FR2480280A1 - IMPROVEMENTS TO PROCESSES FOR SYNTHESIS OF UREA - Google Patents
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Abstract
ETANT DONNE QUE LA MISE EN OEUVRE D'UN PROCEDE POUR LA SYNTHESE DE L'UREE ENTRAINE UNE CORROSION EXCESSIVE DE L'EQUIPEMENT PAR DES FLUIDES DE TRAITEMENT, ON SE SERT, CONFORMEMENT A L'INVENTION, D'UN EQUIPEMENT REVETU DE MATERIAUX DU TYPE CARBURE DE SILICIUM, HAUTEMENT RESISTANT A LA CORROSION ET A L'EROSION PROVOQUEE PAR DES PHENOMENES DE CAVITATION, DANS DES EMPLACEMENTS OU INTERVIENT PRECISEMENT UNE CAVITATION, COMME ENTRE LA SURFACE INTERIEURE 6 DU SIEGE ANNULAIRE 5 ET LA POINTE 4 DE L'OBTURATEUR 3 D'UN MANODETENDEUR OU CIRCULE UN FLUIDE A GRANDE VITESSE, SOUS UNE HAUTE PRESSION ET A UNE TEMPERATURE ELEVEE.SINCE THE IMPLEMENTATION OF A PROCESS FOR THE SYNTHESIS OF UREA CAUSES EXCESSIVE CORROSION OF THE EQUIPMENT BY TREATMENT FLUIDS, IN ACCORDANCE WITH THE INVENTION, EQUIPMENT COATED WITH MATERIALS OF THE TREATMENT IS USED. SILICON CARBIDE TYPE, HIGHLY RESISTANT TO CORROSION AND EROSION CAUSED BY CAVITATION PHENOMENA, IN LOCATIONS WHERE CAVITATION PRECISELY OCCURS, SUCH AS BETWEEN THE INTERIOR SURFACE 6 OF THE RING SEAT 5 AND THE SHUTTER POINT 4 OF A PRESSURE REGULATOR OR CIRCULATES A FLUID AT HIGH SPEED, AT HIGH PRESSURE AND AT A HIGH TEMPERATURE.
Description
"Perfectionnements aux procédés pour la synthèse de l'urée"."Improvements to processes for the synthesis of urea".
L'invention concerne des perfectionnements aux procédés pour la mise en oeuvre desquels on utilise un équipement The invention relates to improvements to the methods for implementing which equipment is used.
comportant des matériaux du type carbure de silicium. comprising materials of the silicon carbide type.
La corrosion de matériaux de construction dans une ins- tallation de synthèse d'urée constitue un sérieux problème Corrosion of building materials in a urea synthesis facility is a serious problem
étant donné que la mise en oeuvre d'un procédé pour la syn- since the implementation of a process for the syn-
thèse de l'urée implique la manipulation d'un fluide de traitement hautement corrosif et qui se trouve porté à une urea thesis involves the manipulation of a highly corrosive treatment fluid which is brought to a
haute température et sous une haute pression. En particu- high temperature and high pressure. In particular
lier, un manodétendeur nécessite l'utilisation d'un matériau spécial, la valve étant située entre une tour de synthèse (dans laquelle est introduit un fluide de traitement sous bind, a pressure regulator requires the use of a special material, the valve being located between a synthesis tower (into which a treatment fluid is introduced under
une pression de 150 à 250 atmosphères pour la synthèse d'u- a pressure of 150 to 250 atmospheres for the synthesis of a
rée) et un récipient de décomposition dans lequel on sépare et on récupère l'ammoniac et le bioxyde de carbone n'ayant ) and a decomposition vessel in which the ammonia and carbon dioxide which have not been separated and recovered
pas réagi. La raison pour laquelle il est nécessaire d'uti- not reacted. The reason why it is necessary to use
liser un matériau spécial est que l'on doit amener dans l'ap- reading a special material is that you have to bring in the app-
pareillage un fluide de traitement à haute température et sous une haute pression, et hautement corrosif, la pression similar a treatment fluid at high temperature and under high pressure, and highly corrosive, the pressure
dudit fluide étant abaissée par le manodétendeur et en sor- said fluid being lowered by the pressure regulator and out
tant ensuite à une grande vitesse. Des dommages excessifs, imputables à des causes chimiques et physiques et qui sont so much then at great speed. Excessive damage, due to chemical and physical causes, which is
dus à la corrosion et à une érosion provoquée Dar la cavita- due to corrosion and erosion caused by cavita-
tion, apparaissent donc dans des portions du manodétendeur, ce qui rend très brève la durée de service utile d'un tel agencement quand il est construit en utilisant un matériau ordinaire. D'une manière classique, un alliage du type communément tion, therefore appear in portions of the pressure regulator, which makes the useful life of such an arrangement very short when it is constructed using ordinary material. In a conventional manner, an alloy of the type commonly
dénommé "acier inoxydable', ou bien le zirconium ou un allia- referred to as "stainless steel", or zirconium or an alloy
ge de zirconium, ont constitué les matériaux utilisés pour zirconium, were the materials used for
établir l'équipement servant à la mise en oeuvre d'un procé- establish the equipment used to implement a process
dé pour la synthèse d'urée. -dice for urea synthesis. -
Par exemple, un acier inoxydable austénitique, quand on For example, an austenitic stainless steel, when we
l'utilise comme matériau pour établir l'équipement de trai- uses it as a material to build processing equipment
tement, soulève un problème parce que sa résistance insuffi- raises a problem because its insufficient resistance
sante à la corrosion provoque une dissolution de matière par suite de corrosion en cours d'utilisation; il en résulte corrosion health causes material to dissolve as a result of corrosion during use; it results
une défaillance prématurée du manodétendeur. premature pressure regulator failure.
