BRPI0912885B1 - Processo para a produção de ureia a partir de amoníaco e dióxido de carbono. - Google Patents

Description

(54) Título: PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UREIA A PARTIR DE AMONÍACO E DIÓXIDO DE CARBONO.

(51) lnt.CI.: C07C 273/00; C07C 273/04 (30) Prioridade Unionista: 19/05/2008 EP 08 156422.1 (73) Titular(es): STAMICARBON B.V.

(72) Inventor(es): LAMBERTUS WILHELMUS GEVERS; JOZEF HUBERT MEESSEN; JOHANNES HENRICUS MENNEN

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UREIA A PARTIR DE AMONÍACO E DIÓXIDO DE CARBONO.

A presente invenção refere-se a um processo para a produção de ureia a partir de amoníaco e dióxido de carbono em uma fábrica de de ureia que contém uma seção de síntese a alta pressão que compreende pelo menos uma seção do reator, um absorvedor e um condensador, onde todos os equipamentos de alta pressão estão colocados em uma posição baixa.

Os processos de absorção para a para a produção de ureia nos quais todos os equipamentos de alta pressão estão colocados sobre o nível do piso são conhecidos nessas técnicas. Um exemplo desses processos está descrito no documento n² GB-1188051. Naquela publicação de patente está descrito que tal processo pode ser obtido usando um ejetor no fluxo de reciclagem principal na parte de alta pressão do equipamento. No processo descrito no documento n² GB-1188051 um processo com todos equipamentos sobre o nível do piso pode ser realizado usando um ejetor acionado por amoníaco para o transporte de uma corrente de carbamato a partir do condensador para o reator.

Uma desvantagem do uso de um ejetor no fluxo de reciclagem principal é que é que todo o amoníaco é necessário como fluido transmissor no ejetor, e assim sendo, não pode ser suprido em outros lugares na seção de síntese em alta pressão. Além disso, na descarga do ejetor uma corrente combinada de amoníaco e carbamato sempre será obtida. Pelas razões supramencionadas, o processo de ureia não é flexível e nenhuma adaptação fácil das condições do processo é possível.

Outra desvantagem do uso de um ejetor é um aumento no consumo de energia. O amoníaco usado como agente propulsor no ejetor tem der ser suprido para a entrada de fluido motor do ejetor em uma pressão substancialmente acima da pressão de síntese principal. Isto significa que o consumo de energia da bomba que é usada para suprir o amoníaco para a seção de síntese de ureia tem de ser aumentado consideravelmente.

O objetivo da invenção é superar estas desvantagens.

O objetivo da invenção se distingue pelo fato de que a altura da seção de alta pressão é menor do que 35 m a partir do nível do piso e pelo menos uma das seções do reator compreende um meio para a distribuição separada de amoníaco pelo volume da seção do reator.

De preferência, a altura da seção de alta pressão é menor do que 30 m a partir do nível do piso.

Isto tem a vantagem que uma melhor distribuição de amoníaco na seção do reator pode ser obtida, e portanto, uma melhor conversão em ureia na seção do reator é possível. Isto tem o resultado que em uma seção menor do reator a mesma quantidade de conversão pode ser obtida, de tal modo que uma seção do reator com um volume menor seja suficiente. Equipamentos menores são menos onerosos, e assim sendo, o processo para a produção de ureia pode ser instituído mais produtivamente.

Alternativamente, a vantagem de uma melhor distribuição de amoníaco na seção do reator poderia ser usada para obter obter uma melhor conversão no mesmo. Nesse caso, a quantidade de carbamato não convertido é reduzida, de tal modo que a energia usada pelo equipamento envolvido na reciclagem deste material não convertido seja reduzida.

Uma combinação dessas duas vantagens também é possível, resultando em redução de custo, bem como redução no consumo de energia.

De acordo com a invenção, o amoníaco é distribuído de uma maneira otimizada por pelo menos uma seção do reator da seção de síntese em alta pressão. O termo otimizada neste contexto significa que o amoníaco é suprido em múltiplos locais pelo volume de pelo menos uma seção do reator no processo de produção de ureia. Tal distribuição de amoníaco na prática pode ser conseguida por muitas providências. Uma maneira muito econômica para fazer isso é por meio de um assim denominado aspersor, que consiste em um ou mais tubos ou seções de tubos, contendo orifícios para o efluxo de amoníaco ao longo destes tubos. Escolhendo o diâmetro e a localização destes orifícios de efluxo, a distribuição de amoníaco pelo vo3 lume da seção do reator pode ser otimizada, seja na direção de um volume mínimo, ou na direção de uma máxima conversão, ou na direção de uma combinação de volume mínimo e máxima conversão.

