MX2014008371A - Proceso para la sintesis de urea que comprende una corriente de estabilizacion en el fondo separador. - Google Patents

Abstract

Un proceso para la síntesis directa de urea a partir de amoníaco y dióxido de carbono con una resistencia aumentada a la corrosión, en la sección para la síntesis a alta presión, un paso de reacción en un reactor vertical (R) alimentado con al menos una corriente de dióxido de carbono fresco que contiene un agente para la estabilización y un paso de descomposición-separación de los reactivos no convertidos, en donde la mezcla de gas-líquido recolectada en el cabezal del reactor se separa en una corriente gaseosa y una corriente líquida alimentadas en la cola y el cabezal del separador, respectivamente.

Description

PROCESO PARA LA SINTESIS DE UREA QUE COMPRENDE UNA CORRIENTE DE ESTABILIZACION EN EL FONDO SEPARADOR DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un proceso mejorado para la síntesis de urea, que comprende una corriente de estabilización en el fondo de un separador.

En particular, se conocen varios procesos en el estado de la téenica, para la producción de urea.

La síntesis de la urea se efectúa mediante la reacción de amoníaco y dióxido de carbono, a alta presión y temperatura, seguido por la separación de la urea de la mezcla que contiene los productos no reaccionados y el recielaje de los mismos para el reactor.

Todos los procesos industriales para la preparación de urea por lo tanto se basan en la síntesis directa de acuerdo con la siguiente reacción: 2NH3 + CO2 <® CO (NH2) 2 + H2O (1) Esta síntesis se lleva a cabo en dos diferentes pasos de reacción: NH3 + C02 <® (NH2) COONH4 (la) (NH2) COONH4 <® CO (NH2) 2 + H20 (Ib) En el primer paso (la), toma lugar un equilibrio exotérmico, con un alto grado de reacción a temperatura ambiente, eell ccuuaall,, sin embargo, a altas temperaturas Ref . 249801 necesarias para el paso (Ib), requiere altas presiones con el fin de obtener un equilibrio favorable.

En el segundo paso (Ib), toma lugar una reacción endotérmica, que solamente logra un grado significativo a altas temperaturas (>150°C) con un estado de equilibrio que a 185°C, partiendo de una mezcla de reactivos en una proporción estequiométrica, lleva a una conversión de CO2 ligeramente mayor del 50%. Esta insatisfactoria conversión puede aumentarse convenientemente elevando la proporción de NH3/C02.

Los dos pasos de la reacción antes mencionados normalmente no toman lugar en áreas separadas del rector, sino contemporáneamente en la mezcla de reacción, tal mezcla por lo tanto comprende urea, agua, amoníaco, dióxido de carbono y carbamato de amonio, con una concentración relativa, en diferentes áreas del reactor, dependiendo de los varios factores termodinámicos y cinéticos que contribuyen en el proceso.

Los procesos para obtener urea por síntesis directa partiendo de amoníaco y dióxido de carbono se han descrito ampliamente en literatura específica en el campo. Una revisión extensiva de los procesos más comunes para la producción de urea pueden encontrarse, por ejemplo, en la publicación "Encyclopaedia de Chemical Technology" Ed. Kirk-Othmer, Wilcy Interscience, tercera ed. (1983), vol. 23, páginas 548-575.

Los procesos industriales para la producción de urea, normalmente llevan a cabo la síntesis en un reactor alimentado con NH3, CO2 soluciones acuosas de carbonato y/o carbamato de amonio que viene de las corrientes recieladas de reactivos no convertidos, a temperaturas en el intervalo de 150 a 215°C, a presiones de al menos 13.2 MPa (130 atm), con una proporción molar de NH3/C02 en el intervalo de 2.5 a 5, calculada con respecto a la suma de las corrientes de alimentación, incluyendo, amoníaco y C02 en la forma de carbamato/carbonato de amonio. Además del agua formada y el exceso de NH3 alimentado, el efluente del reactor aún tiene cantidades considerables de C02, principalmente en la forma de un carbamato de amonio no convertido.

Un aspecto esencial más para obtener una conversión óptima también es el control del nivel térmico en el reactor, como a temperaturas excesivamente altas como también excesivamente bajas lo que lleva a una reducción en la conversión debido a la competencia de varios factores químicos y termodinámicos.

La separación de la urea del agua y los reactivos no convertidos se efectúa en varias secciones que operan a temperaturas y presiones en disminución, en donde la descomposición del carbamato de amonio en NH3 y C02 se efectúa, que después quedan disponibles para el reciclaje en el reactor. La sección para la separación y reciclaje del carbamato tiene costos de inversión que tienen una alta influencia en el costo del producto final.

Los procesos conocidos que operan de acuerdo con el esquema general anterior son, por ejemplo, descritos en las patentes de E.U.A.US 4,092,358,US 4,208,347, US 4,801,745 y US 4,354,040.

En particular, la urea contenida en la solución acuosa que sale del reactor se separa de la mayor parte del carbamato de amonio no transformado y el exceso de amoníaco se utiliza en la síntesis, en un desconponedor-evaporador adecuado (en lo sucesivo denominado "separador", que es el término normalmente utilizado en el campo) que opera a presiones iguales o ligeramente menores que la presión de la síntesis.

La descomposición del carbamato de amonio se efectúa en el separador proveyendo calor desde el exterior por medio de intercambio térmico indirecto con un fluido más caliente, normalmente vapor a 1.8 - 3.0 MPa, posiblemente separando los productos de la descomposición con gases inertes o amoníaco o dióxido de carbono o mezclas de gases inertes con amoníaco y/o dióxido de carbono, la separación posiblemente también se efectúa explotando el exceso de amoníaco disuelto en la solución de urea (auto-separación), y en consecuencia sin tener que alimentar el agente de separación de manera separada.

Los productos de la descomposición del carbamato, junto con los posibles agentes para la separación, con la excepción de los productos inertes, se condensan normalmente en condensadores, obteniendo un líquido que se reciela en los reactores de la síntesis.

Los demás documentos que pueden mencionarse para propósitos de referencia son US 4,314,077, GB 1,184,004, GB 1,292,515, US 3,984,469, US 4,137,262, DE 2,116,267, FR 2,489323, todos describiendo procesos para la producción de urea con las características antes mencionadas.

Los pasos particularmente delicados en el proceso de la síntesis de urea son aquellos en donde el carbamato de amonio está presente a una concentración y temperatura más altas, y en consecuencia en los procesos mencionados anteriormente, estos pasos coinciden con los pasos de descomposición-separación y condensación del carbamato de amonio.

Uno de los problemas a resolver en estos pasos es la corrosión de equipo utilizado, causada por las características extremadamente agresivas que toman lugar dentro del mismo, debido tanto a la presencia de una alta concentración de soluciones salinas como también como un resultado del fenómeno de tensión mecánica de las superficies en las áreas de descomposición y liberación de la fase gaseosa.

Con el fin de superar estos inconvenientes, la téenica conocida sugiere, por ejemplo, el uso de materiales especiales en la producción del separador, en particular Ti, Zr, aceros inoxidables de grado urea, especiales, o combinaciones de éstos. De nuevo de acuerdo con el estado de la téenica, es ventajoso alimentar una cierta cantidad de aire u otro agente de estabilización, con el fin de prolongar la resistencia a la corrosión de los materiales, especialmente los aceros inoxidables, favoreciendo la formación de una capa estable de óxido en las superficies expuestas al contacto con los fluidos del proceso.

