ITMI20130268A1 - Metodo e sistema per l'abbattimento di ammoniaca da un flusso gassoso di scarico di un impianto urea - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“METODO E SISTEMA PER L'ABBATTIMENTO DI AMMONIACA DA UN FLUSSO GASSOSO DI SCARICO DI UN IMPIANTO UREAâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo e un sistema per l’abbattimento di ammoniaca da un flusso gassoso continuo di scarico (cosiddetto “vent†) di un impianto urea (cioà ̈ un impianto di produzione di urea).

In particolare, l’invenzione riguarda un metodo e un sistema per l’abbattimento di piccole quantità di ammoniaca da un flusso gassoso continuo di scarico di una sezione a media pressione di un impianto urea.

Come noto, l’urea à ̈ 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 un tipico impianto di produzione di urea (impianto urea), questi processi sono generalmente condotti in una sezione di sintesi comprendente un reattore di sintesi di urea; la soluzione acquosa di urea prodotta nella sezione di sintesi à ̈ poi concentrata progressivamente, con recupero dei reagenti non convertiti in una o più sezioni di recupero, e solidificata in seguenti sezioni di finitura (per esempio, sezioni di prilling, granulazione, eccetera).

In una configurazione nota, il recupero dei reagenti, che sono ricircolati alla sezione di sintesi, avviene in più sezioni, in particolare in una sezione di alta pressione, una sezione di media pressione e una sezione di bassa pressione.

In generale, l’impianto di produzione di urea genera flussi gassosi contenenti reagenti non convertiti, tra cui anche ammoniaca non reagita; si generano quindi flussi gassosi di scarico (“vent†) contenenti ammoniaca.

In particolare, dalla sezione di media pressione sono scaricati flussi gassosi continui contenenti piccole quantità di ammoniaca ed idrogeno, oltre a metano ed inerti (principalmente azoto). A seconda del processo utilizzato nell’impianto di produzione di urea, questi flussi gassosi possono contenere anche ossigeno.

I vari flussi gassosi sono normalmente miscelati tra loro in modo da soddisfare requisiti di sicurezza, e precisamente per restare al di fuori dei limiti di esplosività.

Sorge il problema di abbattere l’ammoniaca contenuta nei flussi gassosi prodotti nell’impianto urea e in particolare nella sezione di media pressione, prima dell’immissione in atmosfera.

Un sistema noto e relativamente comune per prevenire l’emissione di ammoniaca in atmosfera prevede l’uso di una torcia in cui sono inviati in continuo i gas (ammoniaca, metano, ossigeno, idrogeno ed inerti) prelevati dalla sezione di media pressione (o, più in generale, dall’impianto urea). Questi gas vengono inviati in testa alla torcia, dove à ̈ presente una fiamma alimentata con gas combustibile (ad esempio metano) che brucia l’ammoniaca in modo incontrollato.

La domanda di brevetto WO2012134288 descrive un sistema basato invece sull’impiego di un inceneritore, dove una corrente gassosa proveniente da un processo di produzione di urea che non richiede l’uso di ossigeno per la passivazione, ricca in ammoniaca e idrogeno, viene bruciata con ridotta produzione di NOx; il contenuto di ammoniaca à ̈ eventualmente ulteriormente abbattuto tramite processi di riduzione selettiva catalitica (SCR, Selective Catalytic Reduction) o processi di riduzione selettiva noncatalitica (SNCR, Selective Non-Catalytic Reduction).

I sistemi noti presentano alcuni inconvenienti, in particolare:

- formazione di ossidi di azoto (NOx), in quantità elevata nel caso di combustione non controllata dell’ammoniaca, con il rischio di emettere NOx in atmosfera;

- costi relativamente elevati, dovuti alla necessaria continua alimentazione di combustibile (ad esempio, metano) per mantenere la torcia in attività, e alla presenza del catalizzatore SCR per cercare di abbattere la quantità di ossidi di azoto prodotti;

- complessità del processo complessivo operante in assenza di ossigeno per la passivazione e con la necessità di un inceneritore.

È uno scopo della presente invenzione quello di fornire un sistema e un metodo per l’abbattimento di ammoniaca da un flusso gassoso continuo di scarico di un impianto urea, in particolare di una sezione a media pressione di un impianto urea, che consenta di ridurre, e preferibilmente evitare del tutto, le emissioni di ammoniaca di un impianto di produzione di urea, in modo relativamente semplice ed economico.

La presente invenzione à ̈ dunque relativa a un sistema e un metodo come definiti in termini essenziali nelle annesse rivendicazioni 1 e, rispettivamente, 13.

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

L’invenzione trova una applicazione particolarmente vantaggiosa nel caso in cui i flussi gassosi di scarico continui uscenti dall’impianto di produzione di urea e che devono essere trattati per l’abbattimento dell’ammoniaca contengono ossigeno; à ̈ il caso, in particolare, dei processi di produzione di urea che utilizzano ossigeno per la passivazione, cioà ̈ quei processi che prevedono l’aggiunta di ossigeno all’alimentazione del reattore di sintesi, a scopo di passivazione delle superfici metalliche (tipicamente in acciaio inossidabile).

