IT202000010990A1 - Metodo di lavaggio di un separatore per urea fusa e relativo apparato separatore - Google Patents
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Description
?Metodo di lavaggio di un separatore per urea fusa e relativo apparato separatore?
La presente invenzione descrive un metodo di lavaggio di un separatore per urea fusa e il relativo apparato separatore.
Pi? precisamente la presente invenzione si inserisce nel settore industriale della trasformazione dell'urea, in particolare per la produzione di melammina. Pi? in dettaglio, la presente invenzione riguarda un metodo di lavaggio di un separatore per processare urea fusa, il relativo apparato separatore e il relativo impianto, in particolare per la produzione di melammina mediante un processo ad alta pressione.
STATO DELLA TECNICA
E? noto produrre la melammina mediante pirolisi dell?urea secondo la reazione globale (1):
6 NH2CONH2 ? (CN)3(NH2)3 + 6 NH3 + 3 CO2 (1)
urea melammina
reazione che, come noto, ? fortemente endotermica.
I procedimenti per la trasformazione di urea in melammina si distinguono in due gruppi: i procedimenti che effettuano la pirolisi dell?urea ad alta pressione e i procedimenti che effettuano la pirolisi dell?urea a bassa pressione.
Ambedue i procedimenti sono tipicamente condotti in reattori che sono alimentati con una corrente di urea allo stato fuso. Preferibilmente, il reattore ? alimentato anche con una corrente di ammoniaca.
Nei processi ad alta pressione, la camera di reazione ? tenuta sempre a una pressione superiore a 60 bar ed ? dotata di mezzi di riscaldamento che mantengono il sistema reagente a una temperatura di circa 360?C - 450?C.
La presente invenzione riguarda in particolare i processi per la preparazione della melammina ad alta pressione. Pi? precisamente per produrre melammina ? necessario movimentare e pressurizzare l'urea allo stato liquido con concentrazione superiore al 99,8%, quindi fusa, prelevandola da un separatore sottovuoto, nel caso in cui l?urea venga fornita all?impianto in soluzione acquosa e debba essere concentrata all?interno dell?impianto stesso, oppure da un serbatoio polmone mantenuto in leggera pressione, nel caso in cui l?urea venga fornita all?impianto melammina gi? concentrata, a un reattore che opera a una pressione di circa 80 bar.
I separatori sotto vuoto assoluto, in cui l?urea fusa si trova a una concentrazione superiore al 99%, sono soggetti alla formazione di incrostazioni dovute alla ritenzione di goccioline di urea, trascinate dai vapori che salgono, sulle pareti del separatore stesso non immerse nell?urea.
Il fenomeno della formazione di incrostazioni ? massimo nelle zone di calma, cio? nelle zone in cui le gocce di urea trascinate dal vapore restano a secco, non essendo pi? continuamente lambite dal vapore stesso; queste zone di calma del separatore si possono individuare principalmente nelle adiacenze delle linee di tangenza (o tangent line) di unione tra la parete laterale cilindrica del separatore e la calotta di testa del separatore, al centro della quale ? posizionata la tubazione di uscita dei vapori, come evidente dalla figura 1. In figura 1, con 10 ? indicato il separatore, con 1 sono indicate le zone di calma, con 2 la tubazione di uscita dei vapori 3, con 4 la bocca di uscita dal separatore e con 5 il punto di unione tra la parete cilindrica del separatore e la calotta di testa del separatore.
I vapori 3 che salgono verso l?alto, tendono a convogliarsi verso la tubazione di uscita 2 aumentando la loro velocit? man mano che si avvicinano alla bocca di uscita 4, determinando una zona di massima velocit? centrale e una zona di minima velocit? periferica, tendente a zero a contatto con le pareti del separatore. Ne consegue che le gocce formatesi sulla calotta semisferica costituente il tetto del separatore 10 scivolano verso l?esterno, raggiungendo la zona di calma 1 dove, non essendo pi? lambite dai vapori, si asciugano restando appiccicate alla parete del separatore 10, costituendo a loro volta un punto di supporto per le gocce successive.
