IT201600115907A1

IT201600115907A1 - Processo e impianto integrati di produzione di urea e miscele uas (urea-amonio solfato)

Info

Publication number: IT201600115907A1
Application number: IT102016000115907A
Authority: IT
Inventors: Lorenzo Bruno; Lino Carlessi
Original assignee: Saipem Spa
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2018-05-16
Also published as: WO2018092057A1; JP6983234B2; EP3541781A1; JP2019537606A; US10870584B2; US20190276325A1; EP3541781B1

Description

“PROCESSO E IMPIANTO INTEGRATI DI PRODUZIONE DI UREA E MISCELE UAS (UREA-AMONIO SOLFATO)”

La presente invenzione è relativa a un processo e un impianto integrati di produzione di urea e di miscele ureaammonio solfato (UAS).

Come noto, l’urea è prodotta su scala industriale tramite processi basati sulla reazione, in condizioni di alta temperatura e alta pressione, tra biossido di carbonio e ammoniaca a formare carbammato d’ammonio, e sulla successiva reazione di decomposizione del carbammato d’ammonio a fornire urea e acqua.

In generale, la reazione di sintesi di urea è condotta in un reattore da cui si ottiene una soluzione acquosa di urea che viene poi concentrata progressivamente, con recupero e riciclo dei reagenti non convertiti, e solidificata in una sezione di finitura (per esempio, un granulatore o una torre di prilling).

Per esempio, nel tradizionale processo urea cosiddetto “Snamprogetti”, sono previste sei sezioni:

1. sezione di sintesi e recupero di alta pressione (Synthesis and High Pressure (HP) Recovery Section);

2. sezione di purificazione e recupero di media pressione (Medium Pressure (MP) Purification and Recovery Section);

3. sezione di purificazione e recupero di bassa pressione (Low Pressure (LP) Purification and Recovery Section);

4. sezione di concentrazione sottovuoto (Vacuum Concentration Section);

5. sezione di trattamento dei condensati di processo (Process Condensate Treatment Section);

6. sezione di finissaggio (Finishing Section) tramite prilling o granulazione.

Nella sezione di sintesi e recupero di alta pressione, NH3 e CO2 reagiscono in un reattore per dare carbammato e urea (e acqua). In uscita dal reattore, carbammato e urea vengono inviati a uno stripper dove si recuperano NH3, CO2 e carbammato d’ammonio che sono riciclati al reattore.

L’uscita di fondo dello stripper è collegata alla sezione di purificazione e recupero di media pressione, dove il carbammato, non decomposto nello stripper, viene decomposto a circa 18 bar in un primo decompositore/scambiatore (per esempio, utilizzando vapore). I prodotti di decomposizione sono NH3 e CO2, che vengono pure riciclati al reattore urea, insieme a quanto viene recuperato dalla sezione di purificazione e recupero di bassa pressione.

Il fondo della sezione di purificazione e recupero di media pressione è collegato alla sezione di purificazione e recupero di bassa pressione, dove il carbammato rimanente viene decomposto a circa 4,5 bar in un altro decompositore/scambiatore (per esempio, sempre utilizzando vapore). Dalla testa del decompositore di media pressione escono NH3, CO2 e acqua, che dopo condensazione sono riciclati al reattore insieme a NH3, CO2 e acqua provenienti dalla sezione di bassa pressione.

L’urea uscente dalla sezione di bassa pressione è concentrata nella sezione di concentrazione sottovuoto fino a valori di circa 96÷99,7% prima di essere inviata al granulatore o alla torre di prilling per ottenere il prodotto finale in forma di urea granulata o prillata.

Tra i vari impieghi dell’urea, di particolare rilievo è l’uso come fertilizzante azotato, grazie al contenuto di azoto molto elevato.

D’altra parte, alcune coltivazioni intensive, per esempio di grano, riso, cotone, tè, eccetera, hanno bisogno, oltre che di azoto, anche di potassio, fosforo e zolfo per avere una resa produttiva maggiore.

Azoto e potassio sono gli elementi che più abbisognano, ma anche fosforo e zolfo hanno la loro importanza per una buona resa produttiva.

In particolare, lo zolfo abbinato all’urea svolge due funzioni fondamentali: aumenta la produttività nelle coltivazioni dove è utilizzato; e rende l’azoto dell’urea maggiormente disponibile nel terreno, limitandone la dispersione nell’atmosfera.

Si è quindi diffuso l’impiego come fertilizzante di una miscela liquida di urea e solfato di ammonio nota come UAS, in cui la presenza di zolfo (indicativamente, intorno al 5%) assicura lo svolgimento delle funzioni sopra indicate. Questa miscela liquida generalmente viene solidificata e granulata per poter meglio essere applicata ai vari tipi di coltivazione.

La miscela UAS da usare come fertilizzante può essere preparata per esempio con urea uscente da un tradizionale impianto urea e granulata insieme a del solfato di ammonio prodotto da ammoniaca e acido solforico in un apposito reattore, tipicamente in un reattore tubolare (pipe reactor).

