CH629733A5 - Procedimento integrato per la produzione congiunta di ammoniaca ed urea. - Google Patents
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Description
La presente invenzione concerne un procedimento integrato per la produzione congiunta di ammoniaca ed urea, comprendente le operazioni di alimentare ad un reattore di sintesi dell'urea una corrente di ammoniaca anidra e/o ammoniaca in soluzione acquosa ed una corrente contenente carbammato d'ammonio, decomporre in un decompositore il carbammato d'ammonio contenuto nella soluzione di urea uscente da detto reattore di sintesi dell'urea in ammoniaca ed anidride carbonica e riciclare detta ammoniaca ed anidride carbonica allo stato gassoso a detto reattore caratterizzato dal fatto che la soluzione di urea uscente dal decompositore (16) e contenente ancora circa il 50% del carbammato contenuto nella soluzione di urea all'uscita del reattore di sintesi dell'urea (18) viene alimentata ad una colonna (15) di Stripping adiabatica ove, come corrente di Stripping, viene utilizzata la corrente gassosa ottenuta per steam-reforming, od ossidazione parziale, di idrocarburi liquidi o gassosi ed essenzialmente costituita da COa, N2 ed H2, il gas di Stripping ed i prodotti di decomposizione del carbammato essendo alimentati ad una colonna di assorbimento della C02 (17) nella quale viene utilizzato come liquido assorbente una soluzione acquosa di carbonato d'ammonio ricca in ammoniaca ottenuta lavando in una colonna di lavaggio (21) la corrente gassosa non assorbita ricca in ammoniaca e contenente prevalentemente azoto ed idrogeno, proveniente da detta colonna di assorbimento della C02, (17) con una soluzione acquosa di carbonato d'ammonio proveniente dalla sezione a bassa pressione dell'impianto urea, ottenendo così una soluzione di carbammato d'ammonio che è alimentata al reattore di sintesi dell'urea (18) e ricavando dalla colonna di lavaggio (21) azoto ed idrogeno, che sono inviati alla sintesi dell'ammoniaca.
Sono noti procedimenti integrati per la produzione di ammoniaca ed urea e tra questi in particolare quello descritto nel brevetto svizzero 551 953.
Facendo riferimento a tale documento tecnico, il procedimento integrato ivi descritto viene realizzato utilizzando la soluzione acquosa di ammoniaca, ottenuta assorbendo con acqua l'ammoniaca uscente dal reattore di sintesi dell'ammoniaca, per formare carbammato di ammonio assorbendo l'anidride carbonica, contenuta nei gas greggi di sintesi dell'ammoniaca, in un reattore carbammato.
Il carbammato così formatosi viene successivamente inviato ad un reattore per la sintesi dell'urea del quale si scarica una soluzione acquosa di carbammato ammonico ed urea, il carbammato essendo quindi decomposto nei suoi compo-nienti in un decompositore carbammato dal quale detti prodotti di decomposizione strippati con ammoniaca gassosa, i prodotti di decomposizione e l'ammoniaca gassosa di Stripping essendo riciclati in fase gassosa al reattore di sintesi dell'urea. Il processo precedentemente descritto ha il notevole inconveniente che il contenuto di ammoniaca nella soluzione uscente dal decompositore stripper è molto elevato (circa 37%). Questo fatto costringe ad un sovradimensiona-mento ed un consumo di vapore eccessivo molto onerosi per la sezione di recupero dell'ammoniaca a valle del decompositore stripper carbammato.
Più particolarmente, la soluzione di carbammato d'ammonio, formatasi nella colonna di assorbimento della C02, viene inviata al reattore di sintesi dell'urea, per esempio mediante un eiettore od altro sistema statico, sfruttando l'energia di pressione dell'ammoniaca anidra e/o ammoniaca in soluzione acquosa alimentata mediante detto eiettore od altro sistema statico al reattore di sintesi dell'urea.
Nel reattore di sintesi dell'urea si completa la disidratazione del carbammato in urea e si ottiene una soluzione di urea ricca in carbammato d'ammonio, che è inviata ad un decompositore del carbammato dove circa il 50% di detto carbammato viene decomposto in C02 ed NHS, detti NH3 e C02 essendo, invece riciclati direttamente allo stato gassoso, senza preventive condensazioni al reattore di sintesi dell'urea; la soluzione di urea uscente dal decompositore viene inviata quindi allo «stripper».
