CH637633A5

CH637633A5 - Procedimento integrato ammoniaca-urea.

Info

Publication number: CH637633A5
Application number: CH313979A
Authority: CH
Inventors: Vincenzo Lagana; Francesco Saviano
Original assignee: Snam Progetti
Priority date: 1978-04-05
Filing date: 1979-04-04
Publication date: 1983-08-15
Also published as: JPS54132525A; CS230563B2; EG13847A; BR7902122A; IE790706L; FR2421847B1; IE48099B1; DE2913793B2; ES479940A1; SU1225485A3; IT1094295B; DD142709A5; MX151216A; NL7902566A; FR2421847A1; LU81113A1; GB2018249A; SE7903018L; AU4487679A; DK139179A

Description

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento integrato ammoniaca-urea.

Sono noti molti procedimenti integrati per la sintesi dell'urea in combinazione con la sintesi dell'ammoniaca.

Uno di questi è quello in particolare descritto nel brevetto svizzero n. 629 733 della stessa richiedente. Il procedimento descritto nel detto brevetto svizzero comprende: 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, far reagire la C02 con l'ammoniaca nel detto reattore di sintesi dell'urea, scaricare dal reattore di sintesi dell'urea una soluzione di urea contenente carbammato d'ammonio non s trasformato, decomporre termicamente circa il 50% del carbammato contenuto nella soluzione di urea, separando i prodotti di decomposizione, riciclare i prodotti di decomposizione al reattore di sintesi dell'urea, decomporre adiabaticamente, cioè senza fornire calore dall'esterno, il carbam-ìo mato d'ammonio ancora contenuto nella soluzione di urea in uno stripper adiabatico in cui viene introdotto come agente strippante la corrente gassosa ottenuta per steam reforming ad ossidazione parziale di idrocarburi liquidi o gassosi, essenzialmente costituita da C02, N2 ed H2, utilizzata ge-15 neralmente per la sintesi dell'ammoniaca, allontanare dallo stripper adiabatico sia la C02 ed NH3 ottenute per decomposizione del carbammato d'ammonio residuo e l'agente strippante, alimentare la miscela gassosa sopra detta ad un assorbitore della C02 dove detta C02 viene assorbita me-20 diante una soluzione ammoniacale ottenendo la corrente contenente carbammato d'ammonio da alimentare al reattore di sintesi dell'urea, scaricare dallo stripper adiabatico la soluzione di urea sostanzialmente priva di carbammato che è inviata ai successivi trattamenti di decomposizione a 25 bassa pressione e concentrazione sotto vuoto.

Un inconveniente del processo sopra descritto è che il tenore di C02 nelia soluzione, che dal fondo dello stripper adiabiatico va allo stadio di decomposizione a bassa pressione è piuttosto elevato (10 15% in peso) con con-30 seguente appesantimento del dimensionamento e dei consumi di detto stadio di decomposizione.

D'altra parte la conduzione dello stripper adiabatico secondo il brevette sopraddetto era legata all'utilizzo di C02 tra gli agenti strippanti in quanto detta C02 permette-35 va con la sua parziale reazione con l'ammoniaca contenuta nella soluzione di urea di fornire almeno in parte il calore necessario alla decomposizione del carbammato d'ammonio contenuto nella soluzione di urea.

Purtroppo, come osservato prima, il contenuto di C02 40 rimane alto per cui bisogna appesantire in maniera significativa la sezione di decomposizione a bassa pressione.

È stato sorprendentemente trovato che è possibile rinunciare alla C02 come agente strippante e conseguentemente avere un prodotto finale sostanzialmente privo di C02 sen-45 za tuttavia dover rinunciare allo Stripping adiabatico.

Questo è stato reso possibile scegliendo opportuni rapporti tra H2Q e C02 e tra NH3 e C02 nel reattore di sintesi dell'urea.

