BR112015001785B1

BR112015001785B1 - Concentração de uma solução de ureia em um processo para síntese de ureia

Info

Publication number: BR112015001785B1
Application number: BR112015001785-1A
Authority: BR
Inventors: Andrea Scotto
Original assignee: Casale Sa
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2020-03-24
Also published as: CA2879567C; AU2013295271A1; PL2877448T5; PL2877448T3; MX361686B; EP2690090A1; US20150218089A1; CN104603103B; ES2604852T5; RU2015106317A; ES2604852T3; AU2013295271B2; BR112015001785A2; MY169134A; WO2014016090A1; EP2877448B1; EP2877448A1; MX2015000890A; CN104603103A; US9399617B2

Abstract

concentração de uma solução de ureia em um processo para síntese de ureia a presente invenção se refere a um processo e instalação correlacionados à síntese de ureia, em que uma solução (13) compreendendo ureia é obtida em uma seção de síntese (10), dita solução sendo tratada em uma seção de recuperação (14), e uma solução aquosa (15) compreendendo principalmente ureia e água, obtida da dita solução de recuperação, é concentrada por contato com uma membrana de seletividade com a água.

Description

CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO DE UREIA EM UM PROCESSO PARA

SÍNTESE DE UREIA

Campo da Invenção [001] A presente invenção está correlacionada ao campo de síntese de ureia. Mais especificamente, a invenção se refere à etapa de concentração da solução aquosa de ureia, a qual é obtida da seção de recuperação de uma instalação de produção de ureia.

Estado da Técnica [002] Os processos conhecidos para a síntese de ureia, basicamente, envolvem um circuito de síntese de alta pressão, uma seção de recuperação de média pressão e/ou baixa pressão, uma seção de concentração e uma seção de acabamento. Uma alimentação de amônia e uma alimentação de dióxido de carbono são reagidas no circuito se síntese formando uma solução de ureia, água e carbamato de amônia; essa solução é tratada na seção de média pressão/baixa pressão (MP/LP) à jusante, para substancialmente recuperar a amônia e o dióxido de carbono provenientes da dissociação do carbamato.

[003] 0 efluente da seção de recuperação, tipicamente, é uma solução aquosa de ureia contendo cerca de 50%-90% em peso de ureia, normalmente, 70% a 80% em peso nas instalações modernas. Entretanto, para alguns usos, uma concentração mais alta é exigida. Assim, por exemplo, as técnicas de acabamento de peletização e granulação, para

2/7 conversão de ureia em um produto sólido, exigem uma ureia fundida com uma pureza de 95-99,8% em peso. Essa concentração mais alta é obtida, de acordo com os documentos citados no estado da técnica, através de concentração ou cristalização a vácuo da solução de ureia.

[004] A descrição apresentada acima é aplicável à maioria das instalações atuais para produção de ureia, em particular, para os processos de autoextração, como, também, aos processos de extração de C0₂, e ainda aplicável como modelo ou projeto de novas instalações de produção de ureia. Uma discussão dos processos e instalações correlacionadas para produção de ureia pode ser encontrada na literatura, por exemplo, Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3^a. edição, Volume 23, páginas 548562, ou Ullmann's, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag.

[005] Deve ser observado que um problema que se sucede repetidamente nos processos de ureia é remover a água de efluente do circuito de alta pressão ou seção de recuperação, uma vez que um mol de água é produzido para cada mol de ureia. Conforme indicado acima, a necessidade de concentrar o efluente da seção de recuperação é atualmente realizada por meio de evaporação ou cristalização.

[006] A cristalização envolve uma separação física entre uma fase sólida (ureia cristalizada) e uma fase liquida (água) e apresenta o inconveniente de equipamentos grandes e complexos exigirem significativos esforços de manutenção,

3/7 tento em termos de mão de obra, como em termos de despesas financeiras. Os evaporadores a vácuo também apresentam alguns inconvenientes. Assim, estes evaporadores precisam de vasos grandes e dispendiosos, devido à baixa pressão presente (vácuo). Os equipamentos que operam sob vácuo também apresentam um problema de vedação, para evitar a infiltração de ar proveniente do exterior.