En particular, la presente invención cae dentro del campo específico de plantas para la síntesis de urea con separación por medio de amoníaco, es decir en plantas en donde la acción de separación en el separador, en donde toma lugar la descomposición del carbamato, se facilita por el amoníaco presente en la solución de la síntesis y/o por alimentación de amoníaco para este propósito.

Actualmente, en este tipo de planta, con el fin de efectuar la estabilización del separador (especialmente si las superficies expuestas a corrosión se hacen de titanio o acero inoxidable) se agrega una cierta cantidad de aire en el fondo del separador. Esta adición se efectúa por medio de una inyección específica de aire utilizando compresores explícitamente preparados para este propósito. En las otras partes del ciclo de síntesis de urea a alta presión que requieren estabilización, esta estabilización se efectúa, por el contrario, de nuevo con aire, que se mezcla durante la fase de succión del compresor de G¾ y se envía a través del compresor al reactor de urea. El aire que no participa en la reacción de estabilización en el reactor, sale del reactor junto con la mezcla de reacción y se envía a la parte superior del separador, después pasando el condensador del carbamato y de ahí al separador del carbamato, de esta forma dejando que el ciclo de la síntesis a través de la válvula destinada para el control de presión del ciclo mismo, normalmente se utilice para purgar los productos inertes.

Durante esta forma, el aire efectúa la estabilización de las superficies del equipo que encuentra, el que por el contrario se sometería a procesos corrosivos.

En consideración de lo que se especifica anteriormente, es decir el hecho de que el aire para la estabilización se envía desde el reactor a la parte superior del separador, el fondo del separador se excluye de la acción de estabilización ejercida por tal aire, que se mezcla durante la fase de succión del compresor de CO2 y se envía al reactor a través del compresor.

Por esta razón, la téenica conocida describe la necesidad de efectuar una inyección específica de aire en el fondo del separador por medio de compresores explícitamente preparados para este propósito.

Esta solución, sin embargo, requiere de dispositivos dedicados adicionales, es decir compresores, los cuales, además de tener un costo, también requieren intervenciones de mantenimiento periódicas.

Han sido propuestos procedimientos alternativos para la alimentación de un agente para la estabilización (particularmente aire u oxígeno a bajas concentraciones), que tienden a evitar el uso de medios de bombeo a alta presión adicionales, tales como, por ejemplo, el esquema descrito en las solicitudes de patente internacionales Nr. WO08/141832, en donde una parte del dióxido de carbono fresco que contiene el aire para la estabilización se alimenta, después de la compresión, en el fondo del separador, en donde ejerce una acción de estabilización en las superficies más expuestas a la corrosión.

A pesar de que este recurso evita concurrir en el bombeo separado del aire para la estabilización, requiere sin embargo de un cuidadoso control de las condiciones del proceso en el ciclo de la síntesis con auto-separación con base de NH3, debido a la reducida cantidad de CO2 enviada al reactor.

Ahora el solicitante ha encontrado un proceso que supera los inconvenientes anteriores, específicamente del estado de la téenica, al mismo tiempo optimizando el proceso de la síntesis de urea.

Un objeto de la presente invención por lo tanto se refiere a un proceso mejorado para la preparación de urea de amoníaco y dióxido de carbono, a alta presión y temperatura, con la formación de carbamato de amonio como producto intermediario, que incluye una sección de síntesis que comprende los siguientes pasos: (i) hacer reaccionar el amoníaco y dióxido de carbono a una presión global en el intervalo de 12 a 20 MPa, con una relación molar de NH3/CO2, tal como o en la forma de carbamato de amonio, en el intervalo de 2.1 a 6, preferiblemente de 2.8 a 4.5, en un paso de reacción llevado a cabo en un reactor R vertical adecuado alimentado con al menos una corriente de amoníaco y al menos una corriente de dióxido de carbono fresco con un agente estabilizante en tal cantidad que su contenido de oxígeno equivalente es de al menos 0.1%, preferiblemente de 0.15 a 0.30% en moles con respecto a los moles del dióxido de carbono, con la formación de una primera mezcla líquida con urea, carbamato de amonio, agua y amoníaco, en equilibrio de líquido/vapor con una fase gaseosa con al menos una parte del agente estabilizante; (ii) transferir tal primera mezcla líquida a por lo menos un paso de descomposición-separación llevado a cabo en un aparato vertical adecuado, denominado separador (S), que opera a una presión de al menos 0.1 MPa, preferiblemente de 0.2 a 2.0 MPa, más preferiblemente de 0.5 a 1.5 MPa, menor que la del paso de reacción (i); (iii) calentar la primera mezcla líquida en tal paso de descomposición-separación, para efectuar la descomposición de parte del carbamato de amonio en amoníaco y dióxido de carbono, y simultáneamente someter tal mezcla líquida a separación, preferiblemente utilizando amoníaco como la separación del gas, con la formación de una primera mezcla gaseosa con amoníaco y dióxido de carbono, y una segunda mezcla líquida con urea, agua, amoníaco y la parte no descompuesta del carbamato de amonio,- (iv) transferir al menos una parte, preferiblemente toda, tal primera mezcla gaseosa a por lo menos un paso de condensación, sustancialmente operando a la misma presión que el paso de descomposición-separación (iii) y condensando la fase gaseosa transferida con la formación de una tercera mezcla líquida con carbamato de amonio, agua y amoníaco; (v) transferir tal tercera mezcla líquida y la posible parte restante de tal primera mezcla gaseosa al paso de reacción (i); caracterizado porque al menos una parte de tal fase gaseosa en equilibrio con la primera mezcla líquida del paso (i), se separa en un separador de gas-líquido (Di) situado en corriente abajo del reactor (R) y sustancialmente operando a la misma presión, para formar una segunda mezcla gaseosa con un agente estabilizante, que se alimenta en la sección inferior de tal separador (S).

Un objeto más de la presente invención se refiere a la sección de una planta para la producción de urea mediante la síntesis directa de amoníaco y dióxido de carbono, adecuada para efectuar el proceso mejorado anterior.

En la presente descripción, el término "calentar o calentado" que se refiere una corriente o mezcla líquida y/o gaseosa, indica que la corriente o mezcla ha sido sometida a una elevación de temperatura.

De acuerdo con el proceso de la presente invención, que normalmente es llevado a cabo en una planta o sección adecuada, continua de una planta, el amoníaco fresco y el dióxido de carbono se alimentan continuamente a la planta con el fin de balancear la cantidad de reactivos correspondientes utilizados para la formación de urea, que se obtiene en la salida de la sección de cola de la separación y purificación de la sección de la planta. El amoníaco y el dióxido de carbono no convertidos en urea en la sección de reacción, se cubren casi completamente en los posteriores pasos de separación a una presión decreciente, y se recielan completamente en la sección de reacción. El proceso de acuerdo con la invención es por lo tanto del denominado tipo "reciclado total".