Al momento, le linee di produzione di urea e di UAS sono sostanzialmente autonome o scarsamente integrate; in particolare, l’impianto di produzione di solfato di ammonio è di fatto scarsamente integrato nel processo di produzione di urea.

Sarebbe invece desiderabile una maggiore e migliore integrazione del processo/impianto urea con il processo/impianto di produzione di UAS, che porti a un incremento di efficienza di produzione di urea, solfato di ammonio e/o UAS.

È uno scopo della presente invenzione quello di fornire un processo e un impianto integrati di produzione di urea e di miscele urea-ammonio solfato (UAS) che consentano di ovviare agli inconvenienti sopra evidenziati della tecnica nota; in particolare, è uno scopo dell’invenzione quello di migliorare l’efficienza della produzione congiunta di urea e di miscele UAS.

La presente invenzione è dunque relativa a un processo e un impianto integrati per la produzione congiunta di urea e di miscele UAS come definiti in termini essenziali nelle annesse rivendicazioni 1 e, rispettivamente, 12.

Caratteri addizionali preferiti dell’invenzione sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti.

L’invenzione fornisce un processo e un impianto integrati per la produzione congiunta di urea e di miscele UAS che permettono di produrre urea e UAS con incrementata efficienza rispetto alla tecnica nota.

Infatti, in accordo all’invenzione si utilizzano nella produzione di UAS (in particolare, per produrre solfato di ammonio) effluenti gassosi (off-gas) dell’impianto urea contenenti ammoniaca, che così viene opportunamente recuperata.

Inoltre, in accordo all’invenzione nella produzione di UAS si utilizza dell’acqua prelevata dal ciclo produttivo dell’urea; siccome l’acqua sfavorisce la reazione di formazione dell’urea, la riduzione del contenuto d’acqua nel processo urea e il suo impiego nel processo di produzione di UAS permette un incremento della conversione nel reattore di sintesi urea.

Nell’impianto/processo dell’invenzione, un apparato di produzione di solfato di ammonio è efficacemente integrato in un impianto urea. In accordo all’invenzione, l’apparato di produzione di solfato di ammonio non è un tradizionale reattore tubolare o altro reattore normalmente impiegato per la produzione di solfato di ammonio, ma bensì un apparato appositamente ideato per essere integrato nel processo/impianto urea e precisamente uno scrubber ciclonico (“cyclonic spray scrubber”) multistadio.

In tale scrubber ciclonico vengono inviati gli effluenti gassosi contenenti ammoniaca provenienti dall’impianto urea e precisamente dal decompositore a bassa pressione e dai condensatori a bassa e a media pressione. L’ammoniaca contenuta in questi effluenti gassosi viene fatta reagire con acido solforico nebulizzato. La reazione esotermica permette di ottenere solfato di ammonio in polvere; la polvere viene separata dai gas tramite lo scrubber ciclonico e mischiata a urea liquida sul fondo dello stesosi scrubber ciclonico per formare la miscela ureasolfato di ammonio (UAS).

La reazione tra acido solforico e ammoniaca, essendo esotermica, può portare a un incremento eccessivo della temperatura dei gas e delle polveri nello scrubber ciclonico. Per permettere il controllo della temperatura (mantenendola in particolare intorno a 150÷200°C) è possibile utilizzare una soluzione acquosa proveniente dal condensatore della sezione di bassa pressione, oppure dalla condensazione dell’acqua proveniente dai gas uscenti dallo scrubber ciclonico.

Inoltre è possibile utilizzare parte del calore di reazione tra ammoniaca e acido solforico per far evaporare acqua dall’urea proveniente dalla sezione di bassa pressione ed inviata sul fondo dello scrubber ciclonico.

Il solfato di ammonio prodotto nello scrubber ciclonico viene mischiato con urea per formare un eutettico in cui la concentrazione del solfato di ammonio è inferiore al 70%: ciò permette di mantenere fusa la miscela uscente dallo scrubber ciclonico con temperature inferiori a 150°C.

La miscela viene inviata quindi alla sezione di finissaggio per la solidificazione (granulazione o prilling) insieme alla restante urea per formare una miscela UAS nelle concentrazioni desiderate.

I gas uscenti dallo scrubber ciclonico e contenenti idrogeno, ossigeno, azoto, metano e CO2 con una temperatura superiore ai 150°C possono essere inviati in un combustore catalitico, dove l’idrogeno e il metano si trasformano in acqua e CO2. I gas uscenti dal combustore catalitico possono essere raffreddati a temperature fino a 70°C per recuperare calore e riscaldare aria che può essere utilizzata, per esempio, nel granulatore della sezione di finissaggio. Dai gas freddi si recupera acqua di condensazione, che può essere parzialmente inviata allo scrubber ciclonico per il controllo della temperatura; la parte rimanente dell’acqua recuperata viene inviata alla sezione di trattamento dei condensati di processo.

