ES2212280T3 - Metodos para producir amoniaco a partir de urea y sus usos. - Google Patents
Metodos para producir amoniaco a partir de urea y sus usos.Info
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Abstract
Un procedimiento para eliminar óxidos de nitrógeno de una corriente de gas de combustión por RNCS (Reducción No Catalítica Selectiva) o RCS (Reducción Catalítica Selectiva), cuyo procedimiento comprende: (a) calentar una solución acuosa de urea, o una mezcla de urea que contienen biuret o carbamato amónico en el sitio, en un reactor de hidrólisis que trabaja a una temperatura de 110ºC a 300ºC y una presión manométrica de gas de 138 a 3450 kPa, de modo que se obtiene un producto que contiene amoniaco gaseoso que esencialmente no tiene urea, biuret o carbamato amónico, manteniéndose la temperatura y presión mediante la aportación de calor al reactor; (b) separar el producto que contiene amoniaco gaseoso del medio de reacción acuoso de la fase líquida a la presión de trabajo; (c) retener el medio de reacción de la fase líquida en el reactor para la conversión adicional en amoniaco y dióxido de carbono gaseosos, y/o reciclar al menos una parte de dicho medio de reacción otra vez al reactor,a un recipiente de disolución de urea, o a la solución de alimentación del reactor para la conversión adicional; (d) sacar el producto que contiene amoniaco acuoso y dióxido de carbono separado en la etapa (b) a una velocidad controlada; y (e) poner en contacto el producto que contiene amoniaco gaseoso con la corriente de gas de combustión a una velocidad que se corresponda esencialmente con las necesidades de eliminación de óxidos de nitrógeno en dicha corriente de gas de combustión.
Description
Métodos para producir amoniaco a partir de urea y
sus usos.
La presente invención se refiere a la generación
de amoniaco a partir de urea y/o mezclas que también contienen
biuret, en la que una solución acuosa de urea se calienta a presión
en un reactor del cual se saca una mezcla gaseosa de amoniaco,
dióxido de carbono y agua a una presión controlada y con un caudal
controlado.
Esta invención se hizo con la ayuda del gobierno
con el contrato nº 68D50144 concedida por la Agencia de Protección
Medioambiental. El gobierno tiene algunos derechos en la
invención.
El amoniaco es un material nocivo altamente
volátil con efectos fisiológicos adversos, que se convierte en
intolerable en concentraciones muy bajas y presenta sustanciales
peligros y riesgos medioambientales y de trabajo. Está clasificado
como un material peligroso y son necesarias muchas precauciones para
transportarlo y manejarlo sin peligro. Por otra parte, la urea es
un material estable, no volátil y benigno para el medioambiente,
que se transporta, almacena y maneja sin peligro y sin dicho
riesgo, y de acuerdo con esto, puede servir como una fuente segura
de amoniaco. Los procedimientos de esta invención minimizan los
riesgos y peligros asociados con el transporte, almacenamiento y
uso de amoniaco anhidro y acuoso.
Muchas instalaciones industriales requieren el
suministro de grandes cantidades de amoniaco que se debe
transportar y almacenar con frecuencia en zonas pobladas. Son
usuarios importantes entre éstos, los hornos industriales,
incineradoras y la industria de generación de energía eléctrica.
Todos ellos se plantean una disminución de la cantidad de óxidos de
nitrógeno que se descargan a la atmósfera en los gases de
combustión que son emitidos de su funcionamiento, según requieren
las normas medioambientales. Otro uso importante es para el llamado
"acondicionamiento" del gas de combustión, mediante el cual se
obtiene una mejor recogida y eliminación de materia en partículas
(cenizas volantes).
Uno de los métodos importantes para eliminar
óxidos de nitrógeno obtenidos de quemar combustibles fósiles,
implica su conversión en nitrógeno gaseoso inerte por reacción con
materiales reductores de tipo amina, por procedimientos tales como
la Reducción Catalítica Selectiva (RCS) o la Reducción No Catalítica
Selectiva (RNCS). Dos materiales reductores principales han
conseguido aceptación comercial para este propósito, concretamente,
el amoniaco y la urea. El amoniaco es superior a la urea
propiamente dicha para la RNCS en varios aspectos importantes para
su aplicación, y es necesario para la RCS, pero como se ha referido
previamente, el amoniaco presenta sustanciales peligros y riesgos
medioambientales y de trabajo, debido a su alta volatilidad y
naturaleza nociva. Se han producido numerosos accidentes en el
transporte y manejo del amoniaco que han acabado en muerte, y las
autoridades locales han puesto restricciones para su uso en muchos
sitios. Por otra parte, la urea es un material estable, no volátil
y benigno para el medio ambiente, que se transporta, almacena y
maneja sin peligro y sin dicho riesgo.
Esta invención es particularmente útil para
suministrar amoniaco para los procedimientos de RCS y RNCS para
eliminar el óxido de nitrógeno de los gases de combustión, el
acondicionamiento del gas de combustión para mejorar la eliminación
de la materia en partículas, y otras aplicaciones en las que se usa
amoniaco, mediante la cual se pueden evitar los peligros
medioambientales de transporte y almacenamiento de soluciones de
amoniaco acuosas y anhidras.
En el método de RNCS se inyecta amoniaco, urea o
materiales de tipo amina en la corriente de gas de combustión
caliente, normalmente en el horno mientras está en un intervalo de
temperatura de 1093ºC-982ºC. En el método de RCS el
amoniaco es el único agente reductor usado, y la reacción se lleva a
cabo a un nivel de temperatura inferior, típicamente
399ºC-316ºC, controlándose el nivel de temperatura
específico por el sistema catalítico usado.
La reacción química que se produce en el gas de
combustión, mediante la cual se eliminan el NO y NO_{2} se muestra
a continuación para el amoniaco y la urea:
[1]4 NO + 4 NH_{3} + O_{2}
\rightarrow 4 N_{2} + 6
H_{2}O
[2]2 NO_{2} + 4 NH_{3} +
O_{2} \rightarrow 3 N_{2} + 6
H_{2}O
[3]4 NO + 2
CO(NH_{2})_{2} + O_{2} \rightarrow 4 N_{2} + 4 H_{2}O + 2
CO_{2}
[4]2 NO_{2} + 2
CO(NH_{2})_{2} + O_{2} \rightarrow 3 N_{2} + 4 H_{2}O + 2
CO_{2}
Comparado con la urea, el amoniaco es más
reactivo, se dispersa uniformemente más fácilmente en la corriente
de gas de combustión y es activo en un intervalo de temperatura más
amplio, así como más eficaz en el rendimiento. La urea, propiamente
dicha, aunque también es un agente reductor eficaz, forma
subproductos no deseados, tales como monóxido de carbono (CO) y
óxido nitroso (N_{2}O), los cuales ahora son examinados
críticamente por las autoridades medioambientales.