D'autre part, on a tenté d'utiliser du zirconium et un alliage de zirconium pour réaliser effectivement la synthèse d'urée car ces matériaux possèdent une haute résistance à la On the other hand, attempts have been made to use zirconium and a zirconium alloy to effectively carry out the synthesis of urea because these materials have a high resistance to
corrosion dans les fluides de traitement pour cette synthè- corrosion in the processing fluids for this synthesis
se. Mais la dureté du zirconium et d'un alliage de zirco- se. But the hardness of zirconium and a zirconia alloy
nium est faible; par exemple, la dureté du zirconium à un degré de pureté de 99,5 % n'est que de 150 degrés Brinell, nium is weak; for example, the hardness of zirconium at a degree of purity of 99.5% is only 150 degrees Brinell,
c'est-à-dire à peu près la même que celle d'un acier doux. i.e. roughly the same as that of mild steel.
Le zircoriuii et un El13iage de zirconium sont donc vulnéra- Zircoriuii and an El13iage of zirconium are therefore vulnerable to
bles à une attaque physique et, par exemple, dans,une ins- bles to a physical attack and, for example, in an ins-
tallation pour la synthèse d'urée o se trouve agencé un tallation for the synthesis of urea where is arranged a
manodétendeur en zirconium, cet appareil est rapidement en- zirconium pressure regulator, this device is quickly
dommagé par érosion due à une cavitation pendant la mise en circulation d'eau ordinaire ou d'eau ammoniacale avant la production d'urée, ce qui a pour résultat un fonctionnement de plus en plus défectueux dudit manodétendeur. Récemment, en vue de résoudre ce problème, on a eu recours d'abord à damaged by erosion due to cavitation during the circulation of ordinary water or ammoniacal water before the production of urea, which results in an increasingly defective operation of said pressure regulator. Recently, in order to resolve this problem, recourse was first made to
un manodétendeur établi en un matériau physiquement résis- a pressure regulator made of a physically resistant material
tant tel que de l'acier inoxydable pendant l'opération de mise en circulation d'eau ordinaire ou d'eau ammoniacale, as such as stainless steel during the operation of circulating ordinary water or ammoniacal water,
après quoi on remplace cet appareil par un autre manodéten- after which we replace this device with another pressure gauge
deur établi en un matériau hautement résistant à la corro- made from a material highly resistant to corrosion
sion, tel que du zirconium,avant la mise en marche de l'o- ion, such as zirconium, before switching on the o
pération de production d'urée. Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, la technique présentement pratiquée consiste à utiliser un manodétendeur établi en un premier matériau et que l'on remplace par un manodétenteur construit en un autre matériau choisi selon le type du fluide qui s'écoule au peration of urea production. As mentioned above, the technique currently used consists in using a pressure regulator made of a first material and which is replaced by a pressure regulator constructed of another material chosen according to the type of fluid flowing at
travers de l'appareil, mais cette façon d'opérer rend natu- across the device, but this way of operating makes it natural
rellement incommode et inefficace le fonctionnement d'une installation pour la synthèse d'urée et, en même temps, fait apparaître la possibilité d'un dommage inattendu provoqué par la variation des conditions opératoires aussi bien qu'un problème de sécurité d'une installation qu'il faut faire The operation of an installation for the synthesis of urea is really inconvenient and ineffective and, at the same time, reveals the possibility of unexpected damage caused by the variation in operating conditions as well as a safety problem of an installation. What to do
fonctionner à une haute température et sous une haute pres- operate at high temperature and under high pressure
sion.if we.