La reazione tra biossido di carbonio e ammoniaca, soprattutto per la presenza dell’intermedio carbammato d’ammonio, determina infatti condizioni altamente corrosive che attaccano anche l’acciaio inossidabile normalmente impiegato in queste applicazioni; l’aggiunta di modeste quantità di ossigeno serve a passivare le superfici di acciaio inossidabile e prevenirne la corrosione.

Esempi di impianti di produzione di urea che prevedono la presenza di ossigeno si possono trovare in WO2010/006757 e WO2008/141832.

Con questo tipo di processi, quindi, i flussi gassosi di scarico da trattare (che sono normalmente premiscelati in modo da restare al di sotto dei limiti di esplosività) contengono sostanzialmente: ammoniaca, idrogeno, metano, inerti (principalmente azoto) e anche una percentuale significativa di ossigeno (ma comunque in quantità tale da essere al di sotto dei limiti di esplosione).

Una composizione tipica del flusso gassoso di scarico di un impianto urea (in particolare di una sezione di media pressione) Ã ̈ la seguente (percentuali in volume, 1200 Nm3/h a 50°C, 0,1 MPa(g)):

NH3 1,3%

H2 12,0%

N2 59,7%

O2 14,8%

Ar 1,8%

CH4 10,4%

In accordo all’invenzione, l’ossigeno già presente nell’impianto urea per la passivazione viene sfruttato per l’abbattimento dell’ammoniaca.

In sostanza, in accordo all’invenzione l’ammoniaca viene eliminata dai flussi gassosi di scarico continui dell’impianto di produzione di urea tramite un processo di combustione controllata, condotto in almeno una prima fase di combustione magra, cioà ̈ povera di ossigeno, dove l’ossigeno presente nel flusso gassoso contenente l’ammoniaca da abbattere à ̈ utilizzato come unico comburente e in quantità sotto-stechiometrica (inferiore cioà ̈ alla quantità stechiometrica), e in presenza di idrogeno (cioà ̈ in ambiente riducente); anche l’idrogeno (agente da combustibile) à ̈ quello già presente nel flusso da trattare, e serve ad eliminare gli eventuali, pochi ossidi di azoto (NOx) che potrebbero formarsi.

Vantaggiosamente, l’abbattimento dell’ammoniaca avviene in almeno due stadi di combustione, condotti preferibilmente (ma non necessariamente) in un unico ambiente di combustione.

La reazione di combustione à ̈ condotta quindi in modo controllato in due fasi o stadi:

- una prima fase di combustione povera di ossigeno (magra), condotta in presenza di ossigeno in quantità sotto-stechiometrica (inferiore cioà ̈ alla quantità stechiometrica) e in ambiente riducente per la presenza di idrogeno; in questa prima fase, come unico comburente à ̈ usato l’ossigeno in quantità sotto-stechiometrica già presente nel flusso gassoso da trattare; anche l’idrogeno (agente da combustibile) à ̈ quello già presente nel flusso gassoso da trattare, e serve ad eliminare gli eventuali, pochi ossidi di azoto (NOx) che potrebbero formarsi;

- una seconda fase condotta in presenza di ossigeno in quantità stechiometrica o anche superiore, per bruciare tutti i gas rimanenti (in particolare metano e idrogeno); questa seconda fase à ̈ condotta con aggiunta di aria secondaria o ossigeno per completare la combustione degli incombusti rimasti nei gas uscenti dalla prima fase (principalmente idrogeno e metano).

La combustione dell’invenzione si definisce controllata perché suddividendo la combustione nel modo sopra indicato si controllano la formazione e l’eliminazione degli ossidi di azoto (NOx), grazie rispettivamente alla combustione sottostechiometrica e alla presenza dell’idrogeno, e di conseguenza se ne riducono le emissioni in atmosfera.

Le reazioni che avvengono nel processo di combustione sono:

(1) 4NH3 3O2 → 2N2 6H2O (favorita)

(2) 2NH3 2O2 → N2O 3H2O (sfavorita)

(3) 4NH3 5O2 → 4NO 6H2O (sfavorita)

(4) 2NO O2 → 2NO2 (sfavorita)

(5) NO H2 → N2 H2O (favorita)

(6) 2NO2 H2 → N2 2H2O (favorita)

La combustione controllata del trovato non necessita di due camere di combustione, le due fasi potendo essere condotte in un unico ambiente di combustione; Ã ̈ comunque possibile anche separare le due fasi in rispettive camere di combustione.

L’invenzione può essere attuata con modalità differenti.

Per esempio:

(A) combustione controllata catalitica, in due sezioni, con ossigeno sotto-stechiometrico nella prima sezione ed ossigeno stechiometrico o sovra-stechiometrico nella seconda sezione;

(B) combustione controllata non catalitica in bruciatore, in due sezioni, con ossigeno sottostechiometrico e possibile iniezione di vapore acqueo nella prima sezione e ossigeno stechiometrico o sovrastechiometrico nella seconda sezione;

(C) combustione controllata catalitica sottostechiometrica di ossigeno, limitandosi ad una sola sezione.