En esta invención la urea se convierte en
amoniaco en el sitio donde se están produciendo los gases de
combustión, y no es necesario transportar y almacenar amoniaco
anhidro o sus soluciones acuosas. La urea es el material que se
transporta, almacena y maneja sin peligro. El concepto de esta
invención también se puede aplicar a muchos otros usos industriales
del amoniaco, tales como ajuste del pH, minimización de problemas
de corrosión, tratamiento térmico de metales, etc.
La química básica usada en la invención es la
inversa a la usada en la producción industrial de la urea a partir
del amoniaco y dióxido de carbono, y usa dos etapas de reacción,
como sigue:
La primera reacción en la que se hidroliza la
urea para formar carbamato amónico es ligeramente exotérmica,
mientras que la segunda, en la que se produce amoniaco y dióxido de
carbono, es fuertemente endotérmica, con el resultado de que para
que la reacción libere amoniaco y dióxido de carbono es necesario
calor, y para rápidamente cuando se retira el suministro de calor.
El exceso de agua promueve la reacción de hidrólisis, para lo cual
la reacción global es la siguiente:
[7]x H_{2}O + NH_{2}CONH_{2}
\rightarrow 2 NH_{3} + CO_{2}+ x-1
H_{2}O
En el procedimiento de hidrólisis térmica de la
invención, la liberación de amoniaco empieza alrededor de 110ºC y
se hace rápida alrededor de 150ºC a 160ºC, con o sin ayuda
catalítica.
La generación de amoniaco a partir de urea se
puede aplicar excepcionalmente al control de las emisiones de óxido
de nitrógeno y al "acondicionamiento" de las corriente de gas
de combustión. Los productos de la hidrólisis no son ajenos a los
del gas de combustión. La composición de las corrientes de gas de
combustión típicamente tendrá concentraciones de H_{2}O en el
intervalo de 7% a 13% y concentraciones de CO_{2} que van de 6% a
14%, con concentraciones de NO en el intervalo de 20 ppm hasta 2000
ppm. La hidrólisis de una solución de urea al 30% produce una
descarga gaseosa con una composición de NH_{3} al 20,5%, CO_{2}
al 10,2% y H_{2}O al 69,3% (molar). El amoniaco tanto para el
sistema de RCS como dr RNCS para controlar el NO, se inyecta con
relaciones de NH_{3}:NO en el intervalo de 0,5 a 2,0. Con el
amoniaco producido por hidrólisis de urea se necesitan las mismas
relaciones de NH_{3}:NO, y el CO_{2} y H_{2}O que acompañan
sólo añadirán una pequeña cantidad de material adicional comparado
con el que ya está presente en la corriente de gas de combustión,
puesto que las concentraciones de NO en el gas de combustión son del
orden de 100 veces menores que su contenido de CO_{2} y H_{2}O.
El CO_{2} y H_{2}O añadidos en los productos de hidrólisis de
la urea no tendrán impacto en el funcionamiento del procedimiento
de combustión. Tampoco hay un impacto importante en el sistema de
control del NO. Típicamente, el amoniaco se diluye con aire, gas de
combustión reciclado, o vapor de agua antes de la inyección para
asegurar un flujo de gas mayor y proporcionar así una distribución
uniforme del amoniaco que se está alimentando al gas de combustión,
para la reacción con los óxidos de nitrógeno. Debe haber una
estrecha correspondencia estequiométrica, y mezclamiento y contacto
molecular íntimo del amoniaco introducido con todas las moléculas de
óxido de nitrógeno en un periodo de tiempo muy corto. De lo
contrario, habrá una descarga de amoniaco sin reaccionar y/o óxidos
de nitrógeno sin reaccionar en la descarga gaseosa. La corriente de
tratamiento típicamente se introduce por rejillas de distribución
que cubren el área de la sección transversal del flujo entera, o
por toberas de inyección de alta velocidad.
La técnica anterior relacionada con la hidrólisis
de urea se ha interesado principalmente de dos áreas de aplicación:
(1) una reducción de la cantidad de urea que queda en las
corrientes residuales de baja concentración producidas en la
fabricación de la urea por su conversión inversa a amoniaco y
dióxido de carbono con baja presión, que después se recuperan y
deshidratan, y se vuelven a reciclar a la etapa de síntesis de la
urea, o (2) para eliminar los óxidos de nitrógeno de las corrientes
de gas de combustión por reacción con hidrolisatos de urea que son
producidos por una hidrólisis parcial con alta presión de una
solución de urea, durante la cual el amoniaco formado no se libera
cuando se genera y se mantiene en solución mientras la urea se
calienta y se hace reaccionar parcialmente.
La primera de éstas, en la que la urea en las
corrientes de aguas residuales diluidas descargadas por las
instalaciones de fabricación de urea se convierte en amoniaco y
dióxido de carbono para el reciclaje, ha sido descrita por Mavrovic
en la Patente de EE.UU. 3.826.815, Van Moorsel en la Patente de
EE.UU. 3.922.222 y Schell en las Patentes de EE.UU. nº 4.087.513 y
4.168.299. Ninguno describe el uso de urea como una fuente de
amoniaco para otros usos, ni como medio para evitar los aspectos
peligros implicados en el transporte y uso del amoniaco en otras
operaciones industriales. En particular, no se prevé la
alimentación de una solución de urea a un reactor para producir una
corriente gaseosa de amoniaco, dióxido de carbono y agua que es
generada con una velocidad controlada para usar para otros
propósitos distintos de la fabricación de urea. No se describía la
incorporación de una etapa de hidrólisis de urea para producir
amoniaco para usar para eliminar óxidos de nitrógeno por
procedimientos de RNCS (Reducción No Catalítica Selectiva) o RCS
(Reducción Catalítica Selectiva) de corrientes residuales de gases
de combustión, para el "acondicionamiento" del gas de
combustión para mejorar la recogida de partículas, o para otras
aplicaciones en las que se usa amoniaco. Todos estos procedimientos
de recuperación implican dispositivos de separación de componentes
volátiles y destilación para separar y concentrar el amoniaco
formado.
En el segundo grupo, von Harpe et al., en la
Patente de EE.UU. nº 5.240.688, describe un sistema y condiciones de
trabajo para la descomposición hidrolítica parcial de la urea para
producir sales de amonio y urea sin reaccionar, todo en forma de
solución, que es útil para reducir óxidos de nitrógeno en las
corrientes de gas de combustión, pero no como un producto que
contiene amoniaco gaseoso que no tiene urea sin reaccionar ni
carbamato amónico.
La patente de von Harpe se dirige específicamente
a condiciones para el procedimiento de RNCS (Reducción No Catalítica
Selectiva) para controlar el NO_{X}. Las condiciones de trabajo
se seleccionan de modo que los productos de hidrólisis formados
serán emitidos del sistema en forma de sales de amonio, bien
trabajando a presiones superiores a 8270 kPa o bien enfriando los
productos de hidrólisis por debajo de 21ºC. No se sugiere trabajar
a los niveles de presión menores de la presente invención en la que
el amoniaco y dióxido de carbono son emitidos en forma gaseosa, y
los cuales también se pueden usar para los sistemas de
procedimientos de RCS (Reducción Catalítica Selectiva) y otros
procedimientos que necesitan amoniaco gaseoso.
