BR112012019766B1

BR112012019766B1 - Remoção de amônia na finalização de ureia.

Info

Publication number: BR112012019766B1
Application number: BR112012019766-5A
Authority: BR
Inventors: Eliasson Johanna; Eriksson Ylva; Holmström David; Christian Hulteberg P.; T. Karlsson Hans; Nilson Filip; Ojala Frida; Albert Arno Van Den Tillaart Johan
Original assignee: Stamicarbon B.V.
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2018-02-14
Also published as: EP2534129B1; CA2789399A1; CN102753518A; AU2010345799B2; WO2011099844A1; JP5745546B2; US20120330060A1; EA025490B1; CN102753518B; JP2013519618A; AU2010345799A1; EP2534129A1; US9493408B2; BR112012019766A2; CA2789399C; WO2011099844A8; EA201290781A1

Abstract

remoção de amônia na finalização de ureia. a presente invenção refere-se a um método para a remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia. o método compreende colocar em contato o desprendimento de gás com um adsorvente sólido capaz de fisicamente adsorver a amônia, particularmente carvão ativado ou zeólito. logo a seguir, o adsorvente sólido tendo amônia nele adsorvida é separado do gás e regenerado mediante a dissolução de amônia em um líquido de extração, de preferência água. após a separação da água do adsorvente sólido, este último é reutilizado no processo.

Description

(54) Título: REMOÇÃO DE AMÔNIA NA FINALIZAÇÃO DE UREIA.

(51) Int.CI.: C07C 273/04 (73) Titular(es): STAMICARBON B.V.

(72) Inventor(es): JOHANNA ELIASSON; YLVA ERIKSSON; DAVID HOLMSTRÕM; P. CHRISTIAN HULTEBERG; HANS T. KARLSSON; FILIP NILSON; FRIDA OJALA; JOHAN ALBERT ARNO VAN DEN TILLAART

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para REMOÇÃO DE AMÔNIA NA FINALIZAÇÃO DE UREIA.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se ao campo da remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma unidade de produção de ureia. Particularmente, a invenção refere à redução da emissão contínua de amônia que ocorre a partir de uma tal seção de finalização da usina de ureia.

Antecedentes da Invenção

A ureia é produzida de amônia e dióxido de carbono. A produção de ureia de hoje envolve processos relativamente limpos, particularmente com baixa emissão de pó de ureia e amônia. No entanto, além da síntese química de ureia, a produção de ureia em uma escala comercial requer que a ureia seja apresentada de uma forma particulada sólida adequada. Para este fim, a produção de ureia envolve uma etapa de finalização em que uma fusão de ureia é levada à forma particulada desejada, geralmente envolvendo qualquer um de pastilhamento, granulação e peletização.

O pastilhamento usado para ser o método mais comum, em que a fusão de ureia é distribuída em uma torre de pastilhamento e as gotículas de solidificam quando caem. No entanto, o produto final é muitas vezes desejável ter um diâmetro maior e maior resistência ao esmagamento do que aquele que resulta da técnica de pastilhamento. Estas desvantagens levaram ao desenvolvimento da técnica de granulação em leito fluidizado, onde a fusão de ureia é pulverizada sobre grânulos que crescem em tamanho quando o processo continua. Antes da injeção no granulador, formaldeído é adicionado para evitar a aglomeração e para fornecer resistência ao produto final.

O ar que deixa a seção de finalização contém pó de ureia e amônia. O último é particularmente causado por uma reação colateral indesejada na etapa de finalização, isto é, a formação de biureto, isto é, uma dimerização de ureia, com a liberação de amônia. Outra reação colateral que pode ocorrer é a hidrólise da ureia, novamente com liberação de amônia. As2/20 sim, apesar da natureza relativamente limpa da síntese de ureia, a produção comercial de ureia inevitavelmente acompanha a formação de amônia. Este amônia é normalmente emitida através do desprendimento de gás da seção de finalização de uma usina de ureia.

Com vista a uma maior procura para a produção de ureia, e requisitos legais e ambientais aumentados como para reduzir o nível de emissão de amônia, é desejável que a amônia especificamente emitida na finalização de ureia, seja prevenida ou removida. Isto é particularmente desafiante, visto que as quantidades de desprendimento de gás (principalmente ar) são enormes, e a concentração de amônia é baixa. Uma corrente de ar típica é da ordem de 750000 Nm³/h. Uma concentração típica de amônia nesse particular é de 100 mg/Nm³.

A concentração relativamente baixa de amônia significa que o desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia não se presta para remoção da amônia através das técnicas convencionais, tais como a purificação úmida. Em vez disso, o estado da técnica no presente campo é a remoção de amônia por meio de ácido. Embora isto leve à remoção muito eficiente de amônia, apresenta uma séria desvantagem na medida em que resulta em um subproduto, isto é, o sal de amônio correspondente. Este então necessita ser disposto, isto é, o problema das emissões é efetivamente trocado por outro problema de resíduos químicos.

É, portanto, desejável fornecer um método através do qual a amônia do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia possa ser removida sem causar a formação de um novo subproduto.

Outros métodos de remoção de amônia a partir de gás são conhecidos. As referências antecedentes incluem o que segue.