No processo de acordo com a invenção, de preferência o fluxo da solução de síntese a partir da seção do reator para o absorvedor, o fluxo da corrente de gases misturados a partir do absorvedor para o condensador e do condensado a partir do condensador para a seção do reator é um fluxo por gravidade. Isto significa que nenhum ejetor, compressor ou bomba está presente para elevar a pressão do fluido no fluxo de reciclagem principal na seção de alta pressão. Por esta razão, a quantidade completa de amoníaco que é alimentada para a seção de síntese em alta pressão fica disponível para distribuição vantajosa por intermédio de um esparsor para a seção do reator.

Um processo para a produção de ureia contém uma seção de síntese de alta pressão e uma ou mais seções de recuperação de pressão baixa. A seção de alta pressão compreende uma seção do reator na qual a solução de síntese de ureia é preparada, um absorvedor no qual a solução de síntese é absorvida e um condensador no qual os gases liberados na zona de absorção são condensados.

A síntese pode ser conduzida em mais do que uma seção de reator. Uma seção de reator é aqui definida como uma seção na qual pelo menos 20% em peso da quantidade total de ureia na seção de síntese não formada.

As seções do reator podem ser colocadas em ordem serial ou paralela e podem ser dois vasos separados ou duas seções do reator em um vaso. Uma seção de reator pode ser também combinada com uma seção do condensador em um vaso. Quando o condensador é um condensador submerso e o tempo de residência na seção do condensador é longo o suficiente, mais do que 20% em peso da quantidade total são formados no condensador, e ela funciona assim como uma seção do reator.

O amoníaco e o dióxido de carbono são alimentados para a seção do reator diretamente ou indiretamente. O amoníaco e o dióxido de car4 bono podem ser introduzidos no processo para a produção de ureia em vários lugares na seção de síntese de alta pressão ou nas seções de recuperação.

De preferência, o dióxido de carbono é usado principalmente como uma corrente de gás contracorrente durante a absorção da solução de síntese de ureia. Uma parte do dióxido de carbono pode ser alimentada para a seção do reator.

De preferência, o amoníaco é alimentado para o condensador.

No absorvedor, a solução de síntese de ureia é absorvida contracorrente com dióxido de carbono com o suprimento de calor. É possível também usar absorção térmica. Absorção térmica significa que o carbamato de amônio na solução de síntese de ureia é decomposto e o amoníaco e o dióxido de carbono presentes são removidos da solução de ureia exclusivamente por meio de suprimento de calor. A absorção pode ser efetuada também em duas ou mais etapas. A corrente de gás que contém amoníaco e dióxido de carbono, que é liberada a partir do absorvedor é enviada para um condensador de alta pressão. A mistura de gases obtida no absorvedor é condensada sob a remoção de calor e absorvida no condensador de alta pressão, após o que o carbamato de amônio resultante é transferido para a seção do reator para a formação de ureia.

O condensador de alta pressão pode ser, por exemplo, um condensador de filme descendente ou um assim denominado condensador submerso, como descrito no documento n- NL-A-8400839. O condensador submerso pode ser colocado horizontalmente ou verticalmente.

Várias combinações de seções de condensador e seções de reação são possíveis de acordo com a invenção:

Combinação de uma seção de condensador com uma seção de reação em assim denominados condensadores submersos ou inundados (pool condensers). O condensador submerso ou inundado é, de preferência, colocado horizontalmente.

A combinação do condensador com uma seção do reator em um único vaso, denominado reator inundado.

Caso uma combinação do condensador com uma seção de reação seja aplicada, é de particular importância obter uma distribuição homogeneizada do amoníaco líquido no condensador usando meios para a distribuição de amoníaco, pois a composição do conteúdo do condensador muda consideravelmente ao longo do trajeto de condensação, porque a formação de ureia ocorre junto com a condensação do gás misto advindo do absorvedor. Esta formação de ureia, e assim sendo, também de água, ao longo do trajeto de condensação resulta em uma mudança da relação ótima de NH3/CO2 ao longo do trajeto de condensação. O termo ótimo é aqui definido como a relação que resulta na temperatura mais alta posssível, o que é desejável para aumentar a velocidade da reação, bem como para maximizar a diferença de temperatura disponível pra troca de calor. Desta maneira, 0timizando a relação NH3/CO2 ao longo do trajeto da condensação reduz a área necessária para transmissão de calor, bem como reduz o volume de condensação para a reação de desidratação de carbamato de amônio.