Lo Stripping dell'ammoniaca mediante la corrente gassosa può essere fatto, tra l'altro in modo adiabatico, cioè senza apporto di calore dall'esterno, perché il contenuto termico della soluzione da trattare è tale che, raffreddandosi, fornisce il calore necessario allo Stripping.
Unitamente all'ammoniaca viene strippata anche la C02 residua ed una certa quantità di acqua contenente nella soluzione proveniente dal decompositore carbammato.
Il gas arricchito di ammoniaca, acqua, C02, viene inviato all'apparecchio di assorbimento della C02 dove la C02 viene assorbita da una soluzione acquosa di carbonato ammonico ricca di ammoniaca.
Nell'apparecchio di assorbimento della C02 (reattore carbammato) si forma carbammato di ammonio che viene inviato come detto ad un reattore di sintesi dell'urea, dal
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quale viene scaricata una soluzione di urea che viene trattata in un decompositore carbammato dove si decompone circa il 50% del carbammato ammonico non trasformatosi in urea e successivamente la soluzione di urea viene strippata dall'ammoniaca e dalla C02 residua mediante gas costituito essenzialmente da C02, H2 ed N2 come descritto sopra.
Lavorando secondo il procedimento come definito nella rivendicazione 1 è quindi possibile ottenere una soluzione acquosa di urea concentrata povera d'ammoniaca, il che permette di semplificare notevolmente la sezione di recupero del-l'NH3, che può allora consistere in un solo stadio da 1 a 8 ata, consentendo così di sopprimere lo stadio intermedio a 18 ata che la tecnica anteriore richiedeva. Un ulteriore vantaggio del procedimento definito nella rivendicazione 1 è quello di poter ottenere, all'uscita del condensatore dell'ammoniaca, un gas greggio per la sintesi dell'ammoniaca esente da C02 e con un contenuto di ammoniaca gassosa estremamente basso (circa 2%) grazie all'impiego, come mezzo assorbente, dell'ammoniaca contenuta nella soluzione acquosa di carbonato proveniente dalle sezioni di recupero dell'impianto urea. La riduzione del contenuto di ammoniaca (circa il 14% rispetto al brevetto sopra citato) comporta una maggiore efficienza della sezione di metanazione che serve ad eliminare le tracce di CO e C02 contenute nel gas grezzo per la sintesi dell'ammoniaca.
È importante puntualizzare che il reattore per la sintesi dell'urea, il decompositore carbammato, la colonna di Stripping adiabatica, l'assorbitore della C02 ed il condensatore ammoniaca operano sostanzialmente alla stessa pressione del reattore di sintesi dell'urea, a meno delle perdite di carico del circuito. Tale pressione è compresa nell'intervallo 100-250 ata. Il calore di formazione del carbammato che si sviluppa nel reattore-carbammato viene utilizzato per produrre vapore, che si utilizza nelle sezioni di concentrazione dell'urea.
È evidente da quanto sopra esposto il notevole grado di economicità e semplicità che il ciclo combinato (Stripping termico per la decomposizione del carbammato e Stripping adiabatico per l'eliminazione dell'ammoniaca e della C02 residua) testé descritto presenta.
Il procedimento integrato come definito nella rivendicazione 1 verrà ora descritto in una sua forma d'esecuzione ed illustrato nello schema della figura allegata.
II gas grezzo ottenuto mediante lo steam-reforming di idrocarburi (secondo tecniche note) costituito essenzialmente da C02, N2 ed H2 viene inviato dopo compressione tramite la tubazione 1 ad un apparecchio (15) di strippaggio adiabatico della NH3 contenuta nella soluzione proveniente dal decompositore carbammato (16) tramite la linea 2.
I gas arricchiti più o meno di NH3 vengono inviati tramite il condotto (3) all'assorbitore della C02 (17) all'uscita del quale tramite il condotto (4) vengono inviati al condensatore N'H3 (21) alimentato tramite la tubazione 5 da una soluzione acquosa di carbonato ammonico proveniente dalla sezione di recupero carbammato ed ammoniaca dell'impianto urea.
