BR112012005238B1

BR112012005238B1 - Método para a recuperação simultânea de amônia e dióxido de carbono e equipamento para efetuar o método

Info

Publication number: BR112012005238B1
Application number: BR112012005238-1A
Authority: BR
Inventors: Paolo Casara; Alessandro Gianazza
Original assignee: Saipem S.P.A.
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2021-03-30
Also published as: BR112012005238A2; MY162327A; CA2772971A1; EP2475617B1; MX339596B; JP5753170B2; US9266745B2; US20120228225A1; EA022152B1; EG26889A; CA2772971C; CN102695675A; EP2475617A1; US20160082394A1; EA201290122A1; JP2013503913A; ITMI20091551A1; MX2012002999A; WO2011029625A1; IT1395383B1

Abstract

MÉTODO PARA A RECUPERAÇÃO SIMULTÂNEA DE AMÔNIA E DIÓXIDO DE CARBONO E EQUIPAMENTO PARA EFETUAR O MÉTODO A presente invenção refere-se a um método para recuperar simultaneamente amônia e dióxido de carbono de uma soIução aquosa dos mesmos, possivelmente compreendendo os seus condensados, em um processo de síntese de uréia, caracterizado pelo fato de que compreender uma fase de destilação de membrana microporosa hidrofóbica de uma solução aquosa compreendendo amônia que, dióxido de carbono e os seus compostos de salina ou condensados, dita destilação sendo realizada em uma temperatura que varia de 50 a 750 °C e uma pressão que varia de 50 kPa a 20 MPa absoluto, com a formação de uma solução aquosa residual, possivelmente compreendendo uréia, e uma corrente gasosa de permeado. compreendendo amônia, dióxido de carbono e água. A presente invenção também se refere a um mecanismo para efetuar o método acima e um processo de produção de uréia que compreende q método acima.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um método para a separação de amônia e dióxido de carbono de soluções aquosas.

[0002] Em particular, a presente invenção refere-se a um método para recuperar simultaneamente amônia (NH3) e dióxido de carbono (CO2) de uma solução aquosa compreendendo amônia, dióxido de carbono e compostos salinos ou condensados de amônia e dióxido de carbono e possivelmente ureia.

[0003] A necessidade é sentida para melhorar os métodos para a separação e recuperação de NH3 e CO2 a serem utilizados, em particular, nos processos de síntese de ureia, considerando o elevado valor comercial de NH3, e também para a otimização de um ciclo de produção em que o NH3 e o CO2 são utilizados como matérias-primas.

[0004] A síntese de ureia é efetuada pela reação de amônia e dióxido de carbono em alta pressão e temperatura, a separação subsequente da ureia a partir da mistura que contém os produtos não reagidos e a sua reciclagem no reator de síntese.

[0005] Todos os processos industriais para a preparação de ureia são baseados na síntese direta de acordo com a seguinte reação: 2NH3 + CO2 θ CO (NH2)2 + H2O (A)

[0006] Esta síntese ocorre em duas etapas de reação distintas: NH3 + CO2 θ (NH2)COONH4 (A’) (NH2)COONH4 θ CO (NH2)2 + H2O (A”)

[0007] Na primeira etapa (A’) uma reação de equilíbrio exotérmica ocorre tendo uma taxa de reação elevada na temperatura ambiente, o que, no entanto, nas temperaturas elevadas requeridas pela etapa (A”), requer pressões elevadas para alcançar um equilíbrio favorável.

[0008] Na segunda etapa (A’) uma reação endotérmica ocorre, a qual apenas atinge uma taxa significativa em temperaturas elevadas (> 150 °C), com um estado de equilíbrio que, a 185 °C, partindo de uma mistura de reagentes em uma relação estequiométrica, leva a uma conversão de CO2 ligeiramente maior do que cerca de 50 %. Esta conversão insatisfatória pode ser convenientemente aumentada através do aumento da relação de NH3/CO2.

[0009] Os processos para a produção de ureia pela síntese direta partindo de amônia e dióxido de carbono têm sido amplamente ilustrados e descritos na literatura específica do campo. Uma ampla revisão dos processos mais comuns para a produção de ureia pode ser encontrada, por exemplo, em “Encyclopedia of Chemical Technology” Ed. Kirk-Othmer, Wiley Interscience, fourth ed. (1998), Supplement, pages 597-621.

[00010] Os processos industriais para a produção de ureia normalmente cumprem a síntese em um reator alimentado com NH3, CO2 e soluções aquosas de carbonato de amônio e/ou carbamato proveniente das correntes recicladas dos reagentes não convertidos, em temperaturas variando de 150 a 215 °C, nas pressões de pelo menos 13 MPa, com uma relação molar de NH3/CO2 entre 2,5 e 5, calculada em relação à soma das correntes de alimentação, incluindo amônia na forma de sal de amônio. Além da água formada e excesso de NH3 alimentado, o efluente do reator ainda contém quantidades consideráveis de CO2, principalmente na forma de carbamato de amônio não convertido.

[00011] A fim de maximizar o rendimento do processo de síntese de ureia, como explicado com maiores detalhes abaixo, a amônia livre, água e carbamato de amônio contido no efluente que sai do reator de síntese, são separados de uma série de etapas de purificação subsequentes, para se obter a ureia contendo a quantidade mínima possível de subprodutos de reação, em particular carbamato de amônio e água. Finalmente, a ureia, em um grau adequado de pureza, é solidificada na forma granular.

[00012] O carbamato de amônio é removido do efluente que sai do reator de síntese mediante a decomposição do carbamato sob condições adequadas de temperatura e pressão. O carbamato de amônio é tipicamente decomposto em amônia e dióxido de carbono mediante a alimentação do efluente de reação para um decompositor de alta pressão (também chamado extrator), substancialmente operando na mesma pressão que o reator de síntese e a uma temperatura ligeiramente superior. O extrator consiste de um trocador de grupo de tubos disposto verticalmente, em que o efluente, que sai do reator, que contém, além de ureia, carbamato e amônia não reagidos em excesso, é passado em camada fina (película) ao longo do interior dos tubos, enquanto que o vapor saturado em uma pressão de cerca de 23 MPa é circulado e condensado na câmara fora do grupo de tubos, para fornecer a energia necessária para a decomposição do carbamato e remoção do excesso de amônia. No estado da técnica, o extrator também é chamado de trocador térmico do grupo de tubos de película descendente.

[00013] A amônia gasosa, que é separada da solução de ureia no extrator, deixa o extrator que arrasta com ele os produtos de decomposição (a assim chamada auto-extração). Alternativamente, a extração dos produtos de decomposição pode ser efetuada com gases inertes ou com amônia dióxido de carbono, ou suas misturas, especificamente introduzidos no extrator.

[00014] O efluente líquido que deixa o decompositor de alta pressão é uma solução aquosa de ureia que, no entanto, ainda contém uma quantidade significativa de carbamato e amônia dissolvida. De modo a separar estes compostos da ureia e recuperá-los dentro do processo, a solução aquosa que deixa o decompositor de alta pressão é alimentada para um segundo decompositor (decompositor de média pressão) que opera ao redor de 2 MPa e ao redor de 160 °C. O calor necessário para a decomposição do carbamato nesta etapa é fornecido pelo vapor de média pressão (4 a 5 MPa) ou pela recirculação da corrente gasosa contendo amônia e carbamato de amônio que deixa o decompositor de alta pressão.