En résumé, l'invention a pour objet de réaliser un pro- In summary, the object of the invention is to achieve a pro-
cédé pour la synthèse d'urée qui permette de prolonger long- yielded for the synthesis of urea which makes it possible to prolong long-
temps l'opération de synthèseavec une haute stabilité quel- time the synthesis operation with high stability whatever
les que soient les conditions opératoires, en résolvant les problèmes susmentionnés d'érosion (due à une cavitation) et whatever the operating conditions, by solving the above-mentioned problems of erosion (due to cavitation) and
de corrosion observables lors de la mise en oeuvre d'un pro- corrosion observed during the implementation of a pro-
cédé de synthèse d'urée en utilisant du carbure de silicium dans des portions de l'appareillage susceptibles de subir yielded from urea synthesis using silicon carbide in portions of the apparatus liable to undergo
des dommages.damage.
La figure unique du dessin ci-annexé représente schéma- The single figure of the attached drawing shows a diagram
tiquement, en coupe, un dispositif utilisable lors de la mi- tically, in section, a device usable during mid-
se en oeuvre d'un procédé selon l'invention. use of a method according to the invention.
On décrit ci-après en détail un mode de réalisation An embodiment is described below in detail.
d'un procédé selon l'invention.of a method according to the invention.
Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, on observe une forte tendance, lors de la.mise en oeuvre d'un procédé pour la synthèse d'urée, à une érosion (due à la cavitation) et à As mentioned above, there is a strong tendency, when implementing a process for the synthesis of urea, to erosion (due to cavitation) and to
une corrosion excessives dans un équipement tel qu'un mano- excessive corrosion in equipment such as mano
détendeur. Pour empocher que de tels phénomènes dommagea- regulator. To prevent such damaging phenomena
bles interviennent, il est nécessaire d'utiliser des maté- They intervene, it is necessary to use materials
riaux possédant une haute résistance à la corrosion et une haute résistance à l'usure dans un équipement susceptible d'une telle corrosion et d'une telle érosion par suite de cavitation, comme on l'a mentionné cidessus. Le carbure de silicium est un matériau qui satisfait à ces exigences. Les matériaux du type carbure de silicium comprennent soit un matériau constitué uniquement par du carbure de silicium (carbure de silicium simple), soit un matériau revêtu dans lequel une substance de base (choisie parmi des métaux, des Rials with high corrosion resistance and high wear resistance in equipment susceptible to such corrosion and erosion as a result of cavitation, as mentioned above. Silicon carbide is a material that meets these requirements. Materials of the silicon carbide type comprise either a material consisting solely of silicon carbide (simple silicon carbide), or a coated material in which a base substance (chosen from metals,
matières céramiques ou du graphite) est revêtueavec du car- ceramic or graphite) is coated with car-
bure de silicium en ayant recours à une technique de forma- silicon bure by using a technique of forma-
tion de revêtement telle la pulvérisation et la projection dans un plasma, la formation chimique d'un dépôt à partir d'une vapeur, ou la formation physique d'un dépÈt à partir d'une vapeur. Un matériau du type carbure de silicium ayant une forte densité (poids spécifique non inférieur à 2,9) est tion of coating such as spraying and spraying into a plasma, the chemical formation of a deposit from a vapor, or the physical formation of a deposit from a vapor. A material of the silicon carbide type having a high density (specific gravity not less than 2.9) is
préférable à d'autres matériaux du type carbure de silicium. preferable to other materials of the silicon carbide type.
