BR112019010088A2

BR112019010088A2 - um processo para a produção integrada de ureia e ureia-nitrato de amônio

Info

Publication number: BR112019010088A2
Application number: BR112019010088A
Authority: BR
Inventors: Rugnone Luca
Original assignee: Casale Sa
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2019-10-01
Also published as: UA123416C2; BR112019010088B1; EP3323805A1; CN109890788A; US10550075B2; AU2017362465A1; RU2739768C2; CA3040324A1; RU2019117895A; US20190359558A1; CN109890788B; EP3541780B1; EP3541780A1; AU2017362465B2; WO2018091158A1; RU2019117895A3

Abstract

processo integrado para a produção de ureia e ureia-nitrato de amônio, compreendendo: reagir a amônia e o dióxido de carbono para formar uma mistura de reação (4) contendo ureia e materiais não convertidos, e também compreendendo a recuperação dos materiais não convertidos em um primeiro estágio de recuperação em uma primeira pressão e em um segundo estágio de recuperação em uma segunda pressão, onde o gás de escape contendo amônia (19) liberado pelo dito segundo estágio de recuperação é condensado na dita segunda pressão e o dito gás de escape condensado (20) é reciclado para o dito primeiro estágio de recuperação.

Description

UM PROCESSO PARA A PRODUÇÃO INTEGRADA DE UREIA E UREIA— NITRATO DE AMÔNIO

DESCRIÇÃO

Campo da invenção [0001] A invenção refere-se ao campo da produção integrada de ureia e ureia-nitrato de amônio (UAN). Em algumas modalidades da invenção, a produção de ureia e UAN é adicionalmente integrada com a produção de ácido nitrico.

Técnica Anterior [0002] A ureia é sintetizada pela reação de amônia e dióxido de carbono. Uma visão geral da sintese industrial de ureia partindo de amônia e dióxido de carbono pode ser encontrada na Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag.

[0003] A sintese de ureia ocorre basicamente em uma alta pressão (em geral maior do que 9800 kPa (100 bar)) e compreende a formação de carbamato de amônio e a conversão (desidratação) do dito carbamato de amônio em ureia e água. Devido aos equilibrios quimicos, a conversão dos reagentes em ureia não é completa e, consequentemente, o estágio de sintese produz uma mistura de reação que é basicamente uma solução aquosa de ureia contendo uma quantidade significativa de carbamato de amônio e amônia não convertidos.

[0004] Os processos de sintese de ureia podem ser diferenciados de acordo com o modo como os ditos materiais não convertidos são tratados.

[0005] Um processo de ureia de reciclo total é um processo onde essencialmente todos os materiais não

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 5/60

2/36 convertidos na mistura de reação são reciclados para o estágio de síntese. Um processo de reciclo parcial é um processo onde apenas uma parte dos ditos materiais não convertidos é reciclada, enquanto que um processo de ureia de passagem única não envolve o reciclo dos ditos materiais não convertidos.

[0006] Os materiais não convertidos não reciclados são normalmente removidos da mistura como gás de escape, de modo a obter um produto de ureia na forma de uma solução que consiste essencialmente em água e ureia. Consequentemente, um processo de reciclo parcial e um processo de passagem única liberam gás de escape que contém amônia e dióxido de carbono, bem como uma certa quantidade de vapor de água. Por exemplo, o carbamato de amônio não convertido é decomposto nos gases NH3 e CO2 por aquecimento da mistura de reação em uma baixa pressão e o dito gás é separado da mistura.

[0007] Nas plantas modernas de ureia de reciclo total, a mistura de reação é submetida a um processo de remoção, possivelmente com um meio de remoção, tal como dióxido de carbono gasoso. A amônia e o CO2 gasosos liberados pelo processo de remoção são condensados para formar novamente o carbamato de amônio e reciclados para um ciclo de síntese de alta pressão. A solução concentrada que sai do processo de remoção é então tratada em uma ou mais seções de recuperação que operam em um ou mais níveis de pressão mais baixo), para recuperação adicional. A(s) seção (ões) de recuperação produz(em) uma solução de ureia aquosa purificada e uma solução de carbamato líquida que é

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 6/60

3/36 reciclada de volta para a sintese de ureia.

[0008] Tipicamente, nas plantas de ureia com remoção por CO2 de reciclo total, a solução de ureia que sai do equipamento de remoção de alta pressão é tratada diretamente em uma seção de recuperação de baixa pressão que opera a 196 - 490 kPa (2-5 bar) . No processo de autorremoção de reciclo total, a solução de ureia é tratada em uma seção de recuperação de média pressão e adicionalmente tratada em uma seção de recuperação de baixa pressão.

[0009] No fim, todos os processos de ureia acima mencionados produzem uma solução aquosa de ureia cuja concentração é tipicamente 70 - 80%, com pequenas quantidades de impurezas.

[0010] A dita solução aquosa de ureia pode adicionalmente ser tratada para remover essencialmente toda a água, obtendo-se uma massa fundida de ureia que é processada em uma seção de acabamento para produzir ureia sólida, p.ex., na forma de glóbulos pequenos ou grânulos.

[0011] Outro uso da dita solução aquosa de ureia é a produção de UAN, que é um fertilizante liquido conhecido e amplamente usado.

[0012] A produção de UAN envolve misturar a solução aquosa de ureia com nitrato de amônio. O nitrato de amônio é produzido pela reação de amônia e ácido nitrico, e a amônia também é uma matéria-prima para a produção de ácido nitrico e para a produção de ureia. Portanto, um processo para a produção de UAN pode ser integrado de forma vantajosa com a produção de ureia e também com a produção

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 7/60

4/36 de ácido nitrico.

[0013] Apesar de estarem desatualizados em comparação com os processos modernos de reciclo total, o processo de passagem única e o processo de reciclo parcial ainda são de interesse para a integração com a produção de nitrato de amônio, e possivelmente de ácido nitrico, porque a grande quantidade de gás de escape contendo amônia e dióxido de carbono pode ser usada como material de fonte.

[0014] A integração adicional pode ser feita com uma seção para a sintese de amônia partindo de uma matériaprima de hidrocarboneto, tal como gás natural ou um gás de sintese contendo metano.

[0015] Um processo integrado da técnica anterior para a produção de UAN, nitrato de amônio e ácido nitrico segue este esquema:

i) Um estágio de sintese de ureia produz uma solução aquosa de ureia e libera uma primeira corrente de gás de escape em uma média pressão (gás de escape de MP) , em geral na faixa de 784 - 1470 kPa (8 - 15 bar), e uma segunda corrente de gás de escape em uma pressão próxima da atmosférica (p.ex., 49 kPa (0,5 bar) relativos) . Ambas as correntes de gás de escape contêm amônia, dióxido de carbono e algum vapor de água.

ii) A solução aquosa de ureia é usada, total ou parcialmente, para alimentar um estágio de UAN.

iii) O gás de escape de MP contendo amônia, dióxido de carbono e vapores de água não convertidos alimentam um estágio de Ácido Nitrico (NA), que produz uma solução aquosa de ácido nitrico (HNO3).

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 8/60

5/36 iv) 0 gás de escape atmosférico que contém amônia, dióxido de carbono e vapor de água não convertidos e a solução de ácido nitrico alimentam um estágio de Nitrato de Amónio (AN) que produz o nitrato de amónio.

v) 0 nitrato de amónio é alimentado a um estágio de UAN, onde se mistura com a solução de ureia para formar o produto de ureia-nitrato de amónio desejado.

[0016] A primeira corrente de gás de escape (gás de escape de MP) origina-se de uma seção de recuperação em média pressão que processa a mistura de reação a partir de um reator de alta pressão ou ciclo de sintese de alta pressão, e produz uma solução aquosa de ureia mais concentrada.

[0017] A mistura de reação é expandida a partir da recuperação de ureia de pressão de sintese alta até a de média pressão, então é tratada em um decompositor de MP liberando amônia e dióxido de carbono por decomposição de carbamato de amónio não convertido e obtendo uma solução de ureia concentrada em média pressão.

