en el mercado a suplir.

Los datos obtenidos del DANE tanto para la materia prima como para el producto se encontraban en diferentes unidades por esta razn, se utilizaron los datos de densidad de cada uno de los compuestos para que todos los datos histricos se encontraran en unidades de litros y de esa manera facilitar los posteriores clculos. . A partir de los datos histricos de la produccin nacional (oferta interna) y del precio de venta de la produccin nacional se obtuvo un estimado del precio de los productos por litro, dividiendo el precio total de todas las ventas sobre la cantidad total de la oferta en litros.

Debido a que solo se encontraron datos histricos hasta el ao 2012 en el DANE se hizo una proyeccin de los mismos hasta el presente ao (2015) adems de dos aos correspondientes a la construccin de la planta y los doce (12) aos de vida til, dando un total de 17 aos de proyeccin.

8. VARIABLES QUE GENERAN INCERTIDUMBRE

Una de las variables que generan una mayor influencia en el mercado futuro es la demanda del cido ntrico, la cual es uno de los mayores determinantes de la viabilidad de la empresa. La planta de produccin debe estar prepara para asumir cambios sbitos en la demanda y ser capaz de cubrir con demandas sbitas as como cuando se presenta un dficit en el consumo del producto.

La oferta de la materia prima puede afectar de la misma manera la eficiencia de la produccin de cido ntrico, ya que si aumenta el precio de la materia prima debido a la disminucin en la demanda o se presenta un corte repentino de abastecimiento, se ver reflejado en el precio de venta del cido ntrico, lo que afectara de manera negativa la demanda del producto o en la capacidad de oferta de la planta.

La entrada de una empresa que quiera competir produciendo acido nitrico o un producto ms econmico que pueda reemplazarlo es tambin un factor importante que genera incertidumbre sobre el futuro del mercado debido a que afecta directamente el precio de venta del producto y por lo tanto la demanda o viabilidad de la empresa.

9. MERCADO A SUPLIR

Debido a que la demanda efectiva tiene un valor menor a cero para cuando se tiene en cuenta la produccin nacional, se puede afirmar que el mercado a cubrir corresponde a las importaciones.

10. PROYECCIN DE LA OFERTA Y DEMANDA DE MATERIAS PRIMAS Y PRODUCTOS

Los mtodos escogidos para proyectar los datos de oferta y demanda tanto para el producto principal como las materias primas fueron aquellos que como dice la teora presentan un RMSE ms bajo y por lo tanto dan una estimacin de proyeccin ms real. Para saber el RMSE se us la herramienta de Excel suministrada por el Profesor Ivn Daro Ordoez.

10.1 PROYECCIONES DEL CIDO NTRICO

Para el caso del producto principal (cido ntrico), el modelo estadstico que mejor representa el crecimiento para la oferta y demanda es el promedio mvil teniendo en cuenta que para la oferta se eliminaron algunos datos ( 2004, 2008) cuya desviacin era bastante notable y generaba mayor error; para la proyeccin de la demanda efectiva se encontr que el mejor modelo ajustado segn el dato arrojado por el RMSE es el modelo exponencial triple, pero solo hasta el ao 2012 ya que despus de ste ao se genera una lnea de tendencia ascendente y por esta razn a partir del 2012 se implement el modelo de promedio mvil el cual se ajusta mejor a los datos posteriores. Para el precio del producto tambin se obtuvo en cuenta el RMSE como el indicador de modelo a utilizar y segn este el modelo que ms se ajusta a los datos histricos obtenidos es el promedio mvil.

Ilustracin 3. Proyeccin Promedio Mvil de la demanda de cido Ntrico

Ilustracin 4. Proyeccin Promedio Mvil de la oferta de cido Ntrico

10.2 PROYECCIONES DEL AMONIACO

Para el caso de la materia prima (amoniaco), el mtodo que mejor representa el crecimiento tanto en oferta, demanda y precio del producto es el promedio mvil, ya que ofrece un mejor ajuste a los datos histricos obtenidos. Para hallar la oferta efectiva se eliminaron algunos datos ( 2002, 2005, 2012) ya que presentan una desviacin considerable con respecto a la tendencia que presentan los de mas datos.