Nell'assorbitore della C02 (17) (reattore carbammato) questa quasi completamente reagisce con l'ammoniaca della soluzione ammoniacale alimentata tramite (6) formando una soluzione di carbammato d'ammonio scaricato tramite la condotta (7) ed alimentata al reattore di sintesi dell'urea (18) tramite l'eiettore (19) e la linea (8).
La parte di C02 non reagita nell'assorbitore (17) esce dalla testa dello stesso insieme al gas per la sintesi dell'ammoniaca tramite la linea (4) ed è assorbita da una soluzione di carbonato d'ammonio ricca d'ammoniaca nell'assorbitore (21) che sostanzialmente opera come condensatore ammoniaca, formando una soluzione di carbammato d'ammonio che è scaricata ed introdotta tramite (6) al fondo dell'assorbitore (17).
I gas per la sintesi dell'ammoniaca privi di C02 e di NHS che escono dall'apparecchio (21) tramite la linea (9) sono alimentati ad un apparecchio di metanazione per poi andare ad un reattore di sintesi ammoniaca dove viene prodotta ammoniaca che è lavata dai gas non reagiti con acqua, la soluzione acquosa di NH3 essendo alimentata tramite la linea (10) al reattore di sintesi urea (18).
La soluzione di carbammato miscelata nell'eiettore (19) con la soluzione ammoniacale proveniente tramite la linea (10) dalla sezione di sintesi dell'ammoniaca, entra nel reattore di sintesi urea (18) per iniziare la reazione di disidratazione del carbammato con conseguente formazione di urea.
La soluzione ammoniacale viene pompata mediante la pompa (20) attraverso la linea (11) all'eiettore (19) che fornisce alla soluzione carbammato proveniente da (17) l'energia sufficiente ad entrare nel reattore urea (18) tramite la linea (8).
La soluzione di urea formatasi nel reattore (18) tramite la linea (12) entra nel decompositore del carbammato (16) dove mediante apporto di calore si decompone circa 50% del carbammato non trasformatosi in urea ed i prodotti della decomposizione, costituiti essenzialmente da NH3, C02, H20 tramite la linea (13) ritornano al reattore (18).
La soluzione di urea ricca di ammoniaca tramite la tubazione (2) viene alimentata allo stripper adiabatico (15) come già descritto sopra.
È sorprendente il fatto che nel lavorare con il processo secondo la presente invenzione lo Stripping dell'ammoniaca e C02 contenute nella soluzione può avvenire adiabaticamente senza apporto di calore e che la diminuzione della pressione parziale della C02 nella corrente inviata al reattore carbammato rispetto al caso in cui il gas grezzo non passi nello stripper adiabatico ma venga inviato direttamente a detto reattore carbammato non ha influenza sulla conversione a carbammato e ciò in contrasto con gli insegnamenti della tecnica secondo i quali per aumentare la conversione a carbammato bisogna aumentare la pressione della C02. Una variante non mostrata nel disegno, ma che potrebbe avere una validità notevole nel caso che si abbia una zona di sintesi dell'ammoniaca ad una pressione superiore da 10 a 400 atmosfere a quella del loop isobarico di sintesi dell'urea consiste nell'eliminare il pompaggio mediante la pompa (20) della soluzione ammoniacale e nel comprimere al contrario i gas della linea (9) fino alla pressione regnante nella zona di sintesi dell'ammoniaca ottenendo conseguentemente ammoniaca anidra e/o acquosa che può essere inviata direttamente senza ulteriori pompaggi all'eiettore (19).
Per quanto riguarda le pressioni il procedimento in accordo con la presente invenzione può quindi essere sia isobarico ed in questo caso le pressioni sono comprese tra 100 e 300 Kg/cm2 oppure non isobarico ed in questo caso in particolare la sezione produzione urea può operare ad una pressione come detto da 10 a 400 atmosfere inferiore a quelle di sintesi dell'ammoniaca.
Daremo ora un esempio avente lo scopo di meglio illustrare l'invenzione senza limitarne in alcun modo la portata.