L?urea che costituisce queste goccioline staziona quindi per lungo tempo a contatto con la parete del separatore ed ? perci? soggetta a degradazione con formazione di sottoprodotti che solidificano trattenendo a loro volta nuova urea con accrescimento dello strato a contatto della parete del separatore fino a determinare il parziale, e a volte totale, intasamento della parte superiore del separatore stesso, come evidente dalla figura 2 dove ? fotografata la parte alta di un separatore.
Quando l?intasamento del separatore raggiunge proporzioni tali da compromettere il funzionamento del separatore stesso, dando origine a una diminuzione del grado di vuoto, diventa necessario procedere alla fermata dell?impianto per la rimozione delle incrostazioni, come mostrato in figura 5.
Un ulteriore problema ? rappresentato dal distacco delle croste che, cadendo nella zona bassa del separatore, ne intasano invece l?uscita o, se sono di dimensioni limitate, raggiungono l?aspirazione della pompa causandone la cavitazione, come mostrato in Figura 3 e in Figura 4.
Scopo della presente invenzione ? il superamento degli inconvenienti e dei problemi precedentemente indicati che caratterizzano lo stato dell?arte.
La Richiedente ha infatti sorprendentemente trovato un metodo di lavaggio di un separatore per processare urea fusa che consente di evitare la formazione di incrostazioni di urea sulla superficie interna delle pareti del separatore stesso. La Richiedente ha anche trovato un separatore per processare urea fusa che consente di condurre in modo particolarmente efficace il lavaggio delle pareti del separatore stesso.
E? quindi oggetto della presente invenzione un metodo di lavaggio di un separatore per processare urea fusa, comprendente un ricircolo in continuo di almeno una porzione dell'urea fusa prelevata dal fondo di detto separatore, dove tale porzione di urea fusa prelevata ? flussata in continuo sulla porzione superiore della parete laterale cilindrica del separatore, detto flusso essendo distribuito lungo l'intera circonferenza della parete laterale cilindrica interna di detto separatore.
Preferibilmente l'alimentazione del ricircolo o flusso della porzione di urea fusa prelevata e ricircolata ? posizionato al di sopra delle linee di tangenza (o tangent line) di unione tra la porzione superiore della parete laterale cilindrica interna del separatore e la calotta superiore che forma il tetto del separatore.
Preferibilmente, il rapporto tra la quantit? di urea riciclata e la quantit? totale di urea che esce dal separatore ? compreso in un intervallo dal 66% all'80% in peso. Tale rapporto consente di realizzare un flusso di urea riciclata tale da garantire la completa copertura di tutta la circonferenza della parete cilindrica del separatore, realizzando cosi un efficace lavaggio continuo della parete, senza tuttavia riciclare una quantit? di urea maggiore del necessario.
Preferibilmente, inoltre, il rapporto tra quantit? di urea riciclata e quantit? di urea alimentata al reattore di sintesi della melammina ? compreso tra il 200 e il 400 % in peso.
Infatti, tenendo conto che le dimensioni del separatore sono definite in funzione della portata di vapore da scaricare verso l?alto, portata di vapore che, a sua volta, ? funzione della concentrazione e della portata di urea diluita che viene alimentata al separatore, quest?ultima essendo, a sua volta, funzione della quantit? di urea alimentata al reattore, la quantit? di urea riciclata, cio? l'entit? del riciclo pu? essere calcolata anche in base alla portata/quantit? di urea alimentata o da alimentare al reattore.
Inoltre, il riciclo dell'urea ? condotto mediante la distribuzione su tutta la circonferenza della parete laterale cilindrica di un film liquido di urea, senza presenza di goccioline in caduta libera e/o senza formazione di fasi nebulizzate. E? quindi oggetto della presente invenzione un separatore per processare urea fusa caratterizzato dal comprendere almeno un elemento distributore atto ad alimentare urea riciclata a detto separatore, dove detto elemento distributore ? posizionato al di sopra delle linee di tangenza (o tangent line) di unione tra la porzione superiore della parete laterale cilindrica interna del separatore e la calotta superiore che forma il tetto del separatore.
