BR112012006029A2 - método para recuperar pó de ureia e amônia de uma corrente de gás - Google Patents

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Abstract

MÉTODO PARA RECUPERAR PÓ DE UREIA E AMÔNIA DE UMA CORRENTE DE GÁS. A presente invenção refere-se a um método para recuperação de pó de ureia e amônia de uma corrente de gás através de contato da dita corrente de gás com uma solução de ácido sulfúrico aquosa, então formação de uma solução ácida de sulfato de amônio e ureia, caracterizado pelo fato de que a solução ácida é concentrada para um fundido compreendendo menos do que 5% em peso de água, fundido que é subsequentemente transferido para partículas sólidas compreendendo ureia e sulfato de amônio.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTO- DO PARA RECUPERAR PÓ DE UREIA E AMÔNIA DE UMA COR- RENTE DE GÁS".
[001] A presente invenção refere-se a um pó de ureia e amônia que são conhecidos em estar presentes em gases de exaustão de fá- bricas de ureia, torres de granulação de ureia, torres de formação de prill de ureia e fábricas de fertilizante químico. Tais fábricas em particu- lar liberam correntes de ar de refugo que contêm pó e amônia resul- tantes de várias etapas de processo. Esta corrente de ar deve ser puri- ficada antes de ser passada para o ambiente ou reciclada de volta pa- ra o processo. Tal corrente de ar de refugo resulta em particular de granulação, formação de prill e etapas de processo de esfriamento de produto.
[002] A JP9227493 descreve um método para recuperação de pó de ureia e amônia de tal corrente de gás através do contato da dita corrente de gás com uma solução de ácido sulfúrico aquosa, desta maneira formando uma solução ácida de sulfato de amônio e ureia.
[003] Uma desvantagem do processo conhecido é que o produto resultante é uma solução, que pode ser dificilmente usada como um fertilizante devido a seus custos de transporte altos.
[004] Conforme descrito na DE10133935 é um desejo adicionar enxofre a fertilizantes contendo nitrogênio. É ainda um desejo reduzir poluição de atividades industriais e em particular de fábricas de produ- ção de fertilizante.
[005] Surpreendentemente foi constatado que esses dois desejos poderiam ser combinados em uma escala economicamente atraente através da concentração da solução ácida para um fundido, compre- endendo menos do que 5% em peso de água, fundido que é subse- quentemente transferido para partículas sólidas compreendendo ureia e sulfato de amônio.
Petição 870190096454, 870190095321, de 26/09/2019, 24/09/2019, pág. 8/48 5/18
[006] Outro problema do método descrito na JP9227493 é que a solução resultante é uma solução ácida, que não é apenas uma des- vantagem para o solo onde ela é usada como um fertilizante, mas ela resulta em corrosão em equipamento de metal usado para concentrar, manusear e transportar a solução ácida, a menos que materiais de construção de custo alto, especiais, sejam usados para tal equipamen- to de metal.
[007] Este problema pode ser resolvido adicionando amônia à solução ácida antes da solução ácida ser concentrada, desta maneira formando uma solução neutralizada de sulfato de amônio e ureia em água.
[008] Um problema adicional do método descrito na JP9227493 é que a razão de enxofre (S) para nitrogênio (N) no fertilizante líquido produzido é dependente da razão de amônia para ureia na corrente de gás a partir da qual ureia e amônia são recuperadas. Isto apresenta um problema uma vez que:
[009] - Dependendo da fonte desta corrente de gás, esta razão de amônia para ureia nesta corrente de gás e a razão de S/N resultan- te no fertilizante produzido podem não ser estáveis com o tempo. Isto resulta então em uma qualidade não estável do fertilizante produzido.
[0010] - Dependendo das condições do solo onde o fertilizante é aplicado, uma razão de S/N ótima pode ser definida de um ponto de vista agronômico. A razão de amônia para ureia coincidente na dita corrente de gás em geral não vai resultar na mesma razão de S/N óti- ma no fertilizante produzido.
[0011] Essas duas desvantagens podem ser superadas através da adição de uma quantidade adicional de sulfato de amônio ao fundido concentrado, ou à solução a ser concentrada, de maneira que a razão de S/N no fertilizante produzido pode ser controlada para qualquer va- lor desejado. Ao mudar a quantidade de sulfato de amônio adicional Petição 870190096454, 870190095321, de 26/09/2019, 24/09/2019, pág. 9/48 6/18 que é adicionada como uma função da razão de amônia para ureia na corrente de gás, esta razão de S/N pode ser também controlada de uma maneira estável com o tempo e para a razão de S/N ótima de um ponto de vista agronômico.