In maggior dettaglio, in una prima forma di attuazione (A), le due fasi di combustione sono condotte tramite rispettive ossidazioni catalitiche in assenza di fiamma, impiegando rispettivi opportuni catalizzatori; per innescare le reazioni catalitiche à ̈ necessario solo un piccolo contributo iniziale di calore, unicamente in fase di avviamento del processo (per raggiungere una temperatura di attivazione prestabilita, indicativamente intorno a circa 150°C), fornito per esempio tramite una resistenza termica (senza necessità di fiamma), mentre a regime, durante il funzionamento normale, non serve fornire altro calore o combustibile aggiunto (come già indicato, il combustibile necessario à ̈ già presente nel flusso da trattare); viene alimentata aria secondaria solo nella seconda fase, per sostenere la reazione del secondo catalizzatore.

Nella prima fase si usano dei catalizzatori (uno o più catalizzatori) che promuovono l’ossidazione catalitica sotto-stechiometrica in ambiente riducente dell’ammoniaca, favorendo la reazione (1) indicata in precedenza rispetto alle altre e in particolare alle reazioni di formazione degli ossidi di azoto, a temperatura che va da circa 150°C a circa 400°C.

Esempi di catalizzatori specifici per l’ossidazione dell’ammonica sono quelli noti per l’ossidazione catalitica selettiva di ammoniaca appartenenti alla classe dei catalizzatori “ammonia SCO†(ammonia Selective Catalytic Oxidation), che in questo caso possono essere usati dato che i flussi gassosi continui trattati contengono già l’ossigeno necessario per la combustione dell’ammoniaca, e inoltre le reazioni catalitiche (5) e (6) indicate in precedenza sono fortemente favorite dalla presenza di idrogeno già contenuto nei medesimi flussi gassosi e che limita la formazione degli ossidi di azoto (NOx) ed elimina quei pochi che si sono formati.

Successivamente alla rimozione dell’ammoniaca possono essere rimossi metano e idrogeno con una seconda ossidazione catalitica; dato che l’ammoniaca à ̈ stata eliminata dalle precedenti reazioni di ossidazione catalitica dell’ammoniaca e dell’idrogeno, nella seconda ossidazione la formazione di ossidi di azoto à ̈ limitata. La temperatura a cui agisce la combustione catalitica del metano va da circa 500°C fino a circa 600÷700°C (il calore necessario per l’innesco della combustione catalitica del metano à ̈ generato dalla precedente reazione di ossidazione e dalla ossidazione catalitica dell’idrogeno).

Prima che i gas depurati da ammoniaca, metano ed idrogeno vengano inviati all’atmosfera, parte del calore sviluppato nei due letti catalitici può essere recuperato con produzione di vapore o per preriscaldare l’aria da inviare all’unità di finitura (per esempio, unità di granulazione o di prilling, dove l’urea prodotta viene formata in granuli o prills) dell’impianto di produzione di urea.

In una seconda forma di attuazione (B), si utilizza un bruciatore premiscelato (“premixed†) per condurre una combustione controllata in due fasi o stadi dove:

- nella prima fase o stadio avviene una combustione magra in presenza dell’ossigeno e dell’idrogeno già presenti nel flusso gassoso da trattare,

- nella seconda fase o stadio si ha immissione di aria secondaria.

La combustione magra favorisce la reazione (1) e sfavorisce le reazioni (2) e (3) indicate in precedenza (favorisce cioà ̈ l’ossidazione dell’ammoniaca ad azoto e sfavorisce, limitando fortemente, la formazione di ossidi di azoto).

L’ossidazione dell’ammoniaca avviene nella prima fase, in cui si utilizza l’ossigeno già presente nei flussi gassosi continui prelevati dall’impianto di produzione di urea, il che permette di avere una combustione magra (ovvero in presenza di ossigeno sotto-stechiometrico, diversamente a quanto avviene con una tradizionale torcia dove la combustione avviene con forte eccesso di ossigeno).

Nel primo stadio à ̈ soprattutto la presenza di idrogeno a favorire la distruzione-eliminazione degli ossidi di azoto eventualmente formatisi, favorendo le reazioni (5) e (6) sopra indicate.

La combustione sotto-stechiometrica consente di ridurre la temperatura di fiamma rispetto a quella sovrastechiometrica (come avviene in una torcia); la riduzione della temperatura di fiamma consente di ridurre ulteriormente la formazione degli NOx.

Per ridurre ulteriormente la formazione di ossidi di azoto, nella prima fase d’ossidazione può essere iniettato del vapore acqueo; tale iniezione di vapore acqueo riduce ulteriormente la temperatura di fiamma sfavorendo la formazione degli ossidi di azoto.

