BRPI0610894A2 - processo para produção de uréia e planta relacionada - Google Patents
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Abstract
Um processo para produção de uréia a partir de amónia e diáxido de carbono, no qual parte da solução aquosa compreendendo uréia, carbamato de amónio e amónia obtida em uma unidade de síntese de uréia é submetida à dissociação em uma unidade de tratamento operando a uma pressão média pré-determinada para a recuperação do carbamato de amónio e da amónia contidos na mesma, compreende a etapa de submeter a solução aquosa de uréia, resultante da etapa de dissociação supracitada, à decomposição em uma unidade de recuperação de uréia a baixa pressão.
Description
"PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE URÉIA E PLANTA RELACIONADA"
Campo da Invenção
Em seu aspecto mais geral, a presente invenção serefere a um processo para produção de uréia a partir deamônia e dióxido de carbono, em que a reação ocorre a umapressão alta pré-determinada em uma unidade de sínteseapropriada.
Em particular, a invenção se refere a um processo dotipo mencionado acima no qual o produto da reaçãoamônia/dióxido de carbono, consistindo essencialmente deuma solução aquosa compreendendo uréia, carbamato de amônioe amônia, é submetido a uma etapa de recuperação a altapressão do carbamato de amônio e da amônia, que sãoreciclados para a unidade de síntese, enquanto a soluçãoaquosa de uréia é enviada a uma unidade de recuperação deuréia operando a uma pressão baixa pré-determinada com opropósito de obter uréia com a mínima quantidade possívelde prováveis resíduos de amônia e dióxido de carbono.
Mais especificamente, a presente invenção se refere aum processo do tipo mencionado, no qual a citadarecuperação do carbamato e da amônia compreende as etapasde decomposição do carbamato e remoção ("stripping") ,preferencialmente com um reagente gasoso (CO2, emparticular), da amônia e do dióxido de carbono entãoproduzidos, em uma respectiva zona de remoção, subseqüenterecondensação, em uma respectiva zona de condensação, dosreferidos amônia e dióxido de carbono em carbamato, que éreciclado à unidade de síntese e no qual as ditas etapas,juntamente com a reação de síntese de uréia, são todasrealizadas, substancialmente, à mesma pressão alta (porexemplo, 135-175 bar), constituindo um loop conhecido naárea técnica como "Loop a Alta Pressão" {"High PressureLoop") ou "Loop de Síntese a Alta Pressão" ("High PressureSynthesis Loop", ou simplesmente H.P. Loop).
Estado da técnica
A produção de uréia em plantas industriais querealizam processos do tipo especificado acima é bemconhecida no estado da arte.
Também é notória a exigência para que a capacidade detais plantas seja aumentada em relação à sua capacidade doprojeto original, de modo que as mesmas sejam capazes deenfrentar as exigências cada vez maiores em relação àsintese de uréia.
Para tal finalidade, têm sido propostos processosnesta área que prevê jam uma etapa de tratamento a médiapressão (10-40 bar) de uma parte da solução aquosacompreendendo uréia proveniente da unidade de sintese, paraa recuperação do carbamato de amônio e da amônia contidosna mesma.
Em particular, tal unidade de tratamento a médiapressão compreende uma etapa de dissociação seguida por umaetapa de remoção com alimentação de CO2 da solução aquosacompreendendo uréia, carbamato de amônio e amônia, e umaetapa subseqüente de condensação dos vapores (amônia, C02 eágua) então obtidos com a adição de amônia à alimentação ede uma solução aquosa de carbamato (carbonato) oriunda daunidade de recuperação de uréia a baixa pressão. A soluçãoaquosa de carbamato obtida a partir da etapa de condensaçãoa média pressão é então reciclada ao loop de sintese a altapresão (H.P. Loop).
Um processo deste tipo é descrito, por exemplo, nopedido WO-A-02909323, ou mesmo em NL-A-8900152.
Enquanto garantem que as exigências supracitadassejam pelos menos parcialmente satisfeitas, tais processospara produção de uréia dos tipos mencionados anteriormenteapresentam desvantagens relacionadas à necessidade de seexigir o uso de quantidades adicionais de água decondensação para a liquefação do CO2 de alimentaçãoutilizado como agente de remoção na etapa de separação amédia pressão e da amônia de alimentação adicionada à etapade condensação a média pressão.
Este uso adicional de água de condensação éprejudicial ao rendimento de conversão na unidade desintese de uréia e, conseqüentemente, à eficiência e aoconsumo de energia de tal unidade, assim como à eficiênciae ao consumo de energia da unidade de recuperação de uréiaa baixa pressão.