[0012] Preferivelmente a solução neutralizada é concentrada atra- vés de vaporização de pelo menos parte da fase aquosa, desta manei- ra formando vapor de água e um fundido compreendendo menos de 5% em peso de água.
[0013] Mais preferivelmente a vaporização é realizada em mais de uma etapa até que a quantidade de água seja menos do que 5% em peso. Isto permite a redução da quantidade de água no fundido para menos de 1% em peso e ainda mesmo menos do que 0,3% em peso.
[0014] Subsequentemente, o fundido é transferido para ureia e sul- fato de amônio compreendendo partículas sólidas. Este processo pode ser realizado em um granulador ou torre de formação de prill. No en- tanto, isto reintroduziria (em uma escala menor) o problema de ar car- regado com amônia e pó. Desta maneira este processo é preferivel- mente realizado em um peletizador, compreendendo um dispositivo de alimentação, uma correia de solidificação/esfriamento e um dispositivo para remover os peletes formados da correia, através da alimentação de um líquido compreendendo ureia ao dispositivo de alimentação a partir do qual gotículas do líquido compreendendo ureia são dosadas para a correia, sobre a qual as gotículas compreendendo ureia solidifi- cam, onde em seguida as partículas compreendendo ureia formada são removidas da correia. A correia é esfriada do outro lado, preferi- velmente por meio de água fria. A vantagem de usar o dito peletizador ao invés de um granulador é dupla:
[0015] A escala onde o método da invenção é geralmente realiza- do geralmente permite que a peletização seja mais econômica compa- rado com granulação ou formação de prill.
Petição Petição870190096454, 870190095321,de de26/09/2019, 24/09/2019,pág. pág.10/48 7/18
[0016] Peletização usando o processo mencionado acima não produz um fluxo de ar carregado com pó/amônia grande, o que rein- troduziria o problema original embora em uma escala menor.
[0017] A invenção será explicada em mais detalhes abaixo usando os desenhos.
[0018] A Figura 1 é um sistema esquemático para implementação de uma modalidade da presente invenção.
[0019] A Figura 2 é um sistema esquemático para implementação de outra modalidade da presente invenção.
[0020] A Figura 3 é um sistema esquemático para implementação de uma modalidade adicional da presente invenção.
[0021] Um sistema para implementação do método da invenção é mostrado na Figura 1. Uma corrente de gás compreendendo ar, ureia e amônia (11) é contatada em um purificador de gases (1) com uma solução de ácido sulfúrico aquosa (12), desta maneira formando uma solução ácida de ureia e sulfato de amônio.
[0022] O purificador de gás (1) pode ser selecionado de qualquer um dos purificadores de gás do tipo úmido bem conhecido na indús- tria. Ele pode, por exemplo, ser selecionado do tipo de purificadores conforme sumarizado no Chemical Engineers Handbook (Perry e Chil- ton), quinta edição, páginas 20-94 a 20-103. A corrente 11 geralmente tem uma temperatura alta relativa (70 – 110º C) e pode ser ao contrá- rio seca. Como resultado disso, pouquíssima água pode evaporar no purificador de gás. Em muitos casos será então necessário adicionar água de reposição (15) ao purificador de gás a fim de assegurar que a concentração de ureia e sulfato de amônio na fase líquida no purifica- dor de gás permaneça abaixo dos limites de solubilidade. Dependendo do tipo de purificador de gás selecionado, circulação de solução de ureia/sulfato de amônio ácida (UAS) no purificador de gás (não mos- trado na figura) pode ser necessária para remoção apropriada de Petição Petição870190096454, 870190095321,de de26/09/2019, 24/09/2019,pág. pág.11/48 8/18 amônia e pó da corrente de ar.
[0023] O ar limpo deixa o purificador de gás através da linha 18.
