ITMI962152A1

ITMI962152A1 - PROCEDURE FOR THE SYNTHESIS OF UREA FROM CARBON DIOXIDE AND AMMONIA

Info

Publication number: ITMI962152A1
Application number: IT96MI002152A
Authority: IT
Inventors: Vincenzo Lagana
Original assignee: Eurotecnica Contractors And En
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 1998-04-17
Also published as: AU4638197A; WO1998017635A1; IT1290423B1

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo Description of the invention entitled

“PROCEDIMENTO PER LA SINTESI DI UREA DA ANIDRIDE CARBONICA ED AMMONIACA” "PROCEDURE FOR THE SYNTHESIS OF UREA FROM CARBON DIOXIDE AND AMMONIA"

La presente invenzione concerne un procedimento perfezionato per la produzione di urea da ammoniaca ed anidride carbonica. Più particolarmente la presente invenzione è diretta ad un processo per la produzione di urea nei quale il carbammato, ottenuto come sottoprodotto della sintesi, viene decomposto mediante stripping con ammoniaca allo scopo di recuperare l’urea e riciclare alla sintesi i gas ottenuti nella sezione di stripping. The present invention relates to an improved process for the production of urea from ammonia and carbon dioxide. More particularly, the present invention is directed to a process for the production of urea in which the carbamate, obtained as a by-product of the synthesis, is decomposed by stripping with ammonia in order to recover the urea and recycle to the synthesis the gases obtained in the stripping section. .

E’ noto che i processi di produzione di urea attualmente in uso prevedono a valle del reattore di sintesi una sezione di decomposizione del carbammato allo scopo di ottenere una soluzione di urea, che viene eventualmente inviata ad altri stadi di - purificazione, ed una miscela di gas di stripping costituiti da ammoniaca ed anidride carbonica ed acqua che sono riciclati alla sintesi. In questi processi la decomposizione del carbammato viene provocata dalla reazione (o stripping) con uno dei reagenti, (ammoniaca o anidride carbonica) oppure, più recentemente dallo stripping in serie con ambedue i reagenti. In questi processi è stato suggerito di eseguire la reazione di sintesi e lo stripping sostanzialmente alla stessa pressione per evitare di dover pompare la miscela dei gas, provenienti dallo stripping e ricondensati sotto forma di carbammato, alla sezione di sintesi di urea. It is known that the urea production processes currently in use envisage a carbamate decomposition section downstream of the synthesis reactor in order to obtain a urea solution, which is eventually sent to other purification stages, and a mixture of stripping gases consisting of ammonia and carbon dioxide and water which are recycled to synthesis. In these processes, the decomposition of the carbamate is caused by the reaction (or stripping) with one of the reactants (ammonia or carbon dioxide) or, more recently, by stripping in series with both reactants. In these processes it has been suggested to carry out the synthesis reaction and the stripping at substantially the same pressure to avoid having to pump the mixture of gases, coming from the stripping and recondensed in the form of carbamate, to the urea synthesis section.

Si pensava infatti che operando in condizioni isobare si ricavasse un doppio beneficio: da un lato si aveva un risparmio energetico e dall’altro si evitava l’uso di pompe per far circolare un liquido corrosivo come il carbammato. In fact, it was thought that by operating in isobaric conditions a double benefit was obtained: on the one hand there was an energy saving and on the other it avoided the use of pumps to circulate a corrosive liquid such as carbamate.

D’altra parte l’esecuzione della reazione di sintesi in condizioni isobare rispetto allo stripping presentava l’inconveniente che per mantenere la stessa pressione nella sintesi il rapporto tra ammoniaca ed anidride carbonica non poteva superare certi valori, determinando cosi una diminuzione della resa che, come è noto, è tanto maggiore quanto più alto è detto rapporto. On the other hand, the execution of the synthesis reaction in isobaric conditions with respect to stripping had the drawback that in order to maintain the same pressure in the synthesis, the ratio between ammonia and carbon dioxide could not exceed certain values, thus causing a decrease in yield which, as is known, the higher the ratio is the greater.