Todo el equipo en contacto con las mezclas corrosivas con amoníaco, agua, carbamato de amonio y dióxido de carbono, como tales o mezclados entre sí, generalmente consisten de o están cubiertos con metales o aleaciones resistentes a la corrosión de acuerdo con los estándares de construcción normales de este tipo de planta, bien conocidos por los expertos en el campo. En particular, las paredes metálicas preferiblemente se hace de titanio o circonio o una de sus aleaciones, o en uno de los aceros inoxidables conocidos por los expertos en el campo, tales como, por ejemplo, acero AISI316L (grado de urea), acero inoxidable 25/22/2 Cr/Ni/Mo, aceros austeníticos-ferríticos especiales, aceros austeníticos bajos en ferrita, etc. Como se mencionó previamente, estos materiales, especialmente aceros inoxidables, son particularmente resistentes a la acción corrosiva de las sales tales como carbamato de amonio a altas presiones y temperaturas, cuando es posible formar y mantener en sus superficies una delgada capa (normalmente con un grosor menor de 1 miera) de óxido estable, y por lo tanto requieren la constante presencia, durante el proceso, de una cantidad adecuada del agente para la estabilización, es decir oxidante, que limita la degradación de óxido en la superficie y posiblemente restaura su presencia.

El amoníaco fresco puede alimentarse directamente en el paso de reacción (i) pero preferiblemente se utiliza, al menos parcialmente, como fluido de motor en uno o más cyectores, con el fin de proveer la impulsión necesaria para la transferencia, de acuerdo con el paso (v), tal tercera mezcla líquida con el carbamato de amonio viene del paso de condensación (iv). En la planta continua para efectuar el proceso de la presente invención, la corriente de amoníaco fresco, normalmente mezclado con una parte del amoníaco recielado, preferiblemente se comprime a una presión de 2 a 10 MPa más alta que la del reactor, y se calienta a una temperatura en el intervalo de 30 a 130°C, más preferiblemente de 80 a 120°C, de acuerdo con lo que se conoce en la téenica, y después se alimenta a un cyector en donde intercepta y atrapa tal tercera mezcla líquida. Bajo las condiciones de presión y temperatura anteriores, el amoníaco, como tal o mezclado con agua o carbamato de amonio, está normalmente en el estado líquido.

Alternativamente, o también contemporáneamente con este uso en los eyectores, el amoníaco fresco puede enviarse parcialmente (preferiblemente no excediendo 30% en peso) al separador como fluido separado, además de que se forma in si tu por la evaporación desde la primera mezcla líquida, y/o se envía directamente al condensador.

En el proceso de acuerdo con la presente invención, en donde, en el paso de reacción (i), se utiliza un exceso de amoníaco con respecto a la relación estequiométrica con el dióxido de carbono necesario para producir carbamato de amonio y, posteriormente, urea (2/1 en moles), la corriente que sale del reactor y, en general, la mayor parte de las corrientes líquidas formadas en el proceso, normalmente contienen un exceso de amoníaco. Durante la presente descripción, se hace referencia a la composición de estas corrientes y mezclas líquidas, convencionalmente asumiendo que todo el dióxido de carbono está en la forma de carbamato de amonio, y el exceso de amoníaco restante está en la forma de amoníaco libre o, más simplemente, amoníaco.

De acuerdo con la presente invención, el CO2 fresco preferiblemente se alimenta directamente al reactor, aún si existen variantes del proceso en donde hasta el 50% del C02 puede alimentarse en otros pasos del proceso, tal como el condensador y uno o más pasos de separación de los reactivos no convertidos.

La corriente de C0 fresco alimentada al reactor tiene una temperatura que normalmente está en el intervalo de 100 a 200°C, preferiblemente de 110 a 140°C. Esta temperatura se alcanza preferiblemente sin suministro de calor externo, sino explotando el calor producido en los pasos de compresión, de acuerdo con téenicas conocidas.

De acuerdo con la presente invención, el C02 fresco enviado al reactor contiene un agente para la estabilización en tal cantidad que su contenido de 02 equivalente en moles es igual a al menos 0.1%, preferiblemente de 0.15 a 0.30 % en moles con respecto a los moles del dióxido de carbono. Tal agente para la estabilización es normalmente un oxidante que puede seleccionarse preferiblemente de aire, oxígeno, ozono, aire enriquecido con 02, peróxido ácido o sus mezclas, preferiblemente aire o aire enriquecidos con oxígeno. Tal agente para la estabilización se adiciona adecuadamente al CO2 de alimentación fresco antes o durante de la primera de las fases de compresión normales para llevar el gas a una presión operativa del reactor.

Cuando el agente para la estabilización consiste de aire o aire enriquecido, también se introduce una cierta cantidad de gases inertes (tales como nitrógeno, argón, etc.) en el reactor y se agregan aquellos posiblemente presentes como impurezas en el amoniaco, tal como metano o hidrógeno. Estos gases, aún en cantidades relativamente pequeñas, pueden ventajosamente tener un papel significativo en la regulación del equilibrio del líquido/vapor y como fluidos de insuflación adicionales en las operaciones de evaporación y separación.

El término "contenido de 02 equivalente", como se utiliza en la presente con referencia al agente para la estabilización, define la cantidad de 02 en moles que debería utilizarse en lugar del agente para la estabilización para obtener la misma conversión en una reacción redox. Esta corresponde a los moles del 02 en el caso de aire y oxígeno, y a la mitad de los moles de H2O2 y 3/2 de los moles de ozono.

El proceso de acuerdo con la presente invención preferiblemente comprende una fase de síntesis de urea, en donde la relación molar de amoníaco/dióxido de carbono en el paso de reacción está en el intervalo de 2.8 a 4.5, más preferiblemente de 3.0 a 4.0. Como es conocido, esta relación no corresponde a la relación molar entre NH3 y CO2 cuando se alimentan frescos, que es de aproximadamente 2 (correspondiendo al valor estequiométrico de acuerdo con la reacción (1)) en un proceso de recielaje total típico. El reactor para la síntesis normalmente opera a temperaturas en el intervalo de 150 a 215°C, preferiblemente de 160 a 195°C, y a presiones en el intervalo de 12 a 20 MPa, preferiblemente de 14 a 18 MPa. La regulación de la temperatura del reactor al valor deseado puede efectuarse siguiendo uno de los métodos conocidos en la téenica, por ejemplo, además del calentamiento mencionado de la corriente de amoníaco y/o dióxido de carbono en la alimentación, mediante la provisión al reactor con una resistencia al calentamiento, o enviando una parte de los gases que salen del separador directamente al reactor.

El reactor vertical normalmente comprende un cuerpo cilindrico que se divide, en su interior, en sectores superpuestos que se comunican por medio de varias placas, de un tipo seleccionado de las conocidas en la técnica, para así obtener condiciones de flujo de obturación óptimas, también en la presencia de sistemas bifásicos.

El reactor también puede comprender varias zonas de reacción, adecuadamente interconectadas entre sí, posiblemente con diferentes corrientes de alimentación.