In alternativa, soprattutto qualora per la solidificazione dell’urea si abbia una torre di prilling, i gas uscenti dal combustore catalitico possono essere raffreddati con una caldaia per recuperare calore e produrre vapore da utilizzare nell’impianto urea. I gas uscenti dalla caldaia possono essere inviati in uno scambiatore per essere raffreddati fino a 70°C. Anche in questo caso, dai gas freddi si recupera acqua di condensazione, che può essere in parte inviata al ciclone per il controllo della temperatura, e in parte inviata alla sezione di trattamento dei condensati di processo.

I principali vantaggi conseguiti dall’invenzione sono quindi i seguenti:

1. completa eliminazione delle emissioni di ammoniaca dagli effluenti gassosi (off-gas) inviati in atmosfera;

2. riduzione del riciclo di acqua al reattore di sintesi urea con conseguente incremento della sua resa di conversione;

3. riduzione dell’acqua di raffreddamento utilizzata per il raffreddamento e la condensazione dei gas provenienti dalla testa del decompositore della sezione di bassa pressione;

4. recupero del calore di reazione tra ammoniaca e acido solforico;

5. recupero del calore di combustione degli effluenti gassosi senza formazione di ossidi di azoto.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dei seguenti esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:

– la figura 1 è una vista schematica di un impianto integrato di produzione di urea e di miscele urea-ammonio solfato (UAS) in accordo all’invenzione;

– la figura 2 è una vista schematica in sezione longitudinale di un apparato facente parte dell’impianto di figura 1;

– la figura 3 è una vista schematica di una variante dell’impianto integrato di figura 1.

In figura 1 è indicato nel suo complesso con 1 un impianto integrato per la produzione di urea e UAS (miscela urea-solfato di ammonio), operante in attuazione del processo integrato per la produzione di urea e UAS in accordo all’invenzione.

L’impianto 1 comprende un impianto urea 2 e un apparato 3 di produzione di solfato di ammonio.

L’impianto urea 2, come anche il processo di produzione di urea in esso attuato, possono essere di vario tipo.

Qui si fa riferimento, a titolo puramente esemplificativo, a un impianto/processo di produzione di urea secondo la nota tecnologia “Snamprogetti”. Resta inteso che l’invenzione si applica anche ad altri impianti/processi di produzione di urea.

Nella configurazione non limitativa illustrata, ma non necessariamente, l’impianto urea 2 comprende: un reattore 4 di sintesi di urea dove avviene una reazione di sintesi di urea da ammoniaca e biossido di carbonio; delle sezioni 5, 6, 7 di recupero, in particolare una sezione 5 di recupero di alta pressione, una sezione 6 di recupero di media pressione e una sezione 7 di recupero di bassa pressione, in cui si concentra progressivamente una soluzione di urea prodotta nel reattore 4 con rimozione da essa di ammoniaca e biossido di carbonio non reagiti e acqua e ricircolazione dei componenti recuperati; una sezione 8 di concentrazione sottovuoto dotata di un sistema di vuoto 9 e collegata a una sezione 10 di trattamento dei condensati di processo (essenzialmente, acqua); una sezione 11 di finissaggio/solidificazione, comprendente per esempio un granulatore o una torre di prilling.

Nel seguito non sono descritti in dettaglio tutti i componenti delle varie sezioni, ma solo i principali utili alla comprensione della presente invenzione.

Il reattore 4 è alimentato con NH3 e CO2 attraverso rispettive linee 12, 13 di alimentazione, collegate a rispettivi ingressi 12a, 13a da cui NH3 e CO2 entrano nell’impianto 1. Una linea principale urea 14 collega un’uscita prodotti 15 del reattore 4 con le sezioni 5, 6, 7 di recupero e con la sezione 8 di concentrazione sottovuoto. Un circuito di recupero 16 (comprendente vari apparati e linee, non descritti in dettaglio per semplicità) collega le sezioni 5, 6, 7 di recupero e la sezione 8 di concentrazione tra loro e alla linea 12 di alimentazione NH3 per ricircolare al reattore 4 componenti non reagiti recuperati dalle sezioni 5, 6, 7 di recupero.

In particolare, la linea principale urea 14 collega in serie (tramite rispettivi tratti di linea): il reattore 4; uno stripper 17 della sezione 5 di recupero di alta pressione; un decompositore 18 di media pressione nella sezione 6 di recupero di media pressione; un decompositore 19 di bassa pressione nella sezione 7 di recupero di bassa pressione; uno scambiatore/concentratore 20 nella sezione 8 di concentrazione; un granulatore o una torre di prilling (non illustrati in dettaglio) della sezione 11 di finissaggio/solidificazione.

Nello stripper 17, collocato lungo la linea principale urea 14, si recuperano NH3 e CO2 non convertiti e carbammato d’ammonio che sono riciclati al reattore 4 attraverso il circuito di recupero 16.