El procedimiento de esta invención donde una
solución acuosa de urea se alimenta continuamente a un reactor
caliente, y se produce y descarga una corriente continua de
amoniaco, dióxido de carbono y agua gaseosos sin nada de urea o
sales de amonio, para usar en los procedimientos de reducción de
óxidos de nitrógeno tanto de RCS como de RNCS, o para otros usos
del amoniaco, no es descrito por von Harpe.
Lyon en la Patente de EE.UU. nº 3.900.554
describe un procedimiento en el que se usa amoniaco para reducir
las concentraciones de óxido de nitrógeno en corrientes de salida
de gas de combustión para usar con el llamado método de RNCS
(Reducción No Catalítica Selectiva). En la Patente de EE.UU. nº
4.220.632, Pence et al., describen un procedimiento en el
que se usa amoniaco para reducir óxidos de nitrógeno en el gas de
combustión de salida en presencia de un catalizador por el
procedimiento de RCS (Reducción Catalítica Selectiva). Eberhard, en
el documento EP-A-0487866 describe
dicho procedimiento de RCS en el que se pulveriza finamente una
solución de urea sobre un vaporizador/catalizador caliente, y si es
necesario, se lleva a cabo después de tratamiento mediante un
catalizador de hidrólisis corriente abajo. De este modo se produce
amoniaco a partir de la solución de urea y solamente este amoniaco
y el gas de salida que se va a purificar pasan sobre el catalizador
de reducción.
Los resúmenes de las Patentes de Japón vol. 015
Nº 031 (C-0798) y
JP-A-02268811, describen la
generación previa de amoniaco gaseoso por hidrólisis de urea sobre
un catalizador. El amoniaco gaseoso generado se pasa al gas de
salida y ambos gases se pasan sobre un catalizador de
desnitración.
Jones, en la Patente de EE.UU. Nº 5.281.403,
describe un método para eliminar óxidos de nitrógeno de una
corriente de gas de combustión, en el que se hidroliza parcialmente
una solución de urea pasando una solución de urea a una lanza de
inyección que es calentada directamente por la corriente del gas de
combustión caliente que contiene los óxidos de nitrógeno, en la cual
se introduce la lanza, mientras se mantienen los productos de
hidrólisis de la urea en la fase líquida en presencia de un
catalizador de conversión, y después inyectando la solución de urea
parcialmente convertida desde el sistema de lanza al gas de
combustión. La patente de Jones se dirige al procedimiento de RNCS
de temperatura más alta (982-1093ºC) y no produce
una corriente de producto que contenga amoniaco gaseoso sin urea
sin reaccionar, que se pueda usar directamente tanto en
procedimientos de RNCS como de RCS a menor temperatura, como con la
presente invención. Jones enseña que son necesarias presiones altas
mayores que 610 kPa de presión manométrica para mantener en solución
el amoniaco formado en la reacción de hidrólisis, y que se pueden
obtener conversiones mayores que 90%, mientras que la presente
invención trabaja eficazmente a presiones mucho menores, de sólo
138 a 3450 kPa de presión manométrica, y preferiblemente de 414 a
1030 kPa de presión manométrica. El amoniaco y dióxido de carbono
son liberados fácilmente en forma gaseosa del medio líquido en estas
condiciones, alcanzando las conversiones de la urea y biuret 100%.
Los sistemas de Jones y otros no consideran la presencia o
hidrólisis del biuret, el cual está presente esencialmente en todas
las calidades comerciales normales de la urea, ni proporcionan un
suministro continuo controlable de amoniaco y dióxido de carbono
gaseosos para la alimentación, en el control de emisiones de óxidos
de nitrógeno utilizable por el método de RCS, ni para otros usos
industriales que requieren amoniaco.
Jones también describe en su Figura 4 un sistema
de anillo para generar vapor amoniacal, en el que se hidroliza la
solución que contiene urea en condiciones de alta presión con el
fin de mantener el amoniaco formado en solución en la cámara
catalítica, hasta que posteriormente se libera la presión por
reducción rápida a una presión menor por un limitador de la
presión, pero sin control de la presión de gas o del flujo de gas.
Dicho sistema no proporciona un medio adecuado para controlar el
flujo de amoniaco para satisfacer los exigentes requisitos de
control de los sistemas de control de NO_{x} y otros
procedimientos que requieren que el suministro de amoniaco sea a una
velocidad que se corresponda esencialmente con la velocidad de
absorción del NO_{x} u otro componente que se haga reaccionar, ni
muestra o enseña la necesidad de mantener la mezcla de vapor de
producto de amoniaco y dióxido de carbono caliente para alimentar
al sistema de control de NO_{x}. El sistema de anillo descrito
por Jones usa un sistema de dos etapas para calentar y hacer
reaccionar, que consta de un intercambiador de calor inicial y
después una cámara catalítica de conversión, los cuales están ambos
a alta presión. Esto significa que la cantidad sustancial de calor
necesaria para llevar a cabo la reacción de hidrólisis endotérmica
para liberar amoniaco, debe estar contenida en la corriente de
líquido de circulación en forma de calor sensible antes de ser
llevada a la cámara de reacción catalítica donde es necesario el
calor de reacción endotérmico para que se produzca la hidrólisis.
De acuerdo con esto, se debe bombear una cantidad muy grande de
líquido a la alta presión de trabajo especificada y es necesario
calentar la solución a una temperatura sustancialmente mayor que
con la presente invención, la cual suministra el calor requerido a
una temperatura menor directamente donde se está produciendo la
reacción endotérmica y no experimenta el alto coste de bombeo para
recomprimir el líquido de circulación, evitando de este modo tanto
estos problemas como los altos costes implicando para hacerlo
así.
Otra consideración del procedimiento de Jones es
el tema de sus catalizadores, su vida y su modo de uso. Todas las
sales u óxidos catalizadores indicados tenderán a ser descompuestos
o solubilizados por el contacto continuo con las corrientes de
líquido calientes que contienen amoniaco. El amoniaco es un
poderoso disolvente, particularmente a altas presiones y a
temperaturas alrededor o por encima de su temperatura crítica. La
composición química real del catalizador usado no se identifica o
especifica, más que por un nombre elemental. Las sales de vanadio,
cromo y molibdeno están clasificadas como tóxicas, y su descarga en
las corrientes de gas de combustión estaría gravemente restringida
desde un punto de vista medioambiental. En su forma metálica, no se
encontró que estos elementos mostraran actividad catalítica
significativa.