El reactor puede tener una capacidad de líquido que es tal como para permitir un tiempo de residencia igual en el en el intervalo de unos cuantos minutos a unas cuantas decenas de minutos, con el fin de permitir que el carbamato de amonio, formado por la reacción del amoníaco con dióxido de carbono en el paso de condensación y/o en el mismo reactor, se deshidrate en urea hasta obtener la composición en equilibrio.

La mezcla de reacción se recolecta de la sección superior del reactor, normalmente por medio de un rebose (T) conectado a un conducto que desciende, al menos en parte, dentro del reactor, para así no requerir gruesas paredes de contención de alta presión, que posteriormente salen del reactor a una altura adecuada para conectarse con el separados de gas-líquido DI.

Bajo las condiciones antes mencionadas, el amoníaco, dióxido de carbono y carbonato de amonio se alimentan con la tercera mezcla líquida, o se forman en el reactor de acuerdo con la reacción (la), reaccionan con la formación de urea, cuya conversión en equilibrio en cualquier caso no excede 80%, y es usualmente menor que 70%, del rendimiento teórico con respecto al CO2. En la sección superior del reactor (R), por lo tanto se forma una mezcla bifásica, que consiste de la primera mezcla líquida en equilibrio con una fase gaseosa con al menos una parte del agente para la estabilización. Dependiendo de las condiciones de presión y temperatura del reactor y la composición de la mezcla bifásica, es posible regular, de acuerdo con parámetros físico-químicos bien conocidos por los expertos en el campo, la cantidad de gas y líquido relativa presente en equilibrio en el reactor, de esta forma determinando la cantidad más adecuada de la fase gaseosa disponible para ser enviada como una segunda mezcla gaseosa al posterior paso de separación y disolución.

De acuerdo con un aspecto preferido no limitante de la presente invención, la mezcla bifásica recolectada del reactor por medio del rebose, comprende una cantidad de fase gaseosa no mayor de 5% en peso, más preferiblemente de 1 a 4% en peso, con respecto al peso de la fase líquida. De acuerdo con un aspecto diferente de la presente invención, sin embargo, por medio de la operación del reactor con un mayor nivel térmico (temperatura en el cabezal en el intervalo de 190 a 200°C), puede obtenerse una fase gaseosa también en una cantidad de hasta 10% en peso con respecto al peso de la fase líquida, particularmente si la segunda fase gaseosa se envía al fondo del separador (S) con la función adicional de separar el agente además de la estabilización, se va a explotar.

El término "agente para la estabilización" como se utiliza en la presente descripción y en las reivindicaciones se refiere tanto al agente para la estabilización introducido en el paso (i) con la corriente de dióxido de carbono fresco, como los productos oxidantes/estabilizantes que se derivan de la misma, tales como, por ejemplo, el oxígeno que se deriva de la descomposición de ozono o un peróxido inicialmente alimentado al reactor.

Una ventaja fundamental del proceso mejorado de acuerdo con la presente invención, es que permite la optimización de la funcionalidad del separador, sin concurrir en bombeos adicionales del agente para la estabilización, y regular contemporáneamente su dosis en el fondo del separador.

En segundo lugar, el proceso de la presente permite que el flujo del agente para la estabilización hacia el fondo del separador y las condiciones operativas del paso de separación en corriente abajo del reactor, sean simples y efectivamente reguladas, a través de la regulación de la diferencia de presión entre el paso de reacción (i) y el paso de descomposición y separación (iii). Esto se logra preferiblemente con el uso combinado de dos válvulas de reducción de presión (despresurización) situadas en corriente abajo del separador DI.

El presente proceso también tiene la ventaja de ser fácil y sorprendentemente efectuado mediante la aplicación de unas cuantas modificaciones simples a la planta tradicional existente, siempre que tenga un paso de separación a alta presión. En particular, es suficiente modificar la planta para así enviar, a tal paso de separación, una corriente gaseosa separada del efluente del reactor y regularse, por medio de una válvula, a una presión ligeramente menor que la anterior.

Una ventaja más se basa en la posibilidad de utilizar separadores hechos de cualquier material de acero resistente a la urea.

De acuerdo con la presente invención, tal mezcla bifásica que sale del reactor, preferiblemente a través del rebose, se envía a un separador de fase gas-líquida, en donde la fase de gas se separa del líquido y se alimenta como una segunda mezcla gaseosa a la parte inferior del separador vertical (S), mientras la mezcla líquida restante, que forma la primera mezcla líquida, se alimenta al área del cabezal del mismo separador.

Tal segunda mezcla gaseosa(o corriente) comprende al menos una parte del agente para la estabilización, preferiblemente de 60 a 100%, más preferiblemente de 60 a 95% (normalmente oxígeno en este paso), la parte restante se disuelve en la alimentación de la primera mezcla líquida hacia el cabezal del separador. La segunda mezcla gaseosa, sin embargo, no necesariamente tiene la misma composición que la fase gaseosa presente en el reactor, sino la composición correspondiente al equilibrio formado en el separador (DI).

Además del agente para la estabilización, la segunda mezcla gaseosa comprende la mayor parte de los gases inertes, tales como nitrógeno, argón, y rastros de metano o hidrógeno, introducidos en el proceso en varias formas, por ejemplo con el aire para la estabilización o como impurezas en los gases alimentados. Las cantidades adicionales de gases inertes también pueden introducirse como la separación de los gases. La segunda mezcla gaseosa también contiene una parte prevalente de amoníaco gaseoso, además de cantidades menores de CO2, y posiblemente vapor de agua.

Tal segunda mezcla gaseosa recolectada del separador DI y alimentada a la sección inferior del separador (S) preferiblemente tiene una temperatura en el intervalo de 170 a 200°C y forma un porcentaje de peso no mayor de 5%, más preferiblemente de 1 a 4% en peso, con respecto al peso de la primera mezcla líquida alimentada a la sección superior del separador.

El separador de gas-líquido (DI) es del tipo normalmente utilizado en la téenica para este propósito y comprende un cuerpo cilindrico hueco simple con dimensiones relativamente pequeñas, suficiente para permitir la no separación de las fases. La mezcla bifásica que viene del reactor se alimenta a una altura intermedia que puede indiferentemente estar por arriba o por abajo del nivel del líquido, que se regula adecuadamente por medio de la válvula (V2) colocada en la corriente de líquido, en corriente abajo del separador. La mezcla gaseosa se recolecta del área del cabezal y la mezcla líquida del área del fondo.

De acuerdo con la presente invención, con el fin de transferirse al paso de descomposición-separación (iii), ambas, la primera mezcla líquida y la segunda mezcla gaseosa se despresurizan a la presión operativa del separador (S), que difiere de la del paso de reacción de acuerdo con lo especificado anteriormente de acuerdo con el paso (ii). Esto se logra adecuadamente a través del pasajes de cada una de las mezclas anteriores (o corrientes) a través de un dispositivo reductor de presión, preferiblemente una válvula.

En particular, la presión y el caudal de la segunda mezcla gaseosa alimentada a la sección inferior (sección del fondo) del separador se regulan por medio de una primera válvula (VI), y en consecuencia la diferencia de presión entre el reactor y el separador.

El caudal de la primera corriente líquida, y en consecuencia el nivel del líquido en el separador (DI), por el otro lado, se regulan por medio de una segunda válvula (V2).