Sumário da Invenção
0 problema técnico fundamental da presente invenção éo de projetar e fornecer um processo para a produção deuréia do tipo considerado acima, no qual uma altacapacidade de produção da planta projetada para realizá-lopossa ser alcançada ao mesmo tempo em que garanta um altorendimento de conversão do dióxido de carbono à uréia deuma forma eficiente e com baixo consumo de energia,superando as desvantagens em relação ao estado da arte,mencionadas acima.Este problema é resolvido, de acordo com a presenteinvenção, por um processo para a produção de uréia a partirde amônia e dióxido de carbono, compreendendo as etapas de:
- alimentar amônia e dióxido de carbono em uma unidade desíntese de uréia operando a uma pressão alta pre-determinada ;
- reagir a dita amônia e o dito dióxido de carbono na ditaunidade de sintese, obtendo uma solução aquosacompreendendo uréia, carbamato de amônio e amônia;
- alimentar uma parte da dita solução aquosa compreendendouréia, carbamato de amônio e amônia em uma unidade detratamento operando a uma pressão média pré-determinadapara a recuperação do carbamato de amônio e da amônia,contidos na mesma;
- submeter a dita parte da solução aquosa compreendendouréia, carbamato de amônio e amônia à dissociação na ditaunidade de tratamento obtendo uma solução aquosa de uréia euma fase vapor consistindo de amônia, dióxido de carbono eágua;
- submeter a dita fase vapor compreendendo amônia, dióxidode carbono e água à condensação na dita unidade detratamento, obtendo uma solução aquosa de carbamato deamônio;
- reciclar a dita solução aquosa de carbamato de amôniopara a dita unidade de sintese de uréia;
caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente,as etapas de:
- alimentar a dita solução aquosa de uréia obtida peladissociação na dita unidade de tratamento em umdecompositor de uma unidade de recuperação de uréiaoperando a uma pressão baixa pré-determinada;
- submeter a dita solução aquosa de uréia à decomposição nodito decompositor da dita unidade de recuperação de uréia,obtendo uma solução de uréia concentrada e uma segunda fasevapor contendo amônia, dióxido de carbono e água;
- submeter a dita segunda fase vapor à condensação em umcondensador da dita unidade de recuperação de uréia emcomunicação com o fluido com o dito decompositor, obtendouma solução aquosa de carbamato de amônio de reciclo.
Preferencialmente, o processo de acordo com apresente invenção também compreende as etapas de:
- alimentar dióxido de carbono ao dito condensador da ditaunidade de recuperação de uréia;
- submeter o dito dióxido de carbono, com a dita segundafase vapor, à condensação no dito condensador da ditaunidade de recuperação de uréia, obtendo uma solução aquosade carbamato de amônio de reciclo.
A este respeito, resultados particularmentevantajosos foram alcançados alimentando uma quantidade dedióxido de carbono compreendido entre 1 e 10%, em peso, detodo o dióxido de carbono alimentado ao dito condensador dadita unidade de recuperação de uréia.
Preferencialmente, a dita parte da solução aquosaconsistindo de uréia, carbamato de amônio e amôniaalimentada à dita unidade de tratamento operando à médiapressão está compreendida entre 10 e 50%, em peso, da ditasolução aquosa compreendendo uréia, carbamato de amônio eamônia obtida na dita unidade de sintese.Novamente preferencialmente, a dita unidade detratamento a média pressão está compreendida entre 10 e 70 bar.
De acordo com uma realização preferida da presenteinvenção, a dita solução aquosa de carbamato de amônio doreciclo, obtida no dito condensador da unidade derecuperação de uréia a baixa pressão, é alimentada à ditaetapa de condensação da fase vapor compreendendo amônia,dióxido de carbono e água, na dita unidade de tratamento.
Preferencialmente, a dita etapa de condensação dafase vapor compreendendo amônia, dióxido de carbono e águana dita unidade de tratamento é do tipo duplo efeito.
Graças ao processo de acordo com a presente invençãonotou-se, surpreendentemente e vantajosamente, que aquantidade de água de condensação (em valor absoluto)necessária para reciclar a amônia não-reagida e o dióxidode carbono na forma de carbamato de amônio à unidade desíntese é substancialmente menor em relação à quantidade deágua de condensação (em valor absoluto) requerida pararealizar tal reciclagem com os processos do estado da arte,nos quais os reagentes dióxido de amônio e amônia sãoalimentados à unidade de tratamento a média pressão.
Isto é devido ao fato de que, com a mesma capacidadede produção da planta para produção de uréia, a quantidadede amônia e dióxido de carbono que devem ser reciclados àunidade de síntese na forma de carbamato de amônio ésubstancialmente menor com o processo de acordo com apresente invenção, quando comparada com os processos doestado da arte.Como conseqüência disto há um aumento significativono rendimento de conversão da unidade de síntese de uréia,assim como no rendimento global do H.P. Loop, com a grandevantagem da eficiência e do consumo de energia da plantaprojetada para executar o processo de acordo com a presenteinvenção.