E’ stato ora trovato, e ciò costituisce un oggetto della presente invenzione, che è possibile ottenere urea per sintesi da anidride carbonica ed ammoniaca con elevate rese e con conseguente risparmio energetico mediante un processo nel quale la sezione di sintesi opera ad una pressione più elevata di quella esistente nella zona di stripping. In particolare secondo il processo della presente invenzione la reazione di sintesi di urea viene condotta con un rapporto molare fra ammoniaca e anidride carbonica compreso tra 4 e 5, ad una pressione compresa tra 180 e 250.10<2>KPa (180 - 250. 10<2 >KPa) e ad una temperatura compresa tra 170 e 250°C; la sezione di stripping opera con ammoniaca ad una pressione compresa tra 110 e 160 . 10<2 >KPa. It has now been found, and this constitutes an object of the present invention, that it is possible to obtain urea by synthesis from carbon dioxide and ammonia with high yields and with consequent energy savings by means of a process in which the synthesis section operates at a higher pressure. than that existing in the stripping area. In particular, according to the process of the present invention, the urea synthesis reaction is carried out with a molar ratio between ammonia and carbon dioxide between 4 and 5, at a pressure between 180 and 250.10 <2> KPa (180 - 250. 10 < 2> KPa) and at a temperature between 170 and 250 ° C; the stripping section operates with ammonia at a pressure between 110 and 160. 10 <2> KPa.

Con il processo della presente invenzione la conversione in urea è superiore al 70%, mentre nei normali processi isobari noti nella tecnica la conversione in urea non raggiunge il 65%. Questa maggiore resa di conversione, ottenibile secondo il processo della presente invenzione, e la conseguente riduzione della quantità di carbammalo da decomporre e riciclare, compensa ampiamente, come si vedrà nel seguito, l’inconveniente derivato dal dover pompare la soluzione di carbammato dalla sezione di stripping e dì condensazone al reattore di sintesi dell’urea. C’è infatti da tenere presente che le pompe centrifughe utilizzabili attualmente per il riciclo del carbammato sono ormai completamente affidabili e non presentano gli inconvenienti di scarsa affidabilità che si temevano in passato quando venivano utilizzate pompe alternative. With the process of the present invention the conversion to urea is higher than 70%, while in the normal isobar processes known in the art the conversion to urea does not reach 65%. This higher conversion yield, obtainable according to the process of the present invention, and the consequent reduction in the quantity of carbamal to be decomposed and recycled, amply compensates, as will be seen below, the drawback deriving from having to pump the carbamate solution from the section of stripping and condensation to the urea synthesis reactor. In fact, it must be borne in mind that the centrifugal pumps currently used for the recycling of carbamate are now completely reliable and do not have the drawbacks of poor reliability that were feared in the past when alternative pumps were used.

La conversione elevata ottenuta nel processo della presente invenzione permette di avere un ridotto consumo di vapore per la decomposizione del carbammato rispetto al consumo dei processi isobari. Inoltre l’effettuazione dello stadio di stripping con ammoniaca a pressioni nettamente più basse di quelle di sintesi, ed anche più basse di quelle normalmente praticate nello stripping dei processi isobari, favorisce la decomposizione del carbammato lasciando nella soluzione concentrazioni di carbammato solo di pochi percento e riduce, quindi, l’onerosità dei trattamenti a valle dello stadio di stripping. The high conversion obtained in the process of the present invention allows to have a reduced steam consumption for the decomposition of the carbamate with respect to the consumption of isobar processes. Furthermore, carrying out the stripping step with ammonia at significantly lower pressures than those of synthesis, and even lower than those normally practiced in the stripping of isobar processes, favors the decomposition of the carbamate, leaving concentrations of carbamate in the solution only of a few percent and therefore, it reduces the onerousness of the treatments downstream of the stripping stage.

Il processo della presente invenzione può essere quindi cosi schematizzato. The process of the present invention can therefore be schematized as follows.

La sintesi dell’urea viene condotta come sopra detto ad una pressione compresa tra 180.10<3 >KPa e 250. 10<2 >KPa, mentre Io stripping con ammonìaca viene eseguito ad una pressione compresa tra 110. IO<2 >e 160.10<2 >KPa. The synthesis of urea is carried out as mentioned above at a pressure between 180.10 <3> KPa and 250. 10 <2> KPa, while stripping with ammonia is carried out at a pressure between 110. IO <2> and 160.10 < 2> KPa.

I vapori provenienti dallo stadio di stripping vengono misedati con una soluzione liquida di carbammato proveniente dalla sezione di decomposizione del carbammato a valle dello stadio di sintesi, del tipo noto nella tecnica, che opera ad una pressione generalmente inferiore o uguale a 22.10<2 >KPa The vapors coming from the stripping stage are mixed with a liquid solution of carbamate coming from the decomposition section of the carbamate downstream of the synthesis stage, of the type known in the art, which operates at a pressure generally lower than or equal to 22.10 <2> KPa

La miscela bifase cosi ottenuta viene fatta condensare completamente in una sezione detta di condensazione del carbammato operando sostanzialmente alla stessa pressione della sezione di stripping e il carbammato liquido risultante viene riciclato con una pompa alla zona di sintesi. The two-phase mixture thus obtained is completely condensed in a section called the condensation section of the carbamate, operating at substantially the same pressure as the stripping section and the resulting liquid carbamate is recycled with a pump to the synthesis zone.