Lo stripper 17 ha una uscita di fondo collegata, tramite un tratto 14a della linea principale urea 14, alla sezione 6 di recupero di media pressione e in particolare al decompositore 18 di media pressione, dove il carbammato viene decomposto (per esempio a circa 18 bar utilizzando vapore) a dare NH3 e CO2, che vengono estratti da un’uscita di testa del decompositore 18 e riciclati al reattore 4 tramite il circuito di recupero 16.

Il decompositore 18 di media pressione è a sua volta collegato tramite un ulteriore tratto 14b della linea principale urea 14 al decompositore 19 di bassa pressione, dove viene decomposto il carbammato rimanente (per esempio, a circa 4,5 bar utilizzando vapore).

Un ulteriore tratto 14c della linea principale urea 14 collega un’uscita di fondo del decompositore 19 di bassa pressione con la sezione 8 di concentrazione, in particolare con lo scambiatore/concentratore 20 dove la soluzione di urea uscente dalla sezione 7 di recupero di bassa pressione è concentrata fino a valori di circa 96÷99,7% prima di essere inviata, attraverso un tratto 14d della linea principale urea 14, alla sezione 11 di finissaggio/solidificazione per essere granulata o prillata.

Nelle sezioni 5, 6, 7 di recupero si producono, in particolare lungo il circuito di recupero 16, degli effluenti gassosi contenenti ammoniaca; inoltre, in uscita dal decompositore 19 di bassa pressione si hanno degli effluenti gassosi ricchi di ammoniaca e acqua.

In accordo all’invenzione, questi effluenti gassosi sono utilizzati nell’apparato 3 di produzione di solfato di ammonio per produrre solfato di ammonio e successivamente UAS.

Preferibilmente, come mostrato in figura 1, sono inviati all’apparato 3 effluenti gassosi contenenti ammoniaca prodotti nella sezione 6 di recupero di media pressione e nella sezione 7 di recupero di bassa pressione.

Tuttavia, possono essere usati anche, insieme o in alternativa ai precedenti, effluenti gassosi provenienti dalla sezione 5 di recupero di alta pressione. L’apparato 3 comprende uno scrubber ciclonico 30 multistadio, dove l’ammoniaca contenuta negli effluenti gassosi recuperati dall’impianto urea 2 reagisce con acido solforico per formare solfato di ammonio.

Con riferimento anche alla figura 2, lo scrubber ciclonico 30 comprende una pluralità di stadi 31, definiti da rispettivi cicloni 35 in serie.

Nell’esempio non limitativo illustrato, ma non necessariamente, lo scrubber ciclonico 30 comprende quattro stadi 31a, 31b, 31c, 31d.

In particolare, lo scrubber ciclonico 30 si estende sostanzialmente lungo un asse A longitudinale, verticale in uso, tra una estremità 36 superiore, provvista di una uscita di testa 37, e una estremità 38 inferiore, provvista di una uscita di fondo 39; lo scrubber ciclonico 30 ha un involucro 40 esterno delimitante una camera 41 di trattamento interna.

Gli stadi 31 sono disposti in serie lungo l’asse A, dall’estremità 36 superiore (dove si trova il primo stadio 31a) all’estremità 38 inferiore (dove si trova il quarto stadio 31d).

Nella camera 41 è alloggiato un corpo tubolare 42 centrale, collocato lungo l’asse A e comunicante con l’uscita di testa 37.

I cicloni 35 definenti i rispettivi stadi 31 sono collocati uno sull’altro lungo l’asse A e comunicano internamente uno con l’altro.

Preferibilmente, i cicloni 35 definiscono rispettive porzioni della camera 41 e sono delimitati da rispettive porzioni di parete laterale 43, per esempio sostanzialmente cilindriche, dell’involucro 40.

I cicloni 35 hanno preferibilmente dimensioni, in particolare diametro, crescenti lungo l’asse A verso il basso, cioè verso l’estremità 38 inferiore provvista dell’uscita di fondo 39.

Ogni ciclone 35, cioè ogni stadio 31, si estende lungo e attorno all’asse A tra una estremità inferiore 44 aperta, e una testa 45 superiore dotata di una flangia 46 anulare, provvista di un dispositivo di iniezione 47.

Preferibilmente, ciascun dispositivo di iniezione 47 ha una pluralità di ugelli distribuiti sulla rispettiva flangia 46 e angolarmente spaziati uno dall’altro lungo la flangia 46.

Ogni ciclone 35 ha un ingresso 48 tangenziale, ricavato nella rispettiva porzione di parete laterale 43 in prossimità della flangia 46 e al di sotto della flangia 46.

Al di sotto dell’ultimo stadio 31d è collocata una porzione di raccolta 49 rastremata verso l’estremità 38 inferiore e l’uscita di fondo 39.

Il corpo tubolare 42 ha una apertura inferiore 51, collocata alla sommità dello stadio 31d (stadio 31 più basso, cioè più prossimo all’estremità 38 inferiore), e una apertura superiore 52 definente o comunicante con l’uscita di testa 37.