Ilustracin 5. Proyeccin Mvil para la demanda de Amonaco

Ilustracin 6. Proyeccin Mvil para la oferta de Amonaco

11. capacidad DE INSTALAR DE LA PLANTA

La capacidad de instalacin de la planta depende directamente de la Demanda efectiva restringida; calculada a partir de la Demanda efectiva del producto (cido ntrico), y de la oferta efectiva de la materia prima (amoniaco).

Tabla 5. Proyeccin de oferta y demanda del cido ntrico

CIDO NTRICO

AODEMANDA Qd PROYECTADA (L/ao)OFERTA Qo PROYECTADA (L/Ao)Qde PROYECTADA (L/ao)Qde Restringida (L/ao)% UTILIZACIN DE LA PLANTA

20132.041.7907.6102.095.082

20142.031.5007.3372.105.366

20152.012.6087.3942.113.485

20162.028.6337.4472.104.6452.104.645

20172.024.2477.3932.107.8322.107.832

20182.021.8297.4112.108.6542.108.65480,04%

20192.024.9037.4172.107.0432.107.04379,98%

20202.023.6607.4072.107.8432.107.84380,01%

20212.023.4647.4122.107.8472.107.84780,01%

20222.024.0097.4122.107.5782.107.57880,00%

20232.023.7117.4102.107.7562.107.75680,01%

20242.023.7287.4112.107.7272.107.72780,01%

20252.023.8167.4112.107.6872.107.68780,01%

20262.023.7527.4112.107.7232.107.72380,01%

20272.023.7657.4112.107.7122.107.71280,01%

20282.023.7787.4112.107.7072.107.70780,01%

20292.023.7657.4112.107.7142.107.71480,01%

FUENTE: Anexo 2, pronstico para materias primas y productos utilizando promedio mvil.

Tabla 6. Proyeccin de oferta y demanda del amoniacoAMONACO

AODEMANDA Qd PROYECTADA (L/ao)OFERTA Qo PROYECTADA (L/Ao)Qoe PROYECTADA (L/ao)

2013278.184.841293.532.39457.131.485

2014288.574.926285.976.14468.341.473

2015279.126.118290.070.01164.463.963

2016281.961.962289.859.51663.312.307

2017283.221.002288.635.22465.372.581

2018281.436.361289.521.58464.382.950

2019282.206.442289.338.77564.355.946

2020282.287.935289.165.19464.703.826

2021281.976.912289.341.85164.480.907

2022282.157.096289.281.94064.513.560

2023282.140.648289.262.99564.566.098

2024282.091.552289.295.59564.520.188

2025282.129.765289.280.17764.533.282

2026282.120.655289.279.58964.539.856

2027282.113.991289.285.12064.531.109

2028282.121.470289.281.62964.534.749

2029282.118.705289.282.11364.535.238

Obtenemos como valor restringido el mercado del cido ntrico debido a su baja demanda efectiva obteniendo a partir de este la capacidad mxima de la planta; con un promedio de Demanda restringida (Qde res) = 4.351.391 [L/ao]. Tomando el porcentaje de utilizacin de la planta promedio del 80% designado se obtuvo la capacidad a instalar de la planta igual a [L/ao].Calculando el porcentaje de utilizacin de la planta a lo largo de los aos proyectados se obtiene como mximo porcentaje de uso del 88,6% y mnimo de 61,3% al inicio de la proyeccin; siendo estos porcentajes factibles para la realizacin del proyecto.

BIBLIOGRAFA

[1] L. GuzmnE. Llantn - J. MuozI. RojasF. Spada. Produccin de cido Ntrico a partir de Amoniaco. Diseo de Procesos. Universidad Tcnica Federico Santa Mara. Chile 2012.

[2] Chemical Economics Handbook. Revista. Nitric Acid.Junio 2014.

[3] Romero Flores. Maria Esther. Tarazona Arvalo Roselly.Industria del Amoniaco. Universidad Nacional Santiago de Antunez de Mayolo.2014.

[4] Austin, George. Manual de procesos quimicos en la industria. Tomo 2. McGraw Hill. Washington State University 1988. Pg 367-372

[5] L. GuzmnE. Llantn - J. MuozI. RojasF. Spada. Produccin de cido Ntrico a partir de Amoniaco. Diseo de Procesos. Universidad Tcnica Federico Santa Mara. Chile 2012.