[007] Outro inconveniente é a baixa eficiência de energia. Um evaporador a vácuo exige uma entrada de calor, geralmente, fornecida pelo vapor quente produzido em qualquer local da instalação; além disso, o vácuo é obtido através de ejetores de vapor, que constituem uma classe de equipamentos bastante ineficiente. Entretanto, o efluente gasoso do evaporador juntamente com o vapor presente nos ejetores deve ser condensado, descarregando um calor menos valioso que não será mais reutilizado no processo. Tipicamente, o dito calor é removido pelo resfriamento de ar ou resfriamento de água e, portanto, dissipado para a atmosfera. Consequentemente, existe a necessidade de proporcionar uma melhor maneira de concentrar a solução de ureia proveniente da seção de recuperação das instalações de produção de ureia conhecidas.

Resumo da Invenção [008] A invenção propõe separar água e possíveis outros componentes diferentes de ureia, contidos na solução de ureia proveniente da seção de recuperação de uma instalação

ΜΊ de produção de ureia, mediante separação por membrana seletiva.

[009] Assim, um primeiro aspecto da invenção se refere a um processo para síntese de ureia, em que uma solução aquosa, compreendendo ureia com alguma quantidade de amônia e dióxido de carbono residual é obtida numa seção de síntese, dita solução sendo tratada numa seção de recuperação, e uma solução aquosa compreendendo principalmente ureia e água, obtida da dita seção de recuperação, é submetida a um processo de concentração, caracterizado pelo fato de o dito processo de concentração incluir pelo menos uma etapa de separação por membrana seletiva.

[010] A dita etapa de separação por membrana seletiva é realizada com uma ou mais membranas. Uma membrana para implementação da invenção apresenta uma primeira permeabilidade para o transporte de água e/ou para o transporte de outros contaminantes, e uma segunda e diferente permeabilidade para o transporte de ureia. Preferivelmente, a dita etapa é realizada pelo menos com uma membrana de seletividade com a água, adaptada para separar água da ureia e concentrar a solução. Assim, por exemplo, uma adequada membrana de seletividade com a água é permeável à água e substancialmente impermeável a outros constituintes da solução, notadamente, ureia. Deve ser entendido, por exemplo, que quando uma solução aquosa de ureia é contatada com o lado de alimentação de uma membrana de seletividade com a água, a água é coletada do lado de

5/7 descarga, desse modo, aumentando a concentração da solução no lado de alimentação.

[011] Uma membrana proporciona a separação entre um primeiro lado (lado de alimentação) e um segundo lado (lado de descarga) . Para tal fim, a dita membrana pode ser uma membrana plana ou apresentar um formato diferente, por exemplo, uma membrana enrolada em forma de espiral. Em algumas modalidades, a pressão no lado de alimentação e no lado de descarga pode ser diferente, para aumentar o rendimento do processo.

[012] A concentração à base de membrana pode ser ou nao a única técnica de concentração. A solução aquosa pode ser concentrada com uma diferente técnica (por exemplo, evaporação ou cristalização), antes ou depois da dita etapa de separação por membrana seletiva.

[013] De acordo com diferentes modalidades, a solução aquosa que é submetida à separação por membrana seletiva é a solução proveniente da seção de recuperação, ou uma solução previamente concentrada por uma técnica convencional, tal como, evaporação ou cristalização. Da mesma maneira, a solução concentrada liberada pelo processo à base de membrana pode ser (opcionalmente) ainda mais concentrada por meio de outra técnica, se necessário ou apropriado.