[00015] A solução aquosa de ureia que sai do decompositor de média pressão é submetida a uma etapa de purificação adicional, a alimentando para um terceiro decompositor (decompositor de baixa pressão) que opera a redor de 4 bar e cerca de 140 °C. Analogamente ao caso dos decompositores de alta e média pressão, também neste caso, o calor necessário é fornecido por meio de vapor de média pressão ou pela reciclagem de uma ou mais correntes gasosas quentes provenientes de outras etapas do processo.

[00016] Na seção final da unidade de produção, a jusante das seções de decomposição, a solução aquosa de ureia purificada obtida a partir do último decompositor é solidificada na forma granular em granuladores adequados ou torres de pastilhamento mediante o esfriamento com ar.

[00017] As correntes gasosas que deixam as várias etapas de decomposição (pressão alta, média e baixa) e que contêm amônia e dióxido de carbono, são condensadas em equipamento adequado, formando correntes líquidas contendo amônia, dióxido de carbono (predominantemente na forma de carbamato de amônio) e água, que são recicladas no reator de síntese.

[00018] Se, por um lado, a reciclagem destas correntes aumenta a eficiência de conversão das matérias-primas que consistem de amônia e dióxido de carbono, por outro lado, ela implica na reintrodução de água no processo que, considerando a estequiometria da reação de síntese geral (A), reduz significativamente o rendimento da reação de síntese de ureia.

[00019] É, portanto, evidente, que nos processos do tipo descrito acima, a fim de maximizar o rendimento da reação de síntese de ureia, é de fundamental importância ser capaz de efetiva e seletivamente separar a amônia e o dióxido de carbono das soluções aquosas que os contém, de modo a reciclar as correntes contendo a quantidade mais baixa possível de água no processo (em particular, no reator de síntese).

[00020] A utilização dos decompositores descritos acima, como também a de outros sistemas de separação utilizados no estado da técnica (por exemplo, colunas de destilação), permite a amônia e o dióxido de carbono ser recuperados separadamente, em um elevado grau de pureza. A produção de compostos puros, no entanto, leva a um elevado consumo de energia que é significativamente refletido sobre os custos globais de produção de ureia.

[00021] É também conhecido que a separação de amônia e dióxido de carbono pela destilação de correntes líquidas que circulam em uma unidade de produção de ureia pode ser afetada pela formação de cristais sólidos na unidade de destilação, cuja remoção exigiria a lavagem da unidade com água ou outro solvente com uma consequente redução na eficiência de destilação.

[00022] Um objetivo da presente invenção é superar as desvantagens da técnica conhecida.

[00023] Um primeiro objetivo da presente invenção refere-se a um método para recuperar simultaneamente a amônia e o dióxido de carbono de uma solução aquosa destes, possivelmente compreendendo os seus condensados, em um processo de síntese de ureia, caracterizado pelo fato de que compreende uma destilação em uma fase de membrana microporosa hidrofóbica de uma solução aquosa compreendendo amônia, dióxido de carbono, e seus compostos salinos ou condensados, dita destilação sendo realizado em uma temperatura que varia de 50 a 250 °C e uma pressão que varia de 50 kPa a 20 MPa absoluto, com a formação de uma solução aquosa residual, possivelmente compreendendo ureia, e uma corrente gasosa permeada, compreendendo amônia, dióxido de carbono, e água.

[00024] Um objetivo da presente invenção também se refere a um mecanismo para efetuar o método acima, que compreende: - uma unidade para sujeitar uma solução aquosa compreendendo amônia, dióxido de carbono, e seus compostos salinos ou condensados, à destilação por uma membrana microporosa hidrofóbica, com a formação de uma solução aquosa residual e uma corrente gasosa permeada, compreendendo amônia, dióxido de carbono e água; - meios de aquecimento da solução aquosa compreendendo amônia, dióxido de carbono e seus compostos salinos ou condensados.

[00025] Um outro objetivo da presente invenção refere-se a um processo para a produção de ureia que compreende uma fase de recuperação simultânea de amônia e dióxido de carbono a partir de uma sua solução aquosa, possivelmente compreendendo os seus condensados, por meio de destilação em uma membrana microporosa hidrofóbica de uma solução aquosa compreendendo amônia, dióxido de carbono, e seus compostos salinos ou condensados, com a formação de uma solução aquosa residual e uma corrente gasosa permeada, compreendendo amônia, dióxido de carbono e água.

[00026] Na descrição da invenção, objeto do presente pedido de patente, referência é feita às seguintes figuras: - figura 1: representação esquemática de um dispositivo para a destilação em uma membrana microporosa hidrofóbica que pode ser utilizada para efetuar o método objeto da presente invenção; - figura 2 - representação esquemática de um processo de produção de ureia de acordo com o estado da técnica; - figura 3 - representação esquemática de um processo de produção de ureia que utiliza o método objeto da presente invenção, de acordo com uma primeira forma de realização preferida; - figura 4 - representação esquemática de um processo de produção de ureia que utiliza o método objeto da presente invenção, de acordo com uma segunda forma de realização preferida.

[00027] A Requerente descobriu surpreendentemente que com o processo, objeto da presente invenção, com base na utilização de destilação em uma membrana microporosa, é possível melhorar o rendimento da conversão global de um processo de síntese de ureia, ao mesmo tempo que reduz o seu consumo de energia. A destilação em uma membrana microporosa, de fato, permite que as correntes gasosas compreendendo amônia, dióxido de carbono, e pequenas quantidades de água (na forma de vapor) sejam eficazmente recuperadas das soluções aquosas que circulam neste processo, sem a formação indesejada de sólidos e com um consumo total de energia reduzido.

[00028] A destilação em uma membrana microporosa é uma técnica usada no estado da técnica para a separação de compostos gasosos de soluções em água ou em solventes orgânicos. A utilização desta técnica, no entanto, não é conhecida para o tratamento de soluções produzidas dentro de um processo de síntese de ureia.

[00029] Na destilação sobre uma membrana, uma fase líquida e uma fase gasosa são colocadas em contato com os dois lados opostos de uma membrana microporosa hidrofóbica. O contato entre as duas fases através dos poros da membrana permite uma transferência de massa controlada das espécies químicas aqui presentes, evitando a dispersão de uma fase dentro da outra.

[00030] A força motriz da difusão de uma espécie química a partir do fluido que flui em um lado da membrana (corrente de alimentação) para aquela que flui no lado oposto (corrente gasosa permeada ou corrente transportadora) é o gradiente de concentração, temperatura e pressão existente entre os dois fluidos.

[00031] Graças à elevada porosidade da membrana, este tipo de processo de destilação opera com uma superfície de contato entre os dois fluidos que pode ser muito maior com respeito à de uma destilação tradicional, com vantagens óbvias do ponto de vista da produtividade e redução no ônus do equipamento utilizado.