[0018] A segunda corrente de gás de escape origina-se de uma segunda seção de recuperação que processa a solução aquosa de efluente de ureia acima mencionada a partir da seção de recuperação de média pressão. A dita segunda seção de recuperação, em geral, compreende pelo menos um decompositor e um separador de liquido-gás.

[0019] O termo de decompositor indica o equipamento onde a solução de ureia é aquecida para decompor o carbamato de amónio em ureia e dióxido de carbono. Uma modalidade tipica do decompositor é um

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 9/60

6/36 trocador de calor de casco e tubo aquecido a vapor.

[0020] A produção de nitrato de amônio no estágio de AN envolve a neutralização do ácido nitrico com a amônia em um reator que também é denominado neutralizador.

[0021] O esquema acima descrito da técnica anterior proporciona uma boa integração entre os diferentes estágios de sintese. No entanto, tem algumas desvantagens.

[0022] Uma primeira desvantagem é que o gás de escape de MP reciclado para o estágio de NA contém uma quantidade significativa de CO2 que é inerte à produção de ácido nitrico e é descartada como tal pelo estágio de NA. Esta quantidade de CO2 aumenta a vazão e, então, o tamanho e o custo do equipamento, ao mesmo tempo não proporcionando nenhuma contribuição para a sintese de ácido nitrico.

[0023] Uma segunda desvantagem é que os materiais de partida para a sintese de nitrato de amônio são alimentados ao estágio de AN em uma pressão muito baixa, próxima da atmosférica. Como consequência, o neutralizador do estágio de AN é forçado a operar em uma baixa pressão, i.e., em ligeiro vácuo ou em torno da pressão atmosférica.

[0024] A baixa pressão do estágio de AN e a baixa pressão da alimentação de gás de escape podem resultar em uma mistura pobre de vapores de amônia e ácido nitrico e, consequentemente, em uma conversão incompleta. A conversão incompleta é uma desvantagem a partir do ponto de vista econômico e acarreta o risco de emissões de amônia para a atmosfera.

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 10/60

7/36 [0025] A amônia não convertida que escapa do neutralizador é, em geral, recuperada em um sistema de depuração que, no entanto, pode estar sobrecarregado, especialmente quando a capacidade de produção for levada aos seus limites. A liberação de amônia para a atmosfera deve, em geral, ser evitada, o que significa que o dito sistema de depuração pode constituir um obstáculo contra o aumento da capacidade da planta.

[0026] Uma terceira desvantagem é dada pelas preocupações de segurança sobre o neutralizador atmosférico. O dito neutralizador, operando em tal pressão baixa, necessita de um grande volume e de um tempo de residência considerável. Quanto maiores o volume e o tempo de residência, maior o risco devido à presença de materiais tóxicos, perigosos e potencialmente inflamáveis e explosivos.

[0027] A técnica anterior ensina alimentar todo o gás de escape de MP disponível diretamente ao estágio de NA, porque a pressão do dito gás de escape (tipicamente 784 - 1470 kPa (8 - 15 bar)) corresponde à pressão de uso no estágio de NA. No entanto, isto significa que apenas o gás de escape atmosférico permanece disponível para o estágio de nitrato de amônio, com as desvantagens descritas acima.

[0028] Além disso, os processos de ureia de reciclo total por remoção com CO2 ou autorremoção da técnica anterior são processos independentes, uma vez que a totalidade da amônia e do dióxido de carbono é reciclada para a sintese e eles não são disponibilizados para a produção de nitrato de amônio. Na técnica anterior, quando

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 11/60

8/36 a produção de UAN e/ou ácido nitrico for desejada, uma planta de ácido nitrico ou uma planta de nitrato de amônio é projetada como uma instalação completamente independente.

Sumário da invenção [0029]

A invenção visa resolver as desvantagens acima. A invenção visa, em particular, uma integração mais eficiente entre o estágio de ureia e o estágio de nitrato de amônio, quando um produto de ureia-nitrato de amônio for produzido. A invenção também visa uma melhor integração com um estágio de ácido nitrico, se provido. A invenção também visa aumentar a segurança e reduzir as emissões, particularmente o risco de emissões de amônia. Além disso, a invenção visa proporcionar uma técnica para aumentar a capacidade das plantas existentes para a produção de ureianitrato de amônio e desobstruir as ditas plantas.

[0030]

Os objetivos acima mencionados são atingidos com um processo para a produção de ureia e ureianitrato de amônio, compreendendo:

a) a produção de solução aquosa de ureia partindo de amônia e dióxido de carbono,

b) a produção de nitrato de amônio a partir de amônia e ácido nitrico em um estágio de nitrato de amônio,

c) onde pelo menos parte da dita solução aquosa de ureia é misturada com pelo menos parte do nitrato de amônio para produzir ureia-nitrato de amônio em um estágio de ureia-nitrato de amônio,

d) a produção da dita solução de ureia compreendendo a reação de amônia e dióxido de carbono em uma pressão de sintese para formar uma mistura de reação de

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 12/60

9/36 ureia contendo ureia e materiais não convertidos, e compreendendo também a recuperação dos materiais não convertidos em uma pluralidade de estágios de recuperação que incluem pelo menos um primeiro estágio de recuperação operando em uma primeira pressão de recuperação menor do que a dita pressão de sintese, e um segundo estágio de recuperação operando em uma segunda pressão de recuperação menor do que a dita primeira pressão de recuperação, o processo sendo caracterizado por:

e) o gás de escape liberado por uma etapa de decomposição de carbamato no segundo estágio de recuperação ser pelo menos parcialmente condensado na dita segunda pressão de recuperação, obtendo-se o gás de escape de condensado;

f) reciclar pelo menos parte do dito gás de escape de condensado, ou uma solução contendo pelo menos parte do dito gás de escape de condensado, para o dito primeiro estágio de recuperação;

g) retirar uma corrente contendo amônia do dito primeiro estágio de recuperação na dita primeira pressão de recuperação ou em uma pressão ligeiramente menor, e alimentar a dita corrente contendo amônia ao estágio de nitrato de amônio.

[0031] Em uma modalidade preferida, o processo acima compreende adicionalmente a produção de ácido nitrico aquoso a partir de amônia e ar. Nas modalidades que incluem a produção de ácido nitrico, o processo compreende preferivelmente: retirar do primeiro estágio de recuperação uma corrente isenta de CO2 contendo pelo menos 98% em peso

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 13/60

10/36 de amônia tendo a pressão e a composição apropriadas para a síntese da solução de ácido nítrico.

[0032] De acordo com as diferentes modalidades da invenção, a produção de ureia pode ocorrer com um processo de reciclo total, um processo de reciclo parcial ou um processo de passagem única. Um processo de reciclo total pode ser, por exemplo, um processo de remoção com CO2 ou de autorremoção. A síntese de ureia é preferivelmente realizada em uma alta pressão, por exemplo, 6860 a 29400 kPa (70 a 300 bar).

[0033] Se a ureia for produzida com um processo de reciclo total, a corrente de gás de escape retirada do dito primeiro estágio de recuperação está substancialmente isenta de CO2, uma vez que todo o CO2 é recuperado na forma de carbamato de amónio líquido no dito primeiro estágio de recuperação e reciclado de volta para a síntese de ureia.

[0034] Se a ureia for produzida com um processo de reciclo parcial ou de passagem única, o gás de escape retirado do dito primeiro estágio de recuperação contém também CO2 não convertido.

[0035] A alimentação de amônia necessária para a produção de UAN é preferivelmente injetada em um único ponto no estágio de ureia. O dito único ponto de injeção está, de preferência, no primeiro estágio de recuperação ou diretamente no estágio de síntese de ureia de alta pressão. A amônia que excede as necessidades estequiométricas para a produção de ureia é retirada para a planta de ácido nítrico (se provida) e para a planta de nitrato de amónio. A alimentação de amônia é, de preferência, pelo menos 99% em

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 14/60

11/36 peso de amônia.