De acordo com um aspecto adicional da invenção ora emtela, o presente problema técnico é resolvido por umaplanta para realização do processo supracitado,compreendendo uma unidade de sintese de uréia a altapressão, uma unidade de tratamento a média pressão de umaparte da solução de uréia produzida na dita unidade desintese, compreendendo um separador e um condensador, e umaunidade de recuperação de uréia a baixa pressão,compreendendo um decompositor e um condensador, taisunidades estando em comunicação de fluido uma com a outra,a planta sendo caracterizada pelo fato de que compreende umduto de conexão entre o dito separador da unidade detratamento a média pressão e o dito decompositor da unidadede recuperação de uréia a baixa pressão.
De acordo com a presente invenção, a planta para aprodução de uréia, de acordo com o processo supracitado,pode ser uma nova variedade de planta ou pode ser obtidaaté mesmo modificando uma planta pré-existente de modo aaumentar a sua capacidade.
Neste último caso, de acordo com um aspecto adicionalda presente invenção, é fornecido um método para reforço deuma planta pré-existente para a produção de uréia a partirde amônia e dióxido de carbono do tipo compreendendo umaunidade de sintese de uréia a alta pressão e uma unidade derecuperação de uréia a baixa pressão, incluindo umdecompositor e um condensador, tais unidades estando emcomunicação de fluido uma com a outra, caracterizado pelofato de que compreende, adicionalmente, as etapas de:
- fornecer à unidade de tratamento a média pressão umaparte da solução de uréia produzida na dita unidade desíntese, compreendendo um separador e um condensador, adita unidade de tratamento a média pressão sendo dispostaem comunicação de fluido com a dita unidade de sintese deuréia a alta pressão e com a dita unidade de recuperação deuréia a baixa pressão, respectivamente; e
- alocar um duto de conexão entre o dito separador daunidade de tratamento a média pressão e o dito decompositorda unidade de recuperação de uréia a baixa pressão.
Características e vantagens adicionais do processopara produção de uréia, de acordo com a presente invenção,deverão se tornar mais claros a partir da seguintedescrição de uma realização preferida do mesmo, apresentadapara indicar, e não limitar, os propósitos com relação aosdesenhos em anexo.
Breve Descrição dos Desenhos
Figura 1 representa esquematicamente uma planta paraprodução de uréia que realiza o processo da presenteinvenção.
Descrição detalhada de uma realização preferida
Com relação à Figura 1, é mostrada uma planta paraprodução de uréia, denominada de um modo geral por (10),que executa o processo de acordo com a presente invenção.De acordo com o processo mencionado acima paraprodução de uréia, amônia (N) e dióxido de carbono (C) sãoalimentados em uma unidade de síntese apropriada (11). Noexemplo da Figura 1, a unidade de síntese de uréiacompreende um único reator (R).
Em particular, de acordo com tal exemplo, a amônia(N) é alimentada ao reator (R) através de um condensador(12) e o dióxido de carbono (C) é, por sua vez, alimentadoao reator (R) através de um separador (13) e de umcondensador (12).
A unidade de sintese (11) (reator R) , o condensador(.12), o separador (13), juntamente com um purificador (14)(que será descrito em maior detalhe em seguida), todosoperam basicamente a mesma pressão alta, constituindo assimo loop de sintese a alta pressão (H.P. Loop) do processo dapresente invenção.
No reator (R) ou, de preferência, na unidade desintese (11), a amônia e o dióxido de carbono reagem napressão alta pré-determinada, conforme mencionadoanteriormente (compreendida, por exemplo, entre 130 e 170bar) , e na temperatura alta pré-determinada (compreendida,por exemplo, entre 160 e 200°C) . No reator (R) obtém-se umasolução aquosa consistindo de uréia, carbamato de amônio eamônia.
Uma parte da solução aquosa compreendendo uréia,carbamato de amônio e amônia que emerge do reator (R) édescomprimida, apropriadamente, de uma forma convencionalper se, por exemplo, por meio de uma válvula (15), ealimentada a uma unidade de tratamento (16) das mesmas umasolução aquosa operando a uma pressão média pré-determinadacompreendida, por exemplo, entre 10 e 70 bar,preferencialmente entre 15 e 25 bar, e ainda maispreferencialmente entre 18-20 bar.
Para a recuperação do carbamato de amônio e daamônia, a parte da solução aquosa compreendendo uréia,carbamato de amônio e amônia apropriadamente descomprimidaé alimentada a um separador a média pressão (17) na unidadede tratamento (16) e submetida a uma dissociação, obtendouma solução aquosa de uréia e uma fase vapor consistindo deamônia, dióxido de carbono e água. Em particular, tal parteda solução aquosa compreendendo uréia, carbamto de amônio eamônia é submetida a uma dissociação térmica no separador(17).
