BRPI0911272B1 - “Processo para aumento da capacidade de uma fábrica de ureia existente e unidade de produção de ureia” - Google Patents

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(54) Título: PROCESSO PARA AUMENTO DA CAPACIDADE DE UMA FÁBRICA DE UREIA EXISTENTE E UNIDADE DE PRODUÇÃO DE UREIA (51) Int.CI.: C07C 273/04; C07C 275/06; B01J 12/00 (30) Prioridade Unionista: 02/04/2008 EP 08006710.1 (73) Titular(es): STAMICARBON B.V.
(72) Inventor(es): JOHANNES HENRICUS MENNEN
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA AUMENTO DA CAPACIDADE DE UMA FÁBRICA DE UREIA EXISTENTE E UNIDADE DE PRODUÇÃO DE UREIA.
A presente invenção refere-se a um processo para aumento da 5 capacidade de uma fábrica de ureia existente compreendendo uma seção de síntese de ureia de alta pressão e uma ou mais seções de recuperação.
Fábricas de ureia com uma seção de síntese de alta pressão e uma ou mais seções de recuperação são conhecidas na técnica anterior.
Em Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry,1996, Vol. 10 A27, páginas 346-350, o processo Snamprogetti, o processo ACES e o processo IDR são descritos. Esses processos de produção de ureia contêm uma seção de recuperação de média pressão e baixa pressão.
Ainda, o processo de extração de CO2 Stamicarbon é descrito contendo uma seção de síntese de alta pressão e seções de recuperação de média e baixa pressão. Também no documento WO-02/090323, um processo de produção de ureia é descrito contendo uma seção de síntese de alta pressão e seções de recuperação de média e baixa pressão. De acordo com essa publicação de patente, uma solução de síntese de ureia é preparada em alta pressão em um reator de ureia a partir de amônia e dióxido de carbono. Uma parte dessa solução de síntese de ureia é transferida do reator de alta pressão para uma seção de tratamento de média pressão. Outra parte da solução de síntese de ureia é adicionalmente tratada no extrator de alta pressão e, após o que, é enviada para a seção de recuperação de baixa pressão. Nessa publicação de patente é também descrito que a zona de tratamento de média pressão pode ser adicionalmente instalada para aumentar a capacidade de uma fábrica de ureia existente. Uma desvantagem da instalação de apenas uma zona de tratamento de média pressão em uma fábrica de ureia existente é que nenhum volume extra no reator é adicionado à fábrica existente. Em virtude disso, o aumento na capacidade para a fábrica de ureia existente é limitado. Outra desvantagem é que o compressor de dióxido de carbono de alta pressão existente tem de ser modificado para obter um aumento substancial na capacidade da fábrica e que essa modificação é muito cara.
Petição 870170090353, de 23/11/2017, pág. 5/11
É o objetivo da presente invenção superar essas desvantagens e proporcionar um processo para aumento da capacidade de uma fábrica de ureia existente da forma mais eficiente e de custo eficaz.
Esse objetivo é obtido mediante a instalação, próximo da fábrica de ureia existente, de uma unidade de produção de ureia compreendendo uma seção de síntese de ureia de alta pressão e uma seção de recuperação de média pressão, em que uma corrente contendo ureia é produzida a partir de amônia e dióxido de carbono e a corrente contendo ureia é enviada para a fábrica de ureia existente onde a corrente contendo ureia é ainda purificada na seção de recuperação de baixa pressão.
Isso tem a vantagem de que um aumento de capacidade de 30100% da fábrica de ureia pode ser obtido.
A unidade de produção de ureia pode também conter uma seção de recuperação de baixa pressão e uma corrente contendo ureia é, então, transportada da seção de recuperação de baixa pressão da unidade de produção de ureia para a seção de acabamento da fábrica de ureia existente e é tratada na seção de acabamento para produzir partículas de ureia.
Naturalmente, também é possível construir uma nova seção de acabamento próximo da seção de acabamento já existente.
Uma corrente de carbamato é transportada da seção de recuperação de baixa pressão para a seção de recuperação de média pressão da unidade de produção de ureia. A seção de recuperação de baixa pressão pode ser a seção de recuperação de baixa pressão da fábrica existente e a seção de recuperação de baixa pressão da unidade de produção de ureia.
Uma unidade de produção de ureia compreende uma seção de síntese de alta pressão. A seção de alta pressão pode compreender um reator no qual a solução de síntese de ureia é preparada, um extrator no qual a solução de síntese de ureia é extraída, um condensador no qual os gases liberados na zona de extração são condensados e um purificador no qual amônia e dióxido de carbono são removidos do gás de síntese.
