ES2238777T3 - Procedimiento para la sintesis de urea y equipo para la misma. - Google Patents
Procedimiento para la sintesis de urea y equipo para la misma.Info
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Abstract
La presente invención se refiere a un procedimiento mejorado de síntesis de urea a partir de amonio y dióxido de carbono mientras se evita la corrosión de los lugares que tienen que estar en contacto con un condensado, de las juntas de una placa tubular y los tubos de refrigeración de un condensador instalado vertical u horizontalmente. Según este procedimiento, se evita la corrosión en los lugares que van a estar en contacto con el condensado o las juntas de la placa tubular o los tubos de refrigeración del condensador, envolviendo estos lugares con amoniaco líquido o una disolución rica en amoniaco en la síntesis de la urea que comprende la separación del amoniaco que no ha reaccionado y el dióxido de carbono como una mezcla gaseosa de éstos a partir de una disolución de síntesis de urea a una presión sustancialmente igual a la de la presión de síntesis de urea, y poniendo en contacto la mezcla gaseosa con un medio absorbente en el condensador para formar un condensado, y recircular el condensado a la columna de síntesis.
Description
Procedimiento para la síntesis de urea y equipo
para la misma.
Esta invención se refiere a una mejora en un
procedimiento de síntesis de urea en el que amoniaco y dióxido de
carbono sin reaccionar contenidos en la solución de síntesis de
urea son separados como mezcla gaseosa de amoniaco, dióxido de
carbono y agua a una presión sustancialmente igual a la presión de
síntesis de urea, la mezcla gaseosa se condensa bajo enfriamiento
en un condensador que tiene un enfriador multitubular, y el
condensado así obtenido se recicla hacia la síntesis de urea.
Los procedimientos de síntesis de urea, que
comprenden reaccionar amoniaco y dióxido de carbono en una columna
de síntesis de urea a una presión de síntesis de urea y una
temperatura de síntesis de urea, separar carbanato de amonio a
partir de la solución de síntesis de urea así obtenida a una
presión sustancialmente igual a la presión de síntesis de urea como
mezcla gaseosa de amoniaco y dióxido de carbono, hacer que un medio
de absorción absorba dicha mezcla gaseosa para reciclar el medio
absorbido hacia la columna de síntesis de urea, y proporcionar por
separado una solución de urea a partir de la solución de síntesis
de urea de la que ha sido separado dicho carbanato de amonio, son
bien conocidos, y se ha hecho una diversidad de propuestas en
relación con los procedimientos. En los procedimientos, como se deja
que el líquido fluya hacia abajo desde el condensador hasta la
columna de síntesis de urea y desde la columna de síntesis de urea
hasta el extractor por diferencia de altura hidrostática, es
necesario situar el condensador y la columna de síntesis de urea en
terrenos elevados.
Es bien sabido que los procedimientos
anteriormente descritos emplean oxígeno para prevención de corrosión
suministrado a la columna de síntesis de urea, condensador y
extractor como contramedida para la corrosión. El oxígeno, que está
disuelto en la solución de síntesis de urea, se suministra en
películas anticorrosivas en el interior de los equipos y, por lo
tanto, el interior de los equipos estaba protegido de la
corrosión.
Como se describió anteriormente, aunque el
interior se sumergía en una solución de recuperación altamente
corrosiva o solución de síntesis de urea, la prevención de la
corrosión era posible en la medida en que se suministraba oxígeno
para prevención de corrosión, aunque dependía de la presión y
temperatura de funcionamiento, las condiciones del líquido y otras
condiciones.
Por razones del mucho tiempo y trabajo empleados
para instalar y reparar los equipos, se han desarrollado
procedimientos de síntesis de urea en los que la columna de
síntesis de urea y otros equipos están situados en el suelo.
El solicitante propuso previamente, en la
solicitud de patente japonesa Nº 234364/1997, un procedimiento de
síntesis de urea que permite situar la columna de síntesis y otros
equipos en el suelo.
La propuesta se refiere a un procedimiento de
síntesis de urea y un aparato para la misma en el que una columna de
síntesis de urea está instalada en una parte inferior y sobre la
misma o por encima de la misma está instalado un condensador
vertical, se provee un primer tubo de bajada para hacer que el
condensador se comunique con la zona de síntesis de urea, se
permite que el condensado fluya hacia abajo por gravedad desde la
parte superior del condensador a través del tubo de bajada hasta la
parte inferior de la zona de síntesis de urea, y se permite que el
condensado que ha fluido así hacia abajo fluya hacia abajo por
gravedad a través de un segundo tubo de bajada que tiene una
abertura en la parte superior de la columna de síntesis de urea
hacia la parte superior de un extractor, o hacia un procedimiento
en el que el condensado procedente de un condensador vertical es
aspirado por un eyector que usa amoniaco líquido suministrado
calentado como fluido de impulsión e introducido en la parte
inferior de la columna de síntesis de urea donde se somete a
síntesis de urea, y un aparato para la misma.
En los procedimientos anteriores, se suministra
una solución de recuperación al lado de la envuelta del condensador.
Las condiciones de funcionamiento en el condensador en el
procedimiento anterior son tales que la presión es la misma que la
de la síntesis de urea, la relación molar de amoniaco a dióxido de
carbono (denominada en lo sucesivo N/C) está controlada a
2,5-4,5, la relación molar de agua a dióxido de
carbono (denominada en lo sucesivo H/C) a 0,0-1,0,
el tiempo de estancia a 10-30 minutos, y la
temperatura de funcionamiento se controla para que sea
170-190ºC, de manera que se logra un porcentaje de
síntesis de urea de 20-60%.