Young en la Patente de EE.UU. 5.252.308 describe
un procedimiento químico ácido en dos etapas para la conversión de
urea para producir amoniaco, que usa ácidos politrópicos, tales
como H_{3}PO_{4}. Se señalan las ventajas de seguridad de
generar amoniaco en el sitio, y que el amoniaco generado por este
método se puede usar para eliminar óxidos de nitrógeno del gas de
combustión. Sin embargo, su procedimiento ácido en dos etapas, es
sustancialmente más complicado en sus requisitos de equipo y método
de trabajo, y no se adapta fácilmente para satisfacer la velocidad
crítica de generación de amoniaco requerida. El amoniaco se pone en
contacto con los gases de combustión a una presión y velocidad de
acuerdo sólo con la velocidad de reacción a la temperatura de
reacción. La presión durante la evolución de amoniaco no es
controlada o mantenida a ningún nivel elevado fijado. No se
describe la aplicación del procedimiento para la eliminación de
óxidos de nitrógeno por el procedimiento de tipo RCS, o para el
"acondicionamiento" del gas de combustión para dar mejor
eliminación de la materia en partículas finas.
Miller y Laudal en la Patente de EE.UU. 5.034.030
describe un procedimiento para acondicionar el gas de combustión
aplicado a la filtración con tela, en el que se inyectan amoniaco
gaseoso y trióxido de azufre para mejorar el rendimiento de un
filtro de tela. También se han usado el amoniaco gaseoso y trióxido
de azufre para acondicionar precipitadores electrostáticos como se
discute en la Patente de EE.UU. 4.533.364, Altman et al.
Dismukes también describe el acondicionamiento de cenizas volantes
con amoniaco. Lookman et al., en la Patente de EE.UU.
5.567.226 discute la inyección controlada de amoniaco para mejorar
el rendimiento de los dispositivos de control de partículas.
La invención proporciona un procedimiento para
eliminar óxidos de nitrógeno de una corriente de gas de combustión
por procedimientos de RNCS (Reducción No Catalítica Selectiva) y de
RCS (Reducción Catalítica Selectiva), cuyo procedimiento
comprende
(a) calentar una solución acuosa de urea, o
mezclas de urea que contienen biuret o carbamato amónico en el
sitio, en un reactor de hidrólisis que trabaja a una temperatura de
110ºC a 300ºC y una presión manométrica de gas de 138 a 3450 kPa,
de modo que se obtiene un producto que contiene amoniaco gaseoso que
esencialmente no tiene urea, biuret o carbamato amónico,
manteniéndose la temperatura y presión mediante la aportación de
calor al reactor;
(b) separar el producto que contiene amoniaco
gaseoso del medio de reacción acuoso de la fase líquida a la
presión de trabajo;
(c) retener el medio de reacción de la fase
líquida en el reactor para la conversión adicional en amoniaco y
dióxido de carbono gaseosos, y/o reciclar al menos una parte de
dicho medio de reacción otra vez al reactor, a un recipiente de
disolución de urea, o a la solución de alimentación del reactor para
la conversión adicional;
(d) sacar el producto que contiene amoniaco
acuoso y dióxido de carbono separado en la etapa (b) a una
velocidad controlada; y
(e) poner en contacto el producto que contiene
amoniaco gaseoso con la corriente de combustión a una velocidad que
se corresponda esencialmente con las necesidades de eliminación de
óxidos de nitrógeno en dicha corriente de gas de combustión.
Un procedimiento preferido de esta invención
comprende además:
(a') alimentar una solución acuosa de urea, y/o
mezclas que contienen biuret, en un intervalo de concentración de
sólidos de 1% a 76%, a un reactor en el que se calienta a una
temperatura de 110ºC a 200ºC, y se trabaja a una presión
manométrica de 138 kPa a 3450 kPa, y en él hidrolizar la urea y el
biuret para producir una corriente de producto gaseoso de amoniaco,
dióxido de carbono y agua:
(b') separar el amoniaco y dióxido de carbono
gaseosos formados del medio de reacción acuoso líquido a la presión
de trabajo;
(c') retener el medio de reacción de la fase
líquida en el reactor para la conversión adicional de la urea sin
reaccionar, biuret y carbamato amónico intermedio en amoniaco y
dióxido de carbono gaseosos, y/o reciclar una parte del medio de
reacción otra vez al reactor o a la solución de alimentación del
reactor para la conversión adicional;
(d') sacar la corriente de producto que contiene
amoniaco y dióxido de carbono gaseosos separada en la etapa (b') a
una presión controlada y velocidad controlada; y
(e') poner en contacto dicha corriente de
producto con los óxidos de nitrógeno en dicha corriente de gas de
combustión.
La presente invención se refiere a la generación
de amoniaco gaseoso a partir de urea y/o mezclas que contienen
biuret. El procedimiento implica la hidrólisis de una solución
acuosa que contiene urea, que se calienta a presión en un reactor,
del cual se saca una mezcla de productos gaseosos de amoniaco,
dióxido de carbono y agua. El método minimiza los riesgos y
peligros asociados con el transporte, almacenamiento y
transferencia de soluciones de amoniaco anhidras o acuosas en
virtud de su producción a partir de urea en el sitio de uso.
El procedimiento de la presente invención, en su
forma preferida, inyecta una solución acuosa de urea que tiene una
concentración de aproximadamente 10% a aproximadamente 50% en peso
de urea en un reactor de hidrólisis. El reactor de hidrólisis
típicamente se hace trabajar a temperaturas de aproximadamente 125ºC
a aproximadamente 180ºC, y presiones manométricas de gas de
aproximadamente 138 kPa a aproximadamente 1380 kPa, con un tiempo de
permanencia del líquido de modo que el producto de descarga gaseosa
que comprende amoniaco, dióxido de carbono y vapor de agua se extrae
en forma de gas a una presión controlada y caudal controlado,
manteniéndose dicha descarga gaseosa por encima de aproximadamente
60ºC. En su contexto global, se pueden usar concentraciones en la
alimentación de aproximadamente 1% a aproximadamente 77% de urea,
con temperaturas entre aproximadamente 110º y aproximadamente
300ºC, y presiones de manométricas trabajo de aproximadamente 207
kPa a aproximadamente 3450 kPa. La temperatura y presión del gas se
controlan mediante la aportación de calor al reactor.
En un sistema típico, se controla la aportación
de calor para mantener una presión constante en el reactor, y la
temperatura es una variable dependiente. Cuando se saca el gas, la
presión bajaría si no fuera por la adición de calor a una velocidad
que es necesaria para mantener la presión a un nivel constante.
En general, la producción de un caudal controlado
de amoniaco se refiere en general a una producción de amoniaco a
velocidad constante o estacionaria. Tal como se usa en la presente
memoria, también se refiere al contacto de una corriente de gas de
combustión que contiene NO_{X}, óxidos de azufre o cenizas
volantes, que está aproximadamente igualada o equilibrada con la
demanda de la corriente del gas de combustión, es decir, el
amoniaco producido es suficiente para reaccionar con el componente
o componentes en la corriente de gas que se está eliminando o
haciendo reaccionar con éste.