[0036] No estágio de ureia, cada estágio de recuperação processa uma solução que compreende a ureia e os materiais não convertidos provenientes da síntese ou de um estágio de recuperação anterior em uma pressão mais alta. Um estágio de recuperação pode compreender um decompositor ou um dissociador, onde a solução é aquecida para decompor o carbamato de amónio em amônia e dióxido de carbono, um separador de gás/líquido, onde o efluente do decompositor é separado em uma fase líquida de solução de ureia e uma fase gasosa contendo amônia e dióxido de carbono, e um condensador.

[0037] Cada estágio de recuperação é preferivelmente executado em uma seção de recuperação respectiva.

[0038] Cada estágio de recuperação opera em uma pressão de recuperação respectiva. Os estágios de recuperação formam uma cascata desde uma primeira e mais alta pressão até uma pressão mais baixa. O primeiro estágio de recuperação opera em uma primeira pressão de recuperação que é a mais alta das pressões de recuperação, enquanto o último estágio de recuperação opera em uma pressão que é a mais baixa.

[0039] A pressão do primeiro estágio de recuperação está preferivelmente na faixa de 196 a 2450 kPa (2 a 25 bar), de preferência 490 a 1960 kPa (5 a 20 bar) e mais preferivelmente 784 a 1960 kPa (8 a 20 bar) . Esta pressão é também denominada média pressão e o primeiro estágio de recuperação é também denominado um estágio de

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 15/60

12/36 recuperação de média pressão.

[0040] Em algumas modalidades, a pressão do último estágio de recuperação é a pressão atmosférica ou é uma pressão próxima da atmosférica ligeiramente acima da pressão atmosférica. De um modo preferido, a dita pressão próxima da atmosférica não é maior do que 98 kPa (1 bar) e, mais preferivelmente, cerca de 49 kPag (0,5 barg). O símbolo kPag (barg) ([kPa manométrico] [bar manométrico]) indica a pressão relativa à pressão atmosférica.

[0041] Nas modalidades preferidas da invenção, os estágios de recuperação são dois ou três. Uma modalidade da invenção inclui dois estágios, a saber, um primeiro estágio de recuperação em 784 a 1960 kPa (8 a 20 bar) e um segundo estágio de recuperação em pressão próxima da atmosférica. Outra modalidade preferida tem três estágios de recuperação: um estágio de média pressão em 784 a 1960 kPa (8 a 20 bar), um estágio de baixa pressão em 196 a 588 kPa (2 a 6 bar), um estágio em pressão próxima da atmosférica.

[0042] O termo de pressão próxima da atmosférica indica uma pressão igual à, ou ligeiramente maior do que a, pressão atmosférica.

[0043] Cada estágio de recuperação pode liberar gás de escape contendo amônia e dióxido de carbono. Em uma modalidade preferida, o gás de escape retirado do primeiro estágio de recuperação tem uma pressão que é igual à, ou substancialmente igual à, dita primeira pressão de recuperação (pressão média).

[0044] A corrente contendo amônia retirada do

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 16/60

13/36 primeiro estágio de recuperação, de acordo com a etapa g), pode ser uma corrente de gás de escape ou, em algumas modalidades, uma corrente liquida. Em algumas modalidades, esta corrente é uma solução de carbamato do fundo de uma coluna depuradora.

[0045] De acordo com as diferentes modalidades, o gás de escape de condensado obtido após a dita etapa e) pode ser reciclado para o primeiro estágio de recuperação diretamente ou através de uma etapa de condensação em uma terceira pressão intermediária.

[0046] Em algumas modalidades, o supracitado gás de escape de condensado, ou pelo menos uma parte dele, é usado para promover a condensação de vapores contendo amônia e dióxido de carbono, em um terceiro estágio de recuperação em uma pressão maior do que a dita segunda pressão.

[0047] Em uma modalidade preferida:

o processo de síntese de ureia compreende um terceiro estágio de recuperação operando em uma terceira pressão de recuperação que é mais baixa do que a dita primeira pressão de recuperação e maior do que a dita segunda pressão de recuperação;

o dito terceiro estágio de recuperação compreende uma etapa de decomposição de uma solução de ureia proveniente do primeiro estágio de recuperação, obtendo uma fase gasosa contendo amônia e dióxido de carbono, e subsequente condensação da dita fase gasosa;

e a dita etapa f) inclui:

misturar o dito gás de escape de condensado com a

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 17/60

14/36 dita fase gasosa antes ou durante a dita condensação, obtendo uma solução de carbamato na dita terceira pressão, e reciclar a dita solução de carbamato para o dito primeiro estágio de recuperação.

[0048] Em uma modalidade preferida, o dito primeiro estágio de recuperação compreende uma etapa de depurar os vapores de CO2 e NH3 com amônia liquida e obter uma solução de carbamato. Neste caso, a corrente contendo amônia direcionada para o estágio de nitrato de amônio pode incluir a dita solução de carbamato obtida após a depuração, ou pode incluir os vapores obtidos a partir de uma etapa subsequente de decomposição da dita solução de carbamato. Neste último caso, os vapores são gases de escape liberados a partir da seção de recuperação de média pressão.

[0049] Mais em detalhe, em uma modalidade preferida, o estágio de recuperação de média pressão compreende: a decomposição da mistura de reação de ureia, obtendo uma solução de ureia e uma fase gasosa contendo amônia e dióxido de carbono; a condensação parcial da dita fase gasosa, obtendo uma solução de carbamato; a depuração dos vapores de CO2 e NH3 remanescentes após a condensação parcial com amônia liquida, obtendo a dita solução de carbamato.

[0050] O dito processo de depuração ocorre preferivelmente em uma coluna depuradora.

[0051] De acordo com algumas modalidades, a solução acima mencionada contendo o gás de escape de

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 18/60

15/36 condensado a partir da segunda seção de recuperação é reciclada para o dito processo de depuração, para uso como um meio de depuração e para facilitar a condensação do dióxido de carbono. Por exemplo, a dita solução pode ser reciclada para um ou mais locais da coluna depuradora.

[0052] Em uma modalidade preferida, a dita etapa f) inclui:

reciclar uma primeira parte da dita solução contendo o gás de escape de condensado para a dita etapa de condensação parcial da fase gasosa obtida após a decomposição da mistura de reação, sendo a dita primeira parte da solução misturada com a dita fase gasosa antes ou durante a condensação;

reciclar uma segunda parte da dita solução para o dito processo de depuração, para uso como meio de depuração.

[0053] A dita etapa de depuração proporciona uma destilação de vapores, recuperação de uma solução de carbamato liquida no fundo do depurador e retirada de um gás de amônia isento de CO2 no topo do dito depurador.

[0054] A dita solução de carbamato pode ser reciclada diretamente para a sintese de ureia em um processo de reciclo total, ou pode ser enviada para uma etapa subsequente de dissociação de carbamato em um processo de reciclo parcial.

[0055] Nas modalidades acima mencionadas com um processo de depuração, a amônia alimentada ao dito estágio de nitrato de amônio pode incluir uma corrente obtida diretamente do dito processo de depuração e/ou uma corrente

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 19/60

16/36 obtida a partir de uma etapa subsequente de decomposição da dita solução de carbamato (se provida).

[0056] Em algumas modalidades, o processo é adicionalmente integrado com um estágio de ácido nitrico para a produção de uma solução de ácido nitrico. Pelo menos uma parte da dita solução de ácido nitrico é usada para a produção de nitrato de amônio no estágio de nitrato de amônio e o processo compreende preferivelmente a etapa de: retirar um gás de amônia substancialmente puro do dito primeiro estágio de recuperação e alimentar o dito gás de amônia ao estágio de ácido nitrico.

[0057] O dito gás de amônia substancialmente puro direcionado para o estágio de ácido nitrico pode ser retirado vantajosamente do processo de depuração acima mencionado.

[0058] Em algumas modalidades, duas correntes de gás de escape se originam do dito primeiro estágio de recuperação, a saber, uma primeira corrente de gás de escape contendo amônia e CO2 não convertido e uma segunda corrente de gás de escape contendo amônia substancialmente pura. Este é o caso em particular de um processo de sintese de ureia que não é um processo de reciclo total. Nas modalidades preferidas da invenção, o dito primeiro gás de escape (também contendo CO2) fornece a amônia para a sintese de nitrato de amônio e o segundo gás de escape de amônia pura alimenta o processo de ácido nitrico.