La combustione del metano e dell’idrogeno viene completata nel secondo stadio in cui viene alimentata aria secondaria o ossigeno.

Parte del calore sviluppato nella combustione può essere recuperato con una caldaia per la produzione di vapore; successivamente a tale recupero i gas depurati possono essere inviati in atmosfera.

In alternativa al recupero con una caldaia, l’intero calore sviluppato nel bruciatore premiscelato dalla combustione-ossidazione può essere recuperato per riscaldare l’aria di atomizzazione da immettere nell’unità di granulazione o l’aria di fluidizzazione da usare nei letti fluidi dell’unità di prilling dell’impianto urea (normalmente aventi una temperatura intorno a 135°C), evitando così la necessità di impiegare un apposito preriscaldatore dell’aria con vapore per questa funzione, con conseguente risparmio economico.

In una terza forma di attuazione (C), particolarmente indicata nel caso di ristrutturazione-revisione (“revamping†) di un impianto esistente provvisto di torcia, il flusso gassoso di scarico (“vent†) da trattare, inviato normalmente alla torcia, viene invece deviato in una apparecchiatura integrata che comprende uno scambiatore di calore, per esempio del tipo a piastre, e una cartuccia catalitica contenente il catalizzatore che serve alla prima fase (ad esempio un catalizzatore del tipo “ammonia SCO†); come già evidenziato, il catalizzatore consente l’eliminazione della sola ammoniaca attraverso la combustione sotto-stechiometrica in ambiente riducente sfavorendo la formazione degli ossidi di azoto.

In questa forma di attuazione non à ̈ prevista l’alimentazione di aria secondaria e la conduzione quindi della seconda fase di combustione-ossidazione; l’ossidazione dell’ammoniaca avviene in maniera completa nella prima (e qui unica) fase, perché à ̈ sufficiente l’ossigeno contenuto nei flussi gassosi continui uscenti dall’impianto urea.

Questa soluzione à ̈ particolarmente economica e compatta, anche perché non richiede di costruire nuove linee e apparecchiature (ad esempio caldaie e ventilatori) per l’aria di combustione secondaria; si presta quindi in particolare alla ristrutturazione-revisione (“revamping†) di impianti esistenti, dove l’utilizzo della torcia esistente à ̈ sostituito dall’uso della nuova apparecchiatura integrata.

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 à ̈ uno schema a blocchi che rappresenta in forma estremamente schematica e semplificata un impianto di produzione di urea dotato di un sistema per l’abbattimento di ammoniaca in accordo all’invenzione;

– la figura 2 à ̈ una vista schematica di una prima forma di attuazione del sistema di abbattimento di ammoniaca in accordo all’invenzione;

– la figura 3 à ̈ una vista schematica di una seconda forma di attuazione del sistema di abbattimento di ammoniaca in accordo all’invenzione;

– la figura 4 à ̈ una vista schematica in scala ingrandita di un dettaglio del sistema di abbattimento di ammoniaca della figura 3;

– la figura 5 à ̈ una vista schematica di una variante della forma di attuazione di figura 3;

– la figura 6 à ̈ una vista schematica di una terza forma di attuazione del sistema di abbattimento di ammoniaca in accordo all’invenzione.

In figura 1 à ̈ mostrato uno schema a blocchi che rappresenta in forma estremamente schematica e semplificata un impianto urea 1 (cioà ̈ un impianto di produzione di urea).

L’impianto urea 1 à ̈ per esempio del tipo descritto in WO2010/006757 e WO2008/141832, il cui contenuto à ̈ qui incorporato per riferimento.

Essenzialmente, l’impianto urea 1 comprende: una sezione di sintesi 2, avente un reattore 3 di sintesi di urea dove avviene la reazione di sintesi di urea da ammoniaca e biossido di carbonio; sezioni 4 di recupero, in particolare una sezione 5 di alta pressione, una sezione 6 di media pressione e una sezione 7 di bassa pressione, in cui si concentra progressivamente la soluzione di urea prodotta nella sezione di sintesi 2 con rimozione da essa di ammoniaca e biossido di carbonio non reagiti e ricircolazione dei componenti recuperati; sezioni di finitura 8, includenti almeno una unità di finitura, per esempio una unità di granulazione o di prilling, dove l’urea prodotta viene formata in granuli o prills.

Per semplicità non sono mostrati nella figura 1 i componenti di ciascuna sezione, né in dettaglio le linee che portano e ricircolano i vari flussi gassosi da una sezione all’altra. In figura 1 sono mostrate solo schematicamente le linee di alimentazione dei reagenti all’impianto urea 1 e le connessioni operative tra le sezioni.

L’impianto urea 1 à ̈ dotato di un sistema 10 di abbattimento di ammoniaca per il trattamento dei flussi gassosi di scarico (“vent†) contenenti ammoniaca e prodotti nell’impianto urea 1.

Il sistema 10 à ̈ collegato all’impianto urea 1, per esempio alla sezione 6 di media pressione (ma opzionalmente ad altre sezioni), per prelevarne un flusso gassoso di scarico continuo.