Preferibilmente, lo scrubber ciclonico 30 è realizzato in acciaio al carbonio rivestito internamente con una resina fluoropolimerica (quale PFA) resistente a temperature fino a 300°C e ad ambienti acidi.

L’impianto 1 comprende poi:

- una linea off-gas 53 di media pressione, che collega un’uscita gas 54 della sezione 6 di recupero di media pressione, in particolare un’uscita gas di testa di un assorbitore 55 della sezione 6 di recupero di media pressione, con l’apparato 3 e precisamente con l’ingresso 48 del primo stadio 31a dello scrubber ciclonico 30 (l’assorbitore 55 avendo poi un’uscita di fondo da cui si ricircola un condensato recuperato nell’assorbitore 55);

- una prima linea 56 off-gas di bassa pressione, che collega una prima uscita gas 57 della sezione 7 di recupero di bassa pressione, in particolare un’uscita gas di testa del decompositore 19 di bassa pressione, con l’apparato 3 e precisamente con l’ingresso 48 del secondo stadio 31b;

- una seconda linea 58 off-gas di bassa pressione, che collega una seconda uscita gas 59 della sezione 7 di recupero di bassa pressione, in particolare un’uscita gas 59 di testa di una torre di assorbimento 60 della sezione 7 di recupero di bassa pressione, con l’apparato 3 e precisamente con l’ingresso 48 del terzo stadio 31c (la torre di assorbimento 60 avendo poi un’uscita di fondo collegata alla sezione 8 di concentrazione);

- una linea urea 61 che collega una uscita urea 62 della sezione 7 di recupero di bassa pressione, in particolare un’uscita urea 62 di fondo del decompositore 19 di bassa pressione, con l’apparato 3 e precisamente con il dispositivo di iniezione 47 del quarto stadio 31d.

Nel caso si recuperi (anche) l’effluente gassoso della sezione 5 di alta pressione, l’impianto 1 può comprendere una linea off-gas di alta pressione (non illustrata), che collega per esempio un’uscita gas della sezione 5 di recupero di alta pressione, in particolare un’uscita gas di testa dello stripper 17, con l’apparato 3 e precisamente con il primo stadio 31a dello scrubber ciclonico 30 (la linea offgas di alta pressione può innestarsi in tal caso, per esempio, sulla linea off-gas 53 di media pressione, oppure entrare nell’apparato 3 da un ingresso dedicato).

Nel primo stadio 31a (collocato all’estremità 36 superiore dello scrubber ciclonico 30), sono alimentati tramite la linea off-gas 53 gli effluenti gassosi provenienti dalla sezione 6 di recupero di media pressione, e acido solforico tramite un circuito di alimentazione acido solforico 63 collegato al dispositivo di iniezione 47, che nebulizza l’acido solforico negli effluenti gassosi alimentati allo stadio 31a. L’acido solforico reagisce con l’ammoniaca presente negli effluenti gassosi formando solfato di ammonio e bisolfato di ammonio.

I gas provenienti dal primo stadio 31a passano al secondo stadio 31b attraverso l’estremità inferiore 44 aperta del primo stadio 31a.

Il ciclone 35 del secondo stadio 31b è collocato al di sotto del ciclone 35 del primo stadio 31a lungo l’asse A e ha un diametro maggiore di esso.

Nel secondo stadio 31b sono immessi attraverso l’ingresso 48 gli effluenti gassosi provenienti dall’uscita gas 57 di testa del decompositore 19 di bassa pressione.

Nel secondo stadio 31b avviene il grosso della reazione dell’ammoniaca con acido solforico e bisolfato di ammonio; per completare la reazione, dalla testa 45 di questo stadio 31b si nebulizza altro acido solforico, tramite il rispettivo dispositivo di iniezione 47 collegato al circuito di alimentazione acido solforico 63.

I gas provenienti dal secondo stadio 31b passano al terzo stadio 31c, collocato al di sotto del secondo stadio 31b e avente un ciclone 35 con un diametro ancora maggiore. Nel terzo stadio 31c sono immessi, attraverso l’ingresso 48, gli effluenti gassosi provenienti dalla torre di assorbimento 60 della sezione 7 di recupero di bassa pressione.

Nel terzo stadio 31c si completa la reazione del bisolfato di ammonio con l’ammoniaca presente in fase gassosa.

La reazione tra ammoniaca e acido solforico, essendo fortemente esotermica, può portare ad un incremento elevato della temperatura dei gas nei primi tre stadi 31 dello scrubber ciclonico 30: tale incremento di temperatura potrebbe comportare dei problemi nel quarto stadio 31d, nel caso in cui si avessero temperature elevate a contatto con l’urea.

Pertanto, è opportuno controllare la temperatura del terzo stadio 31c mantenendola a circa 150÷200°C; la temperatura del terzo stadio 31c può essere controllata per esempio iniettando dell’acqua proveniente da una soluzione di acqua e ammoniaca prelevata dalla sezione 7 di recupero di bassa pressione, oppure dalla condensazione dell’acqua contenuta nei gas uscenti dallo stesso scrubber ciclonico 30 (come descritto in dettaglio nel seguito).