[014] Em algumas modalidades, o dito processo de concentração inclui o uso de mais de uma membrana seletiva e, possivelmente, de diversas membranas de diferentes tipos, para remoção de água e outros contaminantes da

6/7 solução aquosa de ureia. Os ditos contaminantes podem incluir amônia ou sais, tais como, carbonatos, que podem ser encontrados em pequenas quantidades na solução.

[015] Preferivelmente, a concentração da solução de chegada à membrana é de 50-90% em peso, de ureia. Preferivelmente, a solução após a concentração contém mais de 85% em peso de ureia e, mais preferivelmente, entre 95% e 100% em peso.

[016] Outro aspecto da invenção se refere a uma instalação para síntese de ureia, compreendendo uma seção de síntese e uma seção de recuperação, sendo caracterizada pelo fato de apresentar uma seção de concentração para tratamento da solução aquosa de ureia, dita seção de concentração consistindo de pelo menos um estágio de concentração por membrana, compreendendo uma membrana seletiva. Preferivelmente, a dita membrana é uma membrana de seletividade com a água, para separação da água da seleção aquosa da ureia.

[017] Outro aspecto da invenção consiste na remodelação de uma instalação de ureia já existente, em que uma seção de concentração existente é remodelada em um estágio de concentração baseado em membrana.

[018] A separação à base de membrana pode substituir, total ou parcialmente, uma seção de evaporação ou cristalização convencional a vácuo. Assim, uma alta concentração pode ser obtida, tal como, 95-99,5% em peso, ou mais, adequada para técnicas de acabamento por granulação ou peletização, sem a utilização de equipamentos a vácuo grandes e dispendiosos das seções convencionais. Além disso, a concentração à base

Ί/Ί de membrana não precisa de significativa quantidade de energia ou entrada de calor, para beneficiar o aspecto de eficiência de energia do processo global.

Descrição de uma Modalidade Preferida [019] A figura 1 mostra um esquema em bloco de uma modalidade da invenção. A referência numérica (10) indica uma seção de síntese de alta pressão, onde amônia (12) e dióxido de carbono (11) são reagidos. A dita seção (100 pode compreender em algumas modalidades um reator, um dispositivo de extração e um condensador, formando um circuito de alta pressão, de acordo com o segmento da técnica conhecido.

[020] O efluente (13) da seção (10) é processado numa seção de recuperação (14), essencialmente, para recuperar amônia

e dióxido de carbono.	A solução aquosa de ureia l	(15)
proveniente da seção	de recuperação é	enviada para	uma
seção de concentração	(16), incluindo	uma membrana	de
seletividade com a água	•
[021] A solução (15)	é admitida, por	exemplo, em	um

primeiro lado da membrana, e um fluxo (17) composto principalmente de água é obtido no outro lado (lado de descarga) da membrana. O dito fluxo (17) é preferivelmente tratado em uma seção (18), de modo a se obter água substancialmente pura (W). A solução concentrada (19) tendo uma concentração de, por exemplo, 95-99,5% em peso, ou mais, é passada para uma seção de acabamento (20), para se obter uma ureia substancialmente pura (U).

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para síntese de ureia, em que uma solução (13) compreendendo ureia é obtida em uma seção de síntese (10), a dita solução sendo tratada em uma seção de recuperação (14), e uma solução aquosa (15) compreendendo principalmente ureia e água, obtida da dita seção de recuperação, sendo submetida a um processo de concentração, caracterizado pelo dito processo de concentração incluir uma etapa de separação por membrana seletiva, que é realizada com uma membrana de seletividade com a água adaptada para separar água de ureia e para concentrar a solução, e a concentração da solução de entrada na membrana é de 50 a 90% em peso de ureia e a solução após a concentração contém mais de 85% em peso de ureia.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela solução aquosa proveniente da seção de recuperação ser concentrada em outro processo, tal como, evaporação ou cristalização, antes ou após a dita etapa de separação por membrana seletiva.
3. Processo, de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, caracterizado pela dita etapa de concentração por membrana seletiva ser realizada com uma pluralidade de membranas.