Un tipico flusso gassoso di scarico continuo prodotto dalla sezione 6 di media pressione dell’impianto urea 1 contiene ammoniaca, idrogeno, metano ed inerti (principalmente azoto).

Se, come vantaggioso in accordo alla presente invenzione, l’impianto urea 1 opera con un processo che impiega ossigeno per la passivazione, alimentato all’impianto urea 1 tramite una linea di alimentazione 11 (di aria o ossigeno), i flussi gassosi di scarico contengono anche ossigeno.

Il flusso gassoso di scarico inviato al sistema 10 ha una composizione, eventualmente aggiustata tramite miscelazione dei vari flussi che lo compongono, tale da essere al di fuori dei limiti di esplosività.

Nella forma di attuazione (A) mostrata in figura 2, il sistema 10 comprende: una unità 12 di trattamento avente una prima e una seconda sezione 13, 14 di ossidazione; una linea di ingresso 15 che collega l’unità 12 di trattamento all’impianto urea 1 (precisamente alla sezione 6 di media pressione) e porta all’unità 12 di trattamento il flusso gassoso da trattare; una linea di uscita 16, che scarica per esempio in atmosfera il gas trattato dall’unità 12 di trattamento; un circuito aria secondaria 17 che invia aria all’unità 12 di trattamento; un circuito di recupero calore 18, che recupera calore dall’unità 12 di trattamento.

L’unità 12 di trattamento comprende una camera 20 di reazione (definita da un ambiente unico oppure da due ambienti collegati tra loro) in cui à ̈ condotta la combustione controllata del flusso gassoso da trattare; l’unità 12 di trattamento à ̈ configurata per eseguire una combustione controllata catalitica dell’ammoniaca contenuta nel flusso gassoso trattato; la combustione controllata à ̈ condotta in due fasi, rispettivamente nelle due sezioni 13, 14 di ossidazione, con ossigeno sotto-stechiometrico nella prima sezione 13 ed ossigeno stechiometrico o sovrastechiometrico nella seconda sezione 14.

In particolare, le due sezioni 13, 14 sono dotate di rispettivi letti catalitici 21, 22 collocati in serie rispetto al flusso gassoso circolante nella camera 20 di reazione.

In generale, il flusso gassoso entra nella camera 20 di reazione da un ingresso centrale, à ̈ portato tramite un condotto di alimentazione 23 ad una estremità della camera 20 di reazione oltre la prima sezione 13 di ossidazione e il suo letto catalitico 21, e attraversa quindi in successione la prima sezione 13 di ossidazione e poi la seconda sezione 14 di ossidazione (e i rispettivi letti catalitici 21, 22).

Per esempio, come mostrato in figura 2, le due sezioni 13, 14 di ossidazione coi rispettivi letti catalitici 21, 22 sono collocate una sopra l’altra nella camera 20 di reazione, che à ̈ sostanzialmente verticale; à ̈ comunque inteso che le due sezioni 13, 14 e i rispettivi letti catalitici 21, 22 possono essere disposti diversamente, per esempio affiancati orizzontalmente in una camera 20 di reazione sostanzialmente orizzontale; il flusso gassoso da trattare à ̈ portato tramite il condotto di alimentazione 23 sul fondo della camera 20 di reazione (o comunque ad una estremità della camera 20 di reazione); il flusso gassoso attraversa quindi la prima sezione 13 di ossidazione e poi la seconda sezione 14 di ossidazione (e i rispettivi letti catalitici 21, 22).

Il flusso gassoso da trattare viene preriscaldato con i gas che escono dalla seconda sezione 14 di ossidazione in uno scambiatore di calore 25 posto oltre la seconda sezione 14 di ossidazione (sopra la seconda sezione 14 di ossidazione nell’esempio di figura 2 dove la camera 20 di reazione à ̈ verticale).

I due letti catalitici 21, 22 comprendono opportuni rispettivi catalizzatori che attivano le due fasi di combustione, ovvero rispettive ossidazioni catalitiche in assenza di fiamma; per raggiungere la temperatura di attivazione, indicativamente intorno a circa 150°C, e innescare le reazioni catalitiche viene fornito calore, solamente nella fase di avviamento, tramite un dispositivo di innesco o preriscaldamento (senza necessità di fiamma), per esempio una resistenza elettrica (non illustrata), successivamente all’innesco delle reazioni, le reazioni si autosostengono recuperando calore dai gas combusti.

Non serve invece aggiungere combustibile dall’esterno, poiché il combustibile usato à ̈ presente nel flusso gassoso da trattare.

Nella prima sezione 13 di ossidazione ci sono catalizzatori (uno o più catalizzatori) che promuovono l’ossidazione catalitica sotto-stechiometrica in ambiente riducente dell’ammoniaca ed eventualmente l’ossidazione di parte dell’idrogeno.