H calore di condensazione del carbammato viene in parte direttamente impiegato per fornire il calore di decomposizione del carbammato residuo ancora presente nella soluzione di urea che esce dalla sezione di stripping mentre il calore di condensazione del carbammato decomposto, in questo ultimo stadio può essere utilizzato per la produzione di vapore. The heat of condensation of the carbamate is partly directly used to provide the heat of decomposition of the residual carbamate still present in the urea solution that comes out of the stripping section while the heat of condensation of the decomposed carbamate, in this last stage, can be used for the steam production.

I processo di produzione di urea della presente invenzione è particolarmente adatto alla integrazione con un processo di sintesi di melammina a partire da urea. Infatti il processo di produzione di melammina da urea fornisce come sottoprodotti ammoniaca, acqua e anidride carbonica che vengono condensati ottenendo una soluzione acquosa di carbammato che deve essere rimandata alla sezione di sintesi dell'urea. Secondo il processo della presente invenzione è possibile riddare tale soluzione di carbammato senza inviare l’acqua in essa contenuta al reattore di sintesi dell’urea. Infatti, come si vedrà nella descrizione dettagliata fornita qui di seguito, la soluzione acquosa di carbammato viene unita al materiale che viene inviato alla sezione di stripping e quindi i vapori ottenuti vengono inviati dopo condensazione alla sintesi, mentre l’acqua resta nella soluzione di urea. The urea production process of the present invention is particularly suitable for integration with a melamine synthesis process starting from urea. In fact, the production process of melamine from urea provides ammonia, water and carbon dioxide as by-products which are condensed to obtain an aqueous solution of carbamate which must be sent back to the urea synthesis section. According to the process of the present invention it is possible to reduce this carbamate solution without sending the water contained in it to the urea synthesis reactor. In fact, as will be seen in the detailed description provided below, the aqueous solution of carbamate is combined with the material that is sent to the stripping section and therefore the vapors obtained are sent after condensation to the synthesis, while the water remains in the urea solution. .

A titolo esemplificativo e non limitativo della presente invenzione riportiamo un esempio di realizzazione del processo di sintesi di urea. Per maggior chiarezza la descrizione del processo viene fatta con riferimento alla figura allegata nella quale è riportato uno schema a blocchi dell’impianto utilizzabile nella presente invenzione. By way of non-limiting example of the present invention, we report an example of implementation of the urea synthesis process. For greater clarity, the description of the process is made with reference to the attached figure which shows a block diagram of the system that can be used in the present invention.

La CO proveniente dai limiti di batteria dell’impianto viene compressa alla pressione di 230. 10<3 >KPa nel compressore 1 ed inviata al fondo del reattore di sintesi dell’urea 2. Al fondo del reattore 2 entrano sia il carbammato di riciclo, mediante la pompa 3, sia l ammoniaca proveniente dalla pompa 4 e preriscaldata alla temperatura di 90°C nel preriscaldatore 5. Il reattore opera ad una pressione di testa di 226. IO2 KPa ed una temperatura di 195°C con una resa di conversione della CO del 73%. The CO coming from the battery limits of the plant is compressed at a pressure of 230. 10 <3> KPa in the compressor 1 and sent to the bottom of the urea synthesis reactor 2. At the bottom of the reactor 2 both the recycled carbamate enter, by means of pump 3, both the ammonia coming from pump 4 and preheated to the temperature of 90 ° C in the preheater 5. The reactor operates at a head pressure of 226. IO2 KPa and a temperature of 195 ° C with a conversion yield of the CO of 73%.

In testa al reattore 2 si ha una fase liquida contenente l’urea sintetizzata, il carbammato residuo, l’ammoniaca in eccesso e l’acqua di sintesi generata dalla disidratazione del carbammato ad urea, ed una fase di vapore contenente i gas inerti presenti nella C02, l’aria di passivazione satura di ammoniaca, C02 ed acqua. At the head of the reactor 2 there is a liquid phase containing the synthesized urea, the residual carbamate, the excess ammonia and the synthesis water generated by the dehydration of the carbamate to urea, and a vapor phase containing the inert gases present in the C02, the passivation air saturated with ammonia, C02 and water.

