ES2604852T3 - Concentración de la solución de urea en un proceso para la síntesis de urea - Google Patents

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Abstract

Un proceso de síntesis de urea, en el que se obtiene una solución (13) que comprende urea en una sección de síntesis (10), dicha solución se trata en una sección de recuperación (14), y una solución acuosa (15) que comprende principalmente urea y agua, que se obtiene a partir de dicha sección de recuperación, se somete a un proceso de concentración, caracterizado por que dicho proceso de concentración incluye una etapa de separación por membrana selectiva.

Description

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Concentracion de la solucion de urea en un proceso para la smtesis de urea
DESCRIPCION
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere al campo de la smtesis de urea. Mas detalladamente, la presente invencion se refiere a la etapa de concentracion de la solucion acuosa de urea que se obtiene de la seccion de recuperacion de una planta de urea.
Tecnica anterior
Los procesos conocidos para la smtesis de urea implican basicamente un bucle de smtesis a alta presion, una seccion de recuperacion a media presion y/o a baja presion, una seccion de concentracion y una seccion de acabado. Un suministro de amoniaco y un suministro de dioxido de carbono reaccionan en el bucle de smtesis, formando una solucion de urea, agua y carbamato de amonio; esta solucion se trata en la seccion a MP/BP aguas abajo para recuperar sustancialmente el amoniaco y el dioxido de carbono de la disociacion del carbamato.
El efluente de la seccion de recuperacion es normalmente una solucion acuosa de urea que contiene aproximadamente 50 %-90 % en peso de urea, por lo general, 70 % a 80 % en peso en plantas modernas. No obstante, para determinados usos, se requiere una concentracion mucho mayor. Por ejemplo, las tecnicas de acabado de perlado y granulacion, para la conversion de urea en un producto solido, requieren una masa fundida de urea con una pureza del 95-99,8 % en peso. Esta mayor concentracion se consigue en la tecnica anterior con concentracion al vacm o cristalizacion de la solucion de urea.
La descripcion general anterior se aplica a la mayona de las instalaciones actuales de produccion de urea, en particular, a los procesos de autoseparado, asf como a los procesos de separado de CO2, y para el diseno de nuevas plantas de urea. Una discusion sobre los procesos y plantas relacionadas para la produccion de urea puede hallarse en la literatura, por ejemplo, Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3a ed., vol. 23, pags. 548562 o Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag.
Cabe senalar que un problema recurrente en los procesos de urea es eliminar el agua del efluente del bucle a AP o de la seccion de recuperacion, ya que un mol de agua se produce para cada mol de urea. Como se ha indicado previamente, la necesidad de concentrar el efluente de la seccion de recuperacion se realiza actualmente con evaporacion o cristalizacion.
La cristalizacion implica una separacion ffsica entre una fase solida (urea cristalizada) y una fase lfquida (agua), y presenta el inconveniente de equipos grandes y complejos que requieren esfuerzos de mantenimiento significativos, en terminos de mano de obra y gastos financieros. Los evaporadores al vacm presentan asimismo algunos inconvenientes. En primer lugar, necesitan depositos grandes y costosos, debido a su baja presion (vacm). Los equipos que funcionan al vacm tambien plantean un problema de estanqueidad para evitar la infiltracion de aire desde el exterior.
Otro inconveniente es la escasa eficiencia energetica. Un evaporador de vacm requiere un aporte termico, que se suministra, en general, mediante vapor caliente producido en otra parte de la planta; es mas, el vacm se pasa por eyectores de vapor que son equipos bastantes ineficientes. No obstante, el efluente gaseoso procedente del evaporador junto con el vapor motriz de los eyectores ha de estar condensado, liberando un calor de menor valor que no puede reutilizarse mas en el proceso. Normalmente, dicho calor se elimina mediante refrigeracion por aire o refrigeracion por agua, y por lo tanto, se disipa en la atmosfera. Por tanto, es preciso proporcionar una mejor manera de concentrar la solucion de urea procedente de la seccion de recuperacion de las plantas de urea conocidas.