[0059] De acordo com uma modalidade preferida adicional, a dita corrente contendo amônia retirada do primeiro estágio de recuperação, em um estado gasoso ou em

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 20/60

17/36 um estado líquido, é posta em contato com uma solução de ácido nitrico em um reator tubular pressurizado do estágio de nitrato de amônio. De um modo preferido, o dito reator tubular pressurizado opera em uma pressão substancialmente igual à dita primeira pressão de recuperação ou ligeiramente menor.

[0060] Nas modalidades preferidas, a dita primeira pressão de recuperação está na faixa de 196 a 2450 kPa (2 a 25 bar), preferivelmente 490 a 1960 kPa (5 a 20 bar) e mais preferivelmente 784 a 1960 kPa (8 a 20 bar) e/ou a dita segunda pressão de recuperação é atmosférica ou é uma pressão próxima da atmosférica, ligeiramente acima da pressão atmosférica, preferivelmente sendo não maior do que 98 kPag (1 barg) e mais preferivelmente cerca de 49 kPag (0,5 barg) e/ou a dita terceira pressão de recuperação é 196 a 588 kPa (2 a 6 bar), de preferência cerca de 294 kPa (3

bar) .	[0061]	A	pressão	de operação	do reator	tubular
acima	mencionado	é	preferivelmente 588 a	1176 kPa	(6 a 12
bar) .	[0062]	A	corrente	contendo amônia da dita etapa

g) tem preferivelmente uma pureza de pelo menos 98% em peso. A dita corrente contendo amônia pode ser líquida ou gasosa (gás de escape).

[0063] Em algumas modalidades, o processo da invenção pode ser adicionalmente integrado com a produção de melamina. Uma parte da ureia sintetizada neste caso é

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 21/60

18/36 usada para produzir a melamina, e o gás de escape de melamina contendo amônia e o dióxido de carbono são vantajosamente reciclados para o processo de sintese da ureia.

[0064] A principal vantagem da invenção é que a amônia e o dióxido de carbono contidos no gás de escape que surge da segunda seção de recuperação em baixa pressão (tipicamente próxima da pressão atmosférica) são condensados e reciclados em uma forma liquida para uma pressão mais alta, atingindo finalmente a primeira seção de recuperação. Aqui, a amônia e o dióxido de carbono reciclados contribuem para a formação de gás de escape em uma pressão mais alta, que pode ser usado eficientemente para alimentar o estágio de nitrato de amônio. Em outras palavras, pode ser dito que a amônia e o dióxido de carbono extraidos em uma baixa pressão da segunda seção de recuperação são condensados, bombeados para uma pressão mais alta para reciclar para uma ou mais seções de recuperação de pressão mais alta e gaseificados em uma pressão mais alta, preferivelmente na pressão do primeiro estágio de recuperação.

[0065] Por outro lado, a invenção permite a extração de uma corrente de gás de amônia substancialmente puro a partir da primeira seção de recuperação, graças ao ao reciclo de amônia aumentado a partir da(s) seção (ões) de recuperação mais baixa (s), onde o dito gás de amônia pode alimentar um estágio de ácido nitrico, se provido. O dito gás de amônia puro é retirado, por exemplo, do processo de depuração acima mencionado, p.ex., a partir do topo de uma

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 22/60

19/36 coluna depuradora.

[0066] Por essa razão, a invenção proporciona que o gás de escape em uma pressão relativamente alta (normalmente uma pressão média na faixa de 784 - 1960 kPa (8 - 20 bar) seja reciclado para a seção de nitrato de amónio, em vez da seção de ácido nitrico. Este último pode ser alimentado pelo gás de amônia retirado da primeira seção de recuperação.

[0067] Em algumas modalidades, o gás de escape que surge da primeira seção de recuperação é reciclado para o estágio de nitrato de amónio em uma forma liquida.

[0068] A invenção supera a desvantagem de enviar CO2 inerte e água para a seção de ácido nitrico. A seção de ácido nitrico pode ser desobstruída, especialmente na unidade de absorção onde a presença de CO2 reduziria a pressão parcial disponível para a absorção. Desta forma, as emissões da seção de ácido nitrico são drasticamente reduzidas.

[0069] Em algumas modalidades, uma seção de ácido nitrico pode ser alimentada com amônia liquida produzida em uma seção de amônia. Consequentemente, a seção de ácido nitrico pode ser desacoplada da seção de ureia. Isto pode ser uma vantagem, p.ex., se a seção de ureia for um obstáculo da planta.

[0070] A alimentação da seção de nitrato de amónio com gás de escape em uma pressão relativamente alta (por exemplo, 784 a 1960 kPa (8 a 20 bar)) é uma vantagem considerável, porque a energia de pressão da alimentação pode ser usada para pôr em contato intimamente a fase

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 23/60

20/36 gasosa contendo amônia com a fase liquida contendo HNO3, melhorando assim drasticamente a eficiência da reação.

[0071] Em uma modalidade particularmente preferida, a produção de nitrato de amônio é realizada em um reator tubular pressurizado. Consequentemente, a seção de nitrato de amônio compreende um reator tubular que é alimentado com o dito gás de escape de média pressão e com uma solução aquosa de ácido nitrico. De preferência, o reator tubular opera em torno de 980 kPa (10 bar).

[0072] O reator tubular permite o contato intimo do gás de amônia e da solução de ácido nitrico. A pressão elevada do gás de escape que entra contendo a amônia promove a mistura eficiente entre os reagentes.

[0073] A saida do reator tubular é preferivelmente alimentada a uma câmara separadora na pressão atmosférica ou ligeiramente sob vácuo, onde os vapores contendo principalmente a água como vapor são separados e uma solução de nitrato de amônio quente é obtida, por exemplo, na concentração de 95%. Será observado que o reator tubular é usado para reagir uma corrente pressurizada de gases de escape contendo amônia e não apenas uma corrente pressurizada de amônia pura.

[0074] Uma vantagem adicional de um reator tubular pressurizado é o menor risco de escape de amônia gasosa não convertida, graças à mistura eficiente entre a amônia e o ácido nitrico.

[0075] Outra vantagem é devida ao volume reduzido do reator tubular e do separador, de modo que é minimizado o risco de liberação de amônia, ácido nitrico e

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 24/60

21/36 nitrato de amônio em alta temperatura, se comparado ao neutralizador atmosférico convencional da técnica anterior. 0 reator tubular pressurizado da invenção tem um volume menor e um tempo de residência menor do que o dito neutralizador.

[0076] Um aspecto da invenção é também uma planta para a sintese de ureia e UAN de acordo com as reivindicações.

[0077] Outro aspecto da invenção é a modificação de uma planta integrada existente para ureia e UAN de acordo com as reivindicações.

[0078] As vantagens surgirão ainda mais claramente com o auxilio da descrição abaixo, relativa a uma modalidade preferida.

Breve descrição dos desenhos [0079] A Fig. 1 ilustra uma modalidade da invenção, onde a ureia é produzida com um processo de reciclo parcial.

[0080] A Fig. 2 ilustra uma modalidade que é uma variante da Fig. 1.

[0081] A Fig. 3 ilustra uma modalidade que é uma variante adicional da Fig. 1.

[0082] A Fig. 4 ilustra uma modalidade da invenção onde a ureia é produzida com um processo de reciclo total.

[0083] A Fig. 5 ilustra uma variante da Fig. 4.

[0084] A Fig. 6 ilustra uma modalidade adicional.

[0085] A Fig. 7 ilustra uma modalidade preferida

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 25/60

22/36 de uma seção de ácido nitrico incluindo um reator tubular.