I gas provenienti dal terzo stadio 31c passano al quarto stadio 31d, collocato al di sotto del terzo stadio 31c e avente un ciclone 35 con un diametro maggiore dei cicloni 35 di tutti gli stadi 31 precedenti.

Nel quarto stadio 31d il solfato di ammonio proveniente dagli stadi 31 precedenti viene miscelato con urea per formare una miscela di urea e solfato di ammonio (UAS).

Per esempio, nel quarto stadio 31d può essere inviata, attraverso la linea urea 61, una soluzione acquosa di urea (contenente intorno a 70% di urea) proveniente dal decompositore 19 di bassa pressione; ciò permette di recuperare calore per far evaporare l’acqua contenuta in tale soluzione. L’urea è vantaggiosamente nebulizzata dalla testa 45 del quarto stadio 31d (essendo alimentata allo stadio 31d tramite il rispettivo dispositivo di iniezione 47) per facilitare il contatto con i gas e il solfato di ammonio.

All’estremità inferiore 44 del quarto stadio 31d viene inoltre alimentata urea proveniente dalla sezione 8 di concentrazione allo scopo di correggere la concentrazione del solfato di ammonio (inferiore a 70%). L’urea è alimentata al quarto stadio 31d attraverso una linea urea 64 che collega il tratto 14d della linea principale urea 14 nella sezione 8 di concentrazione con un ingresso ausiliario 65 del quarto stadio 31d, collocato all’estremità inferiore 44.

In particolare, si introduce nel quarto stadio 31d urea in quantità tale da formare un eutettico di urea e solfato di ammonio; l’eutettico di urea e solfato di ammonio è basso-fondente e gestibile a temperature di 150°C.

L’eutettico di urea e solfato di ammonio prodotto nel quarto stadio 31d esce dallo scrubber ciclonico 30 attraverso l’uscita di fondo 39 e può essere in parte riciclato, attraverso una linea di ricircolo 66, alla testa 45 del quarto stadio 31d, tramite il rispettivo dispositivo di iniezione 47 (aggiungendosi all’urea proveniente dalla linea urea 61), per completare l’eventuale evaporazione dell’acqua; il rimanente viene inviato alla sezione 11 di finissaggio/solidificazione tramite una linea di uscita 67.

Dall’uscita di testa 37 dello scrubber ciclonico 30 escono i gas depurati dall’ammoniaca e contenenti acqua, CO2, metano, idrogeno, azoto ed ossigeno.

Tali gas, aventi temperatura indicativamente superiore a 150°C e contenenti idrogeno, metano e ossigeno, possono essere inviati in un combustore 70 catalitico, collegato all’uscita di testa 37 da una linea gas 71, per essere bruciati sviluppando calore. I gas uscenti dal combustore 70 a temperatura massima di 500°C possono essere inviati in uno scambiatore 72 per preriscaldare aria, circolante attraverso lo scambiatore 72 e in un circuito aria 73 collegato alla sezione 11 di finissaggio/solidificazione, dove l’aria è utilizzata per esempio in un granulatore.

Nello scambiatore 72 la temperatura può essere portata intorno ai 70°C facendo condensare parte dell’acqua contenuta nei gas.

L’acqua condensata nello scambiatore 72 può essere recuperata e parzialmente utilizzata per il controllo della temperatura nello scrubber ciclonico 30, essendo alimentata tramite una linea di recupero acqua 74 che collega un’uscita di fondo dello scambiatore 72 con il dispositivo di iniezione 47 del terzo stadio 31c.

In alternativa, soprattutto qualora la sezione 11 di finissaggio/solidificazione comprenda una torre di prilling, i gas uscenti dal combustore 70 a temperatura massima di 500°C possono essere inviati, come mostrato in figura 3, in una caldaia 75 per produrre vapore a bassa pressione (ad esempio 4,5 bar) utilizzabile nell’impianto urea 2.

In uscita dalla caldaia 75 è possibile inserire uno scambiatore di calore 76 (air cooler) per portare la temperatura intorno ai 70°C, facendo condensare parte dell’acqua contenuta nei gas.

Anche in questo caso, l’acqua può essere recuperata e parzialmente utilizzata per il controllo della temperatura nello scrubber ciclonico 30, essendo alimentata al dispositivo di iniezione 47 del terzo stadio 31c tramite la linea di recupero acqua 74.