On décrit ci-après, en se référant au dessin ci-annexé, un mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, on utilise un matériau du type carbure dans le manodétendeur. La figure unique du dessin montre schématiquement, en coupe, un manodétendeur comprenant un corps de valve 1, un orifice 2 d'entrée de fluide, un obturateur du type pointeau 3, et un siège annulaire 5. Un An embodiment of the present invention is described below, with reference to the accompanying drawing. In this embodiment, a material of the carbide type is used in the pressure regulator. The single figure of the drawing schematically shows, in section, a pressure regulator comprising a valve body 1, a fluid inlet orifice 2, a needle type shutter 3, and an annular seat 5. A
fluide de traitement à haute température et sous haute pres- treatment fluid at high temperature and under high pressure
sion pénètre dans le corps de velve 1 par l'orifice d'entrée 2 et s'écoule au travers de l'espace resté libre entre la sion enters the velve body 1 through the inlet 2 and flows through the space between the
pointe 4 de l'obturateur 3 et le bord supérieur de la surfa- tip 4 of the shutter 3 and the upper edge of the surface
ce intérieure du siège annulaire 5 de la valve, la pression du fluide de traitement se trouvant alors abaissée. Le taux de l'abaissement de pression est commandé et réglé par un this interior of the annular seat 5 of the valve, the pressure of the treatment fluid then being lowered. The rate of pressure reduction is controlled and regulated by a
déplacement vertical, dans un sens ou dans l'autre, de l'ob- vertical displacement, in one direction or the other, of the ob-
turateur 3 de la valve servant de manodétendeur. En foncti- valve actuator 3 serving as a pressure regulator. In operation
onnement effectif, la pointe 4 de l'obturateur et la surface intérieure 6 sont exposées au fluide de traitement circula-nt à grande vitesse et se trouvent par conséquent soumises à effective operation, the tip 4 of the shutter and the interior surface 6 are exposed to the treatment fluid circulating at high speed and are therefore subject to
une corrosion et à une érosion excessives du fait de la ca- excessive corrosion and erosion due to
vitation. Il est donc nécessaire d'utiliser, pour consti- vitation. It is therefore necessary to use, for consti-
tuer ces portions du manodétendeur, des matériaux possédant une haute résistance à la corrosion et une haute résistance kill these portions of the pressure regulator, materials with high corrosion resistance and high resistance
à l'usure. Dans les modes de réalisation de la présente in- to wear. In the embodiments of the present in-
vention, on se sert d'un matériau du type carbure de sili- Please note, we use a material such as silicon carbide.
cium.cium.
Bien que, dans l'exemple ci-dessus, on ne décrive qu'un Although, in the example above, only one is described
manodétendeur, il ne faut pas perdre de vue que des maté- pressure regulator, you should not lose sight of the fact that
riaux du type carbure de silicium sont utilisables aussi dans toute portion d'un équipement du genre en question qui rials of the silicon carbide type can also be used in any portion of equipment of the kind in question which
est exposée à un fluide hautement corrosif dans des installa- is exposed to a highly corrosive fluid in installations
tions servant à la synthèse de l'urée, et que de tels maté- for the synthesis of urea, and that such materials
riaux sont plus spécialement efficaces dans des zones o rials are especially effective in areas where
circule un fluide à grande vitesse. Par exemple, l'utilisa- circulates a fluid at high speed. For example, the use of
tion de matériaux du type carbure de silicium est très effi- tion of materials such as silicon carbide is very effective
cace et intéressante dans des valves agencées dans des cana- cient and interesting in valves arranged in cana-
lisations de recyclage.recycling rations.
En ce qui concerne la présente invention, des procédés dans lesquels on utilise des matériaux du type carbure de silicium sont les procédés classiques pour la synthèse de l'urée. Grâce à la mise en oeuvre de la présente invention, l'utilisation de carbure de silicium hautement résistant à la corrosion et résistant à l'usure dans des installations o s'effectue la synthèse de l'urée a permis d'éliminer la nécessité de remplacer des valves qui sont endommagées par suite d'une corrosion, ou d'une érosion provoquée par la cavitation, en cours de fonctionnement, ou la nécessité de As regards the present invention, methods in which materials of the silicon carbide type are used are the conventional methods for the synthesis of urea. Thanks to the implementation of the present invention, the use of silicon carbide highly resistant to corrosion and resistant to wear in installations where the synthesis of urea is carried out has made it possible to eliminate the need for replace valves that are damaged due to corrosion, or erosion caused by cavitation, during operation, or the need for
changer des valves pour les remplacer par des valves éta- change valves to replace them with standard valves
blies en des matériaux différents selon le type du fluide de traitement utilisé, ces nécessités s'imposant par suite du manque de matériaux appropriés. L'utilisation de carbure de silicium a aussi permis d'éviter les dommages causés par des variations des conditions opératoires, tout en améliorant là sécurité et la stabilité au cours du fonctionnement d'une installation o s'effectue la synthèse d'urée à de hautes températures et sous de hautes pressions, le rendement de blies in different materials depending on the type of treatment fluid used, these necessities being imposed due to the lack of suitable materials. The use of silicon carbide has also made it possible to avoid damage caused by variations in operating conditions, while improving safety and stability during the operation of a facility where urea synthesis takes place. high temperatures and high pressures, the efficiency of
l'installation étant en même temps amélioré. the installation being improved at the same time.
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