A síntese pode ser realizada em um único reator ou em dois reatores. Quando uso é feito de dois reatores, o primeiro reator pode, por exemplo, ser operado usando matérias-primas virtualmente frescas e o segundo usando matérias-primas total ou parcialmente recicladas, por exemplo, da seção de recuperação de ureia.
Amônia e dióxido de carbono são alimentados ao reator direta ou indiretamente. Amônia e dióxido de carbono podem ser introduzidos na unidade de produção de ureia em vários locais na seção de síntese de alta pressão ou nas seções de recuperação. De preferência, amônia é alimentada diretamente ao reator. Isso introduz calor no reator que é formado durante a reação exotérmica entre amônia e dióxido de carbono. Para introduzir mais calor no reator, a corrente de amônia pode ser preaquecida.
No extrator, a solução de síntese de ureia pode ser extraída em contracorrente com amônia e/ou dióxido de carbono com o fornecimento de calor. Também é possível usar extração térmica. Extração térmica significa que o carbamato de amônio na solução de síntese de ureia é decomposto e a amônia e dióxido de carbono presentes são removidos da solução de ureia exclusivamente por meio do fornecimento de calor. Extração também pode ser realizada em duas ou mais etapas. A corrente de gás contendo amônia e dióxido de carbono que é liberada do extrator pode ser retornada ao reator, opcionalmente via um condensador de carbamato de alta pressão.
A mistura gasosa obtida no extrator pode ser condensada e absorvida em um condensador de carbamato de alta pressão, após o que o carbamato de amônio resultante pode ser transferido para o reator para formação de ureia. O condensador de alta pressão pode, por exemplo, ser um condensador de queda de filme ou um assim denominado condensador submerso, conforme descrito no documento NL-A-8400839. O condensador submerso pode ser colocado horizontal ou verticalmente.
O gás de síntese que não reagiu no reator pode ser removido do reator ou pode ser enviado para um purificador de alta pressão. Em um purificador de alta pressão, os componentes passíveis de condensação, amônia e dióxido de carbono, podem ser absorvidos do gás de síntese em uma corrente de carbamato a partir da seção de recuperação de média pressão ou da seção de recuperação de baixa pressão. Esse processo de purificação no purificador de alta pressão pode ser estimulado usando um permutador de calor que extrai calor do processo. A corrente de carbamato do purificador de alta pressão pode ser retornada ao reator, opcionalmente via o condensador de carbamato de alta pressão.
Na seção de síntese de alta pressão, a pressão é substancialmente igual à pressão de síntese de ureia no reator, a qual é a pressão na qual formação de ureia ocorre. A pressão de síntese de ureia é, usualmente, uma pressão entre 11-40 MPa, de preferência 12,5-19 MPa. A pressão no resto da seção de alta pressão é substancialmente igual à pressão no reator. Substancialmente igual significa que a pressão no resto da seção de alta pressão é menos de 1,5 MPa maior ou menor do que no reator.
Um agente de oxidação é adicionado à unidade de produção de ureia de forma a proteger os materiais de construção contra corrosão. Um filme de óxido é formado sobre as partes metálicas, o qual protege contra corrosão. Esse processo é conhecido como passivação. O agente de passivação pode ser oxigênio ou um composto que libera oxigênio conforme descrito, por exemplo, no documento US-A-2.727.069. Oxigênio pode ser adicionado, por exemplo, na forma de ar ou como um peróxido.
De preferência, a seção de alta pressão da unidade de produção de ureia compreende apenas um reator e um purificador. Isso limita a quantidade de equipamento de alta pressão caro presente nessa seção.
Mais preferivelmente, o purificador na seção de alta pressão da unidade de produção de ureia é um purificador térmico e ar de passivação é introduzido no purificador. O purificador é, de preferência, um purificador térmico em virtude do fato de que, na unidade de produção de ureia, de preferência nenhum dióxido de carbono em alta pressão está disponível. Na unidade de produção de ureia, dióxido de carbono é, de preferência, adicionado, conforme ainda explicado, via um compressor de dióxido de carbono de média pressão.
O reator e o purificador na unidade de produção de ureia podem ser feitos de um aço duplo austenítico-ferrítico com um teor de cromo de entre 26 e
35% em peso e um teor de níquel de entre 3 e 10% em peso. Esse tipo de aço é menos sensível à corrosão. Quando esse tipo de aço é usado para a constru5 ção do reator e do purificador, é possível omitir a introdução de ar de passivação na unidade de produção de ureia.