Detto almeno un elemento distributore pu? essere posizionato internamente o esternamente rispetto al separatore.
Detto almeno un elemento distributore, quando posizionato esternamente, pu? prevedere almeno un ingresso tangenziale monodirezionale, almeno un ingresso tangenziale bidirezionale oppure pu? essere realizzato mediante un distributore circonferenziale coassiale.
Il termine "coassiale" ? riferito alla posizione del distributore rispetto al separatore.
Detto distributore circonferenziale coassiale pu? essere costituito da un mezzo tubo, saldato sulla superficie esterna del separatore, dove su detta superficie esterna del separatore sono presenti una serie di aperture atte ad alimentare e distribuire l'urea di ricircolo lungo tutta la circonferenza della parete laterale cilindrica interna del separatore.
Dette aperture possono prevedere internamente un deflettore atto a evitare che l'urea, fuoriuscendo dalle aperture, si distacchi dalla parete interna del separatore. Detto almeno un elemento distributore, quando posizionato internamente, pu? essere costituito da un tubo coassiale provvisto di aperture, preferibilmente fori, atte ad alimentare e distribuire l'urea di ricircolo lungo tutta la circonferenza della parete laterale cilindrica interna del separatore.
In una prima forma di realizzazione del separatore secondo la presente invenzione, l'elemento distributore posizionato esternamente pu? comprendere almeno quattro ingressi tangenziali monodirezionali.
Quando il suddetto elemento distributore comprende quattro ingressi tangenziali monodirezionali, detti ingressi sono posizionati a 90? l'uno rispetto all'altro.
In una diversa forma di realizzazione del separatore secondo la presente invenzione, l'elemento distributore posizionato esternamente pu? comprendere almeno tre ingressi tangenziali bidirezionali.
Quando il suddetto elemento distributore comprende tre ingressi tangenziali bidirezionali, detti ingressi sono posizionati a 120? l'uno rispetto all'altro.
In una ulteriore forma di realizzazione del separatore secondo la presente invenzione, esso pu? comprendere preferibilmente almeno un elemento distributore monodirezionale, posizionato internamente e coassiale rispetto al separatore, dove detto elemento distributore pu? essere un tubo dotato di aperture o forato, preferibilmente dette aperture o ancora pi? preferibilmente i fori di detto tubo essendo rivolti verso la parete laterale del separatore, ancora pi? preferibilmente con un angolazione di 30? verso il basso rispetto al piano orizzontale, in modo tale che l'urea di riciclo viene diretta verso la parte inferiore del separatore.
Per piano orizzontale si intende un piano ortogonale rispetto alla parete laterale del separatore, considerata quale piano verticale.
In una differente forma di realizzazione del separatore secondo la presente invenzione, esso pu? comprendere preferibilmente almeno un elemento distributore bidirezionale, posizionato internamente e coassiale rispetto al separatore, dove detto elemento distributore pu? essere un tubo dotato di aperture o forato, preferibilmente le aperture o ancora pi? preferibilmente i fori di detto tubo essendo rivolti verso la parete laterale del separatore, pi? preferibilmente con un'angolazione di 30? verso il basso rispetto al piano orizzontale, in modo tale che una porzione dell'urea di riciclo viene diretta verso la parte inferiore del separatore, ancora pi? preferibilmente con un'alternanza di aperture o fori, dove le aperture o fori di lavaggio della parete interna del separatore presentano un'angolazione di 30? verso il basso rispetto al piano orizzontale, in modo tale che una porzione dell'urea di riciclo viene diretta verso la parte inferiore del separatore e le aperture o fori di lavaggio della parte superiore del distributore presentano un'angolazione di 90? verso l'alto rispetto al piano orizzontale, in modo tale che una porzione dell'urea di riciclo viene diretta verso la parte superiore del distributore stesso, mantenendo cos? continuamente flussata la superficie superiore del distributore ed evitando lo stazionamento di urea sulla sua superficie, e dove le aperture o fori di lavaggio della parte superiore del distributore hanno una superficie di passaggio compresa tra il 6 e il 25 % della superficie di passaggio delle aperture o fori di lavaggio della parete interna del separatore.