[00032] O método objeto da presente invenção utiliza a destilação em uma técnica de membrana microporosa hidrofóbica para recuperação simultânea de amônia e dióxido de carbono a partir das soluções aquosas em um processo de produção de ureia. Estas soluções contêm, além da água, amônia e dióxido de carbono na forma de gases dissolvidos ou na forma de compostos salinos ou condensados, tais como, por exemplo, carbamato de amônio e/ou carbonato de amônio.

[00033] O método objeto da presente invenção é de preferência aplicado para a recuperação simultânea de amônia e dióxido de carbono de soluções aquosas recicladas em um processo de produção de ureia. As soluções aquosas recicladas são as correntes líquidas geradas em várias etapas de um processo de produção de ureia que compreende amônia, dióxido de carbono e seus sais ou condensados, que podem ser vantajosamente realimentados ao reator de síntese ou para outras etapas do mesmo processo, de modo a maximizar o rendimento.

[00034] Em uma segunda forma de realização preferida, o método objeto da presente invenção também pode ser usado para o tratamento de soluções compreendendo amônia, dióxido de carbono, água e ureia, tal como, por exemplo, o efluente de reação que sai do reator de síntese do processo de produção de ureia ou soluções de ureia que deixam as várias etapas de decomposição de carbamato dentro do mesmo processo.

[00035] Considerando as condições de temperatura e pressão adotadas em um processo de produção de ureia, o termo “solução aquosa residual” usado com referência ao método objeto da presente invenção refere-se à fase predominantemente líquida que permanece no final da destilação de membrana, após a remoção por evaporação de parte das espécies nela contidas. O termo “corrente gasosa permeada”, por outro lado, refere-se às correntes ou misturas em que a fase líquida está substancialmente ausente, devido à remoção por evaporação de parte das espécies presentes na solução aquosa submetida à destilação, independentemente do seu estado físico real.

[00036] Neste caso, a destilação em uma unidade de membrana microporosa hidrofóbica representa uma alternativa válida para os decompositores de grupo de tubos tipicamente usados na etapa de extração em alta pressão.

[00037] As soluções aquosas acima que podem ser tratadas de acordo com a presente invenção compreendem amônia, dióxido de carbono, água e possivelmente ureia em relações variáveis, dependendo da etapa do processo de ureia em que eles são produzidos. As soluções acima preferivelmente compreendem uma quantidade que varia de 20 a 70 % em peso de amônia, uma quantidade que varia de 10 a 60 % em peso de dióxido de carbono, uma quantidade que varia de 10 a 70 % em peso de água e, possivelmente, uma quantidade que varia de 0 a 60 % em peso de ureia.

[00038] Mais preferivelmente, as soluções acima compreendem de preferência uma quantidade que varia de 20 a 60 % em peso de amônia, uma quantidade que varia de 10 a 50 % em peso de dióxido de carbono, uma quantidade que varia de 10 a 60 % em peso de água e, possivelmente, uma quantidade que varia de 0 a 50 % em peso de ureia.

[00039] As porcentagens em peso acima se referem ao peso total de amônia ou de dióxido de carbono presente na solução na forma livre, na forma de um sal ou condensado.

[00040] O método, objeto da presente invenção, fornece os melhores resultados quando aplicado nas soluções aquosas que formam um ângulo de contato (estático) com o material da membrana igual ou maior do que 90 °, de preferência maior do que 120 °. A medição do ângulo de contato é efetuada com o método conhecido de gota estacionária e é normalmente realizada usando o equipamento ótico automático (goniômetros), comercialmente disponível, que efetua a medição do ângulo formado por uma microgota (alguns μl) depositada sobre a superfície do material sólido (membrana). O valor do ângulo 20 segundos após o depósito da gota é considerado a medida do ângulo de contato estático.

[00041] Em conformidade com a presente invenção, a destilação sobre uma membrana microporosa hidrofóbica é de preferência realizada em uma temperatura que varia de 50 a 250 °C e uma pressão que varia de 50 kPa a 20 MPa absoluto. Sob estas condições, a passagem ocorre das espécies CO2 e NH3 presente na solução aquosa e vapor de água através dos poros da membrana, na forma de vapor. A quantidade de vapor de água na corrente gasosa permeada é em qualquer caso reduzida em relação àquela presente em uma corrente obtida com sistemas de destilação tradicionais. Devido à passagem de NH3 e CO2 através da membrana, existe um enriquecimento progressivo da corrente gasosa permeada que flui sobre o lado da membrana oposto àquele da solução aquosa e, simultaneamente, a redução progressiva na concentração das espécies presentes nesta última (solução aquosa purificada).

[00042] As condições de temperatura e pressão da destilação são selecionadas em relação às características da solução aquosa a ser tratada.

[00043] A destilação é preferivelmente realizada em uma temperatura que varia de 80 a 220 °C, mais preferivelmente de 110 a 190 °C, enquanto que a pressão preferivelmente varia de 0,15 a 18 MPa absoluto, mais preferivelmente de 0,5 a 16 MPa absoluto.

[00044] Durante a destilação de membrana, a pressão da corrente gasosa que compreende NH3 e CO2, que flui sobre um lado da membrana (lado de vapor), deve ser mantida em um valor mais baixo ou igual à pressão da solução a ser tratada que flui sobre o lado oposto (lado de líquido). Além disso, a diferença entre a pressão do lado de líquido e aquela do lado de vapor é de preferência tão elevada quanto possível, mas deve ser mais baixa do que a diferença de pressão mínima que levaria à passagem do solvente na fase líquida através dos poros da membrana (inundação), e à subsequente mistura do mesmo com a corrente gasosa que compreende NH3 e CO2. Esta diferença de pressão mínima é definida como a pressão crítica e pode ser facilmente determinada por um perito no campo com base nas características dos fluidos de processo e material que forma a membrana, mediante a possível realização de alguns testes e medições preliminares experimentais.

[00045] A pressão crítica da solução submetida à destilação é variável e depende não só das características da capacidade de umectação da solução processada (ângulo de contato com o material que forma a membrana), mas também sobre as características de construção da membrana e tipo de material do qual este é composto. As pressões críticas adequadas para efetuar a etapa de destilação de membrana de acordo com a presente invenção são de preferência superiores a 50 KPa.

[00046] O processo de destilação de membrana microporosa é de preferência realizado com dispositivos conhecidos no estado da técnica como comutadores de membrana. Os comutadores de membrana (a seguir indicados com a abreviação “MC”) compreendem qualquer forma de membranas microporosas hidrofóbicas, tais como, por exemplo, fibras ocas, membranas planas, membranas enroladas em espiral, etc.

[00047] Uma forma de realização preferida possível de um dispositivo de MC é ilustrada na figura 1.