Oggetto della presente invenzione è un processo integra-50 to ammoniaca-urea comprendente i seguenti stadi:

a) inviare la corrente gassosa ottenuta da steam reforming od ossidazione parziale di idrocarburi liquidi o gassosi, costituenti il gas grezzo per la sintesi dell'ammoniaca ed essenzialmente costituita da H2, N2, C02 ad un sistema di

55 assorbimento della C02 con una soluzione acquosa concentrata di ammoniaca, in particolare costituito da due stadi separati di assorbimento in serie nel primo dei quali il liquido assorbente è una soluzione ammoniacale acquosa concentrata (concentrazione al di sopra del 70% in peso di am-60 moniaca, preferibilmente dell'80%) e nel secondo dei quali il liquido di assorbimento è una soluzione acquosa ammoniacale di carbonato d'ammonio ottenuta dallo stadio di decomposizione a bassa pressione o, nel caso che quest'ultimo sia assente, dallo stadio di concentrazione sotto vuoto dalla 65 soluzione di urea;

b) scaricare dal sistema di assorbimento della C02 una corrente gassosa essenzialmente costituita da N2 ed H2 con eventuali tracce di NH3 e C02 ed una corrente liquida co

3

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stituita essenzialmente da una soluzione acquosa di carbammato d'ammonio;

c) alimentare con la soluzione acquosa di carbammato d'ammonio un reattore per la sintesi di urea nel quale il carbammato d'ammonio si trasforma parzialmente in urea;

d) scaricare dal reattore di sintesi dell'urea una soluzione acquosa di urea contenente il carbammato d'ammonio non trasformato e l'eccesso di ammoniaca rispetto allo stechiometrico ed eventualmente una corrente gassosa dalla sommità dello stesso, essenzialmente costituita da inerti con una certa quantità di NH3 e C02;

e) alimentare la soluzione acquosa di urea, di cui al punto d), ad un decompositore in cui il carbammato d'ammonio è decomposto in ammoniaca ed anidride carbonica le quali sono prelevate da detto decompositore insieme all'acqua evaporata e riciclate in fase vapore al reattore di sintesi dell'urea;

f) scaricare dal decompositore una soluzione acquosa di urea contenente circa il 50% del carbammato originalmente contenuto nella soluzione di urea uscente dal reattore di sintesi ed alimentare detta soluzione acquosa ad uno stripper adiabatico in cui viene utilizzata come agente strippante la corrente gassosa di cui al punto b);

g) scaricare dal fondo dello stripper adiabatico la soluzione di urea sostanzialmente priva di carbammato d'ammonio e dalla sommità dello stesso l'agente strippante (N2+H2) con i prodotti di decomposizione del carbammato (NH3+C02) e l'acqua evaporata;

h) introdurre la miscela gassosa prelevata dalla som-mintà dello stripper adiabatico in un condensatore dove l'ammoniaca e l'anidride carbonica sono condensate per raffreddamento per scambio termico indiretto con un fluido freddo in presenza di una soluzione ammoniacale di carbonato d'ammonio proveniente dallo stadio di decomposizione a bassa pressione mentre la corrente con H2 ed N2 è scaricata di testa ed inviata dopo metanazione alla sintesi dell'ammoniaca insieme ai gas inerti N2 ed H2 provenienti dal sistema di assorbimento della C02;

i) inviare il condensato di cui al punto h) all'assorbitore della C02;

1) inviare la soluzione di urea di cui al punto g) allo stadio di concentrazione sotto vuoto direttamente od attraverso un precedente stadio di decomposizione a bassa pressione (4-5 atmosfere) ottenendo dalla testa sia dello stadio di decomposizione a bassa pressione che da quello di concentrazione una miscela gassosa di ammoniaca, C02 ed acqua che, condensata, costituisce la soluzione ammoniacale di carbonato di ammonio utilizzata per 1 operazioni di cui ai punti a) ed h) e dal fondo dello stadio di concentrazione sotto vuoto un fuso di urea.

Il procedimento oggetto della presente invenzione verrà ora illustrato mediante l'allegata figura.

Il gas grezzo costituito essenzialmente da C02, N2 ed H, viene inviato dopo compressione tramite la tubazione 1 all'assorbitore della C02 17, nel quale il liquido assorbente è costituito principalmente da una soluzione acquosa di ammoniaca proveniente attraverso la tubazione 6 dal dispositivo di sintesi dell'ammoniaca; il carbammato di ammonio prodotto nell'assorbitore 17 viene inviato attraverso la tubazione 7 al reattore di sintesi dell'urea 18.

Il gas decarbonatato esce dall'assorbitore 17 e, attraverso la tubazione 2 va al condensatore/abbattitore di NH3 19 dove l'NHs viene assorbita con una soluzione acquosa di carbonato di ammonio proveniente, attraverso la tubazione 16, dalla sezione di recupero acque a bassa pressione inviata dalla pompa 20.