En el último procedimiento, la presión se
selecciona de 140-250 bares, la N/C se fija a
2,5-3,5, la H/C a 0,0-1,0, el tiempo
de estancia a 10-30 minutos, y la temperatura de
funcionamiento se controla para que sea 130-250ºC,
preferentemente 170-190ºC, de manera que se logra un
porcentaje de síntesis de urea de 20-60%.
Otro ejemplo que propone situar equipos en el
suelo incluye un procedimiento de producción de urea descrito en la
publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público
Nº 209555/1985. La publicación describe que la condensación en la
zona de condensación se lleva a cabo en un condensador sumergido,
particularmente en el lado de la envuelta de un intercambiador de
calor tubular dispuesto horizontalmente y también que la
condensación puede efectuarse en una zona de condensación integrada
con una zona de reacción. Según la publicación, en la zona de
condensación, la presión se selecciona de 125-350
bares que son equivalentes a las presiones de síntesis, y al menos
se forma el 30% de la cantidad de urea de equilibrio alcanzable.
Estas descripciones y ejemplos enseñan que la temperatura de
funcionamiento es 130-150ºC.
En la técnica anterior precedente, es posible
sintetizar urea en el lado de la envuelta del condensador. En
cualquier caso, sin tener en cuenta si el condensador está
instalado vertical u horizontalmente, una placa tubular y tubos de
refrigeración en la zona de condensación están sumergidos en una
solución altamente corrosiva que comprende amoniaco, carbanato de
amonio, urea y agua en la técnica anterior precedente. El
condensador está en las condiciones de presión y temperatura
capaces de sintetizar urea y por lo tanto está bajo un ambiente
donde tenía tendencia a producirse corrosión en grietas y corrosión
de juntas, incluyendo juntas soldadas de la placa tubular y los
tubos de refrigeración, descritas más adelante.
Como es bien sabido, el condensador tiene de
cientos a un millar o más de tubos de refrigeración instalados en el
mismo, aunque el número varía con la producción. Por lo tanto,
cuando ocurrieron los problemas descritos más adelante, costó mucho
tiempo y esfuerzo descubrir los puntos con problemas. Además, cuando
alguien intentaba reparar los puntos con problemas durante el
periodo de mantenimiento, era prácticamente imposible repararlos
desde el lado de la envuelta, porque no había espacio disponible
para que la persona metiera el equipo y reparara los puntos.
Como se describió anteriormente, el condensador
tiene tubos de refrigeración instalados en una placa tubular, y como
uno de los procedimientos de instalación se menciona un
procedimiento de abocardado de tubos o un procedimiento en el que se
combinan abocardado de tubos y soldadura de estanqueidad con placa
tubular. En estos procedimientos, es bien sabido que se desarrollan
grietas diminutas entre la placa tubular y los tubos de
refrigeración en la fabricación. Cunado una solución de
recuperación o solución de síntesis de urea entra en las grietas, la
solución permanece en las grietas. Bajo tales condiciones, el
oxígeno para prevención de corrosión suministrado a las películas
anticorrosivas anteriormente mencionadas es insuficiente. Como
resultado, se forma un ambiente donde tiene tendencia a producirse
corrosión, llamada corrosión en grietas, entre la placa tubular y
los tubos, y se causan problemas de manera que parte de los tubos
de refrigeración se rompen o la placa tubular es dañada por
corrosión.
Cuando se rompía parte de los tubos de
refrigeración, no había contramedida particularmente efectiva aparte
de poner tapones en los tubos rotos para detener las funciones de
refrigeración de los tubos. Especialmente, cuando la placa tubular
era dañada por corrosión, no podía aplicarse procedimiento de
reparación.
En vista de las circunstancias anteriores, como
uno de los procedimientos para evitar la corrosión en grietas, se ha
llevado a cabo un procedimiento en el que una placa tubular se
suelda directamente a tubos de refrigeración mediante soldadura de
tubos por el interior o soldadura a tope por el interior (denominada
en lo sucesivo soldadura de tubos por el interior). Sin embargo,
bajo las condiciones de funcionamiento de una presión de
150-300 bares y una temperatura de
150-200ºC en el condensador, las juntas soldadas
están sumergidas en todo momento en una solución de recuperación
altamente corrosiva y una solución de la misma unida con el
condensado y sometidas también a historial térmico. Por
consiguiente, como estos factores están entrelazados entre sí
complicadamente, ha sido imposible impedir completamente los
problemas, como el agrietamiento de las juntas soldadas debido a
historial térmico, corrosión debida a la solución de recuperación
altamente corrosiva y agrietamiento y corrosión combinados debidos a
historial térmico y la solución de recuperación.
Cuando ocurrían tales problemas, no había
contramedida prácticamente efectiva excepto detener el
funcionamiento durante un rato y poner tapones en los tubos de
refrigeración dañados para suspender la función de los tubos.
Aun cuando se introducen tapones, no se evita el
humedecimiento de las juntas soldadas y la solución de síntesis
permanece en los tubos de refrigeración taponados sin ser
sustituida, de manera que la corrosión de los tubos aumenta
aceleradamente debido a la escasez de oxígeno disuelto e incluso
los propios tapones también pueden corroerse finalmente.
Aunque los puntos correspondientes eran soldados
de nuevo durante el mantenimiento periódico, su preparación llevaba
mucho tiempo y era muy costosa, de manera que este modo de
mantenimiento no era tan ventajoso.
El documento US-A4.173.615
describe un procedimiento para la producción de urea y un aparato de
la misma en el que el problema de corrosión y agrietamiento se
soluciona poniendo en contacto los componentes problemáticos del
aparato, las juntas y los tubos de refrigeración, con amoniaco
líquido o una solución rica en amoniaco. El documento está dirigido
a la prevención de corrosión de la parte soldada de una placa
tubular y tubos de refrigeración en un intercambiador de calor
tubular de envuelta en el que fluye líquido corrosivo en el tubo.