Helminen et al., AlChE Journal August 2000, Vol. 46 No.8, pages 1541-1555 apresenta uma comparação de adsorventes e modelos isotérmicos para a separação de amônia pela adsorção. Helminen reconhece que a separação de amônia-gás por adsorção e recuperação para reutilização é

3/20 bem conhecida, mas não tem sido aplicada extensivamente. A este respeito referência é feita aos problemas relacionados com a seletividade, capacidade e capacidade de regeneração dos adsorventes. É indicado que a maior parte das aplicações de adsorventes está relacionada com a separação de amônia das correntes de gás no processo de produção de amônia. Zeólito, alumina, sílica gel e carvão ativado são mencionados como sendo usado para este propósito. Helminen em razão disso apresenta um estudo em que um desses adsorventes funcionaria melhor. A amônia foi considerada de adsorver mais fortemente em certos zeólitos (13X e 4A). O impulso do estudo de Helminen, no entanto, é para identificar os melhores modelos para o estudo de isotérmicos de adsorção, e nenhum uso prático dos adsorventes é sugerido.

No WO 00/40324 um método é divulgado para a separação de gás de amônia e uma composição sólida adsorvente. Ela descreve vários problemas com a remoção de amônia a partir das correntes de gás, que debate a purificação úmida, incluindo a absorção em soluções de ácido com a formação de sais como mencionado acima, assim como a adsorção de gás sobre um leito adsorvente sólido com a regeneração do adsorvente. Neste último caso, um problema indicado é que a amônia é adsorvida muito fortemente em muitos adsorventes convencionais tais como zeólitos, alumina e sílica gel, que é dito de causar isotérmicos de adsorção sendo desfavorável para a dessorção, tornando a regeneração do adsorvente difícil. Isto é dito de ser diferente para o carvão ativado, que pode ser regenerado simplesmente pela despressurização, mas o carvão ativado surge com uma baixa seletividade e capacidade de adsorção para amônia. Como uma solução, a referência apresenta o uso de um adsorvente contendo cobre (I) sólido.

Bernal et al., Bioresource Technology 43 (1993), 27-33 refere-se a certos zeólitos como adsorventes para amônia e amônio. Esta referência também incide sobre os isotérmicos de adsorção pertinentes. A dessorção de amônia e a regeneração do adsorvente não são abordadas.

Uma outra particularidade do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma unidade de produção de ureia, é que não ape4/20 nas compreende amônia, mas também o pó de ureia. Seria desejável se um método pudesse ser fornecido o qual não apenas serviría para remover a amônia a partir do desprendimento de gás, mas também o pó de ureia.

Apesar de tudo, é desejável fornecer um método de remoção de amônia especificamente de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia. Além disso, é desejável que isso seja feito sem a formação de mais outro subproduto. É ainda desejável que o método permita a remoção de pó de ureia a partir do desprendimento de gás igualmente.

Sumário da Invenção

A fim de melhor se dirigir a um ou mais dos desejos precedentes, a presente invenção, em um aspecto, apresenta um método para a remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia, compreendendo (a) colocar em contato o desprendimento de gás com um adsorvente sólido capaz de adsorver fisicamente a amônia e (b) separar o adsorvente sólido tendo amônia nele adsorvida do gás.

A invenção, em outro aspecto, fornece o uso de um adsorvente sólido capaz de fisicamente adsorver a amônia, para a remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia.

Em mais outro aspecto, a invenção diz respeito a um método para a remoção de amônia e pó de ureia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia, compreendendo colocar em contato o desprendimento de gás com um adsorvente sólido capaz de fisicamente adsorver a amônia, submeter o desprendimento de gás à uma etapa de separação de sólido-gás e regenerar o adsorvente mediante a dissolução da amônia nele adsorvida em água.

Em mais um outro aspecto, a invenção é um processo para a produção de ureia compreendendo reagir a amônia e o dióxido de carbono sob condições de modo a formar a ureia, e submeter a ureia a uma etapa de finalização em fusão de modo a formar ureia particulada e desprendimento de gás, em que amônia, e de preferência também pó de ureia, é removido

5/20 do desprendimento de gás por um método que compreende as etapas acima (a) e (b).

Descrição Detalhada da Invenção

Considerações gerais

A invenção, em amplo sentido, reside na escolha criteriosa de adsorventes sólidos, capazes de fisicamente adsorver a amônia para a remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia.

Embora a invenção assim em termos gerais pertença à adsorção como tal, ficará entendido que um processo preferido economicamente viável não irá parar na etapa de adsorção, mas permitirá ainda a regeneração e reutilização do adsorvente e possivelmente também da amônia removida.

Na seleção de adsorventes sólidos para este propósito, a invenção particularmente faz uso do reconhecimento de que um equilíbrio ideal de remoção de amônia através da adsorção e capacidade de regeneração do adsorvente, pode ser alcançado com base na adsorção física (também conhecida como fisissorção).

Isto não significa que, particularmente no caso de adsorventes de alta capacidade, tais como zeólitos, a amônia não deve também adsorver mais fortemente, isto é, através da adsorção química (quimissorção, em ligação química de fato). No entanto, em um aspecto, a invenção baseia-se no reconhecimento de que a quantidade de amônia adsorvida pela fisissorção é muito maior do que a quantidade quimissorvida. Em vez disso, ao contrário do pensamento regular na técnica, isto levou os inventores a postular que se a amônia fisissorvida possa ser dessorvida, uma parte suficiente do adsorvente é de fato regenerada.