La soluzione ammoniacale formata in 19 viene inviata attraverso la tubazione 13 dall'assorbitore 17.

Il gas depurato viene inviato attraverso la tubazione 3 alla colonna dì Stripping adiabatico 21, che viene alimentata, attraverso la tubazione 10, con la soluzione di urea proveniente dal decompositore del carbammato 22. La corrente 5 gassosa esce dalla colonna 21 e attraverso la tubazione 4 viene alimentata al condensatore del carbammato 23 dove incontra una soluzione acquosa di carbonato d'ammonio 14 alimentato con la pompa 20 attraverso la tubazione 15 dalla sezione di recupero acque a bassa pressione. Il carbammato I0 prodotto in 23 viene inviato attraverso la tubazione 12 e la pompa 24 all'assorbitore della C02 17.

I gas purificati uscenti dal condensatore 23 vengono inviati attraverso la tubazione 5 alla metanazione e quindi alla sintesi dell'ammoniaca dove viene prodotta la soluzione 15 ammoniacale inviata attraverso la tubazione 6, all'assorbitore 17, come già descritto.

La soluzione di carbammato, attraverso la tubazione 7 è inviata al reattore dell'urea 18 dove avviene la reazione di disidratazione del carbammato ad urea. La soluzione di 20 urea così ottenuta va, attraverso la tubazione 8 al decompositore del carbammato 22 dove detto carbammato viene decomposto in C02 ed NH3, che vengono riciclate, attraverso la tubazione 9, a reattore 18.

La soluzione di urea, insieme al carbammato non de-25 composto, viene inviata attraverso la tubazione (10) alla colonna di Stripping adiabatico 21 descritta sopra.

La soluzione di urea che esce dal fondo della colonna 21 viene inviata tramite 11 alla sezione di evaporazione sotto vuoto (non indicata), dove viene trattata secondo tec-30 niche tradizionali.

È sorprendente il fatto che lavorando con il processo secondo la presente invenzione, si riesce ad ottenere all'uscita dello stripper adiabatico una soluzione ureica talmente concentrata, da poter essere direttamente inviata al tratta-35 mento finale sotto vuoto, ottenendo con ciò il notevole vantaggio di eliminare le costose operazioni di decomposizione a media (a 18 bar) e bassa (a 4,5 bar) pressione del carbammato non decomposto e di ricondensazione dei vapori prodotti, e ciò in contrasto con gli insegnamenti della tecnica 40 nota, secondo i quali la soluzione da inviare all'evaporazione sotto vuoto si ottiene a spese di un considerevole consumo di energia. Tutto quanto sopra descritto richiede nel reattore urea una scelta dei rapporti tra H20 e C02 compresi tra 0,9 ed 1,3, preferibilmente 1,1 e di rapporti tra NH3 e C02 45 compresi tra 4,5 e 6,5 preferibilmente a 5,5.

Una variante non mostrata nel disegno consiste nell'impiego, al posto della pompa 24 per il riciclo del carbonato all'assorbitore 17, di un eiettore, il cui fluido traente è costituito dalla soluzione ammoniacale all'80% proveniente 50 dal dispositivo di sintesi dell'ammoniaca attraverso la tubazione 6. Per quanto riguarda le pressioni, il procedimento in accordo con la presente invenzione opera ad una pressione compresa tra 100 e 300 bar, tale pressione essendo praticamente uguale a quella a cui opera il dispositivo di sintesi 55 dell'ammoniaca (in questo caso potrà essere necessaria una pompa per inviare la soluzione ammoniacale dal dispositivo di sintesi dell'ammoniaca al ciclo descritto sopra), oppure inferiore da 10 a 100 bar a quella a cui opera il dispositivo di sintesi dell'ammoniaca (in questo caso la pompa 60 non sarà necessaria).

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

65 Esempio >.

Faremo riferimento all'allegata figura.

Nella tabella 1 e 2 vengono riportate le condizioni operative, concentrazioni e portate.