Resta infine inteso che al processo e all’impianto integrati di produzione di urea e di miscele urea-ammonio solfato (UAS) qui descritti ed illustrati possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall’ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo integrato per la produzione di urea e UAS, comprendente: una fase di sintesi di urea condotta in un reattore (4) di sintesi di urea; una fase di recupero e concentrazione, in cui una soluzione di urea prodotta nella fase di sintesi di urea è progressivamente concentrata, in almeno una sezione (5, 6, 7) di recupero, in particolare in almeno una sezione (6) di recupero di media pressione e una sezione (7) di recupero di bassa pressione, e in una sezione (8) di concentrazione posta a valle di detta almeno una sezione (5, 6, 7) di recupero, recuperando ammoniaca e biossido di carbonio non reagiti e acqua da detta soluzione di urea; una fase di produrre solfato di ammonio per reazione di acido solforico e ammoniaca in un apparato (3) di produzione di solfato di ammonio; una fase di miscelare detto solfato di ammonio con urea concentrata proveniente dalla sezione (8) di concentrazione per formare una miscela UAS; il processo essendo caratterizzato dal fatto che nella fase di produrre solfato di ammonio, almeno parte dell’ammoniaca è fornita da almeno un effluente gassoso contenente ammoniaca e recuperato dalla fase di recupero e concentrazione.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, comprendente una fase di alimentare a detto apparato (3) di produzione di solfato di ammonio almeno un effluente gassoso contenente ammoniaca e prelevato da detta almeno una sezione (5, 6, 7) di recupero.
3. Processo secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente una fase di alimentare a detto apparato (3) di produzione di solfato di ammonio: un effluente gassoso di media pressione, prelevato da una sezione (6) di recupero di media pressione; e/o almeno un effluente gassoso di bassa pressione, prelevato da una sezione (7) di recupero di bassa pressione.
4. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente una fase di alimentare all’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio una soluzione di urea prodotta nella fase di recupero e concentrazione, in particolare prelevata da una sezione (7) di recupero di bassa pressione.
5. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di produrre solfato di ammonio è condotta in più stadi (31) in serie.
6. Processo secondo la rivendicazione 5, in cui detto effluente gassoso è un effluente gassoso di media pressione prelevato da un’uscita di testa di un condensatore (55) di una sezione (6) di recupero di media pressione, ed è alimentato a un primo stadio (31a) della fase di produrre solfato di ammonio.
7. Processo secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui un primo effluente gassoso di bassa pressione è prelevato da un’uscita gas di testa di un decompositore (19) di bassa pressione di una sezione (7) di bassa pressione ed è alimentato a un secondo stadio (31b) della fase di produrre solfato di ammonio.
8. Processo secondo una delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui un secondo effluente gassoso di bassa pressione è prelevato da un’uscita gas di testa di una torre di assorbimento (60) di una sezione (7) di recupero di bassa pressione ed è alimentato a un terzo stadio (31c) della fase di produrre solfato di ammonio.
9. Processo secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, in cui una soluzione di urea è prelevata da un’uscita urea di fondo di un decompositore (19) di bassa pressione di una sezione (7) di recupero di bassa pressione, ed è alimentata a un quarto stadio (31d) della fase di produrre solfato di ammonio.
10. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente le fasi di: prelevare gas depurati dall’ammoniaca e contenenti metano, idrogeno e ossigeno dalla fase di produrre solfato di ammonio; bruciare detti gas; e trasferire calore generato dalla combustione di detti gas a un flusso d’aria, da utilizzare in una fase di finissaggio/solidificazione dell’urea; oppure a un flusso d’acqua per produrre vapore.
11. Processo secondo la rivendicazione 10, comprendente una fase di condensare acqua dai gas combusti nella fase di bruciare detti gas; e alimentare l’acqua condensata alla fase di produrre solfato di ammonio per controllare la temperatura in detta fase di produrre solfato di ammonio.
12. Impianto (1) integrato per la produzione di urea e UAS, comprendente: un reattore (4) di sintesi di urea; almeno una seziona (5, 6, 7) di recupero, in particolare almeno una sezione (6) di recupero di media pressione e una sezione (7) di recupero di bassa pressione; una sezione (8) di concentrazione posta a valle di detta almeno una sezione (5, 6, 7) di recupero; una linea principale urea (14) che collega un’uscita prodotti (15) del reattore (4) con detta almeno una sezione (5, 6, 7) di recupero e con la sezione (8) di concentrazione; un apparato (3) di produzione di solfato di ammonio, provvisto di un circuito di alimentazione di acido solforico (63); l’impianto (1) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una linea off-gas (53, 56, 58) che collega almeno una uscita gas (54, 57, 59) di detta almeno una sezione (5, 6, 7) di recupero con l’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio per alimentare all’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio almeno un effluente gassoso contenente ammoniaca e recuperato da detta sezione (5, 6, 7) di recupero, così che nell’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio si produca solfato di ammonio per reazione dell’ammoniaca contenuta in detto effluente gassoso con l’acido solforico alimentato tramite il circuito di alimentazione di acido solforico (63).