Descrição detalhada das modalidades preferidas [0086] Uma primeira modalidade é descrita com referência à Fig. 1, onde:

US indica uma seção de sintese de ureia;

NA indica uma seção para a produção de ácido nitrico;

AN indica uma seção para a produção de nitrato de amônio;

UAN indica uma seção para a produção de um produto de ureia-nitrato de amônio, misturando ureia e nitrato de amônio,

	MPD	é	um decompositor	de	carbamato	de	média
pressão,	MPC MPSC	é um condensador de média é uma coluna depuradora	pressão, de amônia	de	média
pressão,	CD é LPD	um é	decompositor de um decompositor	carbamato, de carbamato	de	baixa

pressão,

LPC é um condensador de baixa pressão,

AD é um decompositor de carbamato atmosférico,

AC é um condensador atmosférico,

AS é um depurador atmosférico.

NH3C é um condensador de amônia.

MPS é um separador de média pressão.

[0087] Os equipamentos de média pressão, incluindo o decompositor MPD, o condensador MPC e a coluna depuradora MPSC, são parte de uma seção de recuperação de

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 26/60

23/36 média pressão MPR.

[0088] Os equipamentos de baixa pressão, incluindo o decompositor LPD e o condensador LPC, são parte de uma seção de recuperação de baixa pressão LPR.

[0089] Os equipamentos de pressão atmosférica, incluindo o decompositor AD, o condensador AC e o depurador AS, são parte de uma seção de recuperação adicional AR.

[0090] A seção de média pressão MPR funciona, por exemplo, em uma pressão de 784 a 1960 kPa (8 a 20 bar). A seção de baixa pressão LPR funciona, por exemplo, em 196 a 588 kPa (2 a 6 bar). A seção AR funciona, por exemplo, em apenas 49 kPa (0,5 bar) acima da pressão atmosférica.

[0091] Os decompositores, tais como MPD, LPD e AD, são aquecidos, por exemplo, com vapor em uma pressão adequada. Por exemplo, os ditos decompositores são trocadores de casco e tubo aquecidos a vapor.

[0092] Uma solução aquosa de ureia 15 é produzida partindo de amônia 3 e dióxido de carbono 1, e é misturada com o nitrato de amônio 32 para produzir ureianitrato de amônio 33 no estágio de UAN.

[0093] O processo de síntese de ureia da Fig. 1 compreende a reação de amônia 3 e dióxido de carbono 1 em uma pressão de síntese para formar uma mistura de reação 4 contendo ureia e materiais não convertidos, incluindo o carbamato de amônio, o dióxido de carbono e a amônia.

[0094] Os materiais não convertidos contidos na mistura de reação 4 são recuperados por meio de etapas subsequentes de decomposição de carbamato em amônia e dióxido de carbono nos decompositores MPD, LPD e AD,

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 27/60

24/36 resultando na solução de ureia aquosa 15.

[0095] Cada etapa de decomposição produz um efluente líquido (solução de ureia) e uma fase gasosa contendo amônia e dióxido de carbono. O gás de escape 19 liberado pelo decompositor atmosférico AD, de acordo com uma modalidade da invenção, é condensado no condensador atmosférico AC para formar uma corrente de gás de escape de condensado líquido 20. O dito gás de escape de condensado 20 é reciclado para o estágio de recuperação de média pressão MPR, a saber, para o condensador de média pressão MFC, após uma passagem através do condensador de baixa pressão LPC.

[0096] O gás de escape de condensado líquido 20 é mais diluído em água do que o efluente 22 do dito condensador de baixa pressão LPS, de modo que a prática de reciclar o gás de escape 20 através do condensador de baixa pressão LPC ajuda a promover a condensação dos vapores de CO2 e NH3 18.

[0097] Além disso, o gás de escape 11 contendo amônia é retirado do dito primeiro estágio de recuperação MPR, a saber, do decompositor de carbamato CD, e reciclado para o estágio de nitrato de amónio AN.

[0098] A Fig. 1 refere-se a uma modalidade onde a produção de ácido nítrico é adicionalmente integrada com a produção de ureia e UAN. Um gás de amônia substancialmente puro 14 é retirado do estágio de recuperação de média pressão, a saber, da coluna depuradora MPSC, e uma parte 142 do dito gás de amônia 14 alimenta um estágio de ácido nítrico NA.

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 28/60

25/36

	[0099]	0 estágio	de	ácido nítrico	NA	produz	uma
solução	de ácido	nítrico	31	que alimenta	o	estágio	de
nitrato	de amônio	AN juntamente	com o gás de	escape 11.
	[0100]	0 esquema	da	Fig. 1 é agora	descrito	em

maior detalhe.

	[0101]	0 dióxido	de	carbono	novo 1 entra na
seção	de síntes	e de ureia	US,	enquanto	a amônia líquida
nova 2	entra no	condensador	de	amônia NH3C, onde o gás de
amônia	141 que	surge da coluna MPSC	é condensado para
formar	a amônia [0102]	líquida 8. Normalmente,	a amônia	líquida 2 é mais

fria do que os vapores de amônia 141, de modo que a injeção da dita amônia líquida 2 no condensador de amônia NH3C ajuda a promover a condensação do gás de amônia 141. Parte da dita amônia líquida 8 forma a entrada de amônia 3 direcionada à seção de síntese de ureia US. A parte restante 9 da amônia retorna à coluna MPSC. Em algumas modalidades, a amônia de entrada 2 pode ser misturada com a corrente de amônia 8 antes de dividir a corrente 8 nas correntes de alimentação 3 e 9.

[0103] De preferência, a entrada de amônia 2 que é alimentada ao condensador de amônia NH3C é a amônia total necessária pela estequiometria para produzir o produto de ureia-nitrato de amônio 33. Mais em detalhe, a entrada de amônia 2 inclui a amônia que é necessária para a síntese de ureia, para a síntese do ácido nítrico e para a neutralização de tal ácido nítrico para produzir o nitrato de amônio.

[0104] O dióxido de carbono 1 e a amônia 3 são

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 29/60

26/36 reagidos na seção de síntese de ureia US, em uma pressão de síntese, para formar a solução aquosa de ureia 4 (mistura de reação).

[0105] A dita solução aquosa de ureia 4 é despressurizada e enviada para o decompositor de média pressão MPD, onde o carbamato contido na solução 4 é decomposto em amônia e dióxido de carbono, com a ajuda de calor.

[0106] O dito decompositor de média pressão MPD produz uma solução de ureia 5 que é adicionalmente tratada na seção de recuperação de baixa pressão LPR, e uma fase gasosa 6 contendo amônia e dióxido de carbono.

[0107] A dita fase gasosa 6 é parcialmente condensada no condensador de média pressão MPC com a ajuda de uma solução reciclada 24, proveniente da seção de recuperação de baixa pressão LPC, que será descrita posteriormente.

[0108] O efluente parcialmente condensado 7 do condensador de média pressão MPC é uma solução de carbamato, contendo também alguma amônia e CO2 gasosos. O dito efluente 7 é enviado para a parte inferior da coluna depuradora de amônia de média pressão MPSC. Aqui, a amônia e o CO2 gasosos contidos na corrente 7 separam-se e fluem para cima na depuradora MPSC. Conforme mencionado acima, a dita coluna MPSC é também alimentada com a amônia líquida

9. A parte superior da dita coluna MPSC recebe adicionalmente uma solução reciclada 25 da seção de baixa pressão LPC, que atua como um meio de depuração dos vapores de amônia e CO2 que estão contidos na solução de carbamato

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 30/60

27/36 .

[0109] Os vapores de amônia e CO2 contidos no efluente 7 são depurados na coluna MPSC, obtendo-se uma solução de carbamato 10 que inclui também a parte liquida do efluente 7. A dita solução de carbamato 10 é recuperada a partir do fundo da coluna MPSC como um componente pesado, e é enviada para o decompositor de carbamato CD.

[0110] O decompositor de carbamato CD proporciona a decomposição do carbamato em amônia e CO2 e separa a fase liquida e de vapor, produzindo: gás de escape de média pressão 11 contendo amônia (cerca de 45%), dióxido de carbono (cerca de 40%) e água como balanço até 100%, que alimentam a seção de nitrato de amônio AN, e uma fase liquida 12 contendo a maioria da água (cerca de 75%) e alguma amônia (cerca de 15%) e CO2 (cerca de 10%) como carbamato que permanece não decomposto. A dita fase liquida 12 juntamente com a solução 5 forma a alimentação da solução de ureia 13 ao decompositor de baixa pressão LPD.