Com base no reconhecimento anterior, a invenção, em outro aspecto, resulta em evitar os isotérmicos de adsorção desfavoráveis na etapa de dessorção. Na técnica, a dessorção é obtida pela despressurização, e/ou pelo tratamento em alta temperatura, e/ou por meio de vapor (em cujo caso é particularmente o vapor quente que deve fazer a dessorção, isto é, mais uma vez um processo conduzido pelas condições de temperatura e

6/20 pressão). Na presente invenção, a dessorção é conduzida na base da solubilidade em água de amônia. O fato de que isso não pode remover a amônia quimissorvida mais fortemente ligada, surpreendentemente não impede a capacidade de regeneração do adsorvente. Com isso, de um modo contraintuitivo, a presente invenção contorna a escolha de outro modo difícil entre a capacidade de adsorção e a capacidade de regeneração.

Assim, a invenção, em uma forma de realização preferida, fornece um método para a remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia, compreendendo (a) colocar em contato o desprendimento de gás com um adsorvente sólido capaz de fisicamente adsorver a amônia;

(b) separar o adsorvente sólido tendo amônia nele adsorvida do gás; e (c) regenerar o adsorvente sólido pela dissolução de amônia em um líquido de extração, de preferência água, e separar o líquido do adsorvente sólido.

Adsorventes

Na invenção os adsorventes são usados os quais são capazes de fisicamente adsorver amônia. Isto é importante, no sentido de que um dos desejos tratados pela invenção, é evitar a formação de outros subprodutos, e assim a formação de produtos de uma reação química de amônia é evitada.

Os adsorventes capazes de fisicamente adsorver a amônia são conhecidos na técnica, e são bem disponíveis para a pessoa versada. Os adsorventes adequados incluem, mas não são limitados a estes, zeólitos, alumina, sílica gel, e carvão ativado.

A adsorção de moléculas pequenas, como a amônia, é melhor obtida se os poros adsorventes forem do mesmo tamanho. Em termos de distribuição de tamanho de poro, os zeólitos e o carvão ativado são preferidos para a adsorção de amônia.

No processo da invenção, o adsorvente é regenerado pela dissolução de amônia nele adsorvida em água. No caso de carvão ativado, é preferível com vista a esta regeneração, fazer uso de carbono não impreg7/20 nado.

Nos zeólitos o tamanho da abertura está entre 3 e 8 Â, dependendo da quantidade de água e do tipo de cátions nos poros. A capacidade de adsorção de zeólitos pode ser modificada através de diferentes processos dos quais a troca iônica e a desaluminação são os mais comuns. O tamanho de poro é de preferência modificado para se ajustar ao diâmetro da molécula do adsorvido desejado, isto é, amônia. Isto é melhor executado pela troca iônica, onde os cátions capturados na estrutura são trocados por íons de um tamanho diferente. Um exemplo é o uso de zeólito NaA (zeólito tipo A com íons de sódio); aqui os íons de sódio são trocados por íons de cálcio a fim de aumentar o tamanho da abertura, ou íons de potássio, a fim de diminuir o tamanho da abertura. A pessoa versada está bem ciente destes e outros meios para adaptar o tamanho de poro de um dado zeólito ao adsorvido desejado.

O tamanho regular e relativamente pequeno das aberturas contribui para os zeólitos serem bem ajustados para a adsorção de amônia. Da mesma forma, os zeólitos de alumina superiores do tipo A e X são adequados para a remoção de amônia devido às suas interações eletrostáticas e o momento dipolar grande da amônia. Tendo em vista a influência potencial da água nos zeólitos nos sítios de cátions desde então, uma vez que se podem bloquear os poros, os zeólitos são preferivelmente desidratados antes da adsorção. Os zeólitos do tipo A e X são os zeólitos mais adequados para a adsorção de amônia em temperaturas entre 25 e 120 °C. A adsorção de amônia pode ser aumentada mediante o pré-tratamento de ácido do zeólito, visto que a amônia depois pode ser protonada antes da adsorção de amônio e a adsorção de amônia sobre à superfície então aumentaria.

Como mencionado acima, não é excluído (nem indesejável), se um adsorvente, além de ser capaz de fisicamente adsorver a amônia, também se ligar à amônia através da adsorção química. Na invenção isso não leva a um subproduto indesejado, quando o adsorvente é regenerado através da remoção de amônia fisicamente adsorvida, e é assim reutilizado independente de qualquer amônia quimissorvida que ainda esteja presente.

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Isto particularmente vale para os zeólitos, que são capazes de fortemente se ligar à amônia, apresentando uma interação mais forte entre a superfície e a amônia do que no caso de carvão ativado. Os zeólitos são, portanto, preferidos de acordo com a invenção. Mais preferivelmente, o zeólito é selecionado do grupo consistindo em zeólito 4A e zeólito 13X, com o último sendo o mais preferido.