Un experto en el campo puede adecuadamente controla y regular la cantidad de mezcla gaseosa alimentada al fondo del separador, mediante el uso combinado de las dos válvulas antes mencionadas, de esta forma optimizando la ejecución del paso de descomposición-separación (iii). Las válvulas adecuadas para esta función, tales como, por ejemplo, válvulas de mariposa, adecuadamente producidas y dimensionadas con relación a los flujos, las presiones operativas y la naturaleza de los fluidos involucrados, están comercialmente disponibles y pueden ser encontrados por los expertos en el campo.

De acuerdo con la presente invención, el paso de descomposición-separación (iii) es llevado a cabo adecuadamente en un separador vertical (S) normalmente calentado por medio de vapor a alta presión indirecto. El separador (S) preferiblemente comprende una cámara de distribución en el cabezal, colocado en el área superior, del cual la primera mezcla líquida se alimenta, y una cámara de recolección colocada en el área inferior, de la cual se alimenta la segunda corriente gaseosa, Ínter-separada por un haz de tubos, en una posición vertical cuando se utiliza, de tal forma que la mezcla líquida a ser tratáda forma al caer, una película líquida casi uniforme a lo largo de las paredes de los tubos. La cámara de distribución generalmente se sitúa en el 20% de la sección superior del separador y la cámara de recolección en el 20% inferior.

La temperatura del separador normalmente está en el intervalo de 170 a 210°C, preferiblemente de 180 a 200°C en la sección superior, también denominada cabezal, mientras que está en el intervalo de 180 a 220°C preferiblemente de 190 a 210°C en la sección inferior, también denominada cola. La presión es preferiblemente de 0.2 a 2.0, más preferiblemente de 0.5 a 1.5 MPa menor que la del reactor.

Bajo las condiciones anteriores, el carbamato de amonio tiende a descomponerse rápidamente formando amoníaco y dióxido de carbono, mientras la urea ya formada en el reactor permanece sustancialmente sin cambios. La separación es llevada a cabo usando amoníaco como la separación del gas. En una modalidad preferida de la presente invención, el paso de descomposición-separación se efectúa utilizando, como la separación del gas, el mismo amoníaco presente en exceso en la corriente que sale del reactor. Los detalles adicionales en esta teenología preferida pueden encontrarse en, por ejemplo, la patente de E.U.A.3,876,696, cuyo contenido se adjunta en la presente como referencia. Esta última tecnología se denomina de "auto-separación".

La primera mezcla gaseosa en el paso de descomposición-separación y alimentación, al menos parcialmente, para el paso de condensación (iv) comprende amoníaco en exceso, además del CO2 que se deriva de la descomposición de la mayoría del carbamato de amonio no convertido en el reactor y opcionalmente, una pequeña cantidad de agua. También contiene los posibles gases inertes y el agente para la estabilización contenidos en las corrientes de alimentación del separador. De acuerdo con la presente invención, la total primera mezcla gaseosa preferiblemente se transfiere en el paso de condensación, sin embargo, cuando es necesario, un experto en el campo puede decidir si transferir una parte, no excediendo del 20%, de tal mezcla gaseosa con un alto contenido térmico, directamente al reactor, con el fin de regular su balance de energía.

El paso de condensación (iv) es normalmente llevado a cabo en condensadores apropiados, por ejemplo del tipo de haz de tubos o de superficie, en donde el calor de la condensación se utiliza para calentar otros fluidos. El calor de la condensación preferiblemente se utiliza para producir vapor, pero también puede utilizarse, de acuerdo con ciertas variantes conocidas en la téenica, para proporcionar calor a uno de los posteriores pasos de la descomposición del carbamato de amonio a una presión media o baja.

El paso de condensación (iv) puede ser llevado a cabo bajo las condiciones usuales (temperatura, presión y composición) adoptadas en los procesos conocidos, siempre que estos sean para prevenir la formación de carbamato de amonio solido en el condensador y/o en las líneas que salen de éste. La presión del condensador (C) es sustancialmente la misma que la del separador (S) o 100-200 KPa menor.

La tercera mezcla líquida formada en el paso de condensación se transfiere al reactor (R) y sustancialmente forma el recielado de los reactivos no convertidos en urea. Como el paso de reacción (i) es llevado a cabo a una presión más alta que la del paso (iv), la transferencia de la tercera mezcla líquida para el reactor de acuerdo con el paso (v) del proceso de la presente invención adecuadamente comprende una fase de recompresión. Esto puede llevarse a cabo por medio de bombeo, pero se ha encontrado que es más conveniente, debido a las diferencias de presión involucradas, utilizar la impulsión de un cyector alimentado por una corriente a alta presión de amoniaco puro, que comprende amoníaco fresco en la alimentación, y posiblemente una corriente de amoníaco líquido que viene de las secciones de purificación de urea purificación.

Los productos inertes y el oxígeno de estabilización transferido en el paso de condensación con la primera mezcla gaseosa no son condensables y permanecen como fase gaseosa, que puede eliminarse directamente del condensador (C), pero preferiblemente se separan en un segundo separador (D2) situado en corriente abajo del condensador. La corriente de productos inertes y estabilizantes de esta forma obtenida, que generalmente contiene amoníaco y/o CO2 con relación al equilibrio de líquido-vapor con respecto a la tercera mezcla líquida, puede purgarse de la planta o se envía convenientemente a las posteriores secciones de separación y purificación de urea, en donde el agente para la estabilización aún puede contribuir a mantener una resistencia a la corrosión efectiva de los materiales expuestos.

La separación y purificación de la urea a partir de amoníaco y carbamato de amonio aún presentes en la segunda mezcla líquida producida en el paso de descomposición-separación (iii), se efectúan en secciones posteriores de descomposición y separación, operado a una presión media (de 1.1 MPa a 2.5 MPa) y/o baja (de 0.2 MPa a 0.8 MPa). Este paso de separación puede efectuarse utilizando cualquiera de los métodos descritos en la literatura específica en el campo, que permite que una corriente líquida recielada con una solución acuosa de carbamato de amonio y amoníaco se obtenga, y posiblemente también una corriente que consiste esencialmente de amoníaco.

Las secciones de separación y purificación adecuadas, por ejemplo, son las que esquemáticamente se representan en las figuras 1 a 5 de la publicación "Encyclopaedia de Chemical Technology" previamente mencionada.

La urea separada de esta forma del carbamato de amonio y amoníaco, generalmente se obtiene como una solución acuosa que se somete a un paso de deshidratación final al vacío (hasta 0.001 MPa), obteniendo, por el otro lado, agua y por el otro, urea sustancialmente pura, que se envía a los procesos de perlado normales, etc.

El paso de separación y purificación de urea también comprende el paso de deshidratación final y la sección de purificación del agua residual que sale de la planta de síntesis .