[0111] A coluna MPSC remove praticamente todo o dióxido de carbono contido na solução de carbamato 7. Um gás de amônia isento de CO2 substancialmente puro 14 (componente leve) é retirado do topo da coluna MPSC. Uma primeira parte 141 do dito gás de amônia 14 é enviada para o condensador de amônia NH3C e outra parte 142 do dito gás de amônia 14 alimenta o estágio de ácido nitrico NA.

[0112] A decomposição da solução de ureia 13 no decompositor de baixa pressão LPD produz uma solução de ureia 17 e uma fase gasosa 18.

[0113] A solução de ureia 17 é adicionalmente

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 31/60

28/36 tratada, após a despressurização, no decompositor atmosférico AD, obtendo-se a solução aquosa de ureia 15, consistindo essencialmente em ureia e água e contendo 7080% de ureia, e o gás de escape 19 contendo amônia e dióxido de carbono.

[0114] O gás de escape 19 é pelo menos parcialmente condensado no condensador AC. O condensado 20 assim obtido é enviado através de uma bomba 21 para o condensador de baixa pressão LPC. A dita bomba 21 eleva a pressão do efluente de condensado do condensador AC da pressão da seção de recuperação atmosférica AR até a pressão mais alta da seção LPR. No condensador de baixa pressão LPC, o condensado 20 promove a condensação da fase de vapor 18 que surge do decompositor de baixa pressão LPD.

[0115] O condensador de baixa pressão LPC produz uma solução de condensado da LPR 22 que é adicionalmente elevada até a pressão da seção de recuperação de média pressão MPR através de uma bomba 23, e reciclada para a dita seção MPR.

[0116] A dita solução de condensado da LPR 22 pode ser reciclada para diferentes pontos da seção MPR. De acordo com uma modalidade preferida, conforme ilustrado na Fig. 1, uma primeira parte 24 da solução de condensado da LPR 22 é alimentada ao condensador MPC e uma segunda parte 25 da dita solução 22 é alimentada à coluna depuradora MPSC. A corrente de solução de condensado da LPR 24 promove a condensação dos vapores 6, enquanto a corrente de solução de condensado da LPR 25 ajuda a depurar o dióxido de carbono da solução de carbamato 7 na coluna MPSC.

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 32/60

29/36 [0117] Pode ser apreciado que, graças à invenção, a amônia e o dióxido de carbono contidos nos vapores 19, liberados em uma pressão muito baixa (tipicamente na pressão atmosférica ou próxima da atmosférica), são convenientemente reciclados após a condensação para a seção de média pressão MPR, a saber, para o condensador MFC e para a coluna depuradora MPSC. Consequentemente, mais amônia é reciclada para a coluna MPSC, comparada à técnica anterior, permitindo uma alimentação apropriada da seção de ácido nitrico NA por meio do gás de amônia 142 retirado do topo da dita coluna e uma alimentação apropriada para o nitrato de amônio AN por meio da corrente 11.

[0118] Os vapores 26 do condensador atmosférico AC são enviados para o depurador atmosférico AS juntamente com os vapores 27 retirados do condensador de baixa pressão LPC. No depurador AS, os ditos vapores 26 e 27 são depurados com a ajuda de água de reposição 28 e o assim obtido condensado 29 contendo NH3, CO2 e água é reciclado para o condensador atmosférico AC.

[0119] A injeção de água de reposição 28 é minimizada pela recuperação de amônia no condensador de baixa pressão LPC, na pressão intermediária entre a pressão das seções de recuperação MPR e AR. Uma boa parte da amônia é recuperada na dita baixa pressão na corrente 18 e, assim, o gás de escape 19 contém uma pequena quantidade de amônia que pode ser facilmente condensada e depurada no condensador atmosférico AC e no depurador AS usando uma quantidade reduzida de água de reposição 28.

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 33/60

30/36 [0120] Consequentemente, a invenção também permite minimizar as injeções de água no sistema e finalmente controlar o teor de água no produto de UAN 33, que é, em geral, limitado por especificação comercial aplicável.

[0121]

A seção de ácido nitrico NA recebe alimentação de amônia 142 e uma alimentação de ar 30.

água limpa 35 é também adicionada a fim de produzir solução aquosa de ácido nitrico. A concentração de ácido nitrico na solução 31 liberada pela dita seção NA é tipicamente 55% em peso a 65% em peso, sendo a água o balanço até 100%.

[0122] A dita solução 31 de ácido nitrico e o gás de escape pressurizado 11 do decompositor de carbamato

CD alimentam a seção AN para a produção de nitrato de amônio. A dita seção AN produz a solução aquosa de nitrato de amônio 32 contendo tipicamente 75 - 95% de nitrato de amônio. O excesso de água é deslocado como água pura 34.

[0123] O produto de nitrato de amônio 32 e a solução aquosa de ureia 15 retirados do decompositor atmosférico AD alimentam a seção UAN para a produção de ureia-nitrato de amônio 33.

[0124] De preferência, o ureia-nitrato de amônio 33 contém 44% de nitrato de amônio, 35% de ureia e água de balanço, resultando em um teor de 32% de Nitrogênio.

[0125] As correntes 40 e 41 indicam gás ventilado (p.ex., gás inerte) das seções NA e AN.

[0126] De acordo com uma variante (não mostrada) da modalidade da Fig. 1, parte da amônia 2 pode alimentar a

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 34/60

31/36 seção de ácido nitrico NA e/ou a seção de nitrato de amônio AN.

[0127] Em algumas modalidades, o processo é adicionalmente integrado com a produção de melamina. Por exemplo, com referência à Fig. 1, uma parte da solução de ureia 15 é usada para preparar a melamina em uma seção de melamina adequada; o gás de escape extraído da seção de melamina, e contendo amônia e dióxido de carbono, pode ser reintroduzido, p.ex., no condensador de média pressão MPC.

[0128] As Figs. 2 a 6 ilustram algumas modalidades variantes. Por uma questão de simplicidade, os itens correspondendo à Fig. 1 são indicados pelos mesmos numerais.

[0129] A Fig. 2 ilustra uma modalidade onde o processo de síntese de ureia inclui apenas dois estágios de recuperação, MPR e AR.

[0130] A corrente 20 de gás de escape de condensado, retirada do condensador atmosférico AC, é alimentada diretamente ao estágio de recuperação de média pressão MPR. A corrente 20 pode ser enviada para um ou mais locais no estágio MPR. Na modalidade ilustrativa da Fig. 2, a corrente 20 é dividida nas partes 24 e 25, onde a primeira parte 24 é alimentada ao condensador de média pressão MPC e a segunda parte 25 é alimentada como um meio de depuração à coluna MPSC.

[0131] A Fig. 3 ilustra uma modalidade onde a solução de carbamato 10, retirada do fundo da coluna depuradora MPSC, é enviada diretamente para o estágio de nitrato de amônio AN no estado líquido, sem a passagem

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 35/60

32/36 preliminar no decompositor de carbamato CD.

[0132] As modalidades das Figs. 2 e 3 podem ser combinadas, resultando em uma modalidade adicional onde a corrente 20 vai diretamente para a seção MPR e a solução 10 vai para o estágio AN.

[0133] A Fig. 4 ilustra uma modalidade onde a seção de sintese de ureia US opera com um processo de reciclo total e o condensador de amônia NH3C não é necessário.

[0134] A amônia 2 é alimentada diretamente à seção de sintese de ureia US. A coluna depuradora de média MPSC é alimentada apenas com a corrente de gás de escape de condensado 25 do condensador de baixa pressão LPC. Uma parte menor da amônia 2 também pode alimentar a coluna MPSC em algumas modalidades.

[0135] A solução de carbamato 10 da coluna MPSC é reciclada diretamente para a seção de sintese de ureia US .

[0136] Em uma modalidade preferida, a amônia total 2 para produzir o produto de UAN 33 é alimentada à sintese de ureia US e isto permite obter uma composição ótima dos reagentes no reator de sintese.