Una precaución que se debe tomar cuando se usan
productos de hidrólisis de la urea es que la corriente de producto
gaseoso se debe mantener a una temperatura por encima de
aproximadamente 60ºC con el fin de evitar la deposición de sales de
amonio sólidas que se forman a menores temperaturas - sales tales
como carbonato amónico y bicarbonato amónico. Estos depósitos se
descomponen fácilmente y se vuelven a vaporizar calentando el
sistema de distribución por encima de aproximadamente 60ºC.
La presión se debe medir en el lado del líquido o
el lado de la fase gaseosa del reactor. Cuando se mide en el lado
del gas el manómetro se calienta por encima de 60ºC para evitar la
deposición de sólidos en el manómetro. En el lado del líquido el
manómetro puede trabajar a temperatura ambiente o a temperaturas
hasta la temperatura de la solución. La liberación de presión de
emergencia puede estar en el lado del gas o el lado del líquido del
reactor. En ambos casos la salida puede estar conectada a un tanque
de vaciado que contiene agua para atrapar el amoniaco gaseoso y
evitar su liberación a la atmósfera. La descarga de la solución
caliente del reactor en una cantidad de agua (temperatura menor que
40ºC) igual o mayor que la solución en el reactor detiene el
procedimiento de hidrólisis y evita la generación adicional de
amoniaco. Un limitador de presión en el lado de la fase gaseosa se
calienta por encima de aproximadamente 60ºC para asegurar que no se
acumulan sólidos en la válvula.
En una realización del procedimiento de la
invención, la velocidad de reacción para formar el producto que
contiene amoniaco gaseoso se potencia por inclusión en el medio de
reacción de una composición que aumenta la velocidad de hidrólisis
de la urea y biuret, y se selecciona de las siguientes:
(a) óxidos y sales de amonio y metales alcalinos
de elementos de los Grupos III-B, IV, V y
VI-A de la Tabla Periódica de los Elementos, y los
hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos del Grupo I;
(b) resinas de intercambio iónico de tipo ácido o
básico; y
(c) carbón, sílice y alúmina activados.
Ejemplos de (a) son óxido de vanadio, vanadato
amónico, óxidos de molibdeno, molibdato amónico, óxido de cromo,
cromato amónico, borato amónico, y otros elementos que están en
estos grupos. Ejemplos de (b) son KOH y NaOH.
En esta invención los materiales potenciadores
permanecen en el medio de reacción y no son descargados. Sin
embargo, estas velocidades mayores también se pueden obtener por un
aumento moderado de la temperatura y presión sólo con agua.
La figura 1 ilustra una versión del procedimiento
de hidrólisis y la disposición de sus elementos componentes, por el
cual se produce una corriente de amoniaco gaseoso sin urea a partir
de urea sólida. En esta versión, el producto formado que contiene
amoniaco gaseoso se separa del medio de reacción acuoso de la fase
líquida que queda dentro del reactor de hidrólisis, cuyo contenido
consta principalmente de urea sin reaccionar, carbamato amónico,
agua y una cantidad menor de biuret. Como se muestra, la
alimentación de urea, tubería 3, se suministra en forma de un
sólido desde la tolva 1. Desde ésta la urea se alimenta a un
recipiente de disolución 2 al que se suministra agua de composición
desde la tubería 4 en una cantidad para solubilizar la urea. La
solución de urea formada se ajusta más a la concentración deseada
para alimentarla a la reacción de hidrólisis, mediante la adición
de agua adicional introducida por la tubería 5. Después la solución
es presurizada por la bomba 6 para la inyección a través de la
tubería 7 al reactor de hidrólisis 10, en el cual la urea se
convierte en carbamato amónico, amoniaco y dióxido de carbono por
calentamiento a presión. El calentamiento se puede proporcionar por
diferentes medios conocidos por los expertos en la técnica, tales
como por intercambio de calor interno o externo, como se muestran
con el calentador 14. Un modo particularmente útil es con un
serpentín interno usando vapor de agua o un fluido de transferencia
de calor caliente. La aportación de calor se ajusta para mantener la
temperatura y presión de trabajo deseadas para suministrar amoniaco
a la velocidad requerida.
El contenido se mantiene a un volumen constante
mediante un controlador del nivel de líquido que controla la bomba
de alimentación de la urea, y mantiene un espacio por encima del
medio de reacción líquido acuoso para separar los productos
amoniaco y dióxido de carbono gaseosos del líquido. Se puede usar
una sección expandida 11 del reactor de hidrólisis 10 para ayudar a
la separación de los productos gaseosos de la solución líquida y
evitar transportar la urea sin reaccionar por arrastre y/o
formación de espuma. La urea sin reaccionar y/o biuret y carbamato
amónico intermedio permanecen en el reactor en el medio de reacción
líquido para la conversión final. Se usa una válvula de
contrapresión 12 para mantener la presión en el reactor y controlar
el flujo de los productos gaseosos que se están separando. El
amoniaco y dióxido de carbono gaseosos son descargados a una
velocidad controlada que se corresponde con las necesidades de
eliminación de los óxidos de nitrógeno, "acondicionamiento" del
gas de combustión, u otras aplicaciones. Normalmente la corriente
de amoniaco-dióxido de carbono se diluye con un gas
vehículo, tal como aire comprimido, vapor de agua o gas de
combustión, o sus mezclas introducidas por la tubería 13, antes de
la descarga en el gas de combustión que fluye en el conducto 20, con
el fin de ayudar a obtener una mejor distribución del amoniaco en
la corriente de gas de combustión, tal como para la reacción con
óxidos de nitrógeno. El gas que sale del reactor no se deja que se
enfríe por debajo de 60ºC con el fin de evitar la deposición de
sólidos de la formación de carbonato/bicarbonato amónico, o hasta
que se diluyen suficiente para evitar que ocurra esto.
La Figura 2 ilustra otra versión de la
disposición del equipo del procedimiento diseñada para proporcionar
una buena separación de los productos de hidrólisis amoniaco y
dióxido de carbono gaseosos formados del medio de reacción líquido
en el reactor de hidrólisis, usando una tubería de retirada del
rebose para mantener un nivel constante del medio de reacción,
mediante la cual se separa una parte del medio de reacción líquido
y se recicla otra vez por la tubería 16 a la alimentación de urea
del recipiente de disolución 2, o a la alimentación de la bomba 6
por la tubería 16-B. La válvula reguladora 15 evita
la descarga del producto gaseoso por la tubería de reciclaje del
líquido y controla el caudal por la tubería 16. El procedimiento
trabaja de una forma similar a la descrita para la Figura 1. El
medio de reacción reciclado que sale por la tubería 16 está
compuesto principalmente de urea sin reaccionar, carbamato amónico,
amoniaco disuelto y agua.