Esempio
I dati di partenza sono:
— materia prima CH4
— produzioni richieste urea prillata 1000 t/d
16362 Nm3/h di gas naturale, considerato come CH4 100% vengono trasformati secondo tecniche note (refor-
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ming primario, reforming secondario, conversione CO ad alta e bassa temperatura) in una miscela di gas convertito avente le seguenti caratteristiche (sul secco)
NH,
co2 h2o
4167 Kg/h 1282 » 4242 »
43% peso 13% » 44% »
Portata 88297 Nm7h Composizione:
Pressione 32 ata h2
n2
co co2
Ar CHa
54120 Nm3/h 17600 » 370 » 15565 211 431
(30572 Kg)
61,50% 20,00 0,42 17,35 0,24 0,49
voi.
Questo gas viene compresso sino a 200 Kg/cm2 alla temperatura di 145°C ed inviato tramite la linea 1, prima allo stripper adiabatico (15), e poi, per l'assorbimento della C02, all'assorbitore (17) [od al condensatore ammoniaca (21)] e quindi alla metanazione tramite la linea (9). Il gas alla temperatura di circa 190°C uscente dalla colonna di Stripping (15) ha la seguente composizione (contenente le sostanze nhs co2 h20
25511Kg/h 4916 »
5287 »
35714 Kg/h Portata totale
71,43% peso 13,76 » 14,81 »
Il carbammato scaricato da (7) e riciclato al reattore (18) tramite l'eiettore (19) ha la seguente composizione e portata (temperatura 155°C)
NH3 44653 Kg/h 47,23% peso
C02 38583 » 40,81 »
H20 11303 » 11,96 »
94544 Kg/h totale
Il gas uscente dall'assorbitore C02 (17) che tramite la linea (4) entra al condensatore NH3 (21) ha la seguente com-
vol.
posizione
(temperatura 155°c)
H2
54120 Nm3/h
51,32%
n2
17600 »
16,69
co
370 »
0,35
co2
1859 »
(3650 Kg/h)
1,76
Ar
211 »
0,20
ch4
431 »
0,41
nh3
29220 »
(22500 Kg/h)
17,71
h2o
1642 »
(1320 Kg/h)
1,56
105453 Nm3/h Portata totale
Nell'assorbitore ammoniaca il gas incontra in controcorrente la soluzione carbonato (5) alla temperatura di 40°C avente la composizione e portata seguenti:
9691 Kg/h totale
Il gas depurato opportunamente per poter essere inviato alla zona di metanazione tramite la linea (9) ha la seguente composizione e portata (temperatura 40°C).
io
15
20
strippate)
h2
54120 Nm3/h
34,94% voi.
n2
17600
11,36 »
co
370
0,24 » 25
co2
19012
(37322 Kg/h)
12,27 »
Ar
211
0,14 »
ch4
431
0,28 »
nh3
54024
(41642 Kg/h)
34,88 »
h2o
9124
(7336 Kg/h)
5,89 » 30
154892 Nm3/h Portata totale
Tramite il condotto (3) il gas entra all'assorbitore C02 (17) dove incontra la soluzione assorbente avente una t=50°C della seguente composizione e portata
40
50
H2
54120 Nm3/h
72,56% voi.
n2
17600 »
23,60 »
co
370 »
0,50 »
co2
8 » (16 Kg/h)
0,01 »
A
211 »
0,28 »
ch4
431 »
0,58 »
nh3
1500 » (1156 Kg/h)
2,01 »
h2o
342 » (275 Kg/h)
0,46 »
74582 Nm3/h Portata totale
Il carbammato tramite la linea (7) attraverso l'eiettore
(19) viene miscelato con la soluzione ammoniacale seguente
(temperatura 40°C)
nh3
24767 Kg/h
80,0% peso h2o
6192 »
20,0% »
30959 Kg/h totale
ed attraverso la linea (8) la soluzione costituente la miscela
La miscela ha la seguente composizione:
NH,
co2 h2o
35
69420 Kg/h 38588 »
17495 »
125503 Kg/h totale
55,31% peso 30,75 » 13,94 »
Dal reattore (18) esce una soluzione della seguente composizione (temperatura 186aC)
NH3 70513 Kg/h 44% peso
C02 16026 » 10 »
41667 » 26 »
32052 » 20 »
ur h2o
45
160258 Kg/h totale
Tramite la linea (12) viene alimentato il decompositore carbammato (16) dal quale esce la soluzione trattata (2) (temperatura 208°C).