[0137] O gás de amônia 14 retirado das colunas MPSC é dividido em uma primeira corrente 141 e uma segunda corrente 142. A primeira corrente 141 alimenta a seção de ácido nitrico NA e a segunda corrente 142 alimenta a seção de nitrato de amónio AN.

[0138] A Fig. 5 ilustra uma modalidade onde a coluna depuradora MPSC é substituída por um separador de

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 36/60

33/36 líquido gás MPS.

[0139] Neste último caso, toda a corrente de gás de escape de condensado da bomba 23 é alimentada no lado a montante do condensador de média pressão MPC, como a corrente 24 .

[0140] A Fig. 6 é uma variante da Fig. 5, onde a corrente 20 contendo o gás de escape de condensado 19 é enviada diretamente ao estágio de média pressão MPR, similar à Fig. 2.

[0141] A modalidade da Fig. 6 pode incluir um separador de média pressão MPS (conforme mostrado) ou a coluna depuradora MPSC, como na Fig. 4.

[0142] A Fig. 7 mostra uma modalidade preferida da seção de nitrato de amônio AN compreendendo um reator tubular 50, p.ex., um reator na forma de um tubo vertical ou mais preferivelmente horizontal.

[0143] Mais detalhadamente, a Fig. 7 mostra uma modalidade onde a seção AN inclui um reator tubular 50, um separador de gás-líquido 51, um sistema depurador 52 e um tanque 53.

[0144] A corrente de gás de escape 11 (ou 142 na modalidade da Fig. 4) na pressão de 784 - 1960 kPa (8 - 20 bar) é alimentada ao reator tubular 50. A solução de ácido nitrico 31 é também alimentada ao dito reator tubular. A pressão média da corrente de gás de escape 11 proporciona a energia de mistura para promover a mistura entre a amônia e o ácido nitrico. Na saída do reator tubular, o nitrato de amônio (produto de reação) é separado como solução concentrada no separador de gás-líquido 51 trabalhando

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 37/60

34/36 preferivelmente na pressão atmosférica ou próxima da pressão atmosférica.

[0145] O calor liberado pela reação é removido pela vaporização da água contida nas correntes 11 e 31 que é finalmente separada da solução concentrada no separador 51.

[0146] Os vapores contendo algumas goticulas arrastadas de nitrato de amônio são tratados no sistema depurador 52 que descarrega os gases inertes 41 para a atmosfera (i.e., traços de nitrogênio e gases inertes que vêm com o gás de escape 11) e água purificada 34 que pode ser descartada com segurança.

[0147] A solução do separador 51 e uma fase liquida retirada do sistema depurador 52 são armazenadas no tanque 53 e proporcionam a solução 32 que é enviada para a seção UAN (Figs. 1-6) .

[0148] Em algumas modalidades, o processo da invenção pode ser adicionalmente integrado com a produção de amônia, p.ex., da reforma de um hidrocarboneto.

[0149] A amônia produzida por uma seção de sintese de amônia adequada pode alimentar o estágio de ácido nitrico NA ou, de forma conveniente, também à seção AN. Em algumas modalidades, a seção de ácido nitrico NA é alimentada com a amônia produzida pela seção de amônia e, consequentemente, a seção NA é desacoplada da produção de ureia.

[0150] De acordo com outra variante da invenção, o gás de escape pressurizado 11 é condensado e enviado para a seção de nitrato de amônio AN em um estado liquido, ou a

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 38/60

35/36 solução 10 é alimentada diretamente à seção AN sem a etapa de decomposição no decompositor CD.

[0151] A invenção também pode ser aplicada à reforma de plantas integradas existentes.

[0152] Um arranjo comum de uma planta da técnica anterior usa um neutralizador atmosférico na seção AN. Além disso, uma planta da técnica anterior pode incluir as seções MPR e AR, mas não inclui a seção LPR e não inclui o condensador AC. Então, o gás de escape que sai da seção AR é reciclado em uma forma gasosa, tipicamente para o dito neutralizador atmosférico.

[0153] Uma reforma para efetuar o esquema acima mencionado pode compreender, por exemplo:

adicionar a seção LPR, trabalhando em uma pressão intermediária entre as pressões de trabalho das seções existentes MPR e AR;

adicionar o condensador atmosférico AC;

substituir o neutralizador atmosférico da seção AN por um neutralizador operando sob pressão, preferivelmente um reator tubular, proporcionar as linhas e as bombas necessárias, os compressores etc.

[0154] Por adição do condensador atmosférico AC e da seção LPR, o gás de escape que sai da seção AR pode ser eficientemente reciclado para a seção de pressão mais alta MPR, conforme explicado acima.

[0155] A seção MPR recebe o gás de escape de condensado do segundo estágio de recuperação, recebendo assim mais amônia e dióxido de carbono e, portanto, é capaz

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 39/60

36/36 de proporcionar ο seção de nitrato pressurizada, ο substituído por um e mais eficiente, proporcionar o gás ácido nitrico NA.

gás de escape pressurizado 11 para a de amónio AN. Tendo uma alimentação neutralizador atmosférico pode ser reator tubular pressurizado mais seguro Além disso, a seção MPR é capaz de de amônia 16 para alimentar a seção de

Claims

REIVINDICAÇÕES

1) Processo integrado para produção de ureia e ureia-nitrato de amônio, compreendendo:

a) a produção de solução aquosa de ureia (15) partindo de amônia e dióxido de carbono, em um processo de síntese de ureia;

b) a produção de nitrato de amônio (32) a partir de amônia e ácido nítrico em um estágio de nitrato de amônio (AN),

c) onde pelo menos parte da dita solução aquosa de ureia (15) é misturada com pelo menos parte do nitrato de amônio (32) para produzir ureia-nitrato de amônio (33) em um estágio de ureia-nitrato de amônio (UAN),

d) o dito processo de síntese de ureia compreendendo a reação de amônia (3) e dióxido de carbono (1) em uma pressão de síntese para formar uma mistura de reação de ureia (4) contendo ureia e materiais não convertidos e também compreendendo a recuperação de materiais não convertidos em uma pluralidade de estágios de recuperação, incluindo pelo menos um primeiro estágio de recuperação (MPR) operando em uma primeira pressão de recuperação menor do que a dita pressão de síntese, e um segundo estágio de recuperação (AR) operando em uma segunda pressão de recuperação menor do que a dita primeira pressão de recuperação, o processo sendo caracterizado pelo que segue:

e) o gás de escape (19) liberado por uma etapa de decomposição de carbamato (AD) no segundo estágio de recuperação, e contendo amônia não convertida, é pelo menos parcialmente condensado na dita segunda pressão de

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 41/60

2) Um processo de acordo com a reivindicação 1, o processo sendo adicionalmente integrado com um estágio de ácido nitrico (NA) para a produção de uma solução de ácido nitrico (31), onde pelo menos uma parte da dita solução de ácido nitrico é usada para a produção de nitrato de amônio no dito estágio de nitrato de amônio (AN), o processo compreendendo a etapa de:

retirar um gás de amônia substancialmente puro (142) do dito primeiro estágio de recuperação (MPR) e alimentar o dito gás de amônia (142) ao dito estágio de ácido nitrico (NA).

2/8 recuperação, obtendo-se o gás de escape de condensado (20);

f) reciclar pelo menos parte do dito gás de escape de condensado (20), ou uma solução (24, 25) contendo pelo menos parte do dito gás de escape de condensado (20), para o dito primeiro estágio de recuperação (MPR);

g) retirar uma corrente contendo amônia (10, 11) do dito primeiro estágio de recuperação (MPR) na dita primeira pressão de recuperação e alimentar a dita corrente contendo amônia (10, 11) ao estágio de nitrato de amônio (AN) .

3/8 recuperação .

3) Um processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, onde a dita corrente contendo amônia (11) retirada do primeiro estágio de recuperação, em um estado gasoso ou em um estado liquido, é posta em contato com uma solução de ácido nitrico (31) em um reator tubular pressurizado (50) do estágio de nitrato de amônio.