Con parte inferiore del separatore si intende la parte del separatore da cui fuoriesce l'urea concentrata, mentre con parte superiore del separatore si intende la parte del separatore dove si trova il tubo di uscita vapori.
L'elemento distributore secondo la presente invenzione ? particolarmente vantaggioso in quanto permette di evitare che l?urea di riciclo, alimentata per il lavaggio del separatore, possa essere trascinata verso l?alto dai vapori che si liberano dall?urea diluita durante la sua concentrazione, con conseguente intasamento della zona di uscita dei vapori.
Un ulteriore vantaggio dell'elemento distributore del separatore secondo la presente invenzione ? che esso ? in grado di alimentare l?urea in modo da formare un film liquido su tutta la circonferenza senza presenza di goccioline in caduta libera e/o senza formazione di fasi nebulizzate.
Detti elementi distributori, inoltre, consentono di evitare, o comunque di ridurre il pi? possibile la formazione di superfici che possono a loro volta costituire un supporto per la formazione di croste di urea.
Ulteriore oggetto della presente invenzione ? un impianto per la produzione di melammina ad alta pressione comprendete un separatore per processare urea fusa comprendente almeno un elemento distributore atto ad alimentare urea riciclata a detto separatore, dove detto elemento distributore ? posizionato al di sopra delle linee di tangenza (o tangent line) di unione tra la porzione superiore della parete laterale cilindrica del separatore e la calotta superiore che forma il tetto del separatore.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del metodo e del separatore secondo la presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite del separatore, fatte con riferimento alle figure allegate.
In dette figure allegate, le figure 1-5 sono state precedentemente descritte, mentre - la figura 6 ? una rappresentazione schematica della parte di impianto per la sintesi della melammina ad alta pressione comprendente il separatore per processare urea fusa secondo la presente invenzione;
- la figura 7 ? una vista schematica di un elemento distributore posizionato esternamente con ingressi tangenziali di tipo monodirezionale;
- la figura 8 ? una vista schematica di un elemento distributore posizionato esternamente, come quello di figura 7, ma con ingressi tangenziali di tipo bidirezionale;
- la figura 9 ? una vista schematica di un separatore con elementi distributori posizionati internamente, coassialmente: le figure 9a-9c mostrano particolari realizzativi dell'elemento distributore di figura 9:
in figura 9a ? mostrata una vista schematica dell'elemento distributore di figura 9 realizzato mediante un tubo dotato di aperture o forato;
in figura 9b ? mostrata una vista schematica del foro dell'elemento distributore di figura 9 realizzato mediante un tubo dotato di aperture o forato con distribuzione monodirezionale;
in figura 9c ? mostrata una vista schematica delle aperture o fori dell'elemento distributore di figura 9 realizzato mediante il tubo dotato di aperture o forato con distribuzione bidirezionale;
- la figura 10 ? una vista schematica di un elemento distributore coassiale posizionato esternamente al separatore, realizzato mediante mezzotubo saldato: la figura 10a mostra una particolare forma realizzativa dell'elemento distributore di figura 10:
in figura 10a ? mostrata una vista schematica dell'elemento distributore posizionato esternamente al separatore realizzato mediante mezzotubo saldato, dove la distribuzione ? condotta mediante aperture o fori di ingresso direttamente realizzati sulla parete del separatore e con deflettore interno.
Nella seguente descrizione, per l'illustrazione delle figure si ricorre a numeri di riferimento identici per indicare elementi costruttivi con la stessa funzione. Inoltre, per chiarezza di illustrazione, alcuni riferimenti numerici possono non essere ripetuti in tutte le figure.
Con riferimento alle figura 6, viene mostrata schematicamente una parte di impianto per la sintesi della melammina ad alta pressione comprendente il separatore per processare urea fusa secondo la presente invenzione: il separatore indicato con 10 prevede un condotto di uscita dell'urea concentrata 6 dove per mezzo di una opportuna pompa 7 il flusso di urea concentrata ? in parte diretto alla sintesi della melammina 8 e in parte diretto al riciclo 9 per attuare il procedimento di lavaggio del separatore 10 secondo la presente invenzione. L'urea di riciclo ? alimentata in 5 all'elemento distributore 11.