La soluzione liquida viene scaricata dal reattore 2 attraverso la valvola 6 mediante la quale la pressione viene ridotta a 130. IO2 KPa per entrare nello stripper 7 operante alla pressione di 130. IO2 KPa. The liquid solution is discharged from the reactor 2 through the valve 6 by which the pressure is reduced to 130. 10 2 KPa to enter the stripper 7 operating at a pressure of 130. 10 2 KPa.

I vapori accumulatisi in testa al reattore vengono scaricati attraverso la valvola 8 ed entrano al fondo dello stripper 7 in modo che l’aria di passivazione, in essi contenuta, produca la sua azione anticorrosiva anche nello stripper 7: The vapors accumulated at the head of the reactor are discharged through the valve 8 and enter the bottom of the stripper 7 so that the passivation air contained therein produces its anticorrosive action also in the stripper 7:

La soluzione che entra in testa allo stripper di tipo a film cadente, viene riscaldata fino alla temperatura di 207°C mediante vapore alimentato nel mantello, il quale fornisce il calore necessario per la decomposizione della maggior parte del carbammato uscente dal reattore 2. La soluzione di urea non depurata completamente, attraverso la valvola 9, si espande alla pressione di 18.10<2 >KPa per continuare nella sua depurazione, mentre il vapore uscente dalla testa dello stripper 7 entra in testa al condensatore carbanimato 10 A, attraverso lejettore 12 in cui questi vapori sono intimamente miscelati con la soluzione di cari) animato proveniente dalla pompa 14, dopo essere stato preriscaldato fino alla temperatura di 100°C nel preriscaldatore 13. The solution entering the head of the falling film stripper is heated up to a temperature of 207 ° C by means of steam fed into the shell, which provides the heat necessary for the decomposition of most of the carbamate exiting from reactor 2. The solution of not completely purified urea, through the valve 9, expands at a pressure of 18.10 <2> KPa to continue its purification, while the steam coming out from the head of the stripper 7 enters the head of the carbanimate condenser 10 A, through the jector 12 in which these vapors are intimately mixed with the carbonate solution coming from the pump 14, after having been preheated up to the temperature of 100 ° C in the preheater 13.

La fase mista uscente dall’ejettore 12 entra nei tubi del condensatore 10A dove inizia la condensazione della fase vapore ed il calore di reazione per la formazione del carbammato viene ceduto alla soluzione proveniente dallo stripper per* decomporre ulteriormente il carbammato residuo preriscaldando questa soluzione, che scorre nel mantello, fino ad una temperatura di 165°C, producendo una elevata fase vapore che viene allontanata dalla fase liquida nel separatore 15. The mixed phase leaving the ejector 12 enters the tubes of the condenser 10A where the condensation of the vapor phase begins and the reaction heat for the formation of the carbamate is transferred to the solution coming from the stripper to further decompose the residual carbamate by preheating this solution, which it flows in the shell, up to a temperature of 165 ° C, producing a high vapor phase which is removed from the liquid phase in the separator 15.

La soluzione accumulatasi nel separatore 15 viene fatta espandere attraverso la valvola 17 fino ad una pressione di 4,5. 10<2 >KPa ed entra nel mantello del condensatore carbammato 10B per ottenere una soluzione alla temperatura di 138°C contenente circa 70% di urea e pochissimo carbammato residuo, che viene raccolta nel separatore 16 dal quale vengono allontanate sia la fase vapore che la fase liquida per continuare il processo di decomposizione. The solution accumulated in the separator 15 is made to expand through the valve 17 up to a pressure of 4.5. 10 <2> KPa and enters the shell of the carbamate condenser 10B to obtain a solution at a temperature of 138 ° C containing about 70% of urea and very little residual carbamate, which is collected in the separator 16 from which both the vapor phase and the liquid phase to continue the decomposition process.

Il calore di questo stadio di decomposizione viene fornito dalla continuazione della condensazione del carbammato che avviene nei tubi del condensatore carbammato 10B. La soluzione ed il vapore escono dal fondo del condensatore 10B e terminano la loro totale condensazione nel condensatore carbammato 11 ed entrano infine nel separatore 18 da cui il carbammato, mediante la pompa 3, viene riciclato al reattore 2, mentre i gas inerti saturi di ammoniaca, CO ed acqua, attraverso la valvola 19, vengono iniettati nella soluzione di urea che esce dalla valvola 9 in modo da usare Paria in essi contenuta come agente passivante del mantello del condensatore carbammato 10 A. The heat of this decomposition stage is provided by the continuation of the carbamate condensation that occurs in the tubes of the carbamate condenser 10B. The solution and the vapor exit from the bottom of the condenser 10B and finish their total condensation in the carbamate condenser 11 and finally enter the separator 18 from which the carbamate, by means of the pump 3, is recycled to the reactor 2, while the inert gases saturated with ammonia , CO and water, through the valve 19, are injected into the urea solution that leaves the valve 9 so as to use Paria contained therein as a passivating agent of the shell of the carbamate condenser 10 A.