Sin embargo, no enseña ni sugiere el caso en el que el líquido
corrosivo fluye en el lado de la envuelta y el intercambiador está
provisto de una placa deflectora que cubre los componentes
problemáticos.
Como se ha descrito anteriormente, se ha esperado
proponer medios para impedir problemas como agrietamiento y
corrosión de las juntas de una placa tubular y tubos de
refrigeración y de las juntas soldadas por el interior de una placa
tubular y tubos de refrigeración ya estén en la columna de síntesis
o en el condensador, y un procedimiento para sintetizar urea que
usa dichos medios.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento para sintetizar urea, que tiene un
medio para impedir problemas, como agrietamiento y corrosión de las
juntas de una placa tubular y tubos de refrigeración y las juntas
soldadas por el interior de una placa tubular y tubos de
refrigeración.
La presente invención ha averiguado que cuando
están situadas en un ambiente rico en amoniaco que es extremadamente
menos corrosivo, las juntas soldadas sometidas a la corrosión en
grietas e historial térmico anteriormente mencionados a una presión
de síntesis de urea de 150-300 bares y una
temperatura de síntesis de 150-200ºC difícilmente
sufren agrietamiento y corrosión. La presente invención ha sido
completada como resultado de investigaciones intensivas.
La presente invención ha sido realizada sobre la
base de las circunstancias y conclusiones anteriormente mencionadas.
Por consiguiente, el objeto anteriormente mencionado de la presente
invención puede lograrse mediante el procedimiento para sintetizar
urea y el aparato para el mismo expuestos más adelante.
Un procedimiento mejorado para sintetizar urea
que comprende reaccionar amoniaco con dióxido de carbono a una
temperatura de síntesis de urea y una presión de síntesis de urea
en una columna de síntesis de urea, calentar la solución de
síntesis de urea resultante que comprende urea, amoniaco sin
reaccionar, dióxido de carbono sin reaccionar y agua en un
extractor a una presión sustancialmente igual a dicha presión de
síntesis de urea mientras que se pone en contacto o no dicha
solución con al menos parte del dióxido de carbono de alimentación
y amoniaco de alimentación para separar dicho amoniaco sin
reaccionar y dicho dióxido de carbono sin reaccionar como mezcla
gaseosa de amoniaco, dióxido de carbono y agua, tratar nuevamente la
solución de síntesis de urea que contiene amoniaco sin reaccionar
y dióxido de carbono sin reaccionar no separados para obtener urea,
introducir por separado la mezcla gaseosa separada en dicha zona de
extracción dentro de un condensador que tiene un enfriador
multitubular para poner la mezcla en contacto con un medio de
absorción bajo enfriamiento, condensando de ese modo dicha mezcla
gaseosa, y reciclar el condensado así obtenido hacia la columna de
síntesis de urea, caracterizado como en la reivindicación 1.
Un aparato de síntesis de urea que comprende una
columna de síntesis de urea para reaccionar amoniaco y dióxido de
carbono a una presión de síntesis de urea y una temperatura de
síntesis de urea, un extractor para separar amoniaco y dióxido de
carbono sin reaccionar calentando una solución de síntesis de urea
procedente de dicha columna de síntesis de urea a una presión
sustancialmente igual a la presión de síntesis de urea, un
condensador que tiene un enfriador multitubular para condensar el
amoniaco y dióxido de carbono sin reaccionar procedentes de dicho
extractor poniéndoles en contacto con un medio de absorción, y unas
tuberías para introducir el condensado obtenido en dicho
condensador en la parte inferior de la columna de síntesis de urea,
caracterizado porque dicho enfriador multitubular tiene una placa
deflectora que cubre sitios, que tienen que ser protegidos de la
corrosión, de las juntas de una placa tubular y tubos de
refrigeración y a través de la cual penetran dichos tubos de
refrigeración con separaciones intermedias diminutas, y tiene una
boquilla o boquillas de entrada para suministrar amoniaco líquido
en el espacio entre dicha placa tubular y dicha placa
deflectora.
En los dibujos:
La Fig. 1 es una vista parcialmente ampliada de
un condensador B provisto de una placa deflectora 4 que ilustra una
realización de la presente invención;
La Fig. 2 es un diagrama de flujo que muestra
una realización de la presente invención, en la que se emplea un
condensador vertical provisto de una placa deflectora 4;
La Fig. 3 es un diagrama de flujo que muestra
otra realización de la presente invención, en la que se emplea un
condensador vertical provisto de una placa deflectora 4; y
La Fig. 4 es un diagrama de flujo que muestra
una nueva realización de la presente invención, en la que se emplea
un condensador horizontal provisto de una placa deflectora 4.
El condensador al que puede aplicarse la placa
deflectora de la presente invención es un condensador de tipo
vertical u horizontal que tiene un enfriador tubular usado
ampliamente en el campo técnico interesado.
En la presente invención, la solución rica en
amoniaco que envuelve las juntas de una placa tubular y tubos de
refrigeración y la solución rica en amoniaco que ocupa el espacio
entre una placa tubular y una placa deflectora son preferentemente
una solución que contiene amoniaco y carbanato de amonio, cuyo
contenido de amoniaco libre es 80% molar o más.
En la presente invención, los sitios de las
juntas de una placa tubular y tubos de refrigeración que tienen que
estar en contacto con el condensado están cubiertos con una placa
deflectora a través de la que penetran los tubos de refrigeración
con separaciones intermedias diminutas, y se suministra amoniaco
líquido o una solución rica en amoniaco al espacio entre la placa
deflectora y la placa tubular, para que el espacio pueda ser
ocupado con el amoniaco líquido o la solución rica en amoniaco. El
amoniaco líquido suministrado entra en el condensador a través de
las separaciones diminutas entre la placa tubular y los tubos de
refrigeración y, junto con un medio de absorción, hace condensar y
absorbe dióxido de carbono y amoniaco sin reaccionar procedentes
del extractor.