36,50%
6,40 33,20 23,90
NH, C02 ur H20
45809 Kg/h
8032 » 41667 » 29995 »
peso
55
125503 Kg/h totale
I gas strippati tramite la linea (13) entrano al reattore (18) (temperatura 195°C)
60
NH3
co2 H20
24704Kg/h 7994 » 2057 »
71,08% peso 23,00 » 5,92 »
34755 Kg/h totale
La soluzione di urea uscente dal decompositore carbam-65 mato (16) tramite la linea (2) viene alimentato allo stripper adiabatico (15) dove secondo il presente trovato incontra in controcorrente il gas grezzo (1) e viene depurata fino alla composizione seguente:
5
629733
nh3
4167 Kg/h
6,5% peso co2
1282 »
2,0 »
UR
41667 »
65,0 »
h2o
22659 »
26,5 »
69775 Kg/h totale
La soluzione così ottenuta alla temperatura di 90°C circa viene scaricata alla sezione di recupero NH3 e C02 a bassa pressione secondo la tecnica nota.
Nel reattore carbammato viene utilizzato il calore di for-5 mazione del carbammato stesso per produrre del vapore saturo alla pressione di 4,5 ata corrispondente ad una portata oraria di circa 30000 Kg/h.
v
1 foglio disegni
Claims (4)
1. Procedimento integrato per la produzione congiunta di ammoniaca ed urea comprendente, le operazioni di alimentare ad un reattore di sintesi dell'urea una corrente di ammoniaca anidra e/o ammoniaca in soluzione acquosa ed una corrente contenente carbammato d'ammonio, decomporre in un decompositore il carbammato d'ammonio contenuto nella soluzione di urea uscente da detto reattore di sintesi dell'urea in ammoniaca ed anidride carbonica e riciclare detta ammoniaca ed anidride carbonica allo stato gassoso a detto reattore caratterizzato dal fatto che la soluzione di urea uscente dal decompositore (16) e contenente ancora circa il 50% del carbammato contenuto nella soluzione di urea all'uscita del reattore di sintesi dell'urea (18) viene alimentata ad una colonna (15) di Stripping adiabatica ove, come corrente di Stripping, viene utilizzata la corrente gassosa ottenuta per steam-reforming, od ossidazione parziale, di idrocarburi liquidi o gassosi, ed essenzialmente costituita da CO,, N2 ed H2, il gas di Stripping ed i prodotti di decomposizione del carbammato essendo alimentati ad una colonna di assorbimento della C02 (17) nella quale viene utilizzato come liquido assorbente una soluzione acquosa di carbonato d'ammonio ricca di ammoniaca, ottenuta lavando, in una colonna di lavaggio (21), la corrente gassosa non assorbita, ricca in ammoniaca e contenente prevalentemente azoto ed idrogeno, proveniente da detta colonna di assorbimento della C02, (17) con una soluzione acquosa di carbonato d'ammonio proveniente dalla sezione a bassa pressione dell'impianto urea, ottenendo così una soluzione di carbammato d'ammonio che è alimentata al reattore di sintesi dell'urea (18) e ricavando dalla colonna (21) di lavaggio, azoto ed idrogeno, che sono inviati alla sintesi dell'ammoniaca.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la soluzione di carbammato d'ammonio
è alimentata dal reattore di sintesi della urea attraverso un eiettore in cui il fluido motore è l'ammoniaca anidra o la soluzione acquosa d'ammoniaca inviata al reattore di sintesi dell'urea.
2
RIVENDICAZIONI
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le pressioni di esercizio dei gas sono comprese tra 100 e 300 atmosfere.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la pressione di esercizio dei gas per la sintesi dell'ammoniaca è superiore a quella dei gas per la sintesi dell'urea, la differenza variando da 10 a 400 atmosfere.
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