Il calore di condensatone finale del carbammato viene usato per produrre vapore alla pressione di 4,5.10<2 >KPa da usare nella sezione di concentrazione sotto vuoto della soluzione urea. The final condensation heat of the carbamate is used to produce vapor at a pressure of 4.5.10 <2> KPa for use in the vacuum concentration section of the urea solution.

La soluzione di urea accumulata nel separatore 16 viene fatta espandere attraverso la valvola 20 alla pressione di 0,3. 10<2 >KPa ed entra net fondo dell’evaporatore 21 A per ottenere una soluzione ad una concentrazione dell’ 85%, ed il calore per raggiungere questo valore è fornito dalla condensazione dei vapori provenienti dal separatore 15 che vengono miscelati con la soluzione proveniente dalla pompa 26. The urea solution accumulated in the separator 16 is made to expand through the valve 20 at the pressure of 0.3. 10 <2> KPa and enters the bottom of the evaporator 21 A to obtain a solution at a concentration of 85%, and the heat to reach this value is provided by the condensation of the vapors coming from the separator 15 which are mixed with the solution coming from from the pump 26.

La soluzione di urea entra nell’evaporatore 21B, riscaldato con vapore alla pressione di 4,5. 10<2 >KPa, per raggiungere la concentrazione del 95% ed una temperatura di 130°C. Infine la soluzione entra nel separatore 22 dove la fase vapore viene inviata al primo sistema sotto vuoto 28, mentre la soluzione di urea viene inviata al concentratore finale 23 che opera ad una pressione di 0,03.10<2 >KPa ed una temperatura di 140°C per ottenere urea praticamente pura ad una concentrazione del 99,7%. il calore per raggiungere questa concentrazione viene fornito dal vapore a 4,5.10<2 >KPa che si condensa nel lato mantello. L’urea uscente dal concentratore 23 entra nel separatore 24 dal quale la fase vapore viene inviata al secondo gruppo del vuoto 29, mentre l’urea fusa per mezzo della pompa 30 viene inviata in testa alla torre di prilling 31 dove viene sprezzata per ottenere il prodotto finito sotto forma di perline. The urea solution enters evaporator 21B, heated with steam at a pressure of 4.5. 10 <2> KPa, to reach a concentration of 95% and a temperature of 130 ° C. Finally the solution enters the separator 22 where the vapor phase is sent to the first vacuum system 28, while the urea solution is sent to the final concentrator 23 which operates at a pressure of 0.03.10 <2> KPa and a temperature of 140 ° C to obtain practically pure urea at a concentration of 99.7%. the heat to reach this concentration is supplied by the steam at 4.5.10 <2> KPa which condenses on the shell side. The urea leaving the concentrator 23 enters the separator 24 from which the vapor phase is sent to the second vacuum group 29, while the molten urea by means of the pump 30 is sent to the head of the prilling tower 31 where it is despised to obtain the finished product in the form of beads.

L’urea fusa cadendo lungo la torre di prilling si solidifica mediante il raffreddamento con l'aria che sale nella torre. The molten urea falling along the prilling tower solidifies by cooling with the air that rises in the tower.

L’urea fusa contiene una piccola quantità di ammoniaca libera, che passando nell’aria, causerebbe un inquinamento quando questa entra nell’atmosfera. Molten urea contains a small amount of free ammonia, which passing into the air, would cause pollution when it enters the atmosphere.

Per ridurre il contenuto di ammoniaca libera sulla mandata della pompa 30 viene iniettata nell’urea fusa della CO2 38 che reagendo con l’ammoniaca produce carbammato abbassando così il livello di emissione dalla testa della torre 31. To reduce the free ammonia content on the delivery of the pump 30, CO2 38 is injected into the molten urea which, reacting with ammonia, produces carbamate, thus lowering the emission level from the head of the tower 31.

Il fluido bifase uscente dal mantello dell’evaporatore 21 A viene inviato nel preriscaldatore ammoniaca 5 per essere ulteriormente condensato ed infine entra sul fondo della colonna 32 in cui si forma una fase liquida di carbammato sul fondo mentre dalla testa esce ammoniaca pura in fase vapore. The two-phase fluid exiting from the jacket of the evaporator 21 A is sent to the ammonia preheater 5 to be further condensed and finally enters the bottom of the column 32 in which a liquid phase of carbamate is formed on the bottom while pure ammonia comes out of the head in the vapor phase.