©\ -a

ON W W

Posizione 1 3 4 5 6 7 8

Tipo fluido syngas+co2

syngas+nh3

testa (21)

syngas+nh3

sol. ammoniac.

sol. urea t - °c

135

35

140

185

P - bar

200

198,5

—194,7

—194,2

200

port. vol. m3 (n)/h % vol.

port. peso kg/h

% p-

port. peso kg/h

% p.

port. peso kg/h % p.

n2

17173

20

17173

22

17173

12,5

17173

23

h2

53237

62

53237

68

53237

38,7

53237

73

co2

15458

18

3247

2,4

37909

30,9

14051

8,81

nh3

7823

10

63882

46,4

2998

4

25926

80

68954

56,3

71178

44,63

h2o

6483

20

15687

12,8

32573

20,43

urea

41667

26,13

Totale

85868

100

78233

100

137539

100

73408

100

32409

100

122550

100

159469

100

Nota: SYNGAS = Gas di sintesi

5

637633

tabella 2

Posizione

9

10

11

12

15

TIPO FLUIDO

TESTA (22)

SOL. UREA

SOL.

UREA

SOL. CARBONATO

O

o

1

H

195

210

110

60

P-bar

196,5

195

PORT. PESO kg/h % p.

PORT. PESO kg/h

% p.

PORT. PESO kg/h

% P-

n2

H2

co2

6698

18,1

7353

6

933

1,4

7080

11,1

660

18

nh3

25835

70

45343

37

2177

3,3

48422

75,6

1540

42

h2o

4386

11,9

28187

23

21119

32,1

8535

13,3

1467

40

UREA

41667

34

41667

63,2

Totale

36919

100

122550

100

65896

100

64037

100

3667

100

v

1 foglio disegni

Claims

637633

1. Procedimento integrato ammoniaca-urea comprendente i seguenti stadi:

a) inviare la corrente gassosa ottenuta da steam reforming od ossidazione parziale di idrocarburi liquidi o gassosi, contenente H2, M2 e C02 ad un sistema di assorbimento della C02, dove la COa viene assorbita con una soluzione acquosa concentrata di ammoniaca;

b) scaricare dal sistema di assorbimento della C02 una corrente gassosa costituita essenzialmente da H2 e N2 ed una corrente liquida costituita essenzialmente da una soluzione acquosa di car'oammato d'ammonio;

c) alimentare con la soluzione acquosa di carbammato d'ammonio un reattore per la sintesi dell'urea in cui il carbammato si trasforma parzialmente in urea;

d) scaricare dal reattore di sintesi dell'urea una soluzione acquosa di urea contenente il carbammato d'ammonio non trasformato e l'eccesso di ammoniaca rispetto allo stechiometrico;

e) alimentare la soluzione acquosa di urea contenente il carbammato non trasformato ad un decompositore ed ivi decomporre termicamente circa il 50% di detto carbammato, scaricando una soluzione di urea contenente carbammato ed i prodotti di decomposizione che sono riciclati in fase vapore al reattore di sintesi dell'urea;

f) decomporre il carbammato contenuto nella soluzione di urea uscente dal decompositore del carbammato di cui al punto e) in uno stripper adiabatico in cui viene utilizzato come agente strippante la corrente gassosa d' cui al punto b), ottenendo di fondo una soluzione di urea sostanzialmente priva di carbammato e di testa i prodotti di decomposizione, l'agente strippante e l'acqua evaporata;

g) condensare i prodotti di decomposizione e l'acqua evaporata in presenza di una soluzione ammoniacale di carbonato d'ammonio per scambio termico indiretto con un fluido freddo, scaricando di testa i gas inerti (H2 + N2) da utilizzare per la sintesi dell'ammoniaca previa metanazione;

h) inviare il condensato prodotto secondo g) al sistema di assorbimento della C02;

i) inviare la soluzione di urea che esce dal fondo dello stripper adiabatico dopo eventuale decomposizione a bassa pressione ad uno stadio di concentrazione e scaricare da quest'ultimo il fuso di urea.

2. Procedimento come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il sistema di assorbimento della C02 è costituito da due stadi separati di assorbimento in serie nel primo dei quali il liquido assorbente è una soluzione ammoniacale acquosa concentrata con più del 70% in peso di ammoniaca e nel secondo dei quali il liquido assorbente

è una soluzione acquosa ammoniacale di carbonato d'ammonio.

2

RIVENDICAZIONI

3. Procedimento come da rivendicazione 1 dove nel reattore urea il rapporto tra H20 e C02 è compreso tra 0,9 ed 1,3 mentre il rapporto tra NHS e COa è compreso tra 4,5 e 6,5.

4. Procedimento come da rivendicazione 3 dove il rapporto tra H20 e C02 è 1,1 mentre il rapporto tra NH3 e C02 è 5,5.