El medio de absorción que ha de ser suministrado
al condensador es preferentemente una solución de recuperación
obtenida tratando una solución de síntesis de urea, de la que ha
sido separada en el extractor una gran parte de amoniaco y dióxido
de carbono sin reaccionar, a una presión media y/o baja para separar
sustancialmente todo el amoniaco y dióxido de carbono sin
reaccionar restante, y haciendo que el agua, el amoniaco acuoso o
una solución de urea absorban el amoniaco y el dióxido de carbono
sin reaccionar separados de este modo.
La presente invención se ilustrará detalladamente
en relación con los dibujos adjuntos como se describe a
continuación.
La Fig. 1 es una vista esquemática parcialmente
ampliada de un condensador B en la presente invención, que ilustra
una parte de un condensador B instalado verticalmente como se
describe en la Fig. 2 y la Fig. 3 ampliándolo esquemáticamente,
comprendiendo el condensador B una placa tubular, una pluralidad de
tubos de refrigeración soldados a la placa tubular y seleccionados,
por ejemplo, de entre cientos a un millar de tubos, y una placa
deflectora. En este documento, la placa tubular 2 y los tubos de
refrigeración 3 se ilustran haciendo referencia a un ejemplo en el
que la placa y los tubos están soldados entre sí por soldadura a
tope por el interior. Sin embargo, ni que decir tiene que la
presente invención no se limita al ejemplo o está limitada por
él.
La Fig. 2 es un diagrama de flujo de
procedimiento que ilustra una realización de la presente invención
donde se usa un condensador vertical, que ofrece un ejemplo de
flujos de procedimiento de síntesis de urea en los que se permite
que el condensado fluya hacia abajo por gravedad desde el
condensador B hasta una columna de síntesis de urea A. El
condensador B y la columna de síntesis de urea A forman una columna
con una placa divisoria 30 que separa la parte condensadora superior
y la parte de síntesis inferior. El condensador cuya placa tubular
y tubos de refrigeración están protegidos de la corrosión o
agrietamiento está instalado verticalmente. En lo sucesivo, la
presente invención se describirá en relación con estos dibujos.
Una parte de una solución de recuperación, que se
ha formado recuperando amoniaco y dióxido de carbono sin reaccionar
como solución acuosa de carbanato de amonio en una etapa no
mostrada en la Fig. 2, se introduce en un condensador B a través de
las líneas 10, 11 y 13, mientras que el resto se suministra a un
depurador F a través de una línea 12. La solución de recuperación
anterior suministrada al depurador F absorbe amoniaco y dióxido de
carbono en un gas inerte, que contiene pequeñas cantidades de
amoniaco y dióxido de carbono y se introduce en el depurador F a
través de una línea 22, y se recicla de nuevo en el depurador F. La
solución de recuperación equivalente al incremento formado
absorbiendo el amoniaco y dióxido de carbono es presurizada por un
eyector E por una línea 20 e introducida en el condensador por una
línea 13. Aparte, el gas inerte se descarga al aire por una línea 14
desde el depurador F en la parte superior.
Una parte del dióxido de carbono de alimentación
se suministra a un extractor C a través de una línea 16. Aunque no
ilustrado en el dibujo, también se suministra aire para prevención
de corrosión al extractor C. Se suministra una solución de síntesis
de urea que comprende urea, carbanato de amonio y amoniaco a través
de un segundo tubo de bajada 40 en la columna de síntesis A hasta
el extractor C, donde sufre extracción bajo calor por medio del
dióxido de carbono. Sus condiciones de funcionamiento son
normalmente una presión de 140-200 bares y una
temperatura de 160-200ºC.
El amoniaco líquido de alimentación se
precalienta, por ejemplo, a 70-90ºC, se introduce a
través de una línea 15, y se precalienta más a través del depurador
F y un intercambiador de calor D, suministrándose parte del amoniaco
a la parte inferior de la columna de síntesis A, mientras que el
resto se suministra al condensador B a través de una línea derivada
5.
La solución de recuperación anteriormente
mencionada enviada al condensador vertical B se pone en contacto y
se mezcla con una mezcla gaseosa que comprende dióxido de carbono,
amoniaco y gas inerte, suministrada al condensador B a través de
una línea 19 desde el extractor C descrito más adelante, absorbiendo
así el dióxido de carbono y el amoniaco. Una parte de amoniaco
líquido de alimentación se introduce se introduce a través de un
tubo de alimentación 5 en un espacio 7 entre una placa deflectora 4
y una placa tubular 2. El espacio 7 se llena del amoniaco líquido,
al que se hace fluir a través de separaciones 8 entre la placa
deflectora 4 y los tubos de refrigeración 3 y una separación 9 entre
la placa deflectora 4 y la envuelta 1 del condensador, mezclando a
continuación con una solución unida en el condensador. En este
documento, la separación 8 es de 0,1 mm a 0,5 mm desde el punto de
vista de precisión de fabricación.
En el condensador B, la presión de funcionamiento
es equivalente a la de la columna de síntesis de urea, la N/C es
2,5-4,5, la H/C es 0,0-1,0, y el
tiempo de estancia es 10-30 minutos. La temperatura
de funcionamiento se ajusta para que sea 150- 200ºC, preferentemente
160-200ºC, más preferentemente
160-190ºC. Como el condensador B funciona bajo estas
condiciones, puede lograr el mismo porcentaje de síntesis de urea
de 20-60% que antes. Además, como se muestra más
adelante en los Ejemplos 1-4, produce los efectos
de que no aumentan los problemas como el agrietamiento y corrosión
de las juntas soldadas de los tubos de refrigeración 3 y la placa
tubular 2.