In figura 7 ? rappresentato un elemento distributore 11 posizionato esternamente alla parete 12 del separatore 10 con quattro ingressi tangenziali 13 di tipo monodirezionale, ciascuno ingresso 13 posizionato con un angolo di 90? rispetto alla direzione di un altro ingresso 13.
In Figura 8 ? rappresentato un particolare di un ingresso tangenziale 13 di tipo bidirezionale di un elemento distributore 11 (non mostrato in figura).
In figura 9 ? mostrato un separatore 10 con l'elemento distributore 11 posizionato internamente rispetto alla parete 12 del separatore. Pi? precisamente in figura 9a ? mostrato l'elemento distributore 11 costituito da un tubo forato 14 con fori 15 o con alternanza di fori 15 e 15' nel caso di un distributore bidirezionale. In figura 9b ? mostrato il dettaglio del foro 15 dell'elemento distributore 11 di figura 9, realizzato mediante un tubo forato 14 con distribuzione monodirezionale, dove detto foro 15 ? rivolto verso la parete laterale 12 del separatore 10 con un'angolazione di 30? verso il basso rispetto al piano orizzontale, in modo tale che l'urea di riciclo viene diretta verso la parte inferiore del separatore 10. In figura 9c ? mostrato il dettaglio dei fori 15 e 15' dell'elemento distributore 11 di figura 9, realizzato mediante un tubo forato 14 con distribuzione bidirezionale, dove detto tubo forato 14 prevede un'alternanza di fori 15 e 15', dove i fori 15 di lavaggio della parete interna 12 del separatore 10 presentano un'angolazione di 30? verso il basso rispetto al piano orizzontale, in modo tale che una porzione dell'urea di riciclo viene diretta verso la parte inferiore del separatore 10 e i fori 15 ' di lavaggio della parte superiore del distributore 11 presentano un'angolazione di 90? verso l'alto rispetto al piano orizzontale, in modo tale che una porzione dell'urea di riciclo viene diretta verso la parte superiore del distributore 11, evitando in tal modo la ritenzione di urea sulla superficie superiore del distributore stesso e la conseguente formazione di incrostazioni.
La figura 10 mostra un elemento distributore 11 posizionato esternamente al separatore 10 e coassiale al separatore 10, realizzato mediante un mezzotubo saldato sulla superficie esterna del separatore 10, dove con 16 sono indicati i fori di alimentazione dell'urea di riciclo, presenti nella parete 12 del separatore 10 e con 17 il deflettore interno. In figura 10a ? mostrato il dettaglio del distributore esterno 11, realizzato mediante mezzotubo saldato, dove la distribuzione ? condotta mediante fori di ingresso 16 e deflettore interno 17.
Dalle forme di realizzazione sopra descritte sono possibili ulteriori varianti, senza allontanarsi dall'insegnamento dell'invenzione.
? chiaro, infine, che un impianto di produzione di melammina ad alta pressione comprendente il separatore oggetto della presente invenzione ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell?invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonch? le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.
Claims (13)
1. Metodo di lavaggio di un separatore per processare urea fusa, comprendente un ricircolo in continuo di almeno una porzione dell'urea fusa prelevata dal fondo di detto separatore, dove tale porzione di urea fusa prelevata ? flussata in continuo sulla porzione superiore della parete laterale cilindrica del separatore, detto flusso essendo distribuito lungo l'intera circonferenza della parete laterale cilindrica interna di detto separatore.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, dove il flusso di urea fusa prelevata e ricircolata ? alimentato al di sopra delle linee di tangenza (o tangent line) di unione tra la porzione superiore della parete laterale cilindrica interna del separatore e la calotta superiore che forma il tetto del separatore.