[0024] A solução ácida de ureia e sulfato de amônio é passada pela linha (21) para unidade de concentração (2), que pode compre- ender pelo menos um concentrador. Vapor de água deixa a unidade de concentração (2) através da linha (16). Na unidade de concentra- ção (2), a solução ácida de ureia e amônia é concentrada para um fundido, compreendendo menos de 5% em peso de água. A Unidade de concentração (2) pode consistir em um ou mais evaporadores em paralelo ou em série. Esses evaporadores podem ser selecionados de evaporadores, uma vez que eles são bem conhecidos na indústria de processo. Eles podem, por exemplo, ser selecionados dos evaporado- res conforme sumarizado em Chemical Engineers Handbook (Perry e Chilton), quinta edição, páginas 11-27 a 11-38. Ureia é vulnerável à decomposição (por exemplo, hidrólise e formação e biureto) em tem- peraturas altas em tempo de residência longo. Por esta razão os eva- poradores são geralmente selecionados dos tipos 'película descenden- te' ou "vertical de tubo longo’ (referência às Figuras 11-16 em Chemi- cal Engineers Handbook (Perry e Chilton), quinta edição) uma vez que eles oferecem tempo de residência baixo. Também, a fim de minimizar a decomposição de ureia, os evaporadores são preferivelmente ope- rados sob vácuo, a fim de minimizar a temperatura requerida. O vácuo nos evaporadores pode ser mantido usando um sistema de condensa- dores a vácuo e ejetores de jato de vapor (não mostrado na figura), ou outros sistemas, que são bem conhecidos na indústria.
[0025] O fundido de UAS concentrado deixa a unidade de concen- tração através da linha (22) para o misturador (3). Sulfato de amônio sólido é também introduzido no misturador (3), a fim de aumentar a razão de sulfato de amônio para ureia para o valor desejado. A dosa- gem de sulfato de amônio para o misturador (3) é controlada de tal Petição Petição870190096454, 870190095321,de de26/09/2019, 24/09/2019,pág. pág.12/48 9/18 maneira que uma razão de sulfato de amônio para ureia é obtida no produto final (17). O misturador (3) pode ser selecionado de qualquer um dos misturadores de sólido/líquido bem conhecido na indústria. Ele pode ser selecionado, por exemplo, dos misturadores conforme suma- rizado em Chemical Engineers Handbook (Perry e Chilton), quinta edi- ção, páginas 19-3 a 19-25. Seleção do misturador é principalmente dependente da razão de sulfato de amônio para ureia requerida. No caso de concentrações baixas de sulfato de amônio serem requeridas, então a concentração de sólido na pasta fluida (23) será baixa. Neste caso será suficiente selecionar o misturador da classe de ‘misturado- res de agitação’. No caso de concentrações mais altas de sulfato de amônio serem requeridas, então o misturador pode ser selecionado mais eficazmente da classe de equipamento de ‘mistura de material em pasta e viscoso’. A partir do misturador pasta fluida de sulfato de amônio sólido em um fundido de ureia/sulfato de amônio (UAS)+ é transportada através da linha (23) para a etapa de moldagem de sólido (4).
[0026] A etapa de moldagem de sólido (4) pode consistir em gra- nulação, formação de prill ou peletização. É de vantagem especial se- lecionar peletização como processo de moldagem de sólido, uma vez que tal processo de peletização não resulta em gás de exaustão car- regado de pó e amônia como no caso com processos de formação de prill e granulação. Um exemplo de tal processo de peletização é des- crito no WO 2006/111331 A1. O produto final, uma mistura sólida de ureia e sulfato de amônio, deixa o processo através da linha (17).
[0027] A Figura 2 mostra um sistema para implementação do mé- todo da invenção, onde amônia ou água de amônia (14) é adicionada à solução ácida em um neutralizador (5) antes da solução ácida (21) ser concentrada, desta maneira formando uma solução neutralizada de ureia e sulfato de amônio em água que é passada pela linha (24) Petição 870190096454, 870190095321, de 26/09/2019, 24/09/2019, pág. 13/48 10/18 para a unidade de concentração (2). O processo de neutralização (5) pode ser acomodado em um recipiente de mistura com agitador, bem conhecido na indústria. Levando em consideração a afinidade química forte entre ácido sulfúrico e amônia, o processo de neutralização pode ser até mesmo acomodado de uma maneira muito mais simples, por exemplo, através do fornecimento de fluxo turbulento e tempo de resi- dência suficiente na linha de processo que transporta solução de UAS 24 para a unidade de concentração (2). Todos os outros elementos mostrados na Figura 2 são similares aos elementos na Figura 1 e en- tão não são descritos mais aqui.