La Figura 3 muestra una disposición del equipo
que reduce la cantidad de agua transportada en la corriente de
producto gaseoso. En esta disposición, se sitúa un condensador 17
en la tubería del vapor que sale del reactor de hidrólisis 10, que
condensa y elimina una parte sustancial del agua que es transportada
junto con la corriente de producto gaseoso de amoniaco y dióxido de
carbono en la tubería 21 que sale del reactor de hidrólisis 10. El
agua condensada se separa y elimina por la tubería 16. Esto no sólo
elimina una parte sustancial del agua de la corriente de producto
de amoniaco y dióxido de carbono gaseoso, si no que reduce los
requisitos de agua del sistema. El condensado en la tubería 16 se
puede devolver al sistema en diferentes puntos opcionales. Se puede
reciclar a la parte inferior del reactor de hidrólisis 10 por la
tubería 16A, sustituir el agua de dilución introducida normalmente
por la tubería 5, en la tubería 16-B, o ir al
recipiente de disolución de urea 2 para sustituir una parte del agua
de solución normalmente introducida en la tubería 4. La válvula
reguladora 15 evita la descarga de gas y permite que pase sólo
líquido. El refrigerante 17, la válvula reguladora 12 y la tubería
del producto de descarga gaseosa 21, no se deja que se enfríen por
debajo de 60ºC con el fin de evitar la deposición de sólidos de
carbonato amónico. Los requisitos de calor para el sistema de
reacción de hidrólisis también se pueden reducir usando la corriente
de alimentación de urea de la bomba 6, antes de que entre en el
reactor 10, como el refrigerante en el condensador 17, después de
lo cual la corriente de alimentación caliente en la tubería 7 es
suministrada al reactor 10.
La Figura 4 muestra otra disposición y método de
trabajo, en el que los productos de reacción hidrolizados son
descargados del reactor caliente 30 en forma de una corriente de
líquido-gas mezclada y no hay separación de los
productos de reacción gaseosos dentro del cuerpo de reactor. El
medio de reacción liquido y la corriente de producto gaseoso pasan
desde el reactor 30 y son descargados en un separador 31 también
con presión. La corriente de producto gaseosos se elimina a una
velocidad controlada por la válvula reguladora 32 en la tubería 33,
y el medio de reacción de la fase líquida separado se recicla por
la tubería 34. La válvula reguladora 35 permite que pase sólo fase
liquida. El medio líquido descargado opcionalmente se puede volver
a reciclar al reactor 30 por la tubería 34-A por
gravedad, o alimentar en el lado de succión de la bomba de
alimentación del reactor 6 por la tubería 34-B. En
otra opción, el medio líquido en la tubería 35 se puede volver a
reciclar al recipiente de disolución de urea 2, por la tubería
34.
El amoniaco, dióxido de carbono y vapor de agua
gaseosos salen por la tubería 33 y son alimentados a una velocidad
controlada por la válvula reguladora 32 al gas de la corriente de
gas del procedimiento en el conducto 20. La válvula reguladora y
tubería de descarga gaseosa se calientan a una temperatura por
encima de 60ºC.
La Figura 5 muestra una disposición del equipo
por la cual la corriente de producto de amoniaco y dióxido de
carbono se diluye, que es particularmente útil para eliminar los
óxidos de nitrógeno por los métodos de RCS y RNCS, o para el
"acondicionamiento" de gas de combustión para dar mejor
eliminación de partículas. En ésta, la corriente de producto
gaseoso del reactor de hidrólisis, controlada por la válvula
reguladora 12 ó 32, descarga en el mezclador 22 en el que se
introduce simultáneamente una corriente de aire comprimido, vapor de
agua o gas de combustión, o sus mezclas. El mayor volumen de gas y
menor concentración del gas de tratamiento del amoniaco diluido,
conduce a una mejor distribución y mezclamiento del amoniaco y a la
mezcla y contacto íntimo necesarios para ponerlo en contacto y
hacerlo reaccionar con todas las moléculas de óxidos de nitrógeno o
partículas finas en la corriente de gas de combustión. Típicamente
la corriente de alimentación de amoniaco gaseoso se distribuye en la
corriente de gas de combustión mediante una rejilla de inyección
con múltiples puntos de alimentación que se extienden sobre el área
de la sección transversal del flujo del conducto, o por múltiples
toberas de inyección de alta presión. Con esta disposición, el gas
de dilución es aire que se introduce por la tubería 23, es
comprimido por el compresor 24 y después calentado en un
intercambiador de calor 25 situado en el conducto de gas caliente
20, antes de introducirlo en el depósito de contacto 22.
La Figura 6, muestra una disposición por la cual
la corriente de gas de combustión caliente se puede usar para
suministrar los requisitos de calor de la reacción de hidrólisis
endotérmica y eliminar así los requisitos de una fuente térmica
exterior o separada, tal como vapor de agua o aceite caliente. Se
suministra una toma lateral del gas de combustión caliente del
conducto 20, por la tubería 40 al ventilador 41 desde el cual pasa
por el intercambiador de calor 42 en el cual calienta un fluido de
transferencia de calor de circulación y vuelve a salir a la
corriente de gas de combustión en la tubería 43. El fluido de
transferencia de calor caliente sale por la tubería 44 y vuelve a
entrar al intercambiador 42 por la tubería 48. El fluido de
transferencia de calor caliente en la tubería 44 se hace circular
por la bomba 45 y a través del tanque de compensación 46 del cual
se suministra una parte al reactor 10 por la válvula reguladora 49
a una velocidad según sea requerida por la reacción de hidrólisis
que se produce en el reactor 10, en el cual el calor es transferido
por un serpentín de transferencia de calor interno 50 al medio de
reacción de hidrólisis de la urea. El fluido de transferencia de
calor enfriado sale del serpentín de transferencia de calor 50 en
el reactor 10 por la tubería 51. Después el fluido enfriado
desemboca en el rebosadero del tanque de compensación 46 saliendo
por la válvula reguladora de la presión 47, y vuelve al
intercambiador de calor 42 para volver a calentarse.
El calentamiento del reactor 10 también se puede
proporcionar por un intercambiador situado externamente al reactor
de hidrólisis. Dicho medio se puede usar para calentar el reactor
de hidrólisis como se muestra en los sistemas de las Figuras 1, 2,
3 y 4, y/o gas de dilución de las Figuras 5 y 6. Diferentes
características del equipo individual, configuraciones y modos de
trabajo descritos en lo que antecede, se pueden usar en otras
disposiciones.
Los siguientes Ejemplos tienen el propósito de
ilustrar.
Se construyó un reactor de prueba de 1,90 cm de
diámetro por 30,48 cm de largo de tubo con una sección superior
expandida similar al mostrado en la Figura 1, para determinar la
velocidad de la reacción de hidrólisis frente a la temperatura para
el método de hidrólisis térmica, para convertir urea en amoniaco.