A fase vapor assim obtida consistindo de amônia,dióxido de carbono e água é então alimentada e submetida àcondensação em um condensador a média pressão (18) daunidade de tratamento (16). No condensador (18) é obtidauma solução aquosa de carbamato de amônio que emerge docondensador (18) e é reciclada à unidade de síntese deuréia (11) (reator R).
No exemplo da Figura 1, a solução aquosa de carbamatoque deixa o condensador à média pressão (18) éadequadamente comprimida de uma forma convencional per se,por exemplo, por meio de uma bomba (19) e reciclada aoreator (R) da unidade de síntese de uréia a alta pressão(11) através do purificador (14) e do condensador a altapressão (12). De acordo com uma realização alternativa dapresente invenção, não representada, pelo menos uma parteda solução aquosa de carbamato que deixa o condensador àmédia pressão (18) é alimentado, adequadamente comprimido,diretamente ao condensador a alta pressão (12) e só então éenviado ao reator (R) .
De acordo com a presente invenção, o processo paraprodução de uréia prevê, vantajosamente, a etapa adicionalde alimentar a solução aquosa de uréia, obtida pordissociação no separador a média pressão (17) da unidade detratamento (16), a um decompositor (22) de uma unidade derecuperação de uréia (21) operando a uma pressão baixa pre-determinada compreendida, por exemplo, entre 1,5 e 9,5 bar,preferencialmente entre 3 e 5 bar.
Para este propósito, a solução aquosa de uréia quedeixa o separador (17) é apropriadamente descomprimida deuma forma convencional per se, por exemplo, por meio de umaválvula (20).
Em particular, como representado na realizaçãopreferida do processo de acordo com a presente invenção daFigura 1, a solução aquosa de uréia que deixa o separador(17) da unidade de tratamento (16) é alimentada diretamenteao decompositor (22) da unidade de recuperação de uréia (21).
Ademais, novamente de acordo com o exemplo da Figura1, uma parte do reagente dióxido de carbono (C) é,preferencialmente e vantajosamente, alimentada a umcondensador (23) da unidade de recuperação de uréia a baixapressão (21).
Para este propósito, a tal parte do reagente dióxidode carbono (C) enviada ao condensador (23) é descomprimidaadequadamente de uma maneira convencional per se, porexemplo, através de uma válvula (30).No decompositor (22) da unidade de recuperação deuréia a baixa pressão (21), a solução aquosa de uréiaoriunda do separador (17) da unidade de tratamento a médiapressão (16) é submetida à decomposição, obtendo-se umasolução de uréia concentrada (U) e uma segunda fase vaporconsistindo de amônia, dióxido de carbono e água.
A solução de uréia concentrada (U) , com umaconcentração de uréia compreendida, por exemplo, entre 60 e80%, em peso, emerge do decompositor (22) da unidade derecuperação de uréia (21) que será submetida às etapas detratamento final da uréia (convencional per se e, portanto,não representada) do processo para produção de uréia, talcomo a etapa de decomposição a vácuo e a etapa degranulação ou peletização da uréia fundida então obtida.
Conforme o processo de acordo com a presenteinvenção, a segunda fase vapor contendo amônia, dióxido decarbono e água, obtida no decompositor (22) da unidade derecuperação de uréia (21), é, por outro lado, enviada aocondensador (23) da mesma unidade (21) e vantajosamentesubmetida à condensação, obtendo uma solução aquosa decarbamato de reciclo.
Preferencialmente, como representado no exemplo daFigura 1, a segunda fase vapor, compreendendo amônia,dióxido de carbono e água, é submetida à condensaçãojuntamente com o reagente dióxido de carbono (C) alimentadoao dito condensador (23) .
Uma quantidade apropriada de uma solução aquosa decarbamato (carbonato) possuindo um conteúdo de água decondensação compreendida entre 40 e 80%, em peso, também éalimentada ao condensador (23) da unidade de recuperação dauréia a baixa pressão (21) , de modo a permitir que asegunda fase vapor e o reagente dióxido de carbono (C) ,respectivamente, formem um condensado de carbamato deamônio.
A solução aquosa de carbamato (carbonato, W) éproveniente, geralmente, de uma unidade de tratamento docondensado do processo e/ou de um reservatório de licor deamônia convencional per se, e não representada na Figura 1.
Preferencialmente, como representado no exemplo daFigura 1, a solução aquosa de carbamato do reciclo, obtidano condensador (23) da unidade de recuperação de uréia abaixa pressão (21) é, de acordo com o presente processo,alimentada no condensador a média pressão (18) da unidadede tratamento (16) para a absorção (condensação) da fasevapor compreendendo amônia, dióxido de carbono e águaprovenientes do separador a média pressão (17).
Neste caso, a etapa de compressão da solução aquosade carbamato do reciclo que deixa o condensador (23), até apressão de operação da unidade de tratamento (16) também éprevista de uma maneira convencional per se, por exemplo,por meio de uma bomba (24).
De acordo com uma realização alternativa do processode acordo com a presente invenção, não representada, aetapa de condensação no condensador (18) da unidade detratamento a média pressão (16) é do tipo duplo efeito, naqual o calor de condensação, ao invés de ser dissipado emum fluido de resfriamento (normalmente água deresfriamento), é vantajosamente aproveitado paraposteriormente concentrar a solução concentrada de uréia(U) que deixa o decompositor (22) da unidade de recuperaçãode uréia a baixa pressão.
Neste caso, o calor de condensação que se desenvolvedurante a condensação da fase vapor é transmitido por trocaindireta de calor à solução de uréia concentrada (U) ,permitindo a decomposição e, assim, a separação de umaparte do carbamato de amônio, da amônia e da água aindapresentes em tal solução e, como conseqüência, concentrandoa uréia contida na mesma.
A parte remanescente da solução aquosa compreendendouréia, carbamato de amônio e amônia, que emerge do reator(R) e não é enviada à unidade de tratamento a média pressão(16), é submetida à fase de recuperação do carbamato deamônio e da amônia presentes em tal solução, no loop a altapressão do presente processo.
Em particular, a parte remanescente da solução aquosacompreendendo uréia, carbamato de amônio e amônia, queemerge do reator (R) da unidade de sintese (11) éalimentada ao separador à alta pressão, onde é submetida àdecomposição e à remoção com o reagente dióxido de carbono(C) . A amônia e o dióxido de carbono, assim produzidos, sãoentão recondensados em carbamato de amônio no condensador aalta pressão (12) e reciclados na forma de carbamato deamônio ao reator (R) da unidade de sintese de uréia (11).
A condensação no condensador a alta pressão (12) daamônia e do dióxido de carbono provenientes do separador(13) ocorre pela absorção de tais gases com o reagenteamônia (N) no estado liquido e com a solução aquosa decarbamato, adequadamente comprimida, oriunda do condensador(18) da unidade de tratamento a média pressão (16), atravésdo purificador (14).
A solução aquosa compreendendo uréia, carbamato deamônio e amônia obtida no separador (13) , seguindo asetapas supracitadas de decomposição e remoção com CO2, éadequadamente descomprimida de uma forma convencional perse, por exemplo, por meio de uma válvula (25) na pressão deoperação da unidade de recuperação de uréia (21) , ealimentada ao decompositor à baixa pressão (22) de talseção (21) . Neste ponto, tal solução é submetida àdecomposição, juntamente com a dita solução aquosa de uréiaproveniente do separador (17) da unidade de tratamento amédia pressão (16), obtendo a solução de uréia concentrada(U) e a segunda fase vapor compreendendo amônia, dióxido decarbono e água, descrita acima.
O dióxido de carbono e a amônia não-reagidos e a águaem fase vapor presentes na unidade de sintese de uréia(11), ou, de preferência, no reator (R) , são liberadosdeste e alimentados ao purificador a alta pressão (14).
Estes vapores também compreendem, geralmente, gases inertes(por exemplo, ar) presentes no reagente dióxido de carbono (C).
No purificador (14), os vapores supracitados sãosubmetidos a um tratamento de lavagem com a solução aquosade carbamato adequadamente comprimida, oriunda docondensador (18) da unidade de tratamento a média pressão(16), para a recuperação do dióxido de carbono e da amôniapresentes nos mesmos e para a separação dos gases inertes.Os gases inertes assim separados são então liberados naatmosfera de uma maneira convencional per se, prevendo,além disso, a descompressão adequada dos mesmos, porexemplo, por meio de uma válvula (26) . Alternativamente,tais gases inertes podem ser reciclados em outras partes daplanta (não representado). 0 dióxido de amônio e a amônia,absorvidos na solução aquosa de carbamato proveniente docondensador (18) são, por outro lado, reciclados à unidadede síntese de uréia (11) ou, de preferência, ao reator (R),através do condensador a alta pressão (12).
Com o processo de acordo com a presente invenção,resultados particularmente vantajosos têm sido obtidosalimentando uma quantidade do reagente dióxido de carbono(C) compreendida entre 1 e 5%, em peso, ainda maispreferencialmente compreendida entre 2 e 3%, em peso, detodo o reagente dióxido de carbono (C) alimentado à planta(10), ao condensador (23) da unidade de recuperação deuréia a baixa pressão (21).
Além do mais, a parte da solução aquosa contendouréia, carbamato de amônio e amônia, enviada à unidade detratamento a média pressão (16), está compreendida,preferencialmente, entre 10 e 50%, em peso, ainda maispreferencialmente entre 10 e 25%, em peso, da soluçãoaquosa proveniente da unidade de sintese de uréia (11).
Com relação à Figura 1, as característicasestruturais da planta (10) para a produção de uréia apartir de amônia e dióxido de carbono de acordo com oprocesso da presente invenção, conforme descrito, seráespecificado melhor a seguir.
De acordo com a presente invenção, a planta (10)compreende uma unidade de sintese de uréia a alta pressão(11), uma unidade de tratamento a média pressão (16) e umaunidade de recuperação de uréia a baixa pressão (21),dispostas em comunicação de fluido uma com a outra.
A unidade de tratamento (16) compreende,vantajosamente, um separador a média pressão (17) e umcondensador a média pressão (18) em comunicação de fluidoum com o outro. Por sua vez, a unidade de recuperação deuréia (21) compreende um decompositor a baixa pressão (22)e um condensador a baixa pressão (23) em comunicação defluido um com o outro.
Na planta (10), são previstos dutos de alimentaçãocorrespondentes para os reagentes (dióxido de carbono (C) eamônia (N)), e para a solução aquosa de carbamato(carbonato (W)), que compreende água de condensação, assimcomo dutos de conexão entre as diferentes seções e oscorrespondentes dispositivos, representadosesquematicamente na Figura 1 pelas diferentes linhas deescoamento.
Em particular, na planta (10) dutos de conexão (28 e29) são vantajosamente previstos para a conexão diretaentre a unidade de sintese de uréia (11) e o separador (17)da unidade de tratamento a média pressão (16), e entre estedispositivo e o decompositor (22) da unidade de recuperaçãode uréia a baixa pressão (21), respectivamente.
Ademais, de acordo com a concretização preferida dapresente invenção, representada na Figura 1, também éprevisto um duto (27) para a alimentação do reagentedióxido de carbono (C) ao condensador (23) da unidade derecuperação de uréia a baixa pressão (21).
De acordo com uma concretização alternativa, nãorepresentada, da planta (10) de acordo com a presenteinvenção, o condensador a média pressão (18) compreende umconjunto de tubos convencionais, em comunicação de fluido,no interior, isto é, do lado do tubo, com a solução deuréia concentrada (U) que emerge do decompositor a médiapressão (22), e em comunicação de fluido, no lado externo,isto é, do lado da casca, com a fase vapor compreendendoamônia, dióxido de carbono e água provenientes do separadora média pressão (17), assim como com a solução aquosa decarbamato de reciclo proveniente do condensador a baixapressão, para obter o duplo efeito descrito acima.
A partir da descrição anterior nota-se claramente queo processo para produção de uréia, de acordo com ainvenção, resolve o problema técnico e alcança numerosasvantagens, a primeira das quais se refere ao fato de que ummaior rendimento de conversão global é obtido no loop dealta pressão e, em particular, na unidade de sintese deuréia, compreendido, por exemplo, entre 58 e 62%, em peso,independentemente da capacidade de produção requerida daplanta fornecida para realizá-lo.
Desse modo, o processo reivindicado é particularmentevantajoso para plantas de alta capacidade, por exemplo,para produzir entre 3000 e 4500 toneladas métricas/dia deuréia.
Uma vantagem adicional é que, graças à presenteinvenção e, em particular, ao alto rendimento de conversão,é possivel reduzir o consumo de energia do loop de sintesede alta pressão, assim como o da unidade de recuperação deuréia a baixa pressão, em relação aos processos divulgadosno estado da arte. Portanto, com o mesmo consumo de energiae tamanho dos dispositivos que constituem a planta paraprodução de uréia, o processo de acordo com a presenteinvenção permite que tal planta seja operada com uma maiorcapacidade de produção em relação ao que é permitido com osprocessos de acordo com o estado da arte. Em outraspalavras, com a mesma capacidade de produção, a plantaprojetada para realizar o processo de acordo com a presenteinvenção é menor em tamanho e, portanto, mais efetiva emtermos de custos e, operacionalmente, menos onerosa emrelação à planta necessária para obter tal capacidade comos métodos do estado da arte.
Além disso, o acionamento do processo éparticularmente simples e seguro, e não requer maioresgastos em investimento.
As vantagens supramencionadas estão relacionadasprincipalmente ao fato de que, graças aos estudosrealizados pelo Requerente descobriu-se surpreendentementeque, submetendo a solução aquosa de uréia obtida peladissociação na unidade de tratamento a média pressão (16) àdecomposição a baixa pressão, a quantidade (em valorabsoluto) da água de condensação contida na solução aquosade carbamato (carbonato, W) requerida para condensar ocarbamato de amônio é substancialmente menor do que aquantidade de água de condensação necessária com os métodosde acordo com o estado da técnica.
Considerando que tal água de condensação é recicladapara a unidade de sintese de uréia juntamente com ocarbamato de amônio, e considerando que a água é um produtoda reação na sintese da uréia e que, portanto, possui umainfluência negativa sobre a conversão dos reagentes, o fatode controlá-la com o propósito de reduzir substancialmentetal quantidade de água de condensação, tem envolvido deforma vantajosa um aumento correspondente no rendimento deconversão com relação aos processos de acordo com o estadoda arte.
Em particular, ao contrário da presente invenção, osprocessos de acordo com o estado da arte prevêem,necessariamente, na unidade de tratamento a média pressão(16), uma etapa de remoção com o reagente dióxido decarbono da solução aquosa de uréia previamente obtida pordissociação térmica em tal unidade e uma etapa decondensação com a adição de reagente amônia. Para que sejapossivel condensar eficiente e totalmente tais quantidadesde reagente dióxido de amônio e amônia introduzidos naunidade de tratamento à média pressão a carbamato deamônio, é então necessário alimentar uma quantidadesubstancialmente maior (em valor absoluto) de água decondensação à unidade de recuperação de uréia a baixapressão do que a exigida com o processo de acordo com apresente invenção.
Como exemplo, notou-se vantajosamente que, com asmesmas condições operacionais, a quantidade de água decondensação supracitada contida na solução aquosa decarbamato (carbonato, W) é 10-25%, em peso, menor emrelação ao processo de acordo com a presente invenção comrelação ao estado da arte, com um aumento correspondente norendimento de conversão na unidade de sintese de uréia aalta pressão de 2-3%.
Contra as numerosas vantagens alcançadas pelapresente invenção, é importante citar a possibilidade deaumentar a capacidade de produção das plantas pré-existentes para produção de uréia a partir de amônia edióxido de carbono, cora relação à sua capacidade originalde projeto, de uma forma simples, efetiva e confiável, semque com isso influencie negativamente o rendimento deconversão global, os custos de operação e o consumo deenergia da planta pré-existente. Vantajosamente, istotambém é possível para aumentos substanciais na capacidade,por exemplo, de 30-50%, com relação à capacidade dé projetoda planta pré-existente.
De acordo com a realização preferida da presenteinvenção, representada na Figura 1, a planta (10) paraprodução de uréia é obtida a partir de um método de reforço(modernização) de uma planta pré-existente para produção deuréia a partir de amônia e dióxido de carbono do tipocompreendendo uma unidade de sintese de uréia a altapressão (11) e uma unidade de recuperação de uréia a baixapressão (21), incluindo um decompositor (22) e umcondensador (23), tais unidades (11, 21) estando emcomunicação de fluido uma com a outra, caracterizado pelofato de que o mesmo compreende, adicionalmente, as etapasde:
- fornecer à unidade de tratamento a média pressão (16) umaparte da solução de uréia produzida na dita unidade desintese (11), compreendendo um separador (17) e umcondensador (18), a dita unidade de tratamento a médiapressão (16) estando em comunicação de fluido com a ditaunidade de sintese de uréia a alta pressão e com a ditaunidade de recuperação de uréia a baixa pressão (11, 21),respectivamente;alocar um duto de conexão direta (29) entre o ditoseparador (17) da unidade de tratamento a média pressão(16) e o dito decompositor (22) da unidade de recuperaçãode uréia a baixa pressão (21).
Preferencialmente, o método de acordo com apresente invenção prevê a etapa adicional de equipar o ditocondensador (23), da unidade de recuperação de uréia abaixa pressão (21), com um duto (27) para alimentar oreagente dióxido de carbono (C).
É óbvio que um técnico versado na arte pode adicionarnumerosas modificações e variações ao processo paraprodução de uréia descrito acima, de modo a satisfazerexigências contingentes e especificas, estando todas, emqualquer caso, cobertas pelo escopo de proteção da presenteinvenção, como definido pelas reivindicações a seguir.
Claims (12)
1. Processo para produção de uréia a partir de amôniae dióxido de carbono, compreendendo as etapas de:- alimentar amônia e dióxido de carbono em uma unidade desintese de uréia operando a uma pressão alta pre-determinada ;- reagir a dita amônia e o dito dióxido de carbono na ditaunidade de sintese, obtendo uma solução aquosacompreendendo uréia, carbamato de amônio e amônia;- alimentar uma parte da dita solução aquosa compreendendouréia, carbamato de amônio e amônia em uma unidade detratamento operando a uma pressão média pré-determinadapara a recuperação do carbamato de amônio e da amôniacontidos na mesma;- submeter a dita parte da solução aquosa compreendendouréia, carbamato de amônio e amônia à dissociação na ditaunidade de tratamento obtendo uma solução aquosa de uréia euma fase vapor compreendendo amônia, dióxido de carbono eágua;- submeter a dita fase vapor compreendendo amônia, dióxidode carbono e água à condensação na dita unidade detratamento, obtendo uma solução aquosa de carbamato deamônio;- reciclar a dita solução aquosa de carbamato de amôniopara a dita unidade de sintese de uréia;caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente,as etapas de:- alimentar a dita solução aquosa de uréia obtida peladissociação na dita unidade de tratamento em umdecompositor de uma unidade de recuperação de uréiaoperando a uma pressão baixa pré-determinada;- submeter a dita solução aquosa de uréia à decomposição nodito decompositor da dita unidade de recuperação de uréia,obtendo uma solução de uréia concentrada e uma segunda fasevapor compreendendo amônia, dióxido de carbono e água;- submeter a dita segunda fase vapor à condensação em umcondensador da dita unidade de recuperação de uréia emcomunicação de fluido com o dito decompositor, obtendo umasolução aquosa de carbamato de amônio de reciclo.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente,as etapas de:- alimentar dióxido de carbono ao dito condensador da ditaunidade de recuperação de uréia;- submeter o dito dióxido de carbono, com a dita segundafase vapor, à condensação no dito condensador da ditaunidade de recuperação de uréia, obtendo uma solução aquosade carbamato de amônio de reciclo;
3. Processo de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que uma quantidade de dióxido decarbono compreendida entre 1 a 10% em peso de todo odióxido de carbono alimentado é enviado ao dito condensadorda dita unidade de recuperação da dita uréia.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a dita parte da soluçãoaquosa compreendendo uréia, carbamato de amônio e amôniaalimentada à dita unidade de tratamento operando à pressãomédia, está compreendida entre 10 e 50% em peso da ditasolução aquosa compreendendo uréia, carbamato de amônio eamônia obtida na dita unidade de sintese.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a dita pressão média daunidade de tratamento está compreendida entre 10 e 70 bar.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o dito reciclo da soluçãoaquosa de carbamato de amônio obtida no dito condensador daunidade de recuperação de uréia a baixa pressão éalimentado à dita etapa de condensação da fase vaporcompreendendo amônia, dióxido de carbono e água na ditaunidade de tratamento.
7. Processo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a dita etapa de condensaçãoda fase vapor compreendendo amônia, dióxido de carbono eágua na dita unidade de tratamento é do tipo efeito duplo.
8. Planta (10) para produção de uréia a partir deamônia e dióxido de carbono de acordo com o processo dareivindicação 1, compreendendo uma unidade de sintese deuréia a alta pressão (11), uma unidade de tratamento amédia pressão (16) de uma parte da solução de uréiaproduzida na dita unidade de sintese (11), compreendendo umseparador (17) e um condensador (18), e uma unidade derecuperação de uréia a baixa pressão (21) compreendendo umdecompositor (22) e um condensador (23), tais unidades (11,-16, 21) estando em comunicação de fluido uma com a outra, aplanta sendo caracterizada pelo fato de que compreende,adicionalmente, um duto de conexão (29) entre o ditoseparador (17) da unidade de tratamento a média pressão(16) e o dito decompositor (22) da unidade de recuperaçãode uréia a baixa pressão (21).
9. Planta (10) de acordo com a reivindicação 8,caracterizada pelo fato de que compreende, adicionalmente,um duto (27) para a alimentação do reagente dióxido decarbono (C) ao dito condensador (23) da unidade derecuperação de uréia a baixa pressão (21).
10. Planta (10) de acordo com a reivindicação 8,caracterizada pelo fato de que o dito condensador (18) daunidade de tratamento (16) a média pressão compreende umconjunto de tubos em comunicação de fluido, um tubolateral, com uma solução de uréia concentrada (U) na saidado dito decompositor (22) da unidade de recuperação deuréia a baixa pressão (21) , e um corpo lateral, com umafase vapor compreendendo amônia, dióxido de carbono e águana saida do dito separador (17) da unidade de tratamento(16) a média pressão, assim como com uma solução aquosa decarbamato de reciclo na saida do dito condensador (23) daunidade de recuperação de uréia a baixa pressão (21).
11. Método de reforço de uma planta pré-existentepara a produção de uréia a partir de amônia e dióxido decarbono do tipo compreendendo uma unidade de sintese deuréia a alta pressão (11) e uma unidade de recuperação deuréia a baixa pressão (21), incluindo um decompositor (22)e um condensador (23), tais unidades (11, 21) estando emcomunicação de fluido uma com a outra, caracterizado pelofato de que compreende, adicionalmente, as etapas de:- fornecer à unidade de tratamento a média pressão (16) umaparte da solução de uréia produzida na dita unidade desintese (11), compreendendo um separador (17) e umcondensador (18), a dita unidade de tratamento a médiapressão (16) estando em comunicação de fluido com a ditaunidade de síntese de uréia a alta pressão e com a ditaunidade de recuperação de uréia a baixa pressão (11, 21),respectivamente;- alocar um duto de conexão (29) entre o dito separador(17) da unidade de tratamento a média pressão (16) e o ditodecompositor (22) da unidade de recuperação de uréia abaixa pressão (21).
12. Método de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente,a etapa de:- fornecer um duto (27) para a alimentação do dióxido decarbono (C) ao dito condensador (23) da unidade derecuperação de uréia (21) a baixa pressão.
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