En este documento, el condensador B está
conectado a un separador de líquido-gas H para
separar gas del condensador B y el gas se separa en el separador de
líquido-gas H, llenándose de líquido el condensador
B.
En la columna de síntesis de urea A, el amoniaco
líquido de alimentación se une al condensado que ha fluido hacia
abajo por gravedad a través del primer tubo de bajada 31 desde el
condensador B. La solución unida resultante se desplaza hacia la
parte superior de la columna de síntesis de urea A y después se
envía al extractor C a través del segundo tubo de bajada 40
provisto en la columna A y una línea 18.
La presión de funcionamiento de la columna de
síntesis de urea A se selecciona para que sea
130-250 bares como en los procedimientos
convencionales. La N/C se selecciona a 3,5-5,0, la
H/C a 1,0 o menos, y el tiempo de estancia se selecciona para que
sea 10-40 minutos. La temperatura de funcionamiento
se controla a 180-200ºC y, bajo las condiciones
anteriores, la columna A logra un porcentaje de síntesis de urea de
60-75%.
Después, haciendo referencia a la Fig. 3 que
muestra un flujo de procedimiento de otra realización que emplea un
condensador vertical de la presente invención, se ilustra un
procedimiento en el que se usa un eyector G para introducir una
solución unida en un condensador B dentro de una columna de síntesis
de urea A. En la Fig. 3, el amoniaco líquido de alimentación se
introduce a través de una línea 15 en un intercambiador de calor D
bajo una presión de 150-300 bares, donde se
precalienta a 100-200ºC y se introduce en un eyector
G como fluido de impulsión. El amoniaco líquido de alimentación se
expande a través del eyector G para que la diferencia de presión
entre las presiones de descarga y de succión del eyector puedan
llegar a ser 2-10 bares. En consecuencia, la
solución unida suministrada al lado de succión del eyector a través
de un tubo de bajada 31 en el condensador vertical B es aspirada,
presurizada e introducida en la parte inferior de la columna de
síntesis de urea A como mezcla con el fluido de impulsión, es
decir, el amoniaco líquido de alimentación. Del dióxido de carbono
de alimentación, el dióxido de carbono necesario para extraer
amoniaco y dióxido de carbono sin reaccionar se suministra a la
parte inferior del extractor C a través de las líneas 16 y 16b, y
el resto se suministra a la parte inferior de la columna de
síntesis de urea A a través de una línea 16a o hacia una etapa de de
descomposición a baja presión no mostrada en el dibujo.
Parte del amoniaco líquido de alimentación se
introduce a través de un tubo de alimentación 5 en el espacio 7 del
condensador anteriormente mencionado por una línea 15a derivada de
una línea anterior al intercambiador de calor D. El amoniaco
líquido de alimentación se une, en la parte inferior del
condensador, a una solución de recuperación suministrada desde una
línea 10, que ha absorbido amoniaco y dióxido de carbono sin
reaccionar mientras pasa a través de un depurador F. La solución
unida sufre síntesis de urea mientras que sube a través del
condensador vertical B, y después se suministra a la columna de
síntesis A a través del tubo de bajada 31 por medio del eyector G.
Parte del amoniaco líquido de alimentación introducido en la parte
inferior del condensador vertical B a través del tubo de
alimentación 5 por la línea 15a puede suministrarse a través de una
línea provista por separado que no se muestra en el dibujo.
En este documento, las partes abocardadas de los
tubos (abocardado de tubos) de la placa tubular 2 y los tubos de
refrigeración 3, las juntas soldadas estancas de las partes
abocardadas de los tubos y la placa tubular o las juntas soldadas
por el interior de la placa tubular 2 y los tubos de refrigeración
3 del condensador situados en el espacio 7 se llenan de amoniaco
líquido o una solución rica en amoniaco, y por lo tanto se
mantienen siempre en un ambiente rico en amoniaco. Por consiguiente,
no se produce corrosión en las partes abocardadas de los tubos,
juntas soldadas y juntas similares, como se muestra en el Ejemplo 3
más adelante.
Respecto a las condiciones de funcionamiento de
la columna de síntesis de urea A, se prefieren una presión de
130-250 bares, una N/C de 3,5-5,0,
una H/C de 1,0 o menos, un tiempo de estancia de
10-40 minutos y una temperatura de
180-200ºC.
En cuanto a las condiciones de funcionamiento del
extractor C, se prefieren una presión de 130-250
bares, particularmente 140-200 bares y una
temperatura de 160-200ºC.
De la parte inferior del extractor se extrae una
solución de síntesis de urea que contiene amoniaco sin reaccionar y
dióxido de carbono sin reaccionar no separados a través de una
línea 17 y se envía a una etapa de descomposición a baja presión
donde se trata para obtener urea.
Los detalles del funcionamiento distinto del
descrito anteriormente se llevan a cabo en relación con el
procedimiento descrito en la memoria descriptiva de la solicitud de
patente japonesa Nº 234364/1997.
Un ejemplo que usa un condensador B situado
horizontalmente se ilustra en relación con la Fig. 4, que es un
diagrama de flujo de procedimiento que muestra una realización en
la que se emplea un condensador horizontal de la presente
invención. La Fig. 4 es básicamente la misma que la Fig. 3 excepto
que el condensador B instalado verticalmente de la Fig. 3 está
situado horizontalmente, en el condensador B está provista
verticalmente una pluralidad de placas deflectoras convencionales de
manera que se hace fluir líquido a lo largo de las direcciones de
flujo 50 sobre las placas deflectoras, y la altura de las placas
deflectoras se determina de tal manera que los tubos de
refrigeración 3 pueden estar sumergidos en líquido.