Las varias corrientes líquidas o bifásicas que contienen carbamato de amonio, que vienen de diferentes subsecciones del paso de separación y purificación (descomposición del carbamato en el medio y baj a presión, la recondensación del carbamato, deshidratación de urea, purificación del agua residual ) se recolectan en una sola corriente de reciclaj e , consistiendo generalmente de una solución acuosa de carbamato de amonio, que se envía, despues de una compresión adecuada, normalmente por medio de una bomba, al condensador de alta presión, en donde toma lugar el paso de condensación antes mencionado (iv) . La bomba utilizada para este propósito, se selecciona por un experto, sobre las bases de los caudales requeridos, de los normalmente disponibles en el mercado, tales como, por ejemplo, bombas, centrífugas o dosificadores recíprocos. La mezcla líquida reciclada favorece la condensación del paso ( iv) a alta presión y después se recicla en el reactor como parte de la tercera mezcla líquida .

El proceso de acuerdo con la presente invención además se ilustra de acuerdo con el esquema representado en la Figura 1 , relacionado con una modalidad preferida de la sección de síntesis de alta presión y temperatura .

Las partes y el posible equipo tales como bombas, válvulas, sensores y otros, que no son significativos para un completo entendimiento del proceso esquematizado, no se muestran en la Figura 1 anterior. En ningún caso el proceso de acuerdo con la presente invención deberá considerarse como estando limitado a lo que se describe en la figura anexa, que tiene un propósito puramente ilustrativo.

El esquema de la Figura 1 ilustra el reactor (R) que está conectado, a través del rebose (T) y la línea 4, con el separador de gas/líquido (DI), a su vez conectado desde su sección inferior, normalmente desde el fondo, mal separador (S) a través de las líneas 5 y 13 para transportar la mezcla líquida de los productos de la reacción, interpuestos por la válvula de despresurización (V2). La fase gaseosa separada (segunda corriente gaseosa) se transfiere desde la sección superior (cabezal) del mismo separador (DI) hacia la sección del fondo del separador (S) a través de las líneas 6 y 14, interpuestas por la válvula de despresurización (VI). Tal separador (S) se conecta desde abajo, a través de la línea 7, con la sección de separación y purificación de urea, no mostrada en la figura, desde donde, a través de la línea 9, la solución de carbamato de amonio se reciela hacia el condensador (C), posiblemente con una corriente de un amoníaco líquido, casi puro, que se adiciona a la corriente de alimentación del amoníaco fresco, que se envía al cyector (E) a través de la línea 1. La salida de los gases del separador (S) se conecta al condensador (C) a través de la línea 8. La salida del condensador (C) está representada por la línea 10 que después se conecta al separador (D2) desde cuya parte superior los gases inertes se eliminan junto el gas de purga a través de la línea 11, y desde cuyo fondo, la línea 12 sale, la cual lleva la corriente de alimentación del producto recielado (tercera mezcla líquida) al reactor (R) a través del cyector (E) y la línea de alimentación 3.

El proceso de acuerdo con la presente invención puede ser llevado a cabo en una planta que tiene las características anteriores, equipada con una sección para síntesis que comprende el equipo y conexiones indicadas anteriormente con referencia al esquema de la Figura 1.

Un objeto más de la presente invención por consiguiente se refiere a un aplana para efectuar el proceso de acuerdo con la presente invención, que comprende una sección para la síntesis en donde un reactor vertical (R) está en conexión fluida con un separador vertical (S) del tipo de haz de tubos de película líquida en caída, caracterizado en que un separador de gas-líquido (DI) se interpone entre tal reactor y tal separador, tal separador está conectado a un lado del cabezal del reactor (R), a partir del cual se generan dos líneas de conexión de fluido con el separador (S), de tal forma que una línea de transporte de una mezcla gaseosa conecta el cabezal de tal separador (DI) con la sección inferior del separador (S) y una línea de transporte de una mezcla líquida conecta el fondo de tal separador (DI) con la sección superior del separador (S). Entre tal separador (DI) y tal separador (S), también se interponen preferiblemente dos dispositivos de reducción de presión, preferiblemente dos válvulas (VI) y (V2), cada una respectivamente en una de las dos líneas de conexión de fluido de tal equipo.

Esta planta puede obtenerse como tal partiendo de una nueva construcción, o puede simple y convenientemente obtenerse modificando una planta existente para la síntesis de urea, equipada con un separador adecuado para operar bajo condiciones de auto-separación, con el uso de un separador de gas-líquido (DI) en corriente abajo del reactor (R), conectado al separador (S) por medio de dos líneas, de tal forma que la línea principal para transportar una mezcla gaseosa se conecta a la sección inferior del separador a través de un primer dispositivo para reducción depresión, preferiblemente una válvula (VI) y una línea de fondo para transportar una (primera) mezcla líquida se conecta a la sección superior del separador a través de un segundo dispositivo para reducción de presión, preferiblemente una válvula (V2).

Un objeto más de la presente invención por lo tanto se refiere a un método para mejorar el proceso existente para la producción de urea partiendo de amoníaco y dióxido de carbono con la formación del intermediario de carbamato de amonio que opera con una sección para la síntesis a alta presión, que comprende: - un paso de reacción llevado a cabo en un reactor vertical (R) alimentado con una corriente de dióxido de carbono fresco y al menos una corriente de amoníaco líquido, que opera a una presión global en el intervalo de 12 a 20 MPa, con una relación molar de NH3/CO2, como tal o en la forma de carbamato de amonio, en el intervalo de 2.1 a 6, preferiblemente de 2.8 a 4.5, con la formación de una mezcla líquida saliente en la zona superior del reactor, conteniendo urea, agua, amoníaco y carbamato de amonio sin convertir; un paso de descomposición-separación del carbamato de amonio en tal mezcla líquida con la separación de una corriente gaseosa con dióxido de carbono y el amoníaco de esta manera formado, llevado a cabo en un aparato de haz de tubos vertical adecuado denominado separador (S) situado en corriente debajo de tal reactor (R); y - un paso de condensación en un condensador (C) de la corriente gaseosa que sale de tal separador (S), con la formación de una corriente líquida que contiene carbamato de amonio, alimentada como el producto recielado, a tal primer reactor, Caracterizado en que comprende las siguientes operaciones: (a) introducir un agente estabilizante en tal corriente de dióxido de carbono alimentada al reactor, preferiblemente antes de la fase de compresión a la presión del reactor, en tal cantidad que su contenido de oxígeno equivalente es de al menos 0.1%, preferiblemente de 0.15 a 0.30% en moles, con respecto a los moles del dióxido de carbono, (b) regular las condiciones de presión y temperatura del reactor de tal manera que se forma una fase gaseosa en la zona superior del mismo, con al menos una parte del agente estabilizante en líquido-vapor en equilibrio con tal mezcla líquida; (c) colocar un separador de gas-líquido (DI) entre tal reactor (R) y tal separador (S), sustancialmente operando a la misma presión que el reactor, para formar una segunda mezcla gaseosa con al menos una parte del agente estabilizante, que se alimenta en la sección inferior de tal separador (S), el resto de la mezcla líquida se alimenta a la sección superior del mismo separador; (d) establecer las condiciones operativas de tal paso de descomposición-separación en el separador (S) de tal forma que es llevado a cabo a una presión de al menos 0.1 MPa, preferiblemente de 0.2 a 2.0 MPa, más preferiblemente de 0.5 a 1.5 MPa, menor que la del paso de reacción.