Il calore di formazione del carbammato viene asportato mediante il riflusso di ammoniaca pura entrante in testa alla colonna 32. The heat of carbamate formation is removed by the reflux of pure ammonia entering the top of the column 32.

Il carbammato di fondo, mediante la pompa 14, entra nel preriscaldatore 13 in cui il calore di preriscaldamento viene fornito dal vapore uscente dalla testa del separatore 16, quindi la fase mista viene inviata al condensatore finale 25 unitamente alla soluzione di carbammato 39 proveniente dalla sezione di trattamento delle condense di processo non rappresentato nello schema. The bottom carbamate, by means of the pump 14, enters the preheater 13 where the preheating heat is supplied by the steam coming out of the separator head 16, then the mixed phase is sent to the final condenser 25 together with the carbamate solution 39 coming from the section process condensate treatment not shown in the diagram.

I carbammato uscente dal condensatore 25 viene raccolto nel serbatoio 27 da cui il carbammato viene riciclato mediante la pompa 26 come precedentemente descritto. The carbamate leaving the condenser 25 is collected in the tank 27 from which the carbamate is recycled by the pump 26 as previously described.

L’ammoniaca in fase vapore uscente dalla testa della colonna 32 entra nel condensatore 33 dove l ammoniaca viene condensata e raccolta nel serbatoio 34 dal quale viene prelevata dalla pompa 35 che invia l’ammoniaca sia in testa alla colonna 31, come riflusso, sia alla pompa 4 che manderà l’ammoniaca al reattore 2 dopo essere stata preriscaldata nello scambiatore 5. The ammonia in the vapor phase coming out from the head of the column 32 enters the condenser 33 where the ammonia is condensed and collected in the tank 34 from which it is taken by the pump 35 which sends the ammonia both at the head of the column 31, as reflux, and to the pump 4 which will send ammonia to reactor 2 after being preheated in exchanger 5.

I gas inerti che si accumulano nel . serbatoio 34 sono saturi di ammoniaca alla temperatura di 43 °C ed una pressione di 18. 10<2 >KPa e prima di essere scaricati all’aria devono essere lavati nella colonna 36 con ammoniaca fresca 40 proveniente dal limite di batteria, generalmente ad una temperatura di -34°C per ridurre il contenuto di ammoniaca al minimo possibile. Dopo aver descritto il processo nel suo insieme è importante citare il caso in cui a valle dell’impianto urea opera un impianto melammina. The inert gases that accumulate in the. tank 34 are saturated with ammonia at a temperature of 43 ° C and a pressure of 18. 10 <2> KPa and before being discharged into the air they must be washed in the column 36 with fresh ammonia 40 coming from the battery limit, generally at a temperature of -34 ° C to reduce the ammonia content to the minimum possible. After describing the process as a whole, it is important to mention the case in which a melamine plant operates downstream of the urea plant.

E’ noto che rimpianto melammina produce una certa quantità di vapori d NH, C02, H20 che vengono condensati nel’impianto di melammina stesso, mentre il carbammato liquido ottenuto deve essere riciclato all’impianto urea per essere ritrasformato in urea. It is known that melamine regret produces a certain amount of NH, C02, H20 vapors which are condensed in the melamine plant itself, while the liquid carbamate obtained must be recycled to the urea plant to be re-transformed into urea.

Per evitare di alimentare l’acqua di questo carbammato di riciclo al reattore urea, è bene che il riciclo del carbammato, attraverso la linea 37, venga unito alla soluzione di urea che esce dal reattore 2 dopo la valvola di espansione 6 e venga unitamente ad essa inviato allo stripper 7. To avoid feeding the water of this recycled carbamate to the urea reactor, it is advisable that the recycle of the carbamate, through line 37, is combined with the urea solution that leaves the reactor 2 after the expansion valve 6 and is combined with it sent to the stripper 7.

In questo modo solo circa il 10% dell’acqua entrante con questo riciclo esce con il vapore dalla testa dello stripper 7 e ricicla al reattore, mentre il rimanente 90% viene scaricato dal fondo dello stripper 7 ed eliminato insieme alla soluzione di urea che passa attraverso le fasi di concentrandone successive come descritto in precedenza. In this way only about 10% of the incoming water with this recycling comes out with the steam from the head of the stripper 7 and recycles to the reactor, while the remaining 90% is discharged from the bottom of the stripper 7 and eliminated together with the urea solution that passes through the subsequent concentrating steps as described above.

A chiarimento del processo diamo ora un esempio numerico. To clarify the process we now give a numerical example.