Nella seconda sezione 14 à ̈ alimentata aria secondaria tramite il circuito aria secondaria 17. L’aria secondaria à ̈ preriscaldata con i gas che escono dalla seconda sezione 14 di ossidazione in uno scambiatore di calore 26 posto all’uscita della seconda sezione 14 di ossidazione e viene portata oltre (sotto, nel caso di camera 20 di reazione verticale) il letto catalitico 22 della seconda sezione 14 di ossidazione da un condotto aria 27 che attraversa il letto catalitico 22.

Nella seconda sezione 14 di ossidazione avviene l’ossidazione catalitica che rimuove metano e idrogeno.

Il circuito di recupero calore 18 serve a recuperare calore dai gas depurati da ammoniaca, metano ed idrogeno prodotti dai letti catalitici 21, 22, prima che i gas vengano inviati all’atmosfera tramite la linea di uscita 16; il circuito recupero calore 18 comprende per esempio uno scambiatore di calore 28, collocato in serie ai letti catalitici 21, 22 per prelevare calore dai gas che ne escono e produrre vapore in una caldaia 29.

Il calore dei gas uscenti dalle sezioni 13, 14 di ossidazione può anche essere usato per preriscaldare aria da inviare alle sezioni di finitura 8 e in particolare all’unità di granulazione o prilling dell’impianto urea 1.

Per esempio, i gas uscenti dalle sezioni 13, 14 di ossidazione, e precisamente dalla seconda sezione 14 di ossidazione (gas prodotti dai letti catalitici 21, 22 e depurati da ammoniaca, metano e idrogeno), possono essere diluiti (cioà ̈ mescolati direttamente, senza passare da uno scambiatore di calore) con aria da usare come aria di atomizzazione nell’unità di granulazione o come aria di fluidizzazione nell’unità di prilling dell’impianto urea 1, allo scopo di innalzare la temperatura dell’aria.

Nella forma di attuazione (B) mostrata in figura 3, nella quale i dettagli simili o uguali a quelli già descritti sono indicati con i medesimi numeri, il sistema 10 di abbattimento comprende: una unità 12 di trattamento avente una camera 20 di reazione; una linea di ingresso 15 che collega l’unità 12 di trattamento all’impianto urea 1 (e precisamente alla sezione 6 di media pressione) e porta all’unità 12 di trattamento il flusso gassoso da trattare; una linea di uscita 16, che scarica per esempio in atmosfera il gas trattato dall’unità 12 di trattamento; un circuito aria secondaria 17 che invia aria all’unità 12 di trattamento; un circuito di recupero calore 18, che recupera calore dall’unità 12 di trattamento.

Anche in questa forma di attuazione, l’unità 12 di trattamento comprende una camera 20 di reazione in cui à ̈ condotta la combustione controllata del flusso gassoso da trattare; l’unità 12 di trattamento à ̈ però in questo caso configurata per eseguire una combustione non catalitica.

In particolare, con riferimento anche alla figura 4, l’unità 12 di trattamento comprende un bruciatore 31 premiscelato (“premixed†), collocato per esempio ad una estremità (inferiore) della camera 20 di reazione; il bruciatore 31 à ̈ configurato in modo da condurre una combustione controllata in due fasi, condotte in rispettivi stadi 32, 33 del bruciatore 31:

- una prima fase (primo stadio 32) in cui avviene una combustione magra in presenza di ossigeno e idrogeno già presenti nel flusso gassoso da trattare; l’ossigeno à ̈ presente in quantità sotto-stechiometrica;

- una seconda fase (secondo stadio 33) in cui si immette aria secondaria tramite il circuito aria secondaria 17 e la combustione avviene quindi con ossigeno in quantità stechiometrica o sovra-stechiometrica.

La linea di ingresso 15 alimenta con il flusso gassoso di scarico da trattare il primo stadio 32 del bruciatore 31; il circuito aria secondaria 17 alimenta aria secondaria al secondo stadio 33 del bruciatore 31, dove si completa la combustione del metano e dell’idrogeno.

Opzionalmente, nel primo stadio 32 si alimenta anche vapore acqueo, iniettato tramite un’apposita linea vapore 34.

Anche in questa forma di attuazione, il circuito di recupero calore 18 recupera calore dai gas combusti prodotti nella camera 20 di reazione, prima che essi siano scaricati in atmosfera tramite la linea di uscita 16; il circuito recupero calore 18 comprende per esempio uno scambiatore di calore 28, collocato nella camera 20 di reazione per prelevare calore dai gas combusti dal bruciatore 31 e produrre vapore in una caldaia 29, e/o preriscaldare aria da inviare alle sezioni di finitura 8 e in particolare all’unità di granulazione o prilling dell’impianto urea 1.

In alternativa, il calore dei gas combusti prodotti nella camera 20 di reazione può essere recuperato direttamente, senza passaggio in uno scambiatore di calore, per preriscaldare l’aria da inviare alle sezioni di finitura 8 e in particolare all’unità di granulazione o prilling dell’impianto urea 1.