3. Metodo secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, dove il rapporto tra la quantit? di urea riciclata e la quantit? totale di urea che esce dal separatore ? compreso in un intervallo che varia dal 66% all'80% in peso.
4. Metodo secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, dove il rapporto tra quantit? di urea riciclata e quantit? di urea alimentata al reattore per la sintesi della melammina ? compreso tra il 200 e il 400 % in peso.
5. Metodo secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, dove il riciclo dell'urea ? condotto mediante distribuzione di un film liquido di urea su tutta la circonferenza della parete laterale cilindrica del separatore, senza presenza di goccioline in caduta libera e/o senza formazione di fasi nebulizzate.
6. Separatore (10) per processare urea fusa caratterizzato dal comprendere almeno un elemento distributore (11) atto ad alimentare urea di riciclo a detto separatore (10), dove detto elemento distributore (11) ? posizionato al di sopra delle linee di tangenza di unione (5) tra la porzione superiore della parete laterale (12) cilindrica interna del separatore (10) e la calotta superiore che forma il tetto del separatore (10).
7. Separatore secondo la rivendicazione 6, dove l'almeno un elemento distributore (11) ? posizionato internamente o esternamente rispetto al separatore (10).
8. Separatore secondo la rivendicazione 7, dove l'elemento distributore (11), posizionato esternamente, presenta almeno un ingresso (13) tangenziale monodirezionale o almeno un ingresso (13) tangenziale bidirezionale oppure ? un distributore (11) circonferenziale coassiale.
9. Separatore secondo la rivendicazione 7, dove l'elemento distributore (11), posizionato esternamente, presenta almeno quattro ingressi (13) tangenziali monodirezionali, detti ingressi (13) essendo preferibilmente posizionati a 90? l'uno rispetto all'altro, oppure presenta almeno tre ingressi (13) tangenziali bidirezionali, detti ingressi (13) essendo posizionati a 120? l'uno rispetto all'altro.
10. Separatore secondo la rivendicazione 8, dove l'elemento distributore (11) circonferenziale coassiale ? costituito da un mezzo tubo, saldato sulla superficie esterna della parete laterale (12) del separatore (10), dove su detta superficie esterna della parete laterale (12) del separatore (10) sono presenti una serie di aperture (16) atte ad alimentare e distribuire l'urea di ricircolo lungo tutta la circonferenza della parete laterale (12) cilindrica interna del separatore (10), dette aperture (16) essendo preferibilmente dotate internamente di un deflettore (17).
11. Separatore secondo la rivendicazione 7, dove l'elemento distributore (11), posizionato internamente, ? costituito da un tubo coassiale (14) provvisto di aperture (15), preferibilmente fori, atte ad alimentare e distribuire l'urea di ricircolo lungo tutta la circonferenza della parete laterale cilindrica interna del separatore.
12. Separatore secondo la rivendicazione 11, dove l'elemento distributore (11), posizionato internamente, ? monodirezionale e le aperture (15) del tubo coassiale (14) sono rivolte verso la parete laterale (12) del separatore (10), preferibilmente con un angolazione di 30? verso il basso rispetto al piano orizzontale.
13. Separatore secondo la rivendicazione 11, dove l'elemento distributore (11), posizionato internamente, ? bidirezionale e le aperture (15) del tubo coassiale (14) sono rivolte verso la parete laterale (12) del separatore (10), preferibilmente con un'angolazione di 30? verso il basso rispetto al piano orizzontale, pi? preferibilmente il tubo coassiale (14) presenta un'alternanza di aperture o fori (15, 15'), dove le aperture o fori (15) di lavaggio della parete interna (12) del separatore (10), presentano un'angolazione di 30? verso il basso rispetto al piano orizzontale e le aperture o fori (15') di lavaggio della parte superiore del distributore (11) presentano un'angolazione di 90? verso l'alto rispetto al piano orizzontale e dove le aperture o fori (15') di lavaggio della parte superiore del distributore (11) hanno una superficie di passaggio compresa tra il 6 e il 25 % della superficie di passaggio delle aperture o fori (15) di lavaggio della parete interna (12) del separatore (10).
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