13. Impianto secondo la rivendicazione 12, comprendente almeno una sezione (6) di recupero di media pressione e una sezione (7) di recupero di bassa pressione; e una linea off-gas (53) di media pressione, che collega un’uscita gas (54) della sezione (6) di recupero di media pressione con l’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio; e/o una prima linea off-gas (56) di bassa pressione, che collega una prima uscita gas (57) della sezione (7) di recupero di bassa pressione con l’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio; e/o una seconda linea (58) off-gas di bassa pressione, che collega una seconda uscita gas (59) della sezione (7) di recupero di bassa pressione con l’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio.
14. Impianto secondo la rivendicazione 13, comprendente una linea urea (61) che collega una uscita urea (62) della sezione (7) di recupero di bassa pressione con l’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio per alimentare all’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio una soluzione di urea.
15. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 12 a 14, in cui l’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio comprende uno scrubber ciclonico (30) multistadio, comprendente una pluralità di stadi (31) in serie.
16. Impianto secondo la rivendicazione 15, in cui gli stadi (31) sono disposti in serie lungo un asse (A) longitudinale dello scrubber ciclonico (30) da una estremità (36) superiore, provvista di una uscita di testa (37), e una estremità (38) inferiore, provvista di una uscita di fondo (39), dello scrubber ciclonico (30).
17. Impianto secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui gli stadi (31) sono definiti da rispettivi cicloni (35).
18. Impianto secondo la rivendicazione 17, in cui i cicloni (35) definenti i rispettivi stadi (31) sono collocati uno sull’altro lungo l’asse (A) e comunicano internamente uno con l’altro.
19. Impianto secondo la rivendicazione 18, in cui i cicloni (35) hanno dimensioni, in particolare diametro, crescenti lungo l’asse (A) verso l’estremità (38) inferiore provvista dell’uscita di fondo (39).
20. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 17 a 19, in cui ogni ciclone (35) ha una testa (45) superiore dotata di una flangia (46) anulare, provvista di un dispositivo di iniezione (47) avente una pluralità di ugelli distribuiti sulla flangia (46) e angolarmente spaziati uno dall’altro lungo la flangia (46).
21. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 15 a 20, comprendente una linea off-gas (53) di media pressione, che collega un’uscita gas (54) di una sezione (6) di recupero di media pressione con l’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio; detta uscita gas (54) della sezione (6) di recupero di media pressione essendo un’uscita di testa di un condensatore (55) della sezione (6) di recupero di media pressione, ed essendo collegata dalla linea off-gas (53) di media pressione a un ingresso (48) di un primo stadio (31a) dello scrubber ciclonico (30).
22. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 15 a 21, comprendente una prima linea off-gas (56) di bassa pressione, che collega una prima uscita gas (57) di una sezione (7) di recupero di bassa pressione con l’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio; detta prima uscita gas (57) della sezione (7) di recupero di bassa pressione essendo un’uscita gas di testa di un decompositore (19) di bassa pressione ed essendo collegata dalla prima linea offgas (56) di bassa pressione a un ingresso (48) di un secondo stadio (31b) dello scrubber ciclonico (30).
23. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 15 a 22, comprendente una seconda linea (58) off-gas di bassa pressione, che collega una seconda uscita gas (59) di una sezione (7) di recupero di bassa pressione con l’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio; detta seconda uscita gas (59) della sezione (7) di recupero di bassa pressione essendo un’uscita gas di testa di una torre di assorbimento (60) della sezione (7) di recupero di bassa pressione ed essendo collegata dalla seconda linea (58) off-gas con un ingresso (48) di un terzo stadio (31c) dello scrubber ciclonico (30).
24. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 15 a 23, comprendente una linea urea (61) che collega un’uscita urea (62) di una sezione (7) di recupero di bassa pressione con l’apparato (3) di produzione di solfato di ammonio; detta uscita urea (62) della sezione (7) di recupero di bassa pressione essendo un’uscita urea di fondo di un decompositore (19) di bassa pressione, ed essendo collegata dalla linea urea (61) a un dispositivo di iniezione (47) di un quarto stadio (31d) dello scrubber ciclonico (30).
25. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 15 a 24, comprendente un combustore (70), per esempio un combustore catalitico, collegato da una linea gas (71) all’uscita di testa (37) dello scrubber ciclonico (30) per bruciare gas depurati dall’ammoniaca e contenenti metano, idrogeno e ossigeno uscenti dallo scrubber ciclonico (30); e uno scambiatore (72; 76) collegato al combustore (70) per trasferire calore da gas combusti provenienti dal combustore (70) a un flusso d’aria, circolante attraverso lo scambiatore (72) e in un circuito aria (73) collegato a una sezione (11) di finissaggio/solidificazione; oppure a un flusso d’acqua circolante in una caldaia (75) per produrre vapore.
26. Impianto secondo la rivendicazione 25, in cui lo scambiatore (72; 76) ha un’uscita di fondo collegata tramite una linea di recupero acqua (74) allo scrubber ciclonico (30), per alimentare allo scrubber ciclonico (30) acqua condensata nello scambiatore (72) e controllare la temperatura nello scrubber ciclonico (30).