Per esempio, come mostrato in figura 5, i gas combusti uscenti dal bruciatore 31 sono diluiti (cioà ̈ mescolati direttamente, senza passare da uno scambiatore di calore) con aria da usare come aria di atomizzazione nell’unità di granulazione o come aria di fluidizzazione nell’unità di prilling dell’impianto urea 1, allo scopo di innalzare la temperatura dell’aria; la linea di uscita 16 confluisce quindi in una linea di alimentazione aria dell’unità di granulazione o prilling.

Nella forma di attuazione (C) mostrata in figura 6, nella quale i dettagli simili o uguali a quelli già descritti sono indicati con i medesimi numeri, il sistema 10 di abbattimento comprende una unità 12 di trattamento avente una camera 20 di reazione; una linea di ingresso 15 che collega l’unità 12 di trattamento all’impianto urea 1 (precisamente alla sezione 6 di media pressione) e porta all’unità 12 di trattamento il flusso gassoso da trattare; una linea di uscita 16, che scarica per esempio in atmosfera il gas trattato dall’unità 12 di trattamento.

L’unità 12 di trattamento comprende una camera 20 di reazione in cui à ̈ condotta la combustione controllata del flusso gassoso da trattare; l’unità 12 di trattamento à ̈ configurata per eseguire una combustione catalitica dell’ammoniaca contenuta nel flusso gassoso da trattare con ossigeno in quantità sotto-stechiometrica.

In sostanza, in questa forma di attuazione à ̈ condotta solo la prima fase del processo descritto con riferimento alla prima forma di attuazione mostrata in figura 2.

Il sistema 10 comprende una apparecchiatura 35 integrata che comprende uno scambiatore di calore 36, per esempio del tipo a piastre, e una cartuccia catalitica 37 contenente il catalizzatore che serve alla prima fase sopra descritta (ad esempio un catalizzatore del tipo “ammonia SCO†); il catalizzatore consente l’eliminazione dell’ammoniaca ed eventualmente di parte dell’idrogeno (favorendo le reazioni 1, 5, 6 indicate in precedenza e sfavorendo le altre) attraverso la combustione sottostechiometrica in ambiente riducente, sfavorendo la formazione degli ossidi di azoto.

Il flusso gassoso da trattare entra nell’apparecchiatura 35 attraverso la linea di ingresso 15, attraversa lo scambiatore di calore 36 e raggiunge quindi la cartuccia catalitica 37 nella camera 20 di reazione, dove avviene la combustione controllata descritta in precedenza; i gas reagiti caldi escono dalla cartuccia catalitica 37 e attraversano lo scambiatore di calore 36, preriscaldando il flusso gassoso da trattare.

In questa forma di attuazione non à ̈ prevista l’alimentazione di aria secondaria e la conduzione quindi della seconda fase di combustione-ossidazione sopra descritta; l’ossidazione dell’ammoniaca avviene in maniera completa, perché à ̈ sufficiente l’ossigeno contenuto nel flusso gassoso trattato.