La sección inferior se calienta externamente y se sitúa un manómetro
en la parte superior de la sección superior expandida de
desprendimiento.
Las pruebas se llevaron a cabo con una serie de
concentraciones diferentes de urea en agua para determinar el efecto
de la concentración de urea en la velocidad de la reacción de
hidrólisis. Las soluciones se introdujeron en la sección inferior
del reactor de hidrólisis y se calentaron progresivamente a niveles
de temperatura mayores en un modo de trabajo discontinuo. El
amoniaco y dióxido de carbono generados aumentan la presión del gas
cuando la temperatura se eleva por encima de 125ºC. Por debajo de
125ºC la velocidad de reacción es muy lenta. La Tabla 1 muestra el
efecto de la temperatura en la velocidad a la que la avanza la
reacción de hidrólisis para varias concentraciones de urea (como
amoniaco generado) y el efecto de un material aditivo potenciador de
la velocidad de reacción -pentóxido de vanadio (V_{2}O_{5})- en
la velocidad de reacción, cuando se trabaja en un modo
discontinuo.
En la Figura 7, se muestra una comparación
gráfica de los datos presentados en el Ejemplo 1 que muestra las
velocidades de hidrólisis para la urea sólo con agua, con óxido de
vanadio (V_{2}O_{5}) y óxido molíbdico (MoO_{3}). La adición
de óxido de vanadio al medio de reacción potencia la velocidad de la
reacción de hidrólisis, como se muestra por los datos del Ejemplo
1. El pentóxido de vanadio, o sus sales, muestran el mayor efecto
en el aumento de la velocidad de reacción, ambos a la temperatura
de ignición de la reacción y en el intervalo entero de temperatura.
Sin embargo, la potenciación se puede igualar por un aumento
modesto de la temperatura para el sistema de agua sola.
La velocidad de la reacción de hidrólisis de urea
también es potenciada en diferentes grados por adición al medio de
reacción de otros elementos seleccionados de los Grupos
III-B, IV, V y VI-A de la Tabla
Periódica de los Elementos. En su forma de metal elemental, no hay
un aumento significativo frente al del agua sola. Entre los
materiales que muestran actividad potenciadora se incluyen los
óxidos y sales de amonio y metales alcalinos de molibdeno, cromo,
estaño, bismuto, boro y ciertos materiales sólidos tensioactivos,
tales como carbón activado, sílice activada y alúmina activada, y
resinas de intercambio iónico en sus formas ácida y básica. Los
sólidos entre éstos que no se disuelven se pueden usar en
posiciones suspendidas o fijas.
Las velocidades de reacción aumentan más
trabajando a niveles de pH elevado (por encima de pH = 10),
obtenidos por adición al medio de reacción de hidróxidos de metal
alcalino, sales de carbonato o bicarbonato tanto con sistemas de
reacción basados en agua solo, como cuando se añaden a un sistema
que contiene un potenciador. Con una relación de K_{2}CO_{3}
0,5: Urea 1,0 en una solución de urea al 40%, se obtienen
velocidades similares a las del óxido de vanadio.
La reacción de hidrólisis se hizo trabajar en un
modo continuo en el que se bombeó una solución de urea al 40% en
agua a una velocidad controlada al reactor de hidrólisis descrito
en el Ejemplo 1, en el que se calentó a temperaturas por encima de
155ºC, con la "aportación" de calor controlada para mantener
una presión manométrica de 517 kPa. La corriente de producto
gaseoso formada que contiene amoniaco se descarga por una válvula
de agua con un caudal controlado equivalente a 0,2 g/min. El
producto gaseoso que contiene amoniaco se absorbió en una cantidad
medida de agua y se analizó a intervalos regulares la concentración
de amoniaco. Se mantuvo un nivel constante de la solución de urea
en el reactor mediante inyección de solución de alimentación de urea
en la parte inferior del reactor de hidrólisis a una velocidad de
0,9 ml/min, que iguala esencialmente la velocidad de generación de
amoniaco de 0,2 g/min y la cantidad de urea inyectada.
El reactor y sistema de hidrólisis de urea
descrito en el Ejemplo 3 se hizo trabajar de un modo continuo
juntamente con una instalación piloto generadora de gas de
combustión, para demostrar la eficacia del amoniaco obtenido de la
hidrólisis de urea para la eliminación real de óxidos de nitrógeno
de una corriente de gas de combustión típica, cuando se usa un
catalizador de RCS comercial normal. La temperatura del gas de
combustión que contenía óxidos de nitrógeno se ajustó a
aproximadamente 399ºC en el tubo de entrada del catalizador. Con
una concentración de NOx de 200 ppm en el gas de alimentación de
entrada a la zona del catalizador, la concentración de óxidos de
nitrógeno en el gas de combustión de salida se redujo al nivel de
18 ppm, para dar una eficacia de eliminación mejor que 90%. La zona
de hidrólisis de urea generó amoniaco suavemente a una velocidad
constante como se puso de manifiesto por la constancia de la
concentración de óxidos de nitrógeno en un periodo de trabajo
extenso. Cuando el sistema se hizo trabajar con una solución acuosa
de amoniaco como fuente de amoniaco y la misma corriente de gas de
combustión y catalizador, la eliminación de óxidos de nitrógeno fue
la misma.
Los datos de trabajo de la instalación
desarrollados para una escala industrial de central eléctrica de
ciclo combinado con turbina de gas de 110 MW, se muestran en la
Tabla 2. La central actualmente usa amoniaco anhidro peligroso que
se almacena en un recipiente de almacenamiento de 25 toneladas, que
proporciona un suministro de 30 días. El uso de la presente
invención elimina la necesidad de almacenar el amoniaco
anhidro.
La urea está disponible en el comercio en forma
sólida o en forma de una solución al 50% que se puede suministrar
al lugar de la instalación mediante camión o vagón cisterna. Para
la solución de urea al 50 por ciento, un depósito de almacenamiento
de 50,1 metros cúbicos proporciona una capacidad de 30 días.
Después, la solución de urea al 50% del depósito de almacenamiento
se diluye al 40% alimentándola en agua desionizada a una velocidad
adecuada a medida que se alimenta la urea al reactor de
hidrólisis.
El reactor de hidrólisis se calienta con vapor de
agua (1380 kPa de presión manométrica) y se hace trabajar a una
temperatura de aproximadamente 150ºC y a una presión de trabajo de
517 kPa de presión manométrica. La presión del reactor se controla
por la aportación de calor al reactor, y la velocidad de injerto del
gas es controlada por una válvula reguladora ajustable, que se
ajusta para que se corresponda con la cantidad requerida para
controlar los óxidos de nitrógeno en la corriente de gas de
combustión. La válvula reguladora y tubo de descarga se calientan
por encima de 80ºC. La corriente de producto gaseoso se diluye con
aire comprimido caliente antes de introducirlo en una rejilla de
distribución en el conducto de gas de combustión.