[00048] Com referência à figura 1, o dispositivo de MC 11 que pode ser usado para os propósitos da presente invenção consiste de um mecanismo que compreende um invólucro exterior consistindo de um manto cilíndrico 12, de preferência disposto em uma posição horizontal durante o processo de destilação, dentro do qual um série de elementos tubulares 13 estão alinhados, consistindo de membranas microporosas hidrofóbicas de forma cilíndrica (fibras ocas), conectadas nas extremidades com uma câmara de distribuição e uma câmara de coleta (as câmaras não são mostradas na figura 1). A solução aquosa a ser tratada para a recuperação de amônia e dióxido de carbono nela contidos é de preferência passada fora dos elementos tubulares 13, isto é, no espaço entre ditos elementos tubulares 13 e o manto cilíndrico 12, de acordo com a direção do fluxo indicada pela seta 15. Neste caso preferido, os vapores de amônia e dióxido de carbono e vapor de água são liberados, através das membranas, para dentro do espaço no seu interior, e são depois coletados através de uma saída única de acordo com a direção do fluxo indicada pela seta 14.

[00049] O diferencial de pressão entre a solução aquosa que flui para fora dos elementos tubulares 13 e os vapores que fluem na direção oposta dentro dos elementos tubulares 13 é convenientemente mantido em um valor que varia de 40 a 150 kPa e é em qualquer caso menor que a pressão crítica que representa o limite da capacidade de umectação dos poros, a fim de evitar o fenômeno de umedecimento dos poros. Como já mencionado, o valor de pressão crítico depende do material do qual a membrana é composta e do tipo de solução. De modo a melhor sustentar o diferencial de pressão, as membranas microporosas podem possivelmente ser sustentadas com um material rígido permeável a vapores (não mostrado na figura 1), que, no caso acima preferida, consiste de um tubo oco em que as membranas são enroladas, enquanto que pode ser um tubo contendo as membranas no seu interior, se a solução aquosa for passada para dentro dos elementos tubulares 13 do dispositivo de MC 11.

[00050] Na forma de realização ilustrada na Figura 1, o fluxo de solução aquosa está em contracorrente em relação àquela da corrente gasosa permeada. No método de acordo com a presente invenção, no entanto, as duas correntes também podem fluir de forma simultânea. Além disso, o método também pode ser aplicado no modo de batelada.

[00051] O calor pode ser fornecido ao dispositivo 11, por exemplo, por meio de vapor de média ou de alta pressão, que passa através de um grupo de tubos ou câmara de aquecimento (não mostrada na figura) subsequentemente saindo do dispositivo 11 em uma fase de condensado. Mais convenientemente, no entanto, o calor necessário pode ser fornecido por adequadamente irradiar a solução aquosa em contato com as membranas microporosas com um feixe de microondas 16 em uma frequência dentro da gama de 2.300 a 2.700 MHz, de preferência de 2.400 a 2.600 MHz. As freqüências mais adequadas para uma absorção ideal das moléculas polares presentes na solução tratada podem ser facilmente selecionadas por um perito no campo em relação à composição e temperatura da solução, na base das características de absorção especificadas na literatura ou testes de varreduras preliminares simples. Neste caso, os materiais rígidos do qual o mecanismo é composto (manto cilíndrico 12 e possíveis suportes cilíndricos feitos de um material permeável aos vapores), devem ser selecionados a partir daqueles transparentes as microondas dentro da faixa frequência utilizada.

[00052] A destilação de membrana microporosa é de preferência efetuada sob as condições de auto-extração, isto é, na ausência de uma corrente transportadora adicional. De modo a obter uma maior extração de CO2 e NH3, uma corrente de CO2 e/ou NH3, e possivelmente uma corrente de gás inerte, pode ser preferivelmente utilizada como a corrente transportadora, mantida em uma pressão próxima, mas menor do que, aquela da solução aquosa tratada (corrente de alimentação).

[00053] As membranas utilizadas para os propósitos da presente invenção tipicamente consistem de materiais à base de polímeros hidrofóbicos, que formam um ângulo de contato > 90 °, de preferência > 120 ° com as soluções processadas, como anteriormente especificadas. Em uma primeira avaliação, para os propósitos da presente invenção, a capacidade hidrofóbica das membranas pode ser avaliada com base nestes critérios aplicados para a medição do ângulo de contato com a água, em vez de com a solução do processo.

[00054] Exemplos de materiais adequados para formar as membranas são polímeros e copolímeros fluorados, tais como politetrafluoroetileno (PTFE), polivinilidenofluoreto, ou Nafion®, certas poliolefinas com uma cristalinidade elevada, tais como polipropileno isotáctico, poliacrilonitrila, polissulfonas. Estes materiais oferecem uma resistência térmica elevada (até 220 a 250 °C), e uma alta resistência química e mecânica. A diferença de pressão máxima que pode ser mantida por estas membranas é de cerca de 100 KPa. Este tipo de membrana é comercialmente disponível.

[00055] Em uma forma de realização preferida, a destilação na membrana é realizada em unidades de destilação contendo dois ou mais dispositivos de MC do tipo acima descrito, os quais podem operar sob diferentes condições de temperatura e pressão.

[00056] No processo de acordo com a presente invenção, a temperatura de destilação é de preferência mantida em 50 a 250 °C mediante a irradiação com radiações eletromagnéticas tendo uma freqüência dentro da gama de microondas. Ainda mais preferivelmente, a irradiação da solução aquosa é efetuada de modo que a temperatura da solução aquosa aumenta ao longo da direção do fluxo da corrente de alimentação, isto é, mais baixa na entrada do dispositivo de MC contendo a membrana e mais elevada na saída. Enquanto o processo de destilação prossegue, a solução aquosa torna-se empobrecido de NH3 e CO2 e as condições de equilíbrio líquido-vapor tornam-se menos favoráveis para a separação destas espécies a partir da solução aquosa e sua passagem através da membrana. Após aquecimento da solução aquosa em uma temperatura crescente quando flui em contato com a membrana, a tendência reduzida da amônia e dióxido de carbono de se separar da solução aquosa é compensada, evitando também a condensação dos vapores da corrente gasosa permeada contendo amônia, dióxido de carbono e água no lado de vapor.

[00057] O aquecimento pode ser efetuado com dispositivos de geração de microondas conhecidos no estado da técnica. O uso de microondas oferece a vantagem de ser capaz de seletivamente aquecer apenas as moléculas de água, NH3, CO2 e outras moléculas polares no estado líquido, evitando um aquecimento significativo daquelas presentes em forma de vapor. Isso permite que a energia térmica seja fornecida à corrente de alimentação, favorecendo a subsequente permeação de NH3 e CO2 gasosos através da membrana.

[00058] Além disso, a utilização de microondas também impede a inundação dos poros da membrana, isto é, a penetração nos poros do solvente (água) da solução aquosa na forma líquida. A inundação dos poros ocorreria devido a uma sobrepressão no lado da membrana em que a solução a ser tratada flui, o aquecimento seletivo das moléculas de água líquida sobre a parte das microondas permite que a água líquida que penetrou dentro dos poros, se evapora, regenerando assim a membrana in situ, sem interromper o funcionamento do equipamento e evitar a aplicação de contrapressões.

[00059] Além disso, observou-se que a utilização das microondas para aquecer o líquido tem a vantagem adicional de favorecer a dispersão da amônia e dióxido de carbono na corrente transportadora gasosa possível, sem causar o seu aquecimento indesejado e aumentar o consumo de energia.

[00060] A fim de fornecer calor por irradiação com microondas, os dispositivos de MC devem ser usados em que o invólucro exterior é constituído por materiais transparentes às microondas, por exemplo, materiais tais como PTFE, vidro, Pyrex, etc.