[0028] A Figura 3 mostra uma modalidade adicional da invenção. A modalidade conforme mostrado na Figura 3 oferece vantagens es- peciais sobre aquelas conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, no caso de razão de sulfato de amônio para ureia requerida no produto de UAS final ser limitada. Uma corrente de gás compreendendo ar, ureia e amônia (11) é contatada em um purificador de gás (1) com uma solu- ção de ácido sulfúrico aquosa (12), então formando uma solução ácida de ureia e sulfato de amônio. O ar limpo deixa o purificador de ar atra- vés de (18). Água de reposição é introduzida no purificador de gás através de (15), em tal quantidade que quaisquer sólidos são formados nas correntes (21) e (24). A solução ácida formada de ureia e sulfato de amônio deixa o purificador de gás através de (21), para ser introdu- zida em um misturador (3). NH3 (ou água de amônia) é introduzida no misturador (3) através da linha (14) em tal quantidade que o ácido sul- fúrico em excesso presente em (21) é neutralizado. Sulfato de amônio sólido adicional é adicionado ao misturador (3) através da linha (13). O misturador (3) é um recipiente agitado, onde agitação apropriada as- segura que todo o sulfato de amônio sólido que é adicionado ao mistu- rador seja dissolvido antes da solução de UAS enriquecida deixar o misturador através de (24) para a unidade de concentração (2).
Petição 870190096454, 870190095321, de 26/09/2019, 24/09/2019, pág. 14/48 11/18
[0029] Da mesma maneira conforme descrito para a Figura 1, na unidade de concentração (2), a solução de UAS é concentrada para tal grau que o fundido de UAS deixando a unidade de concentração atra- vés de (23) tem um teor de água de menos do que 5% em peso. Este fundido concentrado é transformado em um produto de UAS sólido em unidade de moldagem de sólido (4) da mesma maneira que a descrita para a Figura 1.
[0030] Comparado com o processo descrito sob a Figura 2, a Figu- ra 3 oferece a vantagem que as etapas do processo (5, neutralizador) e (3, misturador) agora são combinadas em uma etapa (3, misturador). Isto oferece a vantagem de investimento de capital baixo para o pro- cesso conforme descrito sob a Figura 3. Uma vantagem do processo conforme descrito sob a Figura 2 comparado com o processo descrito sob a Figura 3 é que a concentração de sulfato de amônio na etapa de concentração (2) pode ser maior sem o risco de bloqueio da linha. Desta maneira a aplicação do processo conforme descrito na Figura 3 é limitada a tais casos, onde a razão de S/N desejada no produto (17) é limitada a tal valor que o fundido de UAS+ (23) não contém nenhum sulfato de amônio sólido, ou apenas uma quantidade muito limitada de sulfato de amônio sólido, que a corrente (23) permanece uma pasta fluida transportável.
Petição 870190096454, 870190095321, de 26/09/2019, 24/09/2019, pág. 15/48 12/18

Claims (6)

REIVINDICAÇÕES
1. Método para recuperação de pó de ureia e amônia de uma corrente de gás, sendo uma corrente de ar de refugo de granula- ção, formação de prill ou etapas de processo de esfriamento de produ- to, caracterizado pelo fato de que é através de contato da dita corrente de gás com uma solução de ácido sulfúrico aquosa, formando uma solução ácida de sulfato de amônio e ureia, em que a amônia é adicio- nada à solução ácida formando uma solução neutralizada de ureia e sulfato de amônio em água, e a solução neutralizada é concentrada para um fundido compreendendo menos do que 5% em peso de água, fundido que é subsequentemente transferido para partículas sólidas compreendendo ureia e sulfato de amônio.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução neutralizada é concentrada através de va- porização de pelo menos parte da fase aquosa, formando vapor de água e um fundido compreendendo menos do que 5% em peso de água.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a referida vaporização é realizada em mais de uma etapa até que a quantidade de água no fundido seja menos do que 5% em peso de água.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o fundido é misturado com uma quantidade adicional de sulfato de amônio.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a solução antes da concentração é misturada com uma quantidade adicional de sulfato de amônio.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o fundido é transferido para partí- culas sólidas compreendendo ureia em um peletizador, compreenden- Petição 870190096454, 870190095321, de 26/09/2019, 24/09/2019, pág. 16/48 13/18 do um dispositivo de alimentação, uma correia e um dispositivo para remover os péletes formados da correia, através de alimentação de um líquido compreendendo ureia ao dispositivo de alimentação a partir do qual gotículas do líquido compreendendo ureia são dosadas para a correia, sobre a qual as gotículas compreendendo ureia solidificam, em que em seguida as partículas compreendendo ureia formada são removidas da correia.
Petição 870190096454, 870190095321, de 26/09/2019, 24/09/2019, pág. 17/48 14/18
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