Como o condensador é um condensador submerso e o tempo de residência na seção do condensador é longa o suficiente, mais do que 20% em peso da quantidade total de ureia são formados no condensador e ele funciona assim como uma seção do reator.

Assim sendo, de preferência, a seção do reator que compreende o meio para distribuição de amoníaco é um condensador submerso que está, mais preferivelmente, colocado horizontalmente.

No caso em que o condensador e a primeira e a segunda parte da seção do reator são combinados em um vaso, pode ser mesmo vantajoso estender o meio para distribuição de amoníaco para dentro da seção de reação. Desta maneira, também na seção de reação a relação NH3/CO2 ao longo do trajeto da reação pode ser otimizada, com o que temperaturas mais altas, e consequentemente, um menor volume de reação são obtidos na seção de reação.

De preferência, a seção do reator de acordo com a invenção é uma combinação colocada horizontalmente de um condensador submerso e uma seção do reator, onde o meio para distribuição de amoníaco fica colo6 cado na seção de condensação e se estende, mais preferivelmente, para dentro da seção de reação.

Na seção de síntese em alta pressão a pressão é substancialmente igual à pressão da síntese de ureia nas seções do reator, que é a pressão na qual a formação de ureia ocorre. A pressão da 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 na seção do reator. O termo substancialmente igual significa que a pressão no resto da seção de alta pressão é menos de 0,5 MPa mais alta ou mais baixa do que na seção do reator.

Em uma modalidade preferida da presente invenção, o absorvedor bem como a segunda seção do reator ficam localizados sobre o nível do piso na fábrica. Desta maneira, as duas unidades pesadas do equipamento ficam localizadas em uma elevação muito baixa na fábrica, o que resulta em uma redução considerável nos custos de investimentos necessários da estrutura que tem de suportar estas unidades pesadas do equipamento. A baixa localização destas duas unidades do equipamento simplifica ainda mais as atividades de operação e manutenção que são necessárias nestes itens do equipamento. Além disso, do ponto de vista de segurança, a baixa elevação das unidades pesadas do equipamento é preferida, pois ela minimiza as atividades de seres humanos em alto nível e otimiza a segurança durante a construção e operação da fábrica.

Um agente oxidante é adicionado ao processo para a produção de ureia para proteger os materiais de construção contra corrosão. Uma casa de óxido é formada sobre as peças metálicas, o que protege contra corrosão. Este processo é conhecido como passividade. O agente de passividade pode ser oxigênio ou um composto que libera oxigênio, como descrito, por exemplo, no documento n² US-A-2.727.069. O oxigênio pode ser adicionado, por exemplo, na forma de ar ou como um peróxido.

As peças sensíveis à corrosão na seção de alta pressão no processo para a produção de ureia podem ser fabricadas a partir de um aço austenítico-ferrítico duplex com um teor de cromo entre 26 e 35% em peso e um teor de níquel entre 3 e 10% em peso. Este tipo de aço é menos sensível à corrosão. Quando este tipo de aço é usado para a construção da seção do reator e do absorvedor é possível reduzir ou omitir a introdução de um agente oxidante no processo de produção de ureia.

De preferência, o teor de cromo do aço austenítico-ferrítico duplex é entre 26-30% em peso. Na seção de alta pressão, de preferência, a seção do reator e o absorvedor são fabricados a partir deste aço austeníticoferrítico duplex.

Na seção de recuperação, o amoníaco e o dióxido de carbono que não foram removidos da solução de síntese de ureia no absorvedor são recuperados a partir da corrente que compreende ureia, produzida na seção de síntese de alta pressão, para serem reciclados para a seção de alta pressão. Na seção de recuperação a pressão é mais baixa do que na seção de síntese de alta pressão. No processo para a produção de ureia de acordo com a presente invenção pelo menos uma seção de recuperação de baixa pressão está presente. Quando mais do que uma seção de recuperação está presente, pelo menos uma das seções de recuperação é operada em pressão média e uma em pressão baixa. Pressão média 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.

O gás de síntese que não reagiu na seção do reator pode ser removido da seção do reator e pode ser enviado para um lavador, onde o amoníaco e o dióxido de carbono presentes no fluxo de gás são removidos do fluxo de gás por absorção em uma corrente de carbamato de baixa pressão. Esta corrente de carbamato é reciclada a partir da seção de recuperação de baixa pressão do processo para a produção de ureia. O lavador pode ser operado em alta pressão ou média pressão. De preferência, um lavador de média pressão é aplicado, porque um aparelho de média pressão é mais econômico para construir. O processo de lavagem no lavador pode ser estimulado usando um trocador de calor que extrai calor do processo. A corrente de carbamato do lavador de média pressão ou alta pressão pode ser devolvida para a seção do reator, opcionalmente por intermédio do condensa8 dor de carbamato de alta pressão.