La presente invención se describirá más
específicamente haciendo referencia a los siguientes ejemplos. Sin
embargo, no debe interpretarse que la presente invención se limita
solamente a estos ejemplos o está limitada por ellos.
En los siguientes Ejemplos 1 - 3 y los Ejemplos
Comparativos 1 - 3, todos los tubos de refrigeración empleaban como
material un acero inoxidable austenítico
25Cr-22Ni-2Mo.
Se sintetizó urea usando un aparato con una
producción diaria de 1400 toneladas situado sobre el suelo como se
muestra en la Fig. 2 en la que un condensador B ilustrado en la
Fig. 1 se situó verticalmente. Una placa tubular 2 y tubos de
refrigeración 3 fueron soldados mediante soldadura a tope por el
interior y las separaciones 8 entre una placa deflectora 4 y los
tubos de refrigeración 3 eran 0,3 mm.
Se suministraron 791 t/d de amoniaco de
alimentación y 1025 t/d de dióxido de carbono de alimentación a
través de una línea 15 y una línea 16, respectivamente. El amoniaco
de alimentación calentado a 175ºC por condensado de vapor en un
intercambiador de calor D se suministró a la parte inferior de una
columna de síntesis A a través de una línea 15, mientras que parte
de él se introdujo a través de una línea derivada 15a y un tubo de
alimentación 6 en un espacio 7 del condensador B mostrado en la
Fig. 1. La cantidad de amoniaco a través de la línea 15a fue 401
t/d.
Se suministraron 969 t/d del dióxido de carbono
de alimentación y aproximadamente 17 t/d de aire para prevención de
corrosión a la parte inferior de un extractor C a través de la
línea 16, siendo suministrado el resto del dióxido de carbono de
alimentación a una columna de descomposición a baja presión no
mostrada en el dibujo. Aparte, 1314 t/d de una solución de
recuperación suministrada a través de una línea 10 como medio de
absorción tenía la siguiente composición y una temperatura de 108ºC
y fue presurizada a 190 bares. La solución presurizada fue dividida
en dos, que fueron enviadas a un depurador F y un eyector E a
través de una línea 12 y una línea 11, respectivamente.
La solución de recuperación suministrada al
depurador F se usó para depurar gas inerte en la capa de relleno,
mientras que la solución de recuperación suministrada al eyector E
se usó para aumentar la presión de una solución de descarga del
depurador (línea 20) por el eyector E. El depurador F fue hecho
funcionar a 175 bares y 175ºC. La solución de descarga del
depurador (línea 20) y la solución de recuperación de impulsión del
eyector (línea 11) fueron mezcladas en el eyector y suministradas a
la parte inferior del condensador B a través de una línea 13.
Una mezcla gaseosa que comprende amoniaco,
dióxido de carbono y agua, separados en el extractor C, fue enviada
al condensador B a través de una línea 19. El lado de la envuelta
del condensador B se llenó de una solución mezclada que comprende
dicha solución de recuperación, carbanato de amonio formado por
condensación y dicho amoniaco líquido de alimentación salió del
espacio 7 a través de separaciones 8, y dicha mezcla gaseosa fue
absorbida en esta solución. El calor de absorción fue eliminado por
un enfriador 3. El condensado que había absorbido la mezcla gaseosa
permaneció en el condensador durante 15 minutos, se le permitió
fluir por gravedad a través del primer tubo de bajada 31, y después
fue enviado a la parte inferior de la columna de síntesis de urea
A. El gas inerte se extrajo a través de una línea 21 desde la parte
superior del condensador B. El gas inerte fue sometido a separación
de líquido y gas en un separador de líquido-gas H y
fue suministrado a través de una línea 22 al depurador F donde
fueron absorbidos el amoniaco y el dióxido de carbono contenidos en
el mismo. El gas inerte se descargó a través de una línea 14.
La solución de síntesis de urea suministrada a la
parte inferior de la columna de síntesis de urea A fue mezclada con
dicho amoniaco líquido procedente de la línea 15 y siguió adelante
con la reacción de síntesis de urea mientras que subía lentamente a
través de la columna de síntesis de urea. El tiempo de estancia para
la reacción fue 25 minutos.
La solución de síntesis suministrada al extractor
C a través del segundo tubo de bajada 40 y una línea 18 desde la
columna de síntesis A fue calentada en el extractor para
descomponer carbanato de amonio contenido en la misma en amoniaco y
dióxido de carbono. El extractor C fue hecho funcionar a una
temperatura superior de 191ºC, una temperatura inferior de 179ºC, y
una presión de 175 bares. Las condiciones de funcionamiento y
composiciones en los equipos anteriores se muestran en la Tabla 1.
Después de un año de funcionamiento, se inspeccionó la corrosión y
reducción de espesor de las juntas de los tubos de refrigeración y
la placa tubular por medio de detección ultrasónica de defectos e
inspección de corrientes de Foucault. Los resultados se muestran en
la Tabla 5.
Ejemplo comparativo
1
La síntesis de urea se llevó a cabo de la misma
manera que en el Ejemplo 1 excepto que se eliminó la placa
deflectora 4 del Ejemplo 1 y la cantidad de amoniaco derivado hacia
la línea 15a se cambió de 40 t/d a 0 t/d. Las condiciones de
funcionamiento también se describen en la Tabla 1, y las condiciones
de corrosión de las juntas de la placa tubular y los tubos de
refrigeración en el condensador después de un año de funcionamiento
se describen en la Tabla 5.
Se sintetizó urea usando un aparato con una
producción diaria de 1400 toneladas situado sobre el suelo como se
muestra en la Fig. 3 en la que un condensador B ilustrado en la
Fig. 1 se situó verticalmente. Una placa tubular 2 y tubos de
refrigeración 3 fueron sometidos a abocardado de tubos y soldadura
de estanqueidad de los extremos de los tubos, y las separaciones 8
entre una placa deflectora 4 y los tubos de refrigeración 3 eran
0,3 mm cada una.