O adsorvente de preferência é introduzido na forma de partículas, particularmente partículas fragmentadas, que têm a vantagem de boas propriedades de circulação livre na corrente de gás. Ficará entendido pela pessoa versada na técnica que os tamanhos de partícula adequados serão diferentes por equipamento da instalação e projeto do processo. Os tamanhos de partícula preferidos variam de 1 pm a 100 pm. Esta faixa serve para permitir a formação de um bolo de filtro homogêneo sobre o pano de filtro no filtro de manga e fornece um bom equilíbrio entre as partículas pequenas que são desejadas de modo a garantir que os sólidos sejam de circulação livre/dispersos na corrente de gás e as partículas grandes de modo a permitir que os sólidos sejam desidratados sem passar através da unidade de desidratação e terminar na corrente de líquido.

A etapa de contato

O método da invenção compreende o contato do desprendimento de gás acima identificado com um adsorvente sólido. Esta etapa pode ser realizada de várias maneiras.

Também é possível, por exemplo, utilizar uma técnica de adsorção convencional, tal como a que leva a corrente de gás sobre um leito fixo ou fluidizado de adsorvente. De preferência, o adsorvente é introduzido na corrente de gás na forma de partículas.

A introdução do adsorvente na corrente de gás na forma de partículas é um meio incomum de trabalho que, no entanto, apresenta uma escolha criteriosa no caso específico do desprendimento de gás de uma seção de finalização da usina de ureia. Normalmente, não se deve facilmente considerar a introdução de partículas soltas em uma corrente de gás que deve ser purificada. No caso de ureia, os presentes inventores consideraram que

9/20 a corrente de gás contém sólidos em qualquer caso, isto é, pó de ureia. Visto que isto implica a necessidade de uma etapa de separação de sólido-gás, a introdução de mais outro sólido não afeta adversamente a simplicidade e economia de processo global.

Preferivelmente, uma vantagem é que as partículas soltas permitem a utilização de técnicas de separação que também servem para remover o pó de ureia, tais como os filtros de manga ou ciclones. Além disso, a introdução do adsorvente na forma de partículas, particularmente em combinação com um filtro de manga, produz uma vantagem adicional em que, com base na capacidade de adsorção similar, leitos adsorventes volumosos podem ser evitados.

Assim, no processo da invenção, o procedimento preferido compreende a injeção de um adsorvente fragmentado na corrente de ar de uma seção de finalização da usina de produção de ureia, e adsorver a amônia. Esta injeção de adsorvente na corrente de ar pode ser conduzida, por exemplo, usando um silo de armazenamento em volume seguido por alimentadores que transportam o adsorvente do silo para o ponto de injeção.

A adsorção de amônia no carvão ativado é favorecida a baixas temperaturas e, portanto, a corrente de ar é de preferência esfriada para aumentar a adsorção se o carvão ativado for usado. Isto pode ser conseguido pela adição de água que força a temperatura diminuir. A água de esfriamento é evaporada a partir do adsorvente injetado.

No caso de utilização de zeólitos como adsorvente, nenhum esfriamento de ar é requerido visto que a capacidade de trabalho é constante sobre uma grande faixa de temperatura.

A etapa de separação de sólido-gás

O método da invenção compreende a separação do adsorvente sólido tendo amônia nele adsorvida do gás em que o adsorvente foi introduzido.

Os métodos e equipamentos para separar sólidos do gás são conhecidos da pessoa versada. As tecnologias particularmente adequadas para uso na invenção incluem filtros de manga e ciclones.

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No processo específico de remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia, em que o gás essencialmente compreende tanto amônia quanto pó de ureia, o uso de adsorventes sólidos e a subsequente separação de sólido-gás possuem a vantagem de que não só o adsorvente, mas também o pó de ureia é removido. Isto torna o uso de equipamento adicional para a remoção de pó, tal como purificadores úmidos, redundante, que claramente apresenta uma vantagem do ponto de vista da simplicidade do processo, e de um ponto de vista de economia de processo e investimentos de equipamento.

Embora o uso de ciclones seja uma forma relativamente econômica de condução da separação de sólido-gás, um método preferido de acordo com a invenção envolve a utilização de um ou mais filtros de manga. Tais filtros são conhecidos na técnica, e são utilizados para remover pó partículas de pó das correntes de ar. Eles são facilmente disponíveis da pessoa versada na técnica sem mais explicações. Além das vantagens com relação à remoção e regeneração de adsorvente, quando um filtro de manga for usado, a adsorção real é suposta de ser aperfeiçoada por um bolo de filtro de adsorventes no saco, combinando assim as vantagens de partículas adsorventes em uma corrente de gás, e a função de um leito fixo de adsorvente.

Em geral, em um filtro de manga uma corrente de ar compreendendo partículas é soprada através de um filtro, durante um período de tempo predeterminado ou até que uma queda de pressão, que irá ocorrer devido ao espessamento do bolo de filtro formado, atingiu um certo nível. A pessoa versada será capaz de selecionar os parâmetros de projeto apropriados. Por exemplo, soprar ou sugar o ar através do filtro. Quando se trata de conceber o filtro, é importante ter espaçamento suficiente entre os sacos de modo que eles não esfreguem um contra o outro o que causa dano. Outro parâmetro é a relação entre o tamanho da corrente de ar e a área de tecido. Uma relação muito grande leva a partículas que penetram no tecido, o que resulta em quedas de pressão crescentes. Estas partículas também são muito difíceis ou impossíveis de se lavar. A área de filtração é determinada pelo número

11/20 de sacos, assim como pelo diâmetro e comprimento do saco. Aqui é importante perceber que com tamanhos maiores de saco, a limpeza torna-se mais difícil.