[00061] O aquecimento por meio de microondas não é apenas fácil de aplicar, mas também permite que a energia térmica fornecida ao dispositivo de destilação de membrana seja precisamente modulada. Os dispositivos de aquecimento de microondas, além do mais, tendo a eficiência de conversão de energia elétrica em microondas na ordem de cerca de 70 %, contribuem para a obtenção de um rendimento global de energia mais elevado do processo de recuperação de amônia e dióxido de carbono.

[00062] Embora o aquecimento com o uso de microondas seja preferível pelas vantagens acima descritas, o aquecimento da solução aquosa também pode ser efetuado com as técnicas convencionais, por exemplo, mediante a passagem da solução aquosa em um trocador térmico, antes de submetê-la à destilação na membrana.

[00063] Os principais parâmetros operacionais que influenciam a destilação na membrana de acordo com o método, objeto da presente invenção, são a taxa de fluxo e a pressão da solução aquosa em contato com a membrana, a taxa de fluxo e a pressão da corrente gasosa permeada e possível corrente transportadora adicional, assim como o gradiente de temperatura obtido na solução aquosa por irradiação com microondas. O grau de influência sobre a eficácia do método de cada um dos parâmetros operacionais acima pode ser avaliado experimentalmente. As condições de operação ideais são obtidas quando a taxa de fluxo da solução aquosa e a sua pressão sobre a superfície da membrana é tal como para compensar a queda de pressão devido à passagem através da membrana das espécies gasosas que saem da solução aquosa.

[00064] A destilação na membrana de uma solução aquosa contendo amônia, dióxido de carbono e água de acordo com o método, objeto da presente invenção, devolve uma corrente gasosa permeada e uma solução aquosa purificada tendo características variáveis em relação à composição da solução tratada e as condições de operação em que a destilação na membrana é efetuada. A destilação de soluções compreendendo amônia, por exemplo, em uma quantidade que varia de 5 a 40 %, preferivelmente de 10 a 40 % em peso, de dióxido de carbono, em uma quantidade que varia de 2,5 a 20 %, de preferência de 5 a 20 % em peso e ureia em uma quantidade que varia de 10 a 60 %, de preferência de 20 a 40 % em peso, efetuada em uma temperatura que varia de 100 a 220 °C e uma pressão que varia de 10 a 18 MPa, produz uma solução aquosa purificada tendo um teor de amônia residual que varia de 1 a 30 % em peso dióxido de carbono que varia de 1 a 10 % em peso, ureia em uma quantidade que varia de 20 a 60 %, de preferência de 30 a 60 %, em peso.

[00065] De acordo com um aspecto diferente do processo da presente invenção, em relação à concentração de soluções recicladas sem ureia e que compreende amônia em uma quantidade que varia de 5 a 70 %, de preferência de 20 a 70 % em peso, dióxido de carbono em uma quantidade que varia 2,5 a 30 %, preferivelmente de 10 a 30 % em peso, a destilação é realizada em uma temperatura que varia de 60 a 200 °C, de preferência de 80 a 180 °C e uma pressão que varia de 1 a 10 MPa, uma solução aquosa purificado é obtida tendo teores de amônia e dióxido de carbono grandemente reduzidos em relação à solução inicial, respectivamente variando até 20 % em peso de NH3 e até 10 % em peso de CO2, mas de preferência mais baixo do que 2 %, mais preferivelmente mais baixo do que 1 %, em peso.

[00066] Visto que a corrente gasosa permeada obtida com o método, objeto da presente invenção, substancialmente consiste de NH3 e CO2 e com um baixo teor de água, ela pode ser reciclada no reator de síntese de ureia, possivelmente após a recuperação do calor residual, ou em outro processo de produção (por exemplo, em um processo de síntese de amônia).

[00067] A corrente gasosa permeada também pode ser submetida a outros processos de separação para recuperar NH3 e CO2 separadamente, com um elevado grau de pureza.

[00068] O método de acordo com a presente invenção permite a recuperação simultânea de NH3 e CO2 contidos em uma solução aquosa com um processo de produção de ureia, o que permite a recuperação dos compostos acima.

[00069] O método é, portanto, caracterizado por uma alta eficiência de energia e não possui os problemas da formação indesejada de impurezas sólidas das técnicas do estado da técnica.

[00070] O método de acordo com a presente invenção também possui uma alta eficiência de energia, particularmente marcada no caso do uso preferido de microondas para o aquecimento dos dispositivos de destilação de membrana, e pelo fato de que a amônia e o dióxido de carbono podem ser simultaneamente recuperados em uma corrente gasosa reciclável única (como tal, ou como uma solução concentrada de carbonato ou carbamato de amônio, após a condensação) no reator de síntese de ureia.

[00071] Finalmente, o processo de acordo com a presente invenção possui as seguintes vantagens adicionais, com respeito às técnicas usadas no estado da técnica decorrentes do uso de destilação de membrana: - uma alta eficiência de separação da amônia e dióxido de carbono também em soluções diluídas, devido ao fato de que, como a superfície de interface consiste de poros da membrana, não varia com uma variação nas condições de fluxo da corrente transportadora e corrente de alimentação; - ausência da formação de emulsões já que não existe nenhum fenômeno de dispersão entre os fluidos; - ausência de fenômenos de corrosão dos dispositivos utilizados para a destilação na membrana, graças ao tipo particular de materiais utilizados para as membranas e para o invólucro dos dispositivos de MC; - os fluidos em contato com a membrana não necessitam de ter uma densidade diferente; - as operações de aumento de escala dos processos de destilação da membrana são simplificadas, visto que um aumento no volume da corrente de alimentação a ser tratada corresponde a um aumento linear do número de módulos (MC dispositivos); - não existe nenhuma transferência por evaporação de parte da solução a ser tratada ou tratada na corrente gasosa contendo amônia e dióxido de carbono, possivelmente alimentada para a unidade de ureia: desta forma, a unidade de ureia não é poluída com substâncias estranhas ao próprio processo; - não existe nenhuma parte mecânica móvel submetida ao desgaste ou possível quebra; - ônus real reduzido do equipamento necessário para a destilação.

[00072] Alguns exemplos de aplicação para um processo de produção de ureia são ilustrados abaixo para delinear as características e vantagens do método da presente invenção. Os exemplos são fornecidos para propósitos puramente ilustrativos da presente invenção e não devem ser considerados como limitativos do escopo de proteção definido pelas reivindicações anexas. EXEMPLO 1 (comparativo)

[00073] A Figura 2 ilustra uma representação esquemática de um processo para a produção de ureia de acordo com o estado da técnica. As funções particulares, tais como bombas, válvulas e outro equipamento não significativo para uma completa compreensão dos processos esquematizados, não são mostradas na figura 2 acima.