ESEMPIO EXAMPLE

Per l’esecuzione dell’esempio numerico ci riferiamo ad un impianto urea avente una capacità nominale di 1000 t/d. For the execution of the numerical example we refer to a urea plant with a nominal capacity of 1000 t / d.

Il reattore opera nelle condizioni seguenti: The reactor operates under the following conditions:

Rapporti molari: Molar ratios:

Temperatura: 199°C pressione 198. 10<2 >KPa Temperature: 199 ° C pressure 198. 10 <2> KPa

In queste condizioni la resa del reattore è del 71,5% e la composizione della soluzione è la seguente: Under these conditions the reactor yield is 71.5% and the composition of the solution is as follows:

l carbammato contenuto nella soluzione è 21634 kg/h. The carbamate contained in the solution is 21634 kg / h.

Un reattore che opera in un processo di strìpping isobarico ha le seguenti condizioni: A reactor operating in an isobaric strìpping process has the following conditions:

Rapporti molari: NH3/CO2 - 3,5 H2O/CO2 = 0,5 Molar ratios: NH3 / CO2 - 3.5 H2O / CO2 = 0.5

Temperatura: 189°C pressione 145. 10<2 >KPa Temperature: 189 ° C pressure 145. 10 <2> KPa

In queste condizioni la resa del reattore è del 64,3% e la composizione della soluzione è la seguente; Under these conditions the reactor yield is 64.3% and the composition of the solution is as follows;

I carbammato contenuto nella soluzione è 30078 kg/h. The carbamate contained in the solution is 30078 kg / h.

Come si può notare nel caso di un processo di strìpping isobarico il carbammato da decomporre è 8444 kg/h in più (pari al 39%) con un consumo energetico di 6249000 kcal/h in più. Supponendo di usare nei decompositorì vapore saturo alla pressione di 23. 10<2 >KPa assoluti il consumo è di 14013 kg/h in più, pari a 336 kg per ogni tonnellata di urea prodotta. As can be seen in the case of an isobaric strìpping process, the carbamate to be decomposed is 8444 kg / h more (equal to 39%) with an energy consumption of 6249000 kcal / h more. Assuming to use saturated steam at a pressure of 23.10 <2> KPa absolute in decomposers, the consumption is 14013 kg / h more, equal to 336 kg for each ton of urea produced.

La soluzione uscente dal reattore alla pressione di 199. 10<2 >KPa viene fatta espandere alla pressione di 135. 10<2 >KPa ed inviata allo stripper che opera ad una temperatura di 205°C, e la soluzione purificata ha la composizione seguente: The solution leaving the reactor at the pressure of 199. 10 <2> KPa is made to expand at the pressure of 135. 10 <2> KPa and sent to the stripper which operates at a temperature of 205 ° C, and the purified solution has the following composition :

I consumo di vapore a 23.10<2 >KPa saturo è di 11288 kg/h pari a 271 kg/ton di urea. Steam consumption at 23.10 <2> saturated KPa is 11288 kg / h equal to 271 kg / ton of urea.

La soluzione uscente dallo strìpper viene espansa alla pressione di 18.10<2 >KPa ed inviata nel mantello del condensatore carbanimato 10A dove viene riscaldata fino alla temperatura di 160°C, per decomporre il carhammato residuo, ottenendo la soluzione seguente:. The solution leaving the strìpper is expanded at a pressure of 18.10 <2> KPa and sent into the shell of the carbanimate condenser 10A where it is heated up to a temperature of 160 ° C, to decompose the residual carhammate, obtaining the following solution :.

Il calore necessario alla decomposizione del carhammato è di 2967000 kcal/h e viene fornito dalla condensatone dei vapori provenienti dallo strìpper. The heat necessary for the decomposition of the carhammate is 2967000 kcal / h and is supplied by the condensation of the vapors coming from the strìpper.

La soluzione proveniente dallo stadio di decomposizione a 18.10<2 >KPa si espande fino alla pressione di 4,5.10<2 >KPa ed é inviata nel mantello del condensatore carhammato 10B, dove viene riscaldata fino alla temperatura di 138°C per decompone il carhammato residuo, ottenendo la soluzione seguente: The solution coming from the decomposition stage at 18.10 <2> KPa expands up to a pressure of 4.5.10 <2> KPa and is sent into the mantle of the carhammate condenser 10B, where it is heated up to a temperature of 138 ° C to decompose the carhammate residue, obtaining the following solution:

Il calore necessario alla decomposizione del carbammato è di 1934000 kcal/h e viene fornito dalla condensazione dei vapori provenienti dallo strìpper. The heat necessary for the decomposition of the carbamate is 1934000 kcal / h and is provided by the condensation of the vapors coming from the strìpper.