A escolha do tecido no saco é outro parâmetro que a pessoa versada será capaz de escolher criteriosamente. É preferível utilizar sacos com a permeabilidade e espessura corretas para o processo. Os sacos podem ser compreendidos de materiais naturais ou sintéticos, e podem ser melhorados através de diferentes tratamentos de superfície. Um material adequado, particularmente quando se visa uma longa vida útil dos sacos, é o Teflon (poli tetra fluoro etileno).

Uma característica de um filtro de manga que vem com as vantagens da presente invenção, está associada com o fato de que a regeneração do adsorvente é feita pela dissolução de amônia, particularmente em água, que pode ser conduzido na forma de uma etapa de lavagem de bolos de filtro removidos dos sacos. Um filtro de manga geralmente possui uma pluralidade de seções, o que permite interromper a filtração - e remover o bolo do filtro - em uma seção de cada vez, garantindo assim que o processo de filtração como tal é contínuo.

O filtro é limpo após o período acima mencionado de sopro de ar através dele, e a remoção do bolo do filtro, geralmente por sopro de ar em pulsos, através do filtro em sentido inverso. Ficará entendido que, de preferência, também a limpeza é conduzida em uma seção de cada vez.

Em uma forma de realização preferida, não se remove o bolo de filtro inteiro de cada vez, mas apenas o suficiente para diminuir a queda de pressão e permitir a regeneração do adsorvente da parte removida do bolo do filtro. Isto garante que também no início de cada ciclo de limpeza, a filtração é mais eficiente do que se o bolo do filtro não estivesse presente.

A etapa de regeneração

Como mencionado acima, o método da presente invenção preferivelmente também compreende uma etapa de regeneração do adsorvente sólido mediante a dissolução de amônia em um líquido de extração, e separação do líquido do adsorvente sólido.

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Os líquidos de extração adequados são geralmente líquidos tônicos, soluções salinas, soluções salinas aquosas, soluções salinas acídicas, água acidificada e água. De preferência, a extração é realizada por água. Assim, tanto a amônia quanto a ureia podem ser dissolvidas. De preferência, a amônia e a ureia são reutilizadas, assim como, como um reagente, respectivamente, como um produto. As técnicas necessárias são bem conhecidas da pessoa versada, por exemplo, remoção de amônia pela extração de vapor e remoção de ureia pela concentração através de múltiplas etapas de evaporação.

Da mesma forma, a água utilizada para a extração pode (para uma grande parte pelo menos) ser reutilizada após outra concentração da solução de amônia/ureia remanescente.

A dessorção é preferivelmente conduzida pela mistura do adsorvente com o solvente em um tanque bem misturado. A amônia então será liberada e misturada com o solvente. Dependendo da força da ligação da amônia com o adsorvente, os métodos de dessorção podem diferir dependendo de qual adsorvente for utilizado. Por exemplo, pode ser preferível adicionar calor quando dessorver amônia de zeólitos, por exemplo, mediante o uso de água na forma de vapor, enquanto que o carvão ativado pode ser dessorvido usando água mais fria.

Quando se utiliza água como o líquido de extração, a ureia particulada removida da corrente de ar também se dissolverá.

Após a dessorção, a mistura irá consistir de uma pasta fluida do adsorvente e do solvente com amônia e ureia dissolvidas.

A fim de remover o adsorvente da pasta fluida, criado no tanque de mistura, uma separação da unidade de sólido-líquido será aplicada. Vários métodos, conhecidos da pessoa versada, são disponíveis para extrair partículas sólidas a partir de um líquido. Os métodos preferidos de acordo com a invenção incluem o uso de um filtro de vácuo contínuo, filtração centrífuga e sedimentação centrífuga.

Os tipos preferidos de filtros são filtros de tambor e filtros de disco rotativo, As centrífugas geralmente vêm em dois tipos, os quais ambos

13/20 são adequados para utilização na invenção, isto é, aqueles que usam um método de filtração e aqueles que trabalham na base de um princípio de sedimentação, tal como uma centrífuga de bojo vertical ou horizontal. Os filtros e centrífugas que podem ser usados na invenção é um equipamento bem conhecido da pessoa versada.

Reutilização do adsorvente

Embora a regeneração do adsorvente como tal não impeça que o adsorvente regenerado seja removido para uso diferente, ficará claro que é preferível na presente invenção realmente reintroduzir o adsorvente regenerado no processo da invenção. Para este fim, o adsorvente do qual a amônia e a ureia são removidas, e que foi submetido a uma etapa de separação de sólido-líquido mencionada acima, será reinjetado na corrente de ar, isto é, reutilizado na etapa de colocar em contato o desprendimento de gás com um adsorvente sólido em um próximo ciclo do processo.

Considerando-se que, de uma forma geral, a produção de ureia é um processo contínuo, e assim também é a emissão de gás a partir da seção de finalização, ficará entendido que o termo próximo implica um momento posterior do que a introdução inicial antes da regeneração, e que o termo ciclo do processo refere-se ao ciclo de introdução do adsorvente, a etapa de contato, a etapa de separação de sólido-gás, e a etapa de regeneração. Este ciclo também pode ser referido como o ciclo de adsorvente.