Las condiciones de funcionamiento y las
composiciones líquidas de cada equipo se muestran en la Tabla 2. Las
condiciones de corrosión de las juntas de la placa tubular y los
tubos de refrigeración después de un año de funcionamiento se
describen en la Tabla 5.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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Ejemplo comparativo
2
La urea se sintetizó de la misma manera que en el
Ejemplo 1 excepto que se eliminó la placa deflectora 4 del Ejemplo 2
y la cantidad de amoniaco derivado se cambió de 40 t/d a 0 t/d. Los
resultados también se describen en la Tabla 1. Las condiciones de
funcionamiento y las composiciones líquidas de cada parte de equipo
se muestran en la Tabla 2. Las condiciones de corrosión de las
juntas de la placa tubular y los tubos de refrigeración después de
un año de funcionamiento se describen en la Tabla 5.
Se sintetizó urea usando un aparato con una
producción diaria de 1400 toneladas situado sobre el suelo como se
muestra en la Fig. 4 en la que el condensador B ilustrado en la
Fig. 1 se situó horizontalmente. Una placa tubular 2 y tubos de
refrigeración 3 fueron abocardados y soldados de manera estanca. Las
separaciones 8 entre una placa deflectora 4 y los tubos de
refrigeración 3 eran 0,3 mm cada una.
Las condiciones de funcionamiento y las
composiciones líquidas en cada equipo se ofrecen en la Tabla 3, y
las condiciones de corrosión de las juntas de la placa tubular y
los tubos de refrigeración después de un año de funcionamiento se
describen en la Tabla 5.
Ejemplo comparativo
3
La urea se sintetizó de la misma manera que en el
Ejemplo 1 excepto que se eliminó la placa deflectora 4 del Ejemplo 3
y la cantidad de amoniaco derivado se cambió de 40 t/d a 0 t/d. Las
condiciones de funcionamiento y la composición líquida en cada
equipo se ofrecen también en la Tabla 3, y las condiciones de
corrosión de las juntas entre la placa tubular y los tubos de
refrigeración en el condensador después de un año de funcionamiento
se describen en la Tabla 5.
Se sintetizó urea en un aparato de prueba con una
producción diaria de 10 t/d. El aparato de prueba tenía un flujo de
procedimiento como el ofrecido en la Fig. 3.
El condensador tenía diez tubos, de los cuales,
seis tubos eran de soldadura por el interior, estando unidos los
cuatro restantes a una placa tubular mediante abocardado de tubos y
soldadura de los extremos de los tubos. Los materiales de los tubos
eran (A) material austenítico
(25Cr-22Ni-2Mo) y (B) material
bifásico (25Cr-7Ni-3Mo) que se
usaron respectivamente en cada mitad de los grupos de tubos
anteriormente descritos.
Las condiciones de funcionamiento y el balance de
materiales se muestran en la Tabla 4. La cantidad de amoniaco
suministrado a la placa tubular inferior fue 12 kg/h. Después de
aproximadamente un año de funcionamiento se sacó el haz de tubos, y
las condiciones de las juntas se inspeccionaron desde el lado de la
envuelta. Además, fueron cortados por sus uniones un tubo de los de
soldadura por el interior y un tubo de los de abocardado de tubos y
soldadura de los extremos de los tubos para cada material y fue
examinada detalladamente la presencia de defectos y condiciones de
corrosión. Los resultados no muestran corrosión ni reducción de
espesor en cantidad mensurable en los dos tubos A y B. Además, los
tubos de los de abocardado de tubos y soldadura de los extremos de
los tubos no tenían corrosión en grietas observable entre los tubos
y la placa tubular. Los resultados se ofrecen en la Tabla 5.
Ejemplo comparativo
4
La urea se sintetizó en el mismo aparato y bajo
las mismas condiciones de funcionamiento que en el Ejemplo 4. Sin
embargo, la cantidad de amoniaco suministrado a la placa tubular
inferior fue 0 kg. Los resultados se ofrecen en la Tabla 5. Las
condiciones de funcionamiento y el balance de materiales se ilustran
en la Tabla 4. Después de aproximadamente un año de funcionamiento,
los dos tubos A y B fueron observados por si tenían reducciones de
espesor de 0,03-0,07 mm. Se descubrió que los tubos
de soldadura de los extremos de los tubos y abocardado de tubos del
lado de la envuelta tienen corrosión en grietas en las grietas
entre los tubos y la placa tubular. Los resultados se muestran en
la Tabla 5.
En el ejemplo comparativo 4, es necesario hacer
el espesor de tubo en la junta soldada al menos de un espesor
calculado requerido más 1,4 mm para alcanzar una duración de veinte
años donde la corrosión avanza al máximo ritmo de corrosión medido.
En el caso de la soldadura de los extremos de los tubos más
abocardado de tubos, la corrosión en grietas no puede ser reparada,
así que es indispensable la dilución de la solución de carbanato
con amoniaco en las proximidades de la placa tubular inferior.
El procedimiento mejorado para sintetizar urea de
la presente invención y el aparato para el mismo presentan efectos
como los descritos a continuación.
(1) Mientras que impide la corrosión de las
juntas de una placa tubular y tubos de refrigeración en un
condensador instalado vertical u horizontalmente, el procedimiento
condensa amoniaco y dióxido de carbono procedente de un extractor
en el lado de la envuelta del condensador, sintetiza simultáneamente
urea del condensado así obtenido, y suministra la solución
resultante procedente del condensador a una columna de síntesis de
urea para sintetizar más urea. Por consiguiente, no se producen
problemas en los tubos de refrigeración.