Resta infine inteso che al metodo e al sistema qui descritti ed illustrati possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall’ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims (27)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per l’abbattimento di ammoniaca da un flusso gassoso continuo di scarico di un impianto urea (1), in particolare di una sezione (6) a media pressione di un impianto urea, comprendente una fase di eliminare ammoniaca dal flusso gassoso di scarico continuo dell’impianto urea (1) tramite un processo di combustione controllata, comprendente almeno una prima fase di combustione magra, povera di ossigeno, condotta in presenza di ossigeno in quantità sotto-stechiometrica agente come unico comburente e in ambiente riducente per la presenza di idrogeno.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui l’ossigeno usato in detta prima fase di combustione à ̈ l’ossigeno già presente nel flusso gassoso di scarico continuo da trattare.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il flusso gassoso di scarico continuo da trattare contiene ossigeno per la passivazione, e l’ossigeno usato nell’impianto urea (1) per la passivazione viene sfruttato per l’abbattimento dell’ammoniaca.
4. 4. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il processo di combustione controllata include, oltre a detta prima fase di combustione magra, una seconda fase di combustione condotta in presenza di ossigeno in quantità stechiometrica o anche superiore, per bruciare i gas rimanenti dalla prima fase di combustione e in particolare metano e idrogeno.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui detta seconda fase di combustione à ̈ condotta con aggiunta di aria secondaria o ossigeno per completare la combustione degli incombusti rimasti nei gas uscenti dalla prima fase.
6. 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima fase include una ossidazione catalitica sotto-stechiometrica di ossigeno.
7. 7. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il processo di combustione controllata include due fasi di ossidazione catalitica, condotte in rispettive sezioni (13, 14) di ossidazione, con ossigeno sotto-stechiometrico nella prima sezione (13) di ossidazione ed ossigeno stechiometrico o sovrastechiometrico nella seconda sezione (14) di ossidazione.
8. 8. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui il processo di combustione controllata include una combustione non catalitica in bruciatore (31), condotta in un primo stadio (32) con ossigeno sotto-stechiometrico e possibile iniezione di vapore acqueo, e in un secondo stadio (33) con ossigeno stechiometrico o sovrastechiometrico.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui il processo di combustione controllata avviene tramite un bruciatore (31) premiscelato a due stadi.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui nel primo stadio (32) avviene la prima fase di combustione “magra†in presenza di ossigeno sotto-stechiometrico e idrogeno già presenti nel flusso gassoso da trattare; mentre nel secondo stadio (33) si ha immissione di aria secondaria o ossigeno per completare la combustione di metano e idrogeno.
11. 11. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 8 a 10, in cui nel primo stadio (32) Ã ̈ iniettato del vapore acqueo.
12. 12. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente una fase di recuperare calore dai gas depurati da ammoniaca, metano ed idrogeno prima del loro rilascio in atmosfera, per produrre vapore e/o per preriscaldare aria da inviare a una unità di finitura, in particolare una unità di granulazione o di prilling, dell’impianto urea.
13. 13. Sistema per l’abbattimento di ammoniaca da un flusso gassoso continuo di scarico di un impianto urea (1), in particolare di una sezione (6) a media pressione di un impianto urea, comprendente una unità (12) di trattamento e mezzi (15) per alimentare all’unità (12) di trattamento un flusso gassoso da trattare contenente ossigeno in quantità sotto-stechiometrica e idrogeno; l’unità (12) di trattamento essendo configurata in modo da eseguire un processo di combustione controllata del flusso gassoso in almeno una prima fase di combustione magra, povera di ossigeno, condotta in presenza di ossigeno in quantità sotto-stechiometrica agente come unico comburente e in ambiente riducente per la presenza di idrogeno.
14. 14. Sistema secondo la rivendicazione 13, in cui l’unità (12) di trattamento à ̈ configurata in modo da eseguire, oltre a detta prima fase di combustione, una seconda fase di combustione in presenza di ossigeno in quantità stechiometrica o anche superiore, per bruciare i gas rimanenti dalla prima fase di combustione e in particolare metano e idrogeno.
15. 15. Sistema secondo la rivendicazione 14, in cui l’unità (12) di trattamento comprende un circuito aria secondaria (17) che invia aria o ossigeno all’unità (12) di trattamento per condurre detta seconda fase di combustione.
16. 16. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 13 a 15, in cui l’unità (12) di trattamento comprende almeno una prima sezione (13) di ossidazione configurata per condurre una combustione catalitica sotto-stechiometrica di ossigeno.
17. 17. Sistema secondo la rivendicazione 16, in cui l’unità (12) di trattamento comprende due sezioni (13, 14) di ossidazione, che operano rispettivamente con ossigeno sotto-stechiometrico ed ossigeno stechiometrico o sovrastechiometrico.
18. 18. Sistema secondo la rivendicazione 17, in cui le due sezioni (13, 14) di ossidazione sono dotate di rispettivi letti catalitici (21, 22) collocati in serie rispetto al flusso gassoso circolante nell’unità (12) di trattamento.
19. 19. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 16 a 18, in cui la prima sezione (13) di ossidazione comprende uno o più catalizzatori specifici per l’ossidazione catalitica selettiva di ammoniaca appartenenti alla classe dei catalizzatori “ammonia SCO†.
20. 20. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 13 a 15, in cui l’unità (12) di trattamento comprende un bruciatore (31) avente almeno un primo stadio (32) configurato per una combustione con ossigeno sottostechiometrico e possibile iniezione di vapore acqueo.
21. 21. Sistema secondo la rivendicazione 20, in cui il bruciatore (31) comprende un secondo stadio (33) configurato per una combustione con ossigeno stechiometrico o sovra-stechiometrico.
22. 22. Sistema secondo la rivendicazione 20 o 21, in cui il bruciatore (31) Ã ̈ un bruciatore premiscelato a due stadi.
23. 23. Sistema secondo la rivendicazione 22, in cui nel primo stadio (32) avviene la prima fase di combustione magra in presenza di ossigeno sotto-stechiometrico e idrogeno già presenti nel flusso gassoso da trattare; mentre nel secondo stadio (33) si ha immissione di aria secondaria o ossigeno per completare la combustione di metano e idrogeno.
24. 24. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 13 a 23, in cui l’unità (12) di trattamento comprende un circuito aria secondaria (17) che invia aria o ossigeno all’unità (12) di trattamento.
25. 25. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 13 a 24, in cui l’unità (12) di trattamento comprende un circuito di recupero calore (18), che recupera calore dall’unità (12) di trattamento.
26. 26. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 13 a 25, in cui l’unità (12) di trattamento ha una linea di ingresso (15) che collega l’unità (12) di trattamento all’impianto urea (1) e porta all’unità (12) di trattamento un flusso gassoso da trattare contenente ossigeno per la passivazione.
27. 27. Impianto di produzione urea, comprendente un sistema per l’abbattimento di ammoniaca secondo una delle rivendicazioni da 13 a 26.