CH632240A5 - Urea production process - Google Patents

Description

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di urea a partire da anidride carbonica ed ammoniaca pure.

In alcuni dei procedimenti noti fino ad oggi l'anidride carbonica veniva fatta reagire con l'ammoniaca gassosa contenuta nei gas prodotti dalla dissociazione del carbammato, l'ammoniaca gassosa essendo stata utilizzata precedentemente come agente strippante della soluzione di urea.

La miscela gassosa così ottenuta, formata dai gas dissociati, dall'inidride carbonica e dall'ammoniaca, veniva raffreddata mediante circolazione d'acqua in modo da formare carbammato da inviare al reattore di sintesi per la disidratazione ad urea. Dal reattore la miscela di sintesi era inviata allo strippaggio dell'anidride carbonica ed ammoniaca (che si formano per dissociazione termica del carbammato), strippaggio che veniva eseguito in un apparecchio di dissociazione dal fondo del quale veniva alimentata l'ammoniaca gassosa mentre la miscela di sintesi veniva alimentata dall'alto.

Dall'apparechio di dissociazione uscivano due correnti: una costituita dalla soluzione di urea, contenente ancora una certa quantità di carbammato, l'altra dai gas dissociati e dall'ammoniaca che, come già detto, venivano inviati al condensatore.

Lo svantaggio più apparente rivelato da questi tipi di procedimenti era dato dall'alta concentrazione di carbammato di ammonio presente nella soluzione prodotta con conseguente diminuzione in resa di urea, svantaggio dovuto al fatto che si doveva operare con rapporti NH3/C02 costanti sia per il condensatore che per il reattore.

Si è sorprendentemente trovato, con la presente invenzione, che si può produrre urea da ammoniaca e da anidride carbonica in più alta resa utilizzando al posto del serpentino condensatore un assorbitore a film, il cui funzionamento sarà descritto successivamente, ed inviando, oltre all'ammoniaca gassosa in fondo allo stripper, ammoniaca liquida in parte all'assorbitore ed in parte al reattore di sintesi.

Il procedimento secondo l'invenzione per la produzione di urea a partire da anidride carbonica ed ammoniaca pura è caratterizzato nella rivendicazione 1 precedente.

Data una pressione P totale ed un rapporto H20/C02 e fissato il rapporto NH3/C02 che deve essere alto nel reattore e nell'installazione di prelevazione mediante vettore (detto «stripper») e basso nell'assorbitore si può passare a descrivere il nuovo processo utilizzando lo schema di fig. 1.

Tutta l'anidride carbonica viene inviata nel fondo dell'assorbitore 1, insieme ad una parte di ammoniaca liquida mediante la linea 4 mentre in testa viene inviata, tramite la linea 5, la soluzione assorbente di riciclo costituita da una soluzione ammoniacale acquosa di carbonato d'ammonio.

Il rapporto totale NH3/C02 viene regolato sulla portata di ammoniaca liquida al fondo.

Nella parte bassa dell'assorbitore 1 l'anidride carbonica reagisce adiabaticamente con l'ammoniaca producendo carbammato. Il calore sviluppato innalza la temperatura della miscela a valori più o meno elevati a seconda della pressione P totale, del contenuto d'acqua e del rapporto NHS/C02.

I gas, che si sviluppano dal bagno adiabatico e che sono in equilibrio chimico con esso a quella temperatura, vengono assorbiti in parte dalla soluzione di riciclo che scende a film dalla parte superiore, la parte di gas non assorbita esce dall'assorbitore 1 e tramite la linea 6 si unisce alla linea 7 che porta l'ammoniaca gassosa allo stripper.

II calore di assorbimento viene ceduto ad acqua circolante nel mantello dell'assorbitore e poiché le composizioni del gas e del liquido assorbente in equilibrio lungo l'assorbitore hanno un rapporto NH3/C02 tale per cui lo sviluppo di calore avviene a temperatura elevata, si può produrre dall'acqua di raffreddamento vapore ad un livello termico sufficientemente alto per poter essere utilizzato per successive necessità dell'impianto.

Il carbammato passa quindi, mediante la linea 8, al reattore 2 dove avviene la disidratazione ad urea. Il rapporto NH3/C02 e la temperatura del reattore vengono regolate alimentando ammoniaca liquida, in piccola parte, dal fondo con la linea 9 ed ammoniaca gassoa, in maggior parte, con i gas provenienti dallo stripper 3 attraverso la linea 10. Il rapporto NHj/ C02 nel reattore 2 viene tenuto molto più alto che nell'assorbitore 1, aumentando così le rese di conversione della C02 ad urea.

I rapporti NH3/C02, la temperatura e le rese sono scelte in modo che il calore di assorbimento/condensazione del gas dallo stripper 3 permetta di mantenere costante il bilancio termico dal reattore 2 alla pressione totale fissata. In questo modo è possibile aumentare le rese nel reattore e diminuire i consumi di vapore nello stripper ed elevare il livello termico del vapore prodotto nell'assorbitore.