4/8 parcial em um condensador (MFC) do dito com o primeiro estágio de recuperação (MPR) obtendo uma solução de carbamato (10), e onde a dita corrente contendo amônia direcionada para o estágio de nitrato de amónio inclui a dita solução de carbamato (10) obtida após a depuração ou os vapores (11) obtidos a partir de uma etapa subsequente de decomposição da dita solução de carbamato diluída (10).

4) Um processo de acordo com a reivindicação 3, onde o dito reator tubular pressurizado opera em uma pressão substancialmente igual à dita primeira pressão de

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 42/60

5/8 integrado com um estágio de ácido nitrico (NA) para a produção de uma solução de ácido nitrico (31), o processo compreendendo adicionalmente a etapa de: retirar um gás de amônia substancialmente puro (141) do dito processo de depuração e alimentar o dito gás de amônia ao dito estágio de ácido nitrico.

5) Um processo de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, onde a dita etapa f) inclui

alimentar pelo menos parte do dito gás de escape de condensado (20) diretamente ao dito primeiro estágio de recuperação (MPR). 6) Um processo de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, onde: o processo de síntese de ureia compreende um terceiro estágio de recuperação (LPR) operando em uma

terceira pressão de recuperação que é menor do que a dita primeira pressão de recuperação e maior do que a dita segunda pressão de recuperação, o dito terceiro estágio de recuperação (LPR) compreende uma decomposição (LPD) de uma solução de ureia (13) obtendo uma fase gasosa (18) contendo amônia e dióxido de carbono e a subsequente condensação (LPC) da dita fase gasosa (18),

e a dita etapa f) inclui: misturar o dito gás de escape de condensado (20) com a dita fase gasosa (18) antes ou durante a dita condensação, obtendo uma solução de carbamato (22) na dita

terceira pressão, e reciclar a dita solução de carbamato (22) para o dito primeiro estágio de recuperação (MPR).

6/8 reivindicações anteriores, a dita planta compreendendo:

uma seção de sintese de ureia (US) para a produção de solução aquosa de ureia (15) partindo de amônia e dióxido de carbono;

uma seção de ureia-nitrato de amónio (UAN) onde pelo menos parte da dita solução aquosa de ureia é misturada com o nitrato de amónio (32) para produzir ureianitrato de amónio (33);

a dita seção de sintese de ureia (US) compreendendo um ciclo de sintese para a reação de amônia (3) e dióxido de carbono (1) em uma pressão de sintese para formar uma mistura de reação (4) contendo ureia e materiais não convertidos e também compreendendo uma pluralidade de seções de recuperação, incluindo pelo menos uma primeira seção de recuperação (MPR) operando em uma primeira pressão de recuperação menor do que a dita pressão de sintese, e uma segunda seção de recuperação (AR) operando em uma segunda pressão de recuperação menor do que a dita primeira pressão de recuperação, caracterizada pelo fato de que:

a dita segunda seção de recuperação (AR) compreende um decompositor de carbamato (AD) e um condensador (AC) para uma condensação parcial de gás de escape (19) liberado pelo dito decompositor de carbamato (AD), obtendo o gás de escape de condensado (20);

a planta compreende pelo menos uma linha disposta para reciclar pelo menos parte do dito gás de escape de condensado (20), ou uma solução (24, 25) contendo pelo menos parte do dito gás de escape de condensado (20), para a dita primeira seção de recuperação (MPR);

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 46/60

7/8 a planta também compreende pelo menos uma linha para alimentar uma corrente contendo amônia (11) do dito primeiro estágio de recuperação (MPR) ao estágio de nitrato de amônio (AN).

7) Um processo de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro estágio de recuperação (MPR) compreende a depuração de dióxido de carbono e vapores de amônia contidos em uma mistura de carbamato (7) após a condensação

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 43/60

8/8

8) Um processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro estágio de recuperação (MPR) compreende as etapas de:

decomposição da mistura de reação de ureia (4), obtendo-se uma solução de ureia (5) e uma fase gasosa (6) contendo amônia e dióxido de carbono;

condensação parcial da dita fase gasosa (6), obtendo-se a solução de carbamato e os vapores de dióxido de carbono e amônia (7), que é submetida à dita depuração.

9) Um processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a dita etapa f) inclui:

reciclar uma primeira parte (24) da dita solução contendo gás de escape de condensado (20) para a dita etapa de condensação parcial da fase gasosa (6) obtida após a decomposição da mistura de reação (4), a dita primeira parte da solução (24) sendo misturada com a dita fase gasosa (6) antes ou durante a condensação;

reciclar uma segunda parte (25) da dita solução para o dito processo de depuração, paro uso como um meio de depuração.

10) Um processo de acordo com quaisquer das reivindicações 7-9, o processo sendo adicionalmente

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 44/60

11) Um processo de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, onde:

a dita primeira pressão de recuperação está na faixa de 196 a 2450 kPa (2 a 25 bar), preferivelmente 490 a 1960 kPa (5 a 20 bar) e mais preferivelmente 784 a 1960 kPa (8 a 20 bar), e/ou a dita segunda pressão de recuperação é atmosférica ou é uma pressão próxima da atmosférica, ligeiramente acima da pressão atmosférica, preferivelmente sendo não maior do que 98 kPag (1 barg) e mais preferivelmente cerca de 49 kPag (0,5 barg) e/ou a dita terceira pressão de recuperação é 196 a 588 kPa (2 a 6 bar), preferivelmente cerca de 294 kPa (3 bar) .

12) Um processo de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, a dita corrente contendo amônia do primeiro estágio de recuperação tendo uma pureza de pelo menos 90% em peso.

13) Um processo de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, onde a ureia é produzida com quaisquer de: um processo de reciclo total, um processo de reciclo parcial, um processo de passagem única.

14) Uma planta integrada de ureia-UAN para realizar um processo de acordo com quaisquer das

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 45/60

15) Um método para modificar uma planta integrada de ureia-UAN, onde:

a dita planta integrada compreende uma seção de ureia para a produção de uma solução aquosa de ureia, uma seção de nitrato de amônio para a produção de nitrato de amônio e uma seção de ureia-nitrato de amônio para a produção de UAN a partir da dita solução de ureia e nitrato de amônio, a dita seção de ureia inclui pelo menos uma primeira seção de recuperação (MPR) trabalhando em uma primeira pressão e uma segunda seção de recuperação (AR) operando em uma segunda pressão menor do que a dita primeira pressão, o dito método compreendendo:

a instalação de um condensador adicional (AC) na dita segunda seção de recuperação, para condensar uma corrente de gás de escape (19) liberada por um decompositor de carbamato da dita segunda seção de recuperação, obtendo o gás de escape condensado (20);

a provisão de uma linha para reciclar uma solução (24, 25) contendo o dito gás de escape de condensado para o dito primeiro estágio de recuperação (MPR);

a provisão de uma linha para retirar uma corrente contendo amônia pressurizada da dita primeira seção de recuperação (MPR) e o reciclo da dita corrente contendo amônia pressurizada para a seção de nitrato de amônio.

Petição 870190046280, de 17/05/2019, pág. 47/60

16) Um método de acordo com a reivindicação 15, compreendendo adicionalmente:

a instalação de uma seção de recuperação de baixa pressão (LPR) adicional na seção de ureia, a dita seção de recuperação adicional operando em uma terceira pressão menor do que a dita primeira pressão, porém maior do que a dita segunda pressão, a dita seção de recuperação de baixa pressão adicional compreendendo pelo menos um decompositor e um condensador de baixa pressão para a condensação de gás contendo amônia e dióxido de carbono, enviar a dita solução contendo gás de escape de condensado para o condensador de baixa pressão da dita seção de recuperação de baixa pressão, alimentar uma solução de reciclo contendo amônia e obtida a partir do dito condensador de baixa pressão à dita seção de recuperação de média pressão.

17) Um método de acordo com a reivindicação 15 ou 16 onde a dita seção de nitrato de amônio compreende originalmente um neutralizador atmosférico, o método compreendendo a substituição do dito neutralizador por um reator tubular, o dito reator tubular sendo alimentado com a dita corrente contendo amônia pressurizada retirada da seção de recuperação de média pressão.