Na seção de recuperação, amônia e dióxido de carbono que não reagem para formar ureia são recuperados da corrente compreendendo ureia produzida na seção de síntese de alta pressão de forma a serem reciclados para a seção de alta pressão. Nas seções de recuperação, a pressão é menor do que na seção de síntese de alta pressão. Na unidade de produção de ureia de acordo com a presente invenção, pelo menos uma seção de recuperação de média pressão está presente.
Quando mais de uma seção de recuperação está presente, pelo menos uma das seções de recuperação é operada em média pressão e uma em baixa pressão.
Média pressão é uma pressão entre 1,0 e 8,0 MPa, de preferência entre 1,2 e 3,0 MPa.
Baixa pressão é uma pressão entre 0,2 e 0,8 MPa, de preferência entre 0,3 e 0,5 MPa.
A seção de recuperação de média pressão da unidade de produção de ureia pode compreender um compressor de dióxido de carbono de média pressão, um decomponente de média pressão, um purificador de média pressão e um condensador de carbamato de média pressão. De preferência, a seção de recuperação de média pressão compreende um compressor de dióxido de carbono, um decomponente e um condensador de carbamato. No condensador de carbamato, o calor de condensação liberado pode ser usado para concentração da corrente contendo ureia e/ou o calor pode ser liberado em um sistema de resfriamento de água.
Quando o dióxido de carbono é introduzido na unidade de produção de ureia em média pressão, é possível usar um compressor de dióxido de carbono de média pressão ao invés de um compressor de dióxido de carbono de alta pressão. Isso reduz acentuadamente o investimento a ser feito para a construção da unidade de produção de ureia. De preferência, o dióxido de carbono é alimentado ao condensador de carbamato de média pressão.
Ao condensador de carbamato de média pressão, também uma corrente de carbamato de baixa pressão é adicionada proveniente da seção de recuperação de baixa pressão presente na unidade de produção de ureia ou da seção de recuperação de baixa pressão presente na fábrica de ureia existente. No condensador de carbamato de média pressão, uma corrente de carbamato de média pressão é formada. Essa corrente de carbamato de média pressão é, de preferência, diretamente alimentada ao reator e/ou purificador na seção de síntese de alta pressão. Isso é de forma a introduzir dióxido de carbono diretamente no reator e promover aquecimento do reator.
Na seção de recuperação de baixa pressão da unidade de produção de ureia ou da fábrica de ureia existente, a(s) corrente(s) contendo ureia proveniente(s) da seção de síntese de alta pressão da fábrica existente e/ou da(s) seção(ões) de recuperação de média pressão da fábrica existente e/ou da unidade de produção de ureia, quase toda amônia e dióxido de carbono não convertidos residuais são removidos da solução de síntese de ureia. Quando a unidade de produção de ureia também contém uma seção de recuperação de baixa pressão, a corrente contendo ureia é transportada para a seção de acabamento da fábrica de ureia existente. Na seção de acabamento, partículas de ureia são produzidas. Partículas de ureia podem ser produzidas, por exemplo, através de granulação por solidificação ou granulação.
A invenção refere-se também a uma unidade de produção de ureia para a produção de ureia a partir de amônia e dióxido de carbono instalada próximo a uma fábrica de ureia existente compreendendo uma seção de síntese de ureia de alta pressão e uma seção de recuperação de média pressão, em que a seção de recuperação de média pressão da unidade de produção de ureia é conectada à seção de recuperação de baixa pressão da fábrica de ureia existente.
A unidade de produção de ureia pode também conter uma seção de recuperação de baixa pressão e, nessas unidades de produção de ureia, a seção de recuperação de baixa pressão da unidade de produção de ureia é conectada à seção de acabamento da fábrica de ureia existente.
Uma visão esquemática das conexões entre a fábrica de ureia existente e a unidade de produção de ureia é fornecida na figura 1.
A invenção será ainda explicada nos exemplos, sem estar limitada aos mesmos.
Exemplo I
A fFigura 2 representa esquematicamente uma unidade de produ5 ção de ureia de acordo com a invenção.