A invenção será explicada adicionalmente abaixo mais detalhadamente nos exemplos sem limitá-la.

Exemplo I

Um exemplo de um processo de acordo com a invenção está ilustrado na figura 1. A parte de alta pressão do processo para a produção de ureia de acordo com a figura 1 compreende uma seção do reator (R), um absorvedor de CO₂ (S) e uma seção de condensador/reator submerso (C) que foi colocada horizontalmente. Além disso, o processo compreende um absorvedor de média pressão (MA) e uma seção de recuperação de baixa pressão, onde a corrente de ureia (U) foi purificada adicionalmente.

Uma pequena quantidade de dióxido de carbono foi alimentada para a seção do reator (R). Na seção do reator, foi formada uma solução de síntese de ureia (USS) que foi enviada para o absorvedor (S) e absorvida pela adição de calor e com dióxido de carbono como gás absorvedor. Durante a absorção foi obtida uma corrente de gás misto (SG) que estava vindo, junto com os gases da reação (RG), do topo da seção do reator (R) alimentada por intermédio de um aspersor, para a seção do condensador/reator. Para a seção do condensador/reator também uma corrente de carbamato (MC) advinda do absorvedor de média pressão (MA) foi alimentada por intermédio de um aspersor separado. Além disso, amoníaco fresco foi alimentado para a seção do condensador/reator (C) por intermédio de um aspersor separado. O aspersor para a distribuição de amoníaco e o aspersor para a distribuição do gás misto (SG) foram colocados na seção do condensador, mas também estendidos para dentro da seção do reator do condensador/reator (C). A solução de ureia (CS) formada foi enviada para a seção do reator (R) e os gases que não tinham sido condensados (CG) foram enviados para o absorvedor de média pressão (MA). No absorvedor de média pressão os gases foram absorvidos em uma corrente de carbamato de baixa pressão (LC) e condensados para formar uma corrente de carbamato (MC). Os gases que não tinham sido absorvidos (MG) foram enviados para a seção de recuperação de baixa pressão.

O fluxo vindo da USS, SG, e CS foi um fluxo por gravidade completo. Nenhuma bomba ou ejetor foram usados para movimentar o fluido ou gases.

Tanto o reator (R) como o absorvedor (S) foram colocados sobre 5 o nível do piso.

A altura da seção de síntese de alta pressão foi de 26 m a partir do nível do piso.

Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Processo para a produção de ureia a partir de amoníaco e dióxido de carbono em uma fábrica de ureia que contém uma seção de síntese de ureia de alta pressão que compreende pelo menos uma seção de reator (R),

   5 um absorvedor (S) e um condensador (C), em que todos os equipamentos de alta pressão estão colocados em uma posição baixa, caracterizado pelo fato de que a altura da seção de alta pressão é menor do que 35 m a partir do nível do piso e pelo menos uma das seções do reator compreende um meio para a distribuição separada de amoníaco sobre o volume da seção do reator.

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2. 2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a altura da seção de síntese de alta pressão é menor do que 30 m a partir do nível do piso.
3. 3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio para a distribuição separada de amoníaco é um aspersor.

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4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o fluxo da solução de síntese a partir da seção do reator (R) para o absorvedor (S), o fluxo toda corrente de gases misturados do absorvedor (S) para o condensador (C) e o fluxo do condensado a partir do condensador (C) para a seção do reator (S) é um fluxo por gravidade.

   20 5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o absorvedor e a seção do reator ficar localizados no nível do piso.

   6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção do reator que compreende o meio para a distribuição separada de amoníaco é um condensador enterrado.

   25 7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção do reator é uma combinação colocada horizontal mente de um condensador enterrado e uma seção do reator, onde o meio para a distribuição separada de amoníaco é colocado na seção de condensação.

   8. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo

   30 fato de que o condensador enterrado é colocado horizontalmente.

   9. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o meio para a distribuição separada de amoníaco é colocado na

   Petição 870170059764, de 17/08/2017, pág. 5/9 seção de condensação, e é estendido para a seção do reator.

   10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

   9, caracterizado pelo fato de que pelo menos partes das seções do reator e absorção são fabricadas a partir de um aço austenítico-ferrítico duplex com um
5. 5 teor de cromo entre 26 e 35% em peso e um teor de níquel entre 3 e 10% em peso.

   Petição 870170059764, de 17/08/2017, pág. 6/9

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