Após a separação de sólido-líquido, no caso de utilização de água como líquido de extração, é bem possível no processo da invenção que o adsorvente regenerado seja reintroduzido em um estado úmido, embora geralmente seja recomendável pelo menos parcialmente remover a água, por exemplo, mediante a filtração. No entanto, se o adsorvente ainda contiver água, o processo da invenção apresenta uma vantagem em que o adsorvente é reintroduzido em uma corrente de gás quente, isto é, o desprendimento de gás de uma seção de finalização da usina de produção de ureia. O calor da corrente de gás, que está inerentemente disponível, irá garantir a evaporação adicional da umidade a partir do adsorvente. Como um resultado, o adsorvente chega ao estágio de separação de sólido-gás (isto é,

14/20 de preferência em um filtro de manga) em um estado seco, totalmente disponível para adsorção renovada de amônia.

Ficará entendido que o teor de umidade do adsorvente quando introduzido na corrente de gás quente preferivelmente não deve ser tão elevado quanto para resultar no gás sendo saturado com a água antes de substancialmente toda a água do adsorvente ser evaporada. A pessoa versada na técnica será capaz, dependendo das circunstâncias, tais como o tipo de adsorvente, a temperatura da corrente de gás, e o teor de água original da corrente gás, de determinar o teor de umidade ideal do adsorvente antes da sua reintrodução na corrente de gás, e assim o grau desejado de secagem. Em geral, o teor de umidade do adsorvente quando introduzido na corrente de gás está abaixo de 50 % em peso, de preferência abaixo de 30 % em peso.

No caso da utilização de um tipo de adsorvente cuja ação inclui a adsorção química de amônia, é tecnicamente possível incluir uma ou mais etapas que servem para remover também pelo menos um pouco da amônia quimicamente adsorvida antes da reutilização do adsorvente. Por exemplo, com zeólitos, pode-se usar vapor adicional. No entanto, como mencionado acima, é preferível de acordo com a invenção para não procurar ativamente a remoção da amônia quimicamente adsorvida. Uma vantagem desta não é apenas a simplicidade do processo, em que evita as etapas adicionais envolvidas, mas também se evita uma entrada de energia adicional, o que torna o processo economicamente mais viável.

Como um resultado, quando se utiliza zeólitos, o processo da invenção na partida envolverá zeólitos virgens como o adsorvente, mas após a reciclagem do adsorvente de fato estará o zeólito compreendendo amônia quimicamente adsorvida. Embora os sítios disponíveis para adsorção química estejam assim ocupados por um produto não prejudicial ao processo de produção de ureia (isto é, amônia), e uma capacidade suficiente para a adsorção física permanece, o zeólito carregado de amônia quimissorvida assim utilizado, é de fato um adsorvente muito eficiente para alcançar a adsorção física e regeneração do adsorvente em um processo para a remoção de a15/20 mônia a partir de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia.

Outros aspectos da invenção

A invenção, em outro aspecto, fornece a utilização de um adsorvente sólido capaz de fisicamente adsorver a amônia, para a remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia. Embora tais adsorventes sejam conhecidos para amônia, eles não foram reconhecidos na técnica para uso particular de adsorção física em adsorventes sólidos para resolver o problema específico de remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia, em que o desprendimento de gás uma dificuldade reside na baixa concentração de amônia presente.

Uma forma de realização preferida do uso de acordo com a invenção é a utilização de zeólitos, mais preferivelmente o zeólito 13X.

Particularmente, a invenção em uma forma de realização fornece o uso de adsorventes sólidos, capazes de fisicamente adsorver a amônia, para a remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia em um método em que o adsorvente sólido é regenerado pela remoção de amônia fisicamente nele adsorvida através da extração líquida, de preferência pela dissolução em água. Uma forma de realização preferida do uso de adsorvente regenerado é a utilização de zeólitos 13X, mais preferivelmente de zeólito 13X, compreendendo a amônia quimicamente adsorvida.

Ficará entendido que a utilização de adsorventes de acordo com a invenção pode geralmente ser feita através das etapas de processo aqui descritas mais acima.

Com referência à descrição do processo acima, também ficará entendido como, em outro aspecto, a invenção é realizada como um método para a remoção tanto de amônia quanto de pó de ureia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia.

A invenção também se refere a um processo para a produção de

16/20 ureia compreendendo reagir a amônia e o dióxido de carbono sob condições de modo a formar ureia e água, e submeter a ureia a uma etapa de de finalização em fusão de modo a formar a ureia particulada e o desprendimento de gás, em que a amônia, e de preferência também o pó de ureia, é removido do desprendimento de gás por um método de acordo com uma ou mais das formas de realização descritas mais acima. A etapa de produção da própria ureia, e a finalização em fusão (pastilhamento, granulação, peletização) mencionada anteriormente, é bem conhecida para a pessoa versada, e não requer mais esclarecimento. Referência é feita, por exemplo, a um processo como é descrito em European Chemical News, Urea Supplement of Jan. 17, 1969, pages 17-20. A etapa de remoção da amônia, e de preferência também do pó de ureia, foi substancialmente descrita acima.

Deve ficar entendido que a invenção não está limitada às formas de realização como descritas mais acima. Também deve ficar entendido que nas reivindicações a palavra compreendendo não exclui outros elementos ou etapas. Onde um artigo indefinido ou definido for usado quando se refere a um substantivo no singular, por exemplo, um ou uma, o, a, este inclui um plural desse substantivo a não ser que algo diferente seja especificamente mencionado.