I vapori provenienti dallo strìpper uniti alla soluzione di carbammato proveniente dalla sezione a 18. IO<2 >KPa vengono condensati ad una pressione di 134. IO<2 >KPa ed una temperatura di 156°C cedendo una quantità di calore di 7255000 kcal/h. The vapors coming from the strìpper combined with the carbamate solution coming from the section at 18. IO <2> KPa are condensed at a pressure of 134. IO <2> KPa and a temperature of 156 ° C giving up a quantity of heat of 7255000 kcal / h.

Poiché come si è visto la.quantità di calore necessario per i due decompositorì è di 4901000 kcal/h, la quantità di calore residuo pari a 2353000 kcal/h si utilizza nel condensatore carbammato finale 11 per produne vapore saturo a 4,5.10<2 >KPa nella quantità di 4624 kg/h corrispondenti a 111 kg/ton di urea, che può essere usato nella sezione di concentrazione sotto vuoto dell'urea. Since, as we have seen, the amount of heat necessary for the two decomposers is 4901000 kcal / h, the amount of residual heat equal to 2353000 kcal / h is used in the final carbamate condenser 11 to produce saturated steam at 4.5.10 <2 > KPa in the amount of 4624 kg / h corresponding to 111 kg / ton of urea, which can be used in the vacuum concentration section of urea.

I vapori provenienti dalla decomposizione a 18 bar uscenti dal separatore 15 vengono fatti condensare nel mantello dell’evaporatore 21 A in cui la soluzione di urea viene concentrata fino al 85% in peso. The vapors coming from the decomposition at 18 bar coming out of the separator 15 are condensed in the jacket of the evaporator 21 A in which the urea solution is concentrated up to 85% by weight.

I calore ceduto dai vapori condensanti è di circa 4250000 kcal/h mentre il rimanente calore necessario per ottenere la soluzione di urea ad una concentrazione del 95% in peso, pari a 2709000 kcal/h viene fornito dal vapore. The heat released by the condensing vapors is about 4250000 kcal / h while the remaining heat needed to obtain the urea solution at a concentration of 95% by weight, equal to 2709000 kcal / h is supplied by the steam.

Si può concludere che il processo secondo la presente invenzione che opera con sezione di stripping a pressione inferiore, ha un consumo di vapore totale di circa 470 kg/ton di urea prodotta, contro il consumo dei processi di stripping attuali di circa 700 kg/ton di urea; It can be concluded that the process according to the present invention which operates with a stripping section at a lower pressure, has a total steam consumption of about 470 kg / ton of urea produced, against the consumption of the current stripping processes of about 700 kg / ton. of urea;

Claims

CLAIMS 1. Process for the production of urea by synthesis from carbon dioxide and ammonia with high yields with a process that involves a urea reaction section and a stripping section with ammonia of the carbamate obtained as a by-product, characterized in that the section of synthesis operates at a higher pressure than that existing in the stripping zone.

2. Process for the production of urea as per claim 1 characterized in that the urea synthesis reaction is carried out with a molar ratio between ammonia and carbon dioxide between 4 and 5, at a pressure between 180 and 250.10 <2> KPa and at a temperature between 170 and 250 ° C and the stripping section operates with ammonia at a pressure between 110 and 160.10 <2> Kpa.

3. Product for the synthesis of urea according to claim 2, characterized in that the vapors coming from the stripping step are mixed with a liquid solution of carbamate coming from the decomposition section of the carbamate downstream of the synthesis step, of the type known in the technique, which operates at a pressure generally lower than or equal to 22.10 <2> KPa and that the two-phase mixture thus obtained is made to condense completely in a section called condensation of the carbamate which operates substantially at the same pressure as the stripping section and the liquid carbamate resulting is recycled with a pump to the synthesis zone.

4. Process for the production of urea according to claim 3 characterized in that the heat of condensation of the carbamate is partly directly used to provide the heat of decomposition of the residual carbamate still present in the urea solution which leaves the stripping section while the condensation heat of the carbamate decomposed in this last stage can be used for the production of steam.

5. Process for the production of urea according to any one of the preceding claims characterized in that a part of the ammonia and carbon dioxide used as reactants come as by-products from a melamine production plant integrated with the urea production process and they are fed, in the form of an aqueous solution of carbamal, to the stripping section of the carbamate.

6. Process according to any one of the preceding claims characterized in that the urea obtained, sent in the molten state to a prilling tower for subsequent solidification into beads by contact with air, is previously added with a quantity of carbon dioxide to reduce the free ammonia content and its dispersion into the atmosphere.