[00074] De acordo com um processo conhecido no estado da técnica, 2366 toneladas/dia de uma corrente 1 de amônia e carbamato de amônia consistindo de 1564 toneladas/dia de amônia, 498 toneladas/dia de dióxido de carbono e 304 toneladas/dia de água, são alimentados a um reator R. A corrente de alimentação 1 é obtida pela mistura de uma corrente reciclada 2 (1575 toneladas/dia) consistindo de uma solução aquosa de carbamato de amônio que deixa um condensador/separador de alta pressão C1 e uma corrente 3 de amônia líquida (790,6 toneladas/dia) substancialmente pura (99,91 % de amônia, 0,09 % de água) que deixa uma seção de condensação/armazenagem CS de amônia. 736,3 toneladas/dia de uma corrente 4 de dióxido de carbono também são alimentados no reator R. O reator R opera em uma temperatura de 187 °C e uma pressão de 15,8 MPa (abs).

[00075] Uma corrente líquida 5 (efluente de reação) compreendendo ureia, dióxido de carbono, água e amônia não reagida deixa o reator R. O efluente de reação (corrente 5) é uma corrente de 3102 toneladas/dia consistindo de 995 toneladas/dia de amônia, 498 toneladas/dia de dióxido de carbono (predominantemente na forma de carbamato de amônio), 605 toneladas/dia de água e 1004 toneladas/dia de ureia. O efluente de reação (corrente 5) é alimentado a um primeiro decompositor de alta pressão D1 (extrator) consistindo de um trocador térmico de grupo de tubos de película decrescente, operando a uma temperatura de 204 °C e uma pressão de 14,7 MPa (abs). O decompositor D1 é aquecido pela alimentação de uma corrente de vapor saturado (644 toneladas/dia) no manto em uma pressão ao redor de 2,3 MPa (abs).

[00076] No decompositor D1, o carbamato de amônio é decomposto em amônia e dióxido de carbono, de acordo com o equilíbrio termodinâmico que se estabelece sob as condições específicas de temperatura e pressão em que o primeiro decompositor D1 está em operação. Uma corrente gasosa 6 (811 toneladas/dia) contendo amônia (432 toneladas/dia), dióxido de carbono (337 toneladas/dia) e vapor de água (42 toneladas/dia) deixa a parte superior do primeiro decompositor D1, que é alimentado a um condensador/separador C1 (condensador/separador de alta pressão), operando sob condições substancialmente isóbaras com respeito àquelas do decompositor D1, a fim de produzir o seu próprio calor residual. Uma solução aquosa de ureia 7 (2291 toneladas/dia) contendo amônia (563 toneladas/dia), dióxido de carbono (161 toneladas/dia), água (563 toneladas/dia) e ureia (1004 toneladas/dia), deixa a parte inferior do decompositor D1. A fração não condensada da corrente gasosa 6 alimentada para o condensador/separador C1 de alta pressão é, por outro lado, separada (corrente 8) e alimentada para o segundo decompositor D2. A corrente 8 (14 toneladas/dia) alimentada ao segundo decompositor D2 consiste de amônia (13 toneladas/dia), dióxido de carbono (1 tonelada/dia) e é substancialmente livre de água.

[00077] A solução de ureia 7 que sai do primeiro decompositor D1 é alimentada em uma etapa de decomposição subsequente do carbamato no segundo decompositor D2 (decompositor de média pressão) que opera ao redor de 160 °C e uma pressão ao redor de 2 MPa (abs), com a separação de uma corrente gasosa 9 (741 toneladas/dia) contendo amônia (475 toneladas/dia), dióxido de carbono (131 toneladas/dia) e vapor de água (135 toneladas/dia), a qual é alimentada a um condensador/absorvedor C2 (condensador/absorvedor de média pressão), para a condensação e recuperação simultânea do calor residual.

[00078] A solução que compreende ureia que deixa o segundo decompositor D2 (corrente 10 - 1564 toneladas/dia) consiste de amônia (101 toneladas/dia), dióxido de carbono (31 toneladas/dia), vapor de água (428 toneladas/dia) e ureia (1004 toneladas/dia). A corrente 10 acima é alimentada ao bloco PG, isto é, as subsequentes seções de processo em que outras fases de decomposição do carbamato residual e condensação/separação dos produtos gasosos são efetuadas, juntamente com as fases de purificação e solidificação para se obter o produto sólido final que consiste de ureia em grânulos e a fase de tratamento das águas residuais. Nas fases de processo representadas pelo bloco PG da figura 2, outras correntes gasosas e líquidas são produzidas, compreendendo amônia, dióxido de carbono e água, que são reciclados no reator de R. A corrente reciclada proveniente do bloco PG é representada na figura 1 por uma corrente 11 (252 toneladas/dia) que liga o bloco PG com a seção C2. A corrente reciclada acima 11 contém amônia (101 toneladas/dia), dióxido de carbono (31 toneladas/dia) e vapor de água (120 toneladas/dia).

[00079] Na seção C2, a corrente gasosa 9 que deixa o segundo decompositor D2 é parcialmente condensada e unida com a corrente reciclada 11 que vem do bloco PG, com a formação de uma corrente 12 (778,1 toneladas/dia) contendo amônia (355 toneladas/dia), dióxido de carbono (162 toneladas/dia) e água (261,1 toneladas/dia). Na seção C2, uma corrente 13 de amônia gasosa também é separada, a qual é alimentada na seção de condensação/armazenagem CS de amônia.

[00080] Na seção C1, condensador/separador de alta pressão, a corrente gasosa 6 proveniente do decompositor D1 é parcialmente condensada e unida com a corrente de 12, que deixa a seção C2, com a formação de uma corrente 2 (1575 toneladas/dia) consistindo de amônia (774 toneladas/dia), dióxido de carbono (498 toneladas/dia) e vapor de água (303 toneladas/dia).

[00081] No processo descrito acima, a fim de produzir 1004 toneladas/dia de ureia, uma quantidade de vapor saturado em 2,3 MPa (abs), igual a 644 toneladas, foi introduzida no decompositor D1. A reação de síntese de ureia teve um rendimento real igual a 60 %. EXEMPLO 2

[00082] O processo de síntese de ureia foi realizado na mesma instalação descrita no Exemplo 1, aplicando o processo objeto da presente invenção para a recuperação de amônia e dióxido de carbono a partir do efluente que sai do reator de síntese. As condições de operação do processo, onde não especificamente indicadas, são idênticas àquelas descritas no Exemplo 1.

[00083] O processo modificado é ilustrado esquematicamente na figura 3, em que os símbolos utilizados, quando coincidindo com aqueles da figura 1, possuem o mesmo significado indicado no Exemplo 1.

[00084] No processo de síntese de ureia representado na figura 3, 2136 toneladas/dia de uma corrente 1 de amônia e carbamato de amônia consistindo de 1518 toneladas/dia de amônia, 404 toneladas/dia de dióxido de carbono e 214 toneladas/dia de água, são alimentados a um reator R. A corrente 1 é obtida pela mistura de uma corrente reciclada 2 (1345 toneladas/dia) consistindo de uma solução aquosa de carbamato de amônio que deixa um condensador/separador de alta pressão de C1 e uma corrente 3 de amônia líquida (790,6 toneladas/dia) substancialmente pura (99,91 % de amônia, 0,09 % de água) que deixa uma seção de condensação/armazenamento CS de amônia. 736,3 toneladas/dia de uma, corrente 4 de dióxido de carbono também são alimentados ao reator R.