En una modalidad preferida de tal método mejorado (o remodelación, de acuerdo con el término en Inglés más ampliamente utilizado), se interponen dos dispositivos de reducción de presión entre tal separador (DI) y tal separador (S), preferiblemente dos válvulas del tipo (VI) y (V2) descritas anteriormente, que actúan en las corrientes de alimentación del separador, respectivamente consistiendo de tal segunda mezcla gaseosa y tal mezcla líquida.

Con referencia a la Figura 1, algunas modalidades del proceso de la presente invención ahora de se describen, tal descripción en ninguna forma limita el alcance de la invención.

En el siguiente ejemplo, las composiciones de las varias corrientes son provistas, haciendo referencia a los componentes básicos, urea, amoníaco, dióxido de carbono, y agua, independientemente del hecho de que el dióxido de carbono y el amoníaco pueden estar presentes, en las corriente líquidas, en una de las formas salinas, previamente indicadas. El aire y los productos inertes se indican indiferentemente con el término "aire", como el consumo de oxígeno bajo condiciones de régimen en el ciclo de la síntesis son casi insignificantes.

Ejemplo Se efectuó un proceso para la síntesis de urea, que opera de acuerdo con la presente invención, sobre las bases del esquema mostrado en la Figura 1, en donde una corriente gaseosa que contiene CO2, NH3 y una cantidad adecuada de 02 como agente para la estabilización, se alimentó en la base del separador (S), además de los productos inertes y rastros de agua, que vienen de la unidad de separación de gas-líquido (DI). No se alimentó ninguna cantidad adicional de aire u otro agente para la estabilización al fondo del separador o a otras partes de la planta. Se hace referencia al esquema mostrado en la Figura 1 y a una producción nominal de 1,000 kg/h de urea. Las impurezas presentes con los caudales menores de 0.5 kg/h, tal como, por ejemplo, hidrógeno, helio, reactivo de Biuret, sales metálicas, se ignoraron.

Se alimentaron los siguientes productos respectivamente al reactor (R): - 730 kg/h de CO2 y 8 kg/h de aire a través de la línea 2, como corriente gaseosa a 120°C y 16.3 MPa; - 492 kg/h de C02, 1,700 kg/h de NH3 y 300 kg/h de agua a través de la línea 3, como una solución de carbamato de amonio a 130°C y 16.3 MPa, obtenida de la combinación, a través del cyector (E), de 790 kg/h de NH3 líquido sustancialmente puro a través de la línea 1 con la solución recielada de carbamato de amonio a través de la línea 12, con 492 kg/h de C02, 910 kg/h de NH3 y 300 kg/h de agua.

El término aire se refiere en el presente ejemplo a una mezcla de gases que corresponden a la composición promedio de aire seco al nivel del mar, esencialmente con 75.4% en peso de nitrógeno, 23.2% en peso de oxígeno, 1.4% en peso de argón, los otros gases estando en una cantidad insignificante. El aire se introduce en el primer paso del compresor de CO2 fresco (no mostrado en la figura).

El reactor (R), sustancialmente adiabático y del tipo tradicional, alcanza una presión en el área del cabezal, de aproximadamente 16.0 MPa y una temperatura de la mezcla de reacción de 190°C. Bajo estas condiciones, la mezcla de reacción está en estado líquido de aproximadamente 97% en peso.

La corriente bifásica 4, descargada del rebose (T) del reactor (R) a sustancialmente la misma presión y temperatura, conteniendo toda la urea producida, se envió al separador de gas-líquido (DI). En particular, se caracteriza por la siguiente composición: Urea = 1000 kg/h H2O = 600 kg/h C02 = 489 kg/h NH3 = 1133 kg/h Aire = 8 kg/h El separador (DI) sustancialmente opera a la misma presión y temperatura que el cabezal del reactor (R). Este comprende un cuerpo cilindrico vertical equipado con detección automática del nivel del líquido.

Una corriente líquida (primera mezcla líquida) se recolecta desde el fondo del separador (DI) a través de la línea 5, con la siguiente composición: Urea = 1000 kg/h H2O = 600 kg/h CO2 = 487 kg/h NH3 = 1083 kg/h Aire = 1 kg/h Tal corriente se lleva a una presión de 15.1 MPa y a una temperatura de 188°C a través de la válvula (V2) que consiste de una válvula de control automática del tipo mariposa, activada con relación al detector del nivel en el separador (DI), y después se alimenta al cabezal del separador (S) a través de la línea 13.

Una corriente gaseosa (segunda mezcla gaseosa) que consiste de de 2 kg/h de C02, 50 kg/h de NH3 y 7 kg/h de aire, se recolecta del cabezal del separador (DI), a través de la línea 6. Tal mezcla gaseosa se expande a través de la válvula (VI) a una presión de 15.1 MPa y a una temperatura de 188°C, y se alimenta a la sección inferior del separador (S) a través de la línea 14, preferiblemente a una altura por arriba del nivel del líquido en el fondo del separador.

La mezcla gaseosa alimentada en el fondo del separador contiene la mayor parte del oxígeno estabilizante introducido al reactor y sustancialmente todos los gases inertes. En esta forma puede distribuirse óptimamente en la cámara de recolección en el fondo del separador y puede ejercer una doble acción de separación y estabilización desde las paredes metálicas expuestas a las condiciones de corrosión más extremas, como la temperatura está a su nivel más alto (mayor de 200°C en plantas industriales actualmente en uso).

El separador (S) opera a 15.1 MPa y una temperatura en el fondo de 207°C, bajo condiciones de auto-separación. El equipo consiste de un separador de haz de tubos vertical convencional con un volumen adecuado con tubos y revestimiento interno de acero inoxidable 25/22/2 Cr/Ni/Mo para uso en la sección de la síntesis de urea, cuyas características de estructura y construcción son bien conocidas por los expertos en el campo y se describen ampliamente en la literatura téenica específica.

Una corriente gaseosa (primera mezcla gaseosa) se descarga desde el cabezal del separador (S), a 190°C y 15.1 MPa, y se alimenta al condensador (C) a través de la línea 8, caracterizada por la siguiente composición: C O2 = 374 kg/h NH3 = 618 kg/h H2O = 102 kg/h Aire = 8 kg/h Una corriente líquida 7 se descargó desde el fondo del separador (S), consistiendo de: Urea = 1000 kg/h H20 = 498 kg/h CO2 = 115 kg/h NH3 = 515 kg/h que se envía a los posteriores pasos de purificación y concentración de urea, no mostrado en la figura por el bien de simplicidad. Estos consisten sustancialmente de secciones de separación de media y baja presión, típicos, y la sección de concentración del Proceso de Urea SNAMPROGETTI tradicional cuyo esquema general es provisto, por ejemplo, en la página 561 de la publicación "Encyclopaedia of Chemical Technology", previamente mencionada. Una corriente acuosa rica en carbamato, con una temperatura de aproximadamente 100°C, consiste en particular de: H2 O = 198 kg/h C02 = 121 kg/h NH3 = 342 kg/h se recuperó de las sección de purificación y concentración en corriente abajo del separador (S), y se recomprimió a una presión de 15 MPa por medio de una bomba y se envió al (C) a través de la línea 9, después de acoplarse a la corriente gaseosa 8 que sale del separador (S).