El documento WO89/01468 A1 describe un proceso de produccion de urea que comprende las etapas de reaccion de dioxido de carbono y amoniaco para formar carbamato de amonio y una descomposicion posterior de carbamato de amonio para formar una mezcla de reaccion que comprende urea y agua, en la que la mezcla de reaccion contacta con un lado de una membrana semipermeable, y de secado de un fluido capaz de eliminar agua, y posiblemente otro(s) producto(s) de reaccion procedente(s) de la mezcla de reaccion se pone(n) en contacto con el otro lado de la membrana semipermeable.
Sumario de la invencion
La invencion propone separar el agua y posiblemente otros componentes distintos a urea, contenidos en la solucion de urea de la seccion de recuperacion de una planta de urea, por medio de una separacion por membrana selectiva.
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En consecuencia, un primer aspecto de la invencion es un proceso para la smtesis de urea, en el que se obtiene una solucion acuosa que comprende urea con un poco de amoniaco y dioxido de carbono residuales en una seccion de smtesis, dicha solucion se trata en una seccion de recuperacion, y una solucion acuosa que comprende principalmente urea y agua, que se obtiene a partir de dicha seccion de recuperacion, se somete a un proceso de concentracion, caracterizado por que dicho proceso de concentracion incluye, al menos, una etapa de separacion por membrana selectiva.
Dicha etapa de separacion por membrana selectiva se lleva a cabo con una o mas membranas. Una membrana para llevar a cabo la invencion posee una primera permeabilidad para el transporte de agua y/o para el transporte de otros contaminantes, y una segunda y diferente permeabilidad para el transporte de urea. Preferentemente, dicha etapa se lleva a cabo al menos con una membrana selectiva de agua, adaptada para separar el agua de la urea y concentrar la solucion. Por ejemplo, una membrana selectiva de agua apropiada es permeable al agua, y fundamentalmente impermeable a los otros constituyentes de la solucion, concretamente urea. Por ejemplo, puede interpretarse que, cuando una solucion acuosa de urea contacta con el lado de suministro de una membrana selectiva de agua, el agua se recoge del lateral de descarga, aumentando de este modo la concentracion de la solucion en el lado de suministro.
Una membrana proporciona una separacion entre un primer lado (lado de suministro) y un segundo lado (lado de descarga). Para este fin, dicha membrana puede ser una membrana plana o poseer una forma diferente, por ejemplo, membrana en espiral. En algunas realizaciones, la presion sobre el lado de suministro y el lado de descarga puede ser diferente para realzar el proceso.
La concentracion basada en una membrana puede ser o no la unica tecnica de concentracion. La solucion acuosa puede concentrarse con una tecnica diferente (por ejemplo, evaporacion o cristalizacion) antes o despues de dicha etapa de separacion por membrana selectiva.
De acuerdo con diferentes realizaciones, la solucion acuosa que se somete a una separacion por membrana selectiva es la solucion que procede de la seccion de recuperacion, o una solucion previamente concentrada mediante una tecnica convencional, tal como evaporacion o cristalizacion. De la misma manera, la solucion concentrada liberada por el proceso basado en una membrana puede (opcionalmente) concentrarse adicionalmente mediante otra tecnica en caso necesario o apropiado.
En algunas realizaciones, dicho proceso de concentracion incluye el uso de mas de una membrana selectiva y posiblemente de varias membranas de diferente naturaleza para la eliminacion de agua y otros contaminantes de la solucion acuosa de urea. Dichos contaminantes pueden incluir amoniaco o sales, tales como carbonatos, que pueden encontrarse en pequenas cantidades en la solucion.
Preferentemente, la concentracion de la solucion entrante a la membrana es de 50 a 90 % en p (en peso) de urea. Preferentemente, la solucion tras la concentracion contiene mas del 85 % en peso de urea, y mas preferentemente entre 95 % en peso y 100 % en peso.
Otro aspecto de la invencion es una planta para la smtesis de urea, que comprende una seccion de smtesis y una seccion de recuperacion, y se caracteriza por una seccion de concentracion para el tratamiento de una solucion acuosa de urea, dicha seccion de concentracion comprende al menos una etapa de concentracion de membrana que comprende una membrana selectiva. Preferentemente, dicha membrana es una membrana selectiva de agua para la separacion del agua de la solucion acuosa de urea.
Otro aspecto de la invencion es la modernizacion de una planta de urea existente, en la que una seccion de concentracion existente se moderniza con una etapa de concentracion basada en una membrana.