La pressione del sistema reattore-stripper, essendo praticamente la stessa, è regolata scaricando dalla testa del reattore i gas inerti provenienti dal fondo stripper e dall'assorbitore C02. Tale pressione può essere inferiore o superiore alla pressione vigente nell'assorbitore, a seconda che il trasferimento del carbammato avvenga o per spinta barometrica o per mezzo di pompa.

Poiché le rese di conversione del reattore sono particolarmente elevate e tenuto conto delle caratteristiche chimico-fisiche della soluzione uscente dal reattore con la linea 11, l'anidride carbonica e l'acqua separata nello stripper sono in piccola quantità rispetto all'ammoniaca; oltre che per questa ragione il calore da fornire al sistema è basso essendo la soluzione urea molto prossima alle sue condizioni critiche, per cui l'ammoniaca viene facilmente distillata.

La temperatura critica diminuisce all'aumentare del rapporto NH3/C02 ed al diminuire del tenore d'acqua; questo richiede superfici di scambio dello stripper inferiori a quelle degli stripper degli impianti tradizionali e temperature di scambio termico non elevate che permettono l'utilizzo di vapore a livello termico più basso e quindi meno costoso.

Verrà ora riportato un esempio avente lo scopo di meglio illustrare l'invenzione senza tuttavia limitarla in alcun modo.

5

io

15

20

25

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3

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Esempio

Volendo produrre 72.500 Kg/h di urea vengono alimentati all'assorbitore 1

53.167 Kg/h di C02 (T. 150°C)

32.853 Kg/h di NH3 (T. 50°C)

oltre al carbonato di riciclo che viene inviato in testa all'assorbitore 1 ad una temperatura di 76aC e con la seguente composizione:

NH3 27.323 Kg/h 47,62% (in peso)

C02 10.127 Kg/h 17,65% »

HjO 19.926 Kg/h

34,73% »

C02 12.500 Kg/h 54,09% (in peso)

H20 1.227 Kg/h 5,31% »

e vengono inviati al fondo dello stripper 3.

s Al reattore 2, oltre alla soluzione di carbammato, vengono alimentati anche 47.840 Kg/h di ammoniaca a 100°C ed i vapori uscenti dallo stripper 3 aventi una temperatura di 190°C e la seguente composizione:

NH3 50.218 Kg/h 59,10% (in peso)

io C02 H20

26.259 8.497

Kg/h Kg/h

30,90% 10,00%

L'assorbitore opera alla presione di tutto il loop di sintesi urea che (a meno delle perdite di carico) è di 180 Kg/cm2. La C02 e la NH3 reagiscono nell'assorbitore ed il calore di reazione viene asportato producendo vapore.

Dal fondo dell'assorbitore esce la soluzione di carbammato, ad una temperatura di 180°C, avente la seguente composizione:

NH3 50.794 Kg/h 42,23% (in peso)

CO.

50.794 Kg/h 18.699 Kg/h e che viene inviata al reattore 2.

H20

42,23% 15,54%

NH3 9.382 Kg/h

40,60% (in peso)

La soluzione uscente dal per 3 ad una temperatura di 15 posizione:

Urea 72.500 Kg/h 107.768 Kg/h 23.886 Kg/h 48.946 Kg/h

NH3

co2 h2o

20

I vapori non condensati escono dalla testa dell'assorbitore alla temperatura di 180°C e con la seguente composizione:

Dal fondo dello stripper te la seguente composizione trazione tradizionale:

Urea 72.500 Kg/h 66.932 Kg/h 10.127 Kg/h 41.676 Kg/h reattore viene inviata allo strip-185°C e con la seguente com-

28,64% (in peso) 42,58% »

9,44% »

19,34% »

esce una corrente a 210°C aven-e che viene inviata alla concen-

NH,

25

co, H2o

37,91% 35,00% 5,30% 21,79%

(in peso)

v

1 foglio disegni

Claims (3)

632240

1. Procedimento per la produzione di urea a partire da anidride carbonica ed ammoniaca pura, comprendente il far reagire entrambi i reagenti, il decomporre il carbammato d'ammonio contenuto nella soluzione di urea all'uscita dal reattore di sintesi, il prelevare i prodotti di decomposizione dalla soluzione mediante ammoniaca gassosa, il condensare i prodotti di decomposizione e l'ammoniaca vettore, caratterizzato dal fatto che l'ammoniaca liquida viene inviata in parte al condensatore insieme a tutta l'anidride carbonica ed in parte al reattore di sintesi, il rapporto molare NH3/C02 nel condensatore essendo da 2:1 a 4:1 e nel reattore da 2,5:1 a 7:1.

2. Procedimento come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il condensatore è un assorbitore a film, nella parte alta del quale viene inviata una soluzione di riciclo costituita da una soluzione ammoniacale acquosa di carbonato d'ammonio mentre nella parte bassa viene inviata l'anidride carbonica e parte dell'ammoniaca liquida, COa e NH3 reagendo adiabaticamente.

2

RIVENDICAZIONI

3. Procedimento come da rivendicazione 1, dove l'ammoniaca gassosa utilizzata come agente prelevante è in parte ottenuta come prodotto di testa dell'assorbitore dell'inidride carbonica.