Una corriente líquida 1 de 790 kg/h de amoníaco, que también comprende amoníaco alimentado fresco, se recupera de la misma sección, que se comprime a 22.4 MPa y envía, a una de temperatura de 100°C, al cyector (E), en donde, gracias a la alta presión, causa la impulsión de la corriente 12 de carbamato de amonio recielado que de esta forma de lleva de regreso a la presión operativa del reactor (R).

Una mezcla bifásica que consiste de la combinación de corrientes que vienen de las líneas anteriores 8 y 9 se alimenta, en el lado del tubo, al condensador (C), del tipo intercambiador de haz de tubos horizontal (conocido por los expertos como condensador de tipo Caldero). La mayor parte del CO2 aún gaseoso se condensa en el condensador (C), que opera a 15 MPa y aproximadamente 155°C, y reacciona para formar carbamato de amonio, mientras el calor producido se sustrae por intercambio con la formación de vapor a presión media (aproximadamente 1 MPa).

La corriente 10, prevalentemente líquida, que sale del condensador (C), que tiene la siguiente composición: H2 O = 300 kg/h C02 = 495 kg/h NH3 = 960 kg/h Aire = 8 kg/h se envía al separador de gas/líquido (D2), a partir de la cual se obtiene una corriente gaseosa 11 que consiste de C02 = 3 kg/h; NH3 = 50 kg/h; aire = 8 kg/h, en el cabezal, y la corriente restante 12 en el fondo, se recicla hacia el reactor (R) por medio del cyector (E), como se especifica anteriormente.

Bajo las condiciones de proceso antes indicadas, y con la planta iniciada y bajo condiciones de régimen, el consumo de oxígeno es virtualmente nulo y todo el oxígeno prácticamente se recupera junto con los otros productos inertes, a partir de la corriente de la línea 11, que posteriormente se envía a los pasos de purificación de urea a partir de los cuales, finalmente, una corriente que tiene la composición sustancialmente similar a la de alimentación de aire como agente para la estabilización del reactor (R), se purga al aire libre.

Un proceso de la síntesis de urea efectuada de acuerdo con el ejemplo anterior para un período corriente de un año no muestra ningún fenómeno de corrosión significativo, ni en el fondo del separador ni en otras partes y secciones de la planta, aún en la ausencia de una alimentación separada del agente para la estabilización al separador.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un proceso mejorado para la preparación de urea a partir de amoníaco y dióxido de carbono, a temperatura y presión altas, con la formación de carbamato de amonio como intermediario, caracterizado porque comprende los siguientes pasos en la sección de la síntesis: (i) reaccionar el amoníaco y dióxido de carbono a una presión global en el intervalo de 12 a 20 MPa, con una relación molar de NH3/CO2, como tal o en la forma de carbamato de amonio, en el intervalo de 2.1 a 6, preferiblemente de 2.8 a 4.5, en un paso de reacción llevado a cabo en un reactor R vertical adecuado alimentado con al menos una corriente de amoníaco y al menos una corriente de dióxido de carbono fresco con un agente estabilizante en tal cantidad que su contenido de oxígeno equivalente es de al menos 0.1%, preferiblemente de 0.15 a 0.30% en moles con respecto a los moles del dióxido de carbono, con la formación de una primera mezcla líquida con urea, carbamato de amonio, agua y amoníaco, en equilibrio de líquido/vapor con una fase gaseosa con al menos una parte del agente estabilizante; (ii) transferir tal primera mezcla líquida a por lo menos un paso de descomposición-separación llevado a cabo en un aparato vertical adecuado, tal separador (S) , que opera a una presión de al menos 0 . 1 MPa, preferiblemente de 0 .2 a 2 .0 MPa, menor que la del paso de reacción (i ) ; ( iii) calentar la primera mezcla líquida en tal paso de descomposición- separación, para efectuar la descomposición de parte del carbamato de amonio en amoníaco y dióxido de carbono, y simultáneamente someter tal mezcla líquida a separación con la formación de una primera mezcla gaseosa que contiene amoníaco y dióxido de carbono, y una segunda mezcla líquida que contiene urea, agua, amoníaco y la parte no descompuesta del carbamato de amonio; ( iv) transferir al menos una parte , preferiblemente toda, tal primera mezcla gaseosa a por lo menos un paso de condensación, sustancialmente operando a la misma presión que el paso de descomposición-separación (iii) y condensando la mezcla gaseosa transferida con la formación de una tercera mezcla líquida que contiene carbamato de amonio, agua y amoníaco; (v) transferir tal tercera mezcla líquida y la posible parte restante de tal primera mezcla gaseosa al paso de reacción (i) ; en donde al menos una parte de tal fase gaseosa en equilibrio con la primera mezcla líquida del paso (i) , se separa en un separador de gas- líquido (DI) situado en corriente abajo del reactor (R) y sustancialmente operando a la misma presión, para formar una segunda mezcla gaseosa con un agente estabilizante, que se alimenta en la sección inferior de tal separador (S) .

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque en el paso (iii), tal separador opera a una presión en el intervalo de 0.5 a 1.5 MPa, menor que la del paso de reacción (i).

3. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque, en el paso (iii), tal primera mezcla líquida se somete a la separación utilizando amoníaco como la separación del gas.

4. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque en tal paso (iii), la descomposición-separación del carbamato de amonio con amoníaco es llevado a cabo bajo condiciones de auto-separación.

5. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tal agente estabilizante se selecciona de aire, oxígeno, ozono, aire enriquecido con oxígeno, peróxido ácido o mezclas de éstos, y es preferiblemente aire o aire enriquecido con oxígeno.

6. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en tal paso de síntesis (i), el reactor opera a temperaturas en el intervalo de 150 a 215°C, preferiblemente de 160 a 195°C.

7. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cantidad de tal segunda mezcla gaseosa no es mayor de 5% en peso, más preferiblemente, está en el intervalo de 1 a 4% en peso, con respecto al peso de tal primera mezcla líquida .

8 . El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores , caracterizado porque la temperatura de tal separador (S) está en el intervalo, en la sección del cabezal , de 170 a 210 °C, preferiblemente de 180 a 200 °C, mientras está en el intervalo de 180 a 220°C, preferiblemente de 190 a 210°C en la sección de cola .

9. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tanto tal primera mezcla líquida como la segunda mezcla gaseosa, se despresurizan a la presión operativa del separador (S) en el paso (iii) , haciendo pasar cada una de las mezclas anteriores a traves de un dispositivo reductor de presión, preferiblemente una válvula.

10. El proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el caudal de tal segunda mezcla gaseosa y la diferencia de presión entre el reactor (R) y el separador (S) se regulan por medio de una primera válvula (VI) .

11 . El proceso de conformidad con la reivindicación 9 , caracterizado porque el caudal de la primera corriente líquida del separador (DI) al separador (S) , y en consecuencia el nivel del líquido en el separador (DI) , se regulan por medio de una segunda válvula (V2 ) .

12 . Una planta para efectuar el proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizada porque comprende una sección de síntesis en donde un reactor vertical (R) está en comunicación fluida con un separador vertical (S) del tipo haz de tubos de película líquida en caída en donde un separador de gas-líquido (DI) se interpone entre tal reactor y tal separador, conectados en un lado del cabezal del reactor