[00085] O efluente de reação 5 (2872 toneladas/dia) que sai do reator R consiste de uma corrente de amônia (949 toneladas/dia), dióxido de carbono (404 toneladas/dia), vapor de água (515 toneladas/dia) e ureia (1004 toneladas/dia). O efluente 5 é alimentado a uma destilação na unidade de membrana microporosa hidrofóbica UDM, que opera sob as mesmas condições de temperatura e pressão como o decompositor D1 do Exemplo 1. O aquecimento da unidade UDM é efetuado por meio de um dispositivo de irradiação com microondas. A destilação é realizada sob condições de auto-extração.

[00086] Uma primeira corrente gasosa 6 (645 toneladas/dia) contendo amônia (353 toneladas/dia), dióxido de carbono (270 toneladas/dia) e vapor de água (22 toneladas por dia) deixa a unidade UDM, e é alimentada para um condensador/separador de alta pressão C1. Uma solução aquosa de ureia 7 (2227 toneladas/dia) contendo amônia (596 toneladas/dia), dióxido de carbono (134 toneladas/dia), água (515 toneladas/dia) e ureia (1004 toneladas/dia) deixa a parte inferior da unidade UDM.

[00087] A fração não condensada da corrente gasosa 6 é separada e alimentada (corrente 8) para um segundo decompositor D2. A corrente 8 (12 toneladas por dia) consiste de amônia, dióxido de carbono, (1 tonelada/dia) e é substancialmente livre de água.

[00088] A solução de ureia 7 que sai do primeiro decompositor UDM é alimentada para uma etapa de decomposição subsequente do carbamato em um decompositor D2 (decompositor de média pressão), com a separação de uma outra corrente gasosa 9 (705 toneladas/dia) contendo amônia (512 toneladas/dia), dióxido de carbono (110 toneladas/dia) e vapor de água (83 toneladas/dia), que é alimentada a um condensador/absorvedor C2 (condensador de média pressão).

[00089] A solução que compreende ureia que deixa a corrente de decompositor D2 10 (1534 toneladas/dia) consiste de amônia (95 toneladas/dia), dióxido de carbono (25 toneladas/dia), vapor de água (410 toneladas/dia) e ureia (1004 toneladas/dia). A corrente 10 é alimentada nas subsequentes fases do processo esquematicamente representadas pelo bloco PG. Uma corrente 11 (222 toneladas/dia) é reciclada a partir do bloco PG, que é alimentado na seção C2 e contém amônia (95 toneladas/dia), dióxido de carbono (25 toneladas/dia) e vapor de água (102 toneladas/dia).

[00090] Na seção C2, a corrente gasosa 9 que deixa o decompositor D2 é parcialmente condensada e unida com a corrente reciclada 11 que vem do bloco PG, com a formação de uma corrente 12 (712,1 toneladas/dia) contendo amônia (386 toneladas/dia), dióxido de carbono (135 toneladas/dia) e água (191,1 toneladas/dia). Na seção C2, uma corrente 13 de amônia gasosa também é separada, a qual é alimentada na seção de condensação/armazenamento CS de amônia.

[00091] Na seção C1, condensador/separador de alta pressão, a corrente gasosa 6 proveniente do primeiro decompositor UDM é parcialmente condensada e unida com a corrente 12, que sai da seção C2, com a formação de uma corrente 2 (1345 toneladas/dia) consistindo de amônia (728 toneladas/dia), dióxido de carbono (404 toneladas/dia) e vapor de água (213 toneladas/dia).

[00092] A utilização do método, objeto da presente invenção, permitiu a separação seletiva de amônia e dióxido de carbono a serem obtidos, evitando a formação de produtos sólidos e redução considerável da transferência indesejada de água na forma de vapor. Sob estas condições do processo, a fim de produzir 1004 toneladas de ureia, uma quantidade de energia, na forma de radiações de microondas, equivalente a 590 toneladas de vapor saturado a 2,3 MPa (abs), foi fornecida à unidade UDM, com uma economia de 54 toneladas equivalentes no que diz respeito ao processo do Exemplo 1. Na reação de síntese de ureia um rendimento real igual a 65 % foi alcançado. EXEMPLO 3

[00093] O processo de síntese de ureia foi realizado na mesma instalação descrita no Exemplo 1, aplicando o processo objeto da presente invenção para a recuperação de amônia e dióxido de carbono a partir de uma corrente reciclada que sai do condensador de média pressão. As condições de operação do processo, onde não especificamente indicadas, são idênticas àquelas descritas no Exemplo 1.

[00094] O processo modificado é esquematicamente ilustrado na figura 4, em que os símbolos utilizados, quando coincidindo com aquelas da figura 1, têm o mesmo significado indicado no Exemplo 1.

[00095] No processo de síntese de ureia representado na figura 4, 1999 toneladas/dia de uma corrente 1 de amônia e carbamato de amônia consistindo de 1520 toneladas/dia de amônia, 350 toneladas/dia de dióxido de carbono e 129 toneladas/dia de água, são alimentados a um reator R. A corrente 1 é obtida através da mistura de uma corrente reciclada 2 (774 toneladas/dia) consistindo de uma solução aquosa de carbamato de amônio que deixa um condensador/separador de alta pressão C1 e uma corrente 3 de amônia líquida (1225 toneladas/dia) substancialmente pura (99,91 % de amônia, 0,09 % de água) que sai de uma seção de condensação/armazenamento CS de amônia. Uma corrente 4 (736,3 toneladas/dia) de dióxido de carbono também é alimentada ao reator R.

[00096] O efluente de reação 5 que sai do reator R é uma corrente de 2735 toneladas/ dia consistindo de 951 toneladas/dia de amônia, 350 toneladas/dia de dióxido de carbono, 430 toneladas/dia de água e 1004 toneladas/dia de ureia. O efluente de reação 5 é alimentado a um primeiro decompositor de alta pressão D1 consistindo de um trocador térmico de grupo de tubos de película decrescente. No decompositor D1, o carbamato de amônio é decomposto em amônia e dióxido de carbono que cria uma corrente gasosa 6 (504 toneladas/dia), que deixa a parte superior do decompositor D1. A corrente gasosa acima 6, contendo amônia (281 toneladas/dia), dióxido de carbono (205 toneladas/dia) e vapor de água (18 toneladas/dia), é alimentada para um condensador/separador de alta pressão C1, que opera sob condições isóbaras no que diz respeito àquelas do primeiro decompositor D1, a fim de produzir o seu calor residual. Uma solução aquosa de ureia 7 (2231 toneladas/dia) contendo amônia (670 toneladas/dia), dióxido de carbono (145 toneladas/dia), água (412 toneladas/dia) e ureia (1004 toneladas/dia) deixa a parte inferior do primeiro decompositor D1. A fração não condensada da corrente gasosa 6 (corrente 8) é alimentada para um segundo decompositor D2. A corrente 8 (17 toneladas/dia) consiste de amônia (2 toneladas/dia), dióxido de carbono (15 toneladas/dia) e é substancialmente livre de água.