Sin embargo, se pretende que todas dichas
modificaciones y variaciones obvias estén incluidas en el alcance de
la presente invención, que se define por las siguientes
reivindicaciones.
Claims (21)
1. Un procedimiento para eliminar óxidos de
nitrógeno de una corriente de gas de combustión por RNCS (Reducción
No Catalítica Selectiva) o RCS (Reducción Catalítica Selectiva),
cuyo procedimiento comprende:
(a) calentar una solución acuosa de urea, o una
mezcla de urea que contienen biuret o carbamato amónico en el sitio,
en un reactor de hidrólisis que trabaja a una temperatura de 110ºC
a 300ºC y una presión manométrica de gas de 138 a 3450 kPa, de modo
que se obtiene un producto que contiene amoniaco gaseoso que
esencialmente no tiene urea, biuret o carbamato amónico,
manteniéndose la temperatura y presión mediante la aportación de
calor al reactor;
(b) separar el producto que contiene amoniaco
gaseoso del medio de reacción acuoso de la fase líquida a la
presión de trabajo;
(c) retener el medio de reacción de la fase
líquida en el reactor para la conversión adicional en amoniaco y
dióxido de carbono gaseosos, y/o reciclar al menos una parte de
dicho medio de reacción otra vez al reactor, a un recipiente de
disolución de urea, o a la solución de alimentación del reactor para
la conversión adicional;
(d) sacar el producto que contiene amoniaco
acuoso y dióxido de carbono separado en la etapa (b) a una
velocidad controlada; y
(e) poner en contacto el producto que contiene
amoniaco gaseoso con la corriente de gas de combustión a una
velocidad que se corresponda esencialmente con las necesidades de
eliminación de óxidos de nitrógeno en dicha corriente de gas de
combustión.
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el procedimiento comprende además:
(a') alimentar una solución acuosa de urea, y/o
mezclas que contienen biuret, con un intervalo de concentración de
sólidos de 1% a 76%, a un reactor en el que se calienta a una
temperatura de 110ºC a 200ºC, y se trabaja a una presión
manométrica de 138 a 3450 kPa, y en él hidrolizar la urea y el
biuret para producir una corriente de producto gaseoso de amoniaco,
dióxido de carbono y agua:
(b') separar el amoniaco y dióxido de carbono
gaseosos formados del medio de reacción acuoso líquido a la presión
de trabajo;
(c') retener el medio de reacción de la fase
líquida en el reactor para la conversión adicional de la urea sin
reaccionar, biuret y carbamato amónico intermedio en amoniaco y
dióxido de carbono gaseosos, y/o reciclar una parte del medio de
reacción otra vez al reactor o a la solución de alimentación del
reactor para la conversión adicional;
(d') sacar la corriente de producto que contiene
amoniaco y dióxido de carbono gaseosos separada en la etapa (b') a
una velocidad controlada; y
(e') poner en contacto dicha corriente de
producto con los óxidos de nitrógeno en dicha corriente de gas de
combustión.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la velocidad de reacción para formar el
producto que contiene amoniaco gaseoso se potencia por inclusión en
el medio de reacción de una composición que aumenta la velocidad de
hidrólisis de la urea y biuret, y se selecciona de los
siguientes:
a) Óxidos y sales e hidróxidos de amonio y metal
alcalino de los elementos de los Grupos III-B, IV,
V y VI-A de la Tabla Periódica de los Elementos, y
los hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos del Grupo I;
b) Resinas de intercambio iónico de tipos ácido o
básico; y
c) Carbón, sílice y alúmina activados.
4. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el intervalo de concentración de la
solución acuosa es de 10% a 76% de sólidos.
5. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que se lleva a cabo en el intervalo de
temperaturas de 130ºC a 170ºC, e intervalo de presión manométrica
de 138 a 827 kPa.
6. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que los productos de amoniaco y dióxido de
carbono gaseosos que se descargan se mantienen a una temperatura por
encima de 60ºC.
7. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la solución acuosa de alimentación
suministrada al reactor se prepara disolviendo urea sólida y/o urea
que contiene biuret, en agua purificada en un recipiente de
disolución.
8. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 7, en el que una parte del medio de reacción líquido
en el reactor de hidrólisis se saca y se recicla al recipiente de
disolución para volver a usar.
9. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que una parte del vapor de agua en la
corriente de producto de amoniaco y dióxido de carbono que sale del
reactor se elimina por enfriamiento de la corriente de productos
gaseosos mientras está a presión, pero no a una temperatura por
debajo de 60ºC.
10. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 9, en el que el agua eliminada de la corriente de
producto de amoniaco y dióxido de carbono gaseosos se recupera y
recicla al reactor de hidrólisis o se usa para sustituir el agua
usada en la preparación de la solución de alimentación de urea.
11. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 9, en el que la solución de alimentación de urea se
usa como el refrigerante en el condensador, después de lo cual la
solución caliente se suministra al reactor de hidrólisis.
12. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que la presión dentro del reactor se
controla y mantiene por regulación de la aportación de calor al
reactor.
13. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el contenido del medio líquido en el
reactor se usa para controlar la velocidad de alimentación al
reactor.
14. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que la presión dentro del reactor se sigue y
controla por la presión de la fase gaseosa, calentándose dicho
manómetro de la fase gaseosa, la válvula reguladora y las tuberías
de conexión por encima de 60ºC.
15. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que la presión dentro del reactor se sigue y
controla por la presión de la fase líquida, estando el manómetro y
la tubería de conexión a una temperatura de ambiente a la
temperatura de la solución del reactor.
16. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que un limitador de presión de emergencia
está conectado a un depósito de vaciado que contiene agua,
conteniendo dicho depósito suficiente agua fría para enfriar la
solución del reactor para parar el procedimiento de hidrólisis.
17. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la válvula reguladora de la descarga del
reactor se regula para proporcionar un caudal controlado de
corriente de producto de amoniaco y dióxido de carbono gaseosos que
se corresponde con la necesidad de eliminación de óxidos de
nitrógeno en la corriente de gas de combustión, u otros
procedimientos que usan amoniaco.
18. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el producto de amoniaco se produce y se
pone en contacto en un lugar de uso por lo demás alejado de una
fuente de amoniaco, y en el que la urea se transporta en forma de
masa seca al lugar.
19. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el producto de amoniaco se produce y
pone en contacto en un lugar de uso por lo demás alejado de una
fuente de amoniaco, y en el que la urea se transporta en forma de
una solución concentrada de urea en agua.
20. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el producto de amoniaco se mantiene a
una temperatura elevada de al menos 60ºC, y se mantiene a una
temperatura elevada en el lugar de contacto con dichos óxidos de
nitrógeno en las corrientes de gas de combustión.
21. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que se controla la aportación de calor para
mantener la presión constante en el reactor y la temperatura es una
variable dependiente.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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