(2) Como el procedimiento lleva a cabo
condensación y síntesis de urea mientras que impide la corrosión de
las juntas entre la placa tubular y los tubos de refrigeración en
el condensador, no se producen problemas en los tubos de
refrigeración.
(3) Como no se producen problemas en los tubos de
refrigeración ni en dispositivos similares, puede reducirse mucho
tiempo, gastos y energía, que se requieren para reparaciones como
volver a soldar, que hasta ahora ha sido necesario para hacer
frente al problema.
(4) Como no se producen problemas en los tubos de
refrigeración ni en dispositivos similares, no ocurre la
interrupción de funcionamiento que sigue al problema, y se hace
posible un funcionamiento continuo estable. Como resultado, puede
mantenerse fácilmente un ritmo de producción estable.
(5) Como no se producen problemas en los tubos de
refrigeración ni en dispositivos similares, puede reducirse
significativamente el tiempo y el trabajo para inspección y
mantenimiento periódicos.
Claims (7)
1. Un procedimiento de síntesis de urea que
comprende reaccionar amoniaco y dióxido de carbono a una temperatura
de síntesis de urea y una presión de síntesis de urea en una
columna de síntesis de urea, calentar la solución resultante de
síntesis de urea que comprende urea, amoniaco sin reaccionar,
dióxido de carbono sin reaccionar y agua en un extractor a una
presión sustancialmente igual a la presión de síntesis de
urea mientras que se pone en contacto o no dicha solución con al
menos parte de dióxido de carbono de alimentación o amoniaco de
alimentación para separar dicho amoniaco sin reaccionar y dicho
dióxido de carbono sin reaccionar como mezcla gaseosa de amoniaco,
dióxido de carbono y agua, tratar nuevamente la solución de urea que
contiene amoniaco sin reaccionar y dióxido de carbono sin
reaccionar no separados para obtener urea, introducir la mezcla
gaseosa separada en dicho extractor dentro de un condensador que
tiene un enfriador multitubular en el mismo para poner la mezcla en
contacto con un medio de absorción bajo enfriamiento, condensando de
ese modo dicha mezcla gaseosa, y reciclar el condensado así
obtenido que comprende amoniaco, dióxido de carbono y agua hacia la
columna de síntesis de urea, caracterizado porque los sitios
de las juntas de los tubos de refrigeración y la chapa
tubular de dicho enfriador multitubular están cubiertos con una
placa deflectora a través de la que penetran dichos tubos de
refrigeración con separaciones intermedias diminutas, y se
suministra al menos parte de amoniaco líquido de alimentación al
espacio entre dicha chapa tubular y dicha placa deflectora
para que dicho espacio se llene del amoniaco líquido o una solución
rica en amoniaco para impedir la corrosión de dichos sitios debida a
dicho condensado.
2. El procedimiento según la reivindicación 2, en
el que dicho condensador está instalado sobre o por encima de dicha
columna de síntesis de urea, y se permite que dicho condensado
fluya hacia abajo por gravedad a través de unas tuberías que
conectan la parte superior de dicho condensador con la parte
inferior de dicha columna de síntesis de urea.
3. El procedimiento según la reivindicación 1 ó
2, en el que dicho condensado se presuriza por medio de un eyector
accionado por amoniaco líquido de alimentación de manera que es
reciclado hacia la columna de síntesis de urea.
4. Un aparato de síntesis de urea que comprende
una columna de síntesis de urea (A) para reaccionar amoniaco y
dióxido de carbono a una presión de síntesis de urea y una
temperatura de síntesis de urea, un extractor (C) para separar
amoniaco sin reaccionar y dióxido de carbono sin reaccionar
calentando la solución de síntesis de urea procedente de dicha
columna de síntesis de urea (A) a una presión
sustancialmente igual a la presión de síntesis de urea, un
condensador (B) que tiene en el mismo un enfriador multitubular
para condensar el amoniaco y el dióxido de carbono sin reaccionar
procedentes de dicho extractor (C) poniéndoles en contacto con un
medio de absorción, y unas tuberías para reciclar el condensado
obtenido en dicho condensador (B) en la parte inferior de la
columna de síntesis de urea (A), caracterizado porque dicho
condensador (B) tiene una placa deflectora (4) que cubre sitios, que
tienen que ser protegidos de la corrosión, de las juntas de las
chapas tubulares (2) y tubos de refrigeración (3) de dicho
enfriador y a través de la cual penetran dichos tubos de
refrigeración (3) con separaciones intermedias diminutas, y tiene
una boquilla o boquillas de entrada para suministrar amoniaco
líquido al espacio entre dicha chapa tubular (2) y dicha
placa deflectora (4) para llenar dicho espacio del amoniaco líquido
o una solución rica en amoniaco, impidiendo de ese modo la corrosión
de dichos sitios debida a dicho condensado.
5. El aparato según la reivindicación 4, en el
que el extractor (C) tiene, en la parte inferior del mismo, una
boquilla o boquillas de entrada para suministrar al menos parte del
dióxido de carbono de alimentación como agente extractor.
6. El aparato según la reivindicación 4 ó 5, en
el que el condensador (B) está instalado sobre o por encima de dicha
columna de síntesis de urea (A), y dicha tubería desde dicho
condensador (B) hasta dicha columna de urea (A) es para permitir que
un condensado procedente de dicho condensador (B) fluya hacia abajo
por gravedad hasta la parte inferior de dicha columna de urea
(A).
7. El aparato según la reivindicación 4, 5 ó 6,
en el que la tubería para introducir dicho condensado desde dicho
condensador (B) hasta dicha columna de síntesis de urea (A) tiene
un eyector (G) para presurizar dicho condensado, impulsado por
amoniaco líquido de alimentación.
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