A invenção será ilustrada com referência ao que se segue, Exemplo não limitativo e a figura não limitativa anexa.

Descrição do Desenho

A figura 1 apresenta um diagrama de fluxo do processo exemplificado abaixo. Em uma corrente de gás (1), sendo o desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia; o adsorvente sólido é injetado (10) a partir de um tanque de armazenamento em volume (A) de modo a converter em uma corrente de gás (2) compreendendo dito desprendimento de gás e dito adsorvente sólido; a corrente de gás com o adsorvente (2) é introduzido em um filtro de manga (B); a partir do filtro manga uma corrente de gás (3) é emitida, sendo o gás (ar) a partir do qual o adsorvente sólido e o pó de ureia foram removidos; a partir do filtro de manga os sólidos (adsorvente e pó de ureia) são removidos (4) na forma de

17/20 bolos de filtro e coletados em um silo (C); os sólidos são então alimentados (5) para um tanque de dissolução (D) em que a água fresca (6) é introduzida de modo a dissolver a amônia adsorvida assim como o pó de ureia coletado; a partir do tanque de dissolução uma corrente de líquido resultante (7) sendo uma pasta fluida de água, com amônia e ureia dissolvidas, e o adsorvente é alimentado para dentro de um filtro (tambor/disco) (E); a partir de dito filtro uma corrente de líquido (8) é coletada a qual é uma solução concentrada de amônia e ureia em água, e uma corrente (9) é coletada a qual é o adsorvente com a água restante, que é alimentado para dentro do tanque de armazenamento em volume acima mencionado (A); não mostrada é a opção para secar o adsorvente antes da introdução na corrente de gás (1).

A sequência das correntes (10), (2), (4), (5), (7), (9), e novamente (10), quando opera através dos dispositivos de (A)-(B)-(C)-(D)-(E) em conjunto, forma um ciclo de adsorvente, que representa a utilização e a regeneração do adsorvente de acordo com a invenção.

No desenho uma corrente opcional (11) é representada. Esta representa uma possibilidade de reciclar uma parte da solução coletada do filtro (E) de volta ao tanque de dissolução (D).

Exemplo

Com referência ao esquema fornecido na figura 1, o processo exemplificado faz uso de um filtro de manga com transmissores de pó pneumáticos, um depósito de pó com alimentador fusiforme, um tanque de mistura, um filtro a vácuo rotativo, e alimentadores com um tanque de armazenamento em volume.

O desprendimento de gás a partir do granulador de uma usina de produção de ureia é misturado com um adsorvente contendo água. A fim de separar o adsorvente da corrente de ar um filtro de manga é usado. Aqui, toda a ureia particulada é removida concorrentemente com a maior parte da amônia gasosa. A primeira é removida por filtração e a última é adsorvida no adsorvente.

A adsorção de amônia é executada por um bolo de filtro do adsorvente sobre os sacos. Quando o gás passa através do bolo de filtro, a

18/20 amônia adsorve semelhante a um processo usando um leito fixo. Os alvos do projeto são mais do que 90 % de remoção de amônia e mais do que 99,95 % da ureia particulada. Visto que o pó de ureia é removido no filtro de manga, os purificadores presentemente utilizados podem ser removidos.

Quando o bolo do filtro se estabelece, a queda de pressão aumenta. Por um pulso de jato sob pressão o bolo de filtro é parcialmente removido em ciclos que controlam a queda de pressão em 3500 a 4000 Pa. As magnitudes dos pulsos são ajustadas de tal forma que apenas pequenas áreas dos sacos são limpas em cada ciclo. Os ciclos curtos são preferíveis porque eles liberam os sólidos em uma taxa mais contínua e as variações nas emissões de amônia são muito menores. Também é importante lembrar que para evitar a reação de hidrólise da ureia, tempos de retenção curtos são necessários.

Os sólidos removidos caem em depósitos alimentadores cônicos na parte inferior do filtro de manga e caem pelas forças gravitacionais em transportadores pneumáticos. Os transportadores operam de forma intermitente para transportar os sólidos para dentro de um silo, utilizado como um tampão para os sólidos. Quantidades apropriadas de sólidos são alimentadas de modo fusiforme para dentro de um tanque de mistura em que a água é adicionada de modo a dissolver a ureia e a amônia.

A pasta fluida do tanque de mistura é alimentada em um filtro a vácuo rotativo que remove uma solução aquosa concentrada de ureia e amônia. Dois filtros a vácuo paralelos são sugeridos, cada um capaz de lidar com 100 % do fluxo total, dos quais um é utilizado a todo o momento. Isto tornaria possível limpar ou reparar um dos filtros sem interromper o processo totalmente. A solução recuperada é reciclada de volta para a usina de ureia. Uma possibilidade também poder ser reciclar parte da solução no tanque de dissolução para diminuir a quantidade de água fresca necessária. A injeção de adsorvente na corrente de ar é conduzida por alimentadores que transportam o adsorvente a partir do armazenamento em volume para a corrente de ar.

Todas as unidades com uma exceção do filtro de disco/tambor

19/20 são construídas em aço carbono devido ao seu baixo custo e durabilidade razoavelmente alta. O filtro de disco/tambor é produzido de aço inoxidável.