La separacion basada en una membrana puede reemplazar, total o parcialmente, una seccion de evaporacion al vacm o cristalizacion convencional. Puede conseguirse una alta concentracion, por ejemplo, 95-99,5 % en peso o mas, adecuada para tecnicas de acabado de granulacion o perlado, sin los equipos de vacm costosos y grandes de las secciones convencionales. Ademas, la concentracion basada en una membrana no requiere una energfa o aporte termico significativo para el beneficio de la eficiencia energetica del proceso en conjunto.
Descripcion de una realizacion preferente
La Fig. 1 muestra un esquema funcional de una realizacion de la invencion. La referencia 10 indica una seccion de smtesis a alta presion, en la que se reaccionan amoniaco 12 y dioxido de carbono 11. Dicha seccion 10 puede comprender, en algunas realizaciones, un reactor, un separador y un condensador que forma un bucle a alta presion, de acuerdo con la materia conocida.
El efluente 13 de la seccion 10 se procesa en una seccion de recuperacion 14, fundamentalmente para recuperar el
amoniaco y el dioxido de carbono. La solucion 15 acuosa de urea procedente de la seccion de recuperacion 14 se envfa a una seccion de concentracion 16 que incluye una membrana selectiva de agua.
La solucion 15, por ejemplo, se admite en un primer lado de la membrana, y un flujo 17 compuesto principalmente 5 por agua se obtiene en el otro lado (lateral de descarga) de la membrana. Dicho flujo 17 se trata preferentemente en una seccion 18 para obtener agua A sustancialmente pura. La solucion concentrada 19, que posee, por ejemplo, una concentracion de aproximadamente 95-99,5 % en peso o mas, se pasa a una seccion de acabado 20 para obtener urea U sustancialmente pura.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un proceso de smtesis de urea, en el que se obtiene una solucion (13) que comprende urea en una seccion de smtesis (10), dicha solucion se trata en una seccion de recuperacion (14), y una solucion acuosa (15) que comprende principalmente urea y agua, que se obtiene a partir de dicha seccion de recuperacion, se somete a un proceso de concentracion, caracterizado por que dicho proceso de concentracion incluye una etapa de separacion por membrana selectiva.
  2. 2. Un proceso segun la reivindicacion 1, llevandose a cabo dicha etapa de separacion por membrana selectiva con al menos una membrana selectiva de agua.
  3. 3. Un proceso segun la reivindicacion 1, concentrandose la solucion acuosa procedente de la seccion de recuperacion con otro proceso, tal como evaporacion o cristalizacion, antes o despues de dicha etapa de separacion por membrana selectiva.
  4. 4. Un proceso segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, llevandose a cabo dicha etapa de concentracion por membrana selectiva con una pluralidad de membranas.
  5. 5. Un proceso segun la reivindicacion 4, llevandose a cabo dicha etapa de concentracion por membrana selectiva con una pluralidad de membranas de diferente naturaleza para la eliminacion de agua y otros contaminantes de la solucion acuosa de urea, tales como amoniaco y/o carbonatos.
  6. 6. Una planta para la smtesis de urea, que comprende una seccion de smtesis (10), una seccion de recuperacion (14) y una seccion de concentracion (16) para eliminar el agua de una solucion acuosa de urea descargada por la seccion de recuperacion, caracterizada por que dicha seccion de concentracion (16) incluye al menos una membrana selectiva.
  7. 7. Una planta segun la reivindicacion 6, en la que dicha seccion de concentracion (16) incluye una membrana selectiva de agua.
  8. 8. Una planta segun la reivindicacion 7, en la que dicha membrana selectiva de agua es permeable al agua y sustancialmente impermeable a otros constituyentes de la solucion acuosa; dicha membrana proporciona una separacion entre un lado de suministro y un lado de descarga de la membrana; una solucion acuosa de urea se admite en dicho lado de suministro de la membrana, y se obtiene un flujo (17) compuesto principalmente por agua en dicho lado de descarga.
  9. 9. Un metodo para modernizar una planta de urea, comprendiendo la planta de urea una seccion de smtesis (10), una seccion de recuperacion (14), y una seccion de concentracion (16) para eliminar el agua de una solucion acuosa de urea descargada por la seccion de recuperacion, el metodo de modernizacion se caracteriza por la provision, en la seccion de concentracion (16), de al menos una membrana selectiva para la separacion de agua y/u otros contaminantes de la solucion acuosa de urea.
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