[00097] A solução de ureia 7 que sai do primeiro decompositor D1 é alimentada para uma subsequente etapa de decomposição do carbamato no segundo decompositor D2 (decompositor de média pressão). Neste decompositor D2, a separação ocorre de uma corrente gasosa 9 (750 toneladas/dia) contendo amônia (529 toneladas/dia), dióxido de carbono (130 toneladas/dia) e vapor de água (91 toneladas/dia), que é alimentada a um condensador/absorvedor C2 (condensador de média pressão).

[00098] A solução compreendendo ureia que deixa a corrente de decompositor D2 10 (1498 toneladas/dia) consiste de amônia (143 toneladas/dia), dióxido de carbono (30 toneladas/dia), vapor de água (321 toneladas/dia) e ureia (1004 toneladas/dia). A corrente acima 10 é alimentada nas subsequentes fases de processo esquematicamente representadas pelo bloco PG. Uma corrente 11 (275 toneladas/dia) é reciclada a partir do bloco PG, que é alimentada ao condensador de média pressão C2 e contém amônia (146 toneladas/dia), dióxido de carbono (34 toneladas/dia) e vapor de água (95 toneladas/dia).

[00099] No condensador de média pressão C2, a corrente gasosa 9 que sai do segundo decompositor D2 é parcialmente condensada e incorporada com o fluxo reciclado 11 que vem do bloco PG, com a formação de uma corrente 12 (836 toneladas/dia) consistindo de uma solução aquosa contendo amônia (480 toneladas/dia), dióxido de carbono (164 toneladas/dia) e água (192 toneladas/dia). Na seção C2, uma corrente 13 de amônia gasosa também é separada, a qual é alimentada na seção de condensação/armazenamento CS de amônia.

[000100] A corrente 12 que sai do condensador de média pressão C2 é alimentada para uma destilação em uma unidade de membrana microporosa hidrofóbica UDM, que consiste de uma primeira seção S1, operando em uma pressão de cerca de 2 MPa, e uma segunda seção S2, operando em uma pressão de cerca de 3 MPa. O aquecimento da unidade de destilação UDM é efetuado, em ambas as seções, através de dispositivos de irradiação de microondas. A destilação é realizada em ambas as seções sob condições de auto-extração.

[000101] Na primeira seção S1, uma corrente gasosa permeada é separada, predominantemente constituída de amônia (corrente 16 - 460 toneladas/dia), que é enviada para a seção de condensação/armazenamento CS, e uma corrente 17, consistindo de uma solução contendo amônia, dióxido de carbono e água. A corrente 17 que sai da primeira seção S1 da unidade UDM é submetida à destilação em uma membrana microporosa na segunda seção S2, após a mistura com uma corrente de água 18 (200 toneladas/dia) que vem do bloco PG. Considerando o comportamento das misturas ternárias de amônia, dióxido de carbono e água, a adição de outra quantidade de água na solução aquosa específica que consiste da corrente 17 que sai da primeira seção S1, permite que uma composição da solução aquosa seja alcançada que é tal que na segunda seção S2 uma corrente líquida 19 (solução aquosa residual - 289 toneladas/dia) é separada, predominantemente contendo água (282 toneladas/dia) e quantidades menores de amônia (3 toneladas/dia) e dióxido de carbono (toneladas/dia), e uma corrente 20 (corrente gasosa permeada - 287 toneladas/dia) contendo a maior parte do dióxido de carbono (160 toneladas/dia), além da amônia (17 toneladas/dia) e água (110 toneladas/dia).

[000102] A corrente líquida 19 que sai da segunda seção S2 é reciclada nas fases do processo de ureia representadas pelo bloco PG, enquanto que a corrente 20 que sai da segunda seção S2 da unidade UDM é alimentada no condensador/separador de alta pressão C1. No condensador/separador C1 acima, a corrente gasosa 6 proveniente do decompositor D1 é parcialmente condensada e incorporada com a corrente acima 20, com a formação da corrente 2 (774 toneladas/dia), enviada ao reator R, consistindo de amônia (296 toneladas/dia), dióxido de carbono (350 toneladas/dia) e vapor de água (128 toneladas/dia).

[000103] O uso do método, objeto da presente invenção, permitiu a separação seletiva de amônia e dióxido de carbono ser obtida, evitando a formação de produtos sólidos e reduzindo consideravelmente a transferência indesejada de água sob a forma de vapor. Sob estas condições do processo, de modo a produzir 1004 toneladas de ureia, uma quantidade de vapor de água saturado 2,3 MPa (abs) igual a 550, foi fornecida ao primeiro decompositor D1, com uma economia de 94 toneladas com respeito ao processo do Exemplo 1. Na reação de síntese de ureia um rendimento real igual a 68 % foi alcançado.

Claims

1. Método para a recuperação simultânea de amônia e dióxido de carbono a partir de uma solução aquosa dos mesmos, possivelmente compreendendo condensados dos mesmos, em um processo de síntese de ureia, compreendendo uma fase de destilação em uma membrana microporosa hidrofóbica de uma solução aquosa que compreende amônia, dióxido de carbono e seus compostos salinos ou condensados, caracterizado pelo fato de que a solução aquosa submetida à destilação é uma solução reciclada proveniente de um processo de produção de ureia ou um efluente proveniente de um reator de síntese de ureia e compreende uma quantidade que varia de 20 a 70 % em peso de amônia, uma quantidade que varia de 10 a 60 % em peso de dióxido de carbono e uma quantidade que varia de 10 a 70 % em peso de água, a dita destilação sendo efetuada em uma temperatura que varia de 80 a 220°C e em uma pressão que varia de 0,15 a 18 MPa absoluto, com a formação de uma solução aquosa residual, possivelmente compreendendo ureia, e uma corrente gasosa permeada que compreende amônia, dióxido de carbono e água.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução aquosa submetida à destilação também compreende uma quantidade que varia de 0 a 60 % em peso de ureia.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a destilação é realizada em uma temperatura que varia de 110 a 190 °C, enquanto que a pressão varia de 0,5 a 16 MPa absoluto.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a solução aquosa submetida à destilação é aquecida pela irradiação da solução aquosa com microondas.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a irradiação da solução aquosa é efetuada de tal modo que a temperatura da solução aquosa aumenta ao longo de uma direção de fluxo da solução aquosa.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a solução aquosa forma um ângulo de contato com o material da membrana igual ou maior do que 90 °, de preferência maior do que 120°.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a corrente gasosa permeada é reciclada dentro do mesmo processo de produção de ureia.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a destilação é realizada na presença de uma corrente transportadora adicional, de preferência uma corrente de CO2 e/ou NH3.

9. Equipamento para efetuar o método como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende: - uma unidade (UDM) para submeter uma solução aquosa (5) compreendendo amônia, dióxido de carbono e seus compostos salinos ou condensados à destilação em uma membrana microporosa hidrofóbica, com a formação de uma solução aquosa residual (7) e uma corrente gasosa permeada (6) que compreende amônia, dióxido de carbono e água; - meio de aquecimento da solução aquosa (5) compreendendo amônia, dióxido de carbono e os seus compostos salinos ou condensados que compreende um ou mais dispositivos para a geração de microondas.

10. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a unidade de destilação (UDM) compreende duas ou mais seções que podem operar sob condições diferentes de temperatura e pressão.