Os parâmetros do projeto para o filtro de manga são apresentados na tabela abaixo:

Tabela

Parâmetro do Projeto	Carvão Ativado	Zeólitos
Teor de água, x₂ (kg/kg ar seco)	0,036	0,023
T₂ (°C)	60	89
Adsorvente Injetado (ton/h)	159	24,4
Adsorvente em BH (ton)	73,8	91,1
Área do filtro de manga (m2)	4370	4650
Número de sacos	1620	1730

Os cálculos baseados em uma velocidade inicial através do bolo de filtro de 2 cm/s mostraram que a área requerida do filtro de manga é de 13400 m² no caso de carvão ativado, enquanto que os zeólitos requerem 14300 m². O filtro de manga possui um revestimento de polímero/tinta e os sacos são produzidos de uma poliamida. Os materiais selecionados aumentam o tempo de vida útil da unidade.

O silo é designado para ser capaz de lidar com todo o adsorvente no sistema de filtro de manga em qualquer momento dado. Isto leva a um volume total de 200 m³ para o caso de carvão ativado, quando 73,8 toneladas se assentam no filtro de manga. A quantidade de zeólitos no sistema de filtro de manga em todos os momentos é 91,1 toneladas. Isto resulta em um silo de 230 m³.

O tanque de dissolução deve ser capaz de manter quantidades iguais de água e adsorvente. Visto que o silo é designado para conter todo o adsorvente no filtro de manga, o tanque de dissolução não necessita conter tanto. 10 % do carvão ativado circulado é tratado no tanque de mistura, levando a uma quantidade de 16 toneladas em todos os momentos, porque o volume calculado deve ser ao redor de 60 m³. O tempo espacial no tanque de mistura é, portanto, de 6 minutos. Considerando que a amônia é mais difícil de dessorver a partir dos zeólitos, o tempo espacial no tanque de dis20/20 solução é definido como 30 minutos. Isto resulta em um volume ao redor de 30 m³. Este tanque necessita de um agitador para manter a pasta fluida bem misturada. O requisito de energia é selecionado de ser 10 kW. O filtro de disco possui uma área de superfície de 120 m². O filtro de tambor necessária no caso de zeólito é de 6,6 m .

Os cálculos para a unidade de injeção são baseados em um sistema confeccionado de um depósito com um alimentador fusiforme. Este depósito é ajustado para ser capaz de manter a quantidade total de adsorvente circulado, o que significa 370 m³ no caso de carvão ativado e 60 m³ no caso de zeólito.

A eficiência de remoção de amônia é bem acima de 90 %, com quase 95% sendo removido quando os zeólitos forem usados como adsorventes. Além disso, pelo menos 99 % da ureia é removida no filtro de manga e pode ser reciclada na usina de ureia, tornando os purificadores utilizados 15 nas instalações existentes redundantes.

Visto que a tecnologia descrita apenas envolve a manipulação de água, ureia, e amônia, nenhum corrente poluente é produzida.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para a remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia, que compreende (a) colocar em contato o desprendimento de gás com um adsorvente sólido capaz de fisicamente adsorver a amônia;

(b) separar o adsorvente sólido tendo amônia nele adsorvida a partir do gás.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, que ainda compreende (c) regenerar o adsorvente sólido mediante a dissolução de amônia em um líquido de extração, de preferência água, e separação do líquido do adsorvente sólido.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o adsorvente é selecionado do grupo consistindo em carvão ativado e zeólitos.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, em que o zeólito é selecionado do grupo consistindo em faujasitas naturais e sintéticas, de preferência zeólito 13X.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o adsorvente é injetado no desprendimento de gás na forma de partículas.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a etapa de separação do adsorvente sólido tendo amônia nele adsorvida a partir do gás, é conduzida por meio de um filtro de manga.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o adsorvente sólido regenerado é reutilizado na etapa de colocar em contanto o desprendimento de gás com um adsorvente sólido em um próximo ciclo do processo.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, em que o adsorvente sólido regenerado compreende amônia quimicamente adsorvida.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, que também cumpre a remoção do pó de ureia a partir do des2/2 prendimento de gás.
10. Processo para a produção de ureia compreendendo reagir a amônia e o dióxido de carbono sob condições de modo a formar a ureia, e submeter a ureia a uma etapa de finalização em fusão de modo a formar ureia particulada e desprendimento de gás, em que amônia, e de preferência também o pó de ureia, é removida do desprendimento de gás por um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes.
11. Uso de um adsorvente sólido capaz de fisicamente adsorver a amônia, de preferência na forma de partículas, como um adsorvente para a remoção de amônia a partir do desprendimento de gás de uma seção de finalização de uma usina de produção de ureia.
12. Uso de acordo com a reivindicação 11, em que o adsorvente é selecionado do grupo consistindo em carvão ativado e zeólitos.
13. Uso de acordo com a reivindicação 12, em que o zeólito é selecionado do grupo consistindo em faujasitas naturais e sintéticas, de preferência zeólito 13X.
14. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a

13, em que o adsorvente é utilizado em um processo que compreende uma etapa em que a adsorção de amônia ocorre em um filtro de manga.
15. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a

14, em que o adsorvente é regenerado a partir de um adsorvente tendo amônia nele adsorvida, mediante a dissolução de amônia adsorvida em água.

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