Amônia é preaquecida no aquecedor H e alimentada ao reator R da unidade de produção de ureia. Na unidade de produção de ureia, uma corrente contendo ureia USS é produzida, a qual é extraída em um extrator térmico S. No extrator, uma pequena quantidade de ar de passivação é introduzida e os gases de extração SG contendo amônia e dióxido de carbono não reagidos são retornados ao reator. A corrente contendo ureia extraída SUSS tem a pressão reduzida e é introduzida em um decomponente de média pressão MD. No decomponente de média pressão, uma outra corrente contendo ureia purificada MU é obtida, a qual é enviada para a seção de recuperação de baixa pressão de uma fábrica de ureia existente LRE e, dali, para a seção de acabamento da fábrica de ureia existente FE, onde as partículas de ureia são formadas. Na seção de recuperação de baixa pressão da fábrica de ureia existente, uma corrente de carbamato de baixa pressão LPC é produzida, a qual é enviada para o condensador de carbamato de média pressão MCC da seção de recuperação de média pressão da unidade de produção de ureia. No MCC, dióxido de carbono é introduzido via um compressor de dióxido de carbono de média pressão MC. No MCC, também as correntes gasosas provenientes do reator RG e do decomponente de média pressão DG são introduzidas. No MCC, uma corrente de carbamato de média pressão MPC é formada, corrente a qual é retornada ao reator via uma bomba.

Claims (13)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Processo para aumentar a capacidade de uma fábrica de ureia existente compreendendo uma seção de síntese de ureia de alta pressão e uma ou mais seções de recuperação, caracterizado pelo fato de
    5 que, próximo à fábrica de ureia existente, uma unidade de produção de ureia, compreendendo uma seção de síntese de ureia de alta pressão (R, S) e uma seção de recuperação de média pressão (MD, MCC), é instalada, em que uma corrente contendo ureia é produzida a partir de amônia e dióxido de carbono e a corrente contendo ureia (MU) é enviada para a fábrica de ureia
    10 existente onde a corrente contendo ureia é ainda purificada na seção de recuperação de baixa pressão.
  2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que a unidade de produção de ureia também contém uma seção de recuperação de baixa pressão (LRE), caracterizado pelo fato de que uma corrente contendo ureia é
    15 transportada da seção de recuperação de baixa pressão (LRE) da unidade de produção de ureia para a seção de acabamento (FE) da fábrica de ureia existente e é tratada na seção de acabamento (FE) para produzir partículas de ureia.
  3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado
    20 pelo fato de que uma corrente de carbamato (LPC) é transportada da seção de recuperação de baixa pressão para a seção de recuperação de média pressão da unidade de produção de ureia.
  4. 4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13, caracterizado pelo fato de que a seção de síntese de ureia de alta pressão
    25 compreende um reator (R) e um extrator (S).
  5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o extrator é um extrator térmico e ar de passivação é introduzido no extrator.
  6. 6. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo 30 fato de que o reator e o extrator são feitos de um aço duplo austeníticoferrítico com um teor de cromo de entre 26 e 35% em peso e um teor de níquel de entre 3 e 10% em peso.
    Petição 870180016036, de 28/02/2018, pág. 4/10
  7. 7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 16, caracterizado pelo fato de que a seção de recuperação de média pressão compreende um compressor de dióxido de carbono (MC) e um condensador de carbamato (MCC).
    5
  8. 8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dióxido de carbono é alimentado ao compressor de dióxido de carbono de média pressão (MC) e dali para o condensador de carbamato de média pressão (MCC), onde o dióxido de carbono é absorvido em uma corrente de carbamato de baixa pressão (LPC), formando uma corrente de
    10 carbamato de média pressão (MPC).
  9. 9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a corrente de carbamato de média pressão é transportada do condensador de carbamato de média pressão (MCC) para o reator (R) e/ou para o extrator (S) na seção de síntese de alta pressão.
    15
  10. 10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 17, caracterizado pelo fato de que amônia é alimentada ao reator (R) na seção de síntese de alta pressão.
  11. 11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que amônia é aquecida antes de ser alimentada ao reator (R) na
    20 seção de síntese de alta pressão.
  12. 12. Unidade de produção de ureia para a produção de ureia a partir de amônia e dióxido de carbono, caracterizada pelo fato de que a unidade de produção de ureia é instalada próximo a uma fábrica de ureia existente, em que a unidade de produção de ureia compreende uma seção
    25 de síntese de ureia de alta pressão (R, S) e uma seção de recuperação de média pressão (MD, MCC), e em que a seção de recuperação de média pressão da unidade de produção de ureia é conectada à seção de recuperação de baixa pressão da fábrica de ureia existente e em que a unidade de produção de ureia é tal como utilizada no processo definido na
    30 reivindicação 1.
  13. 13. Unidade de produção de ureia de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a unidade de produção de
    Petição 870180016036, de 28/02/2018, pág. 5/10 ureia também contém uma seção de recuperação de baixa pressão (LRE) e em que a seção de recuperação de baixa pressão da unidade de produção de ureia é conectada à seção de acabamento (FE) da fábrica de ureia existente.
    Petição 870180016036, de 28/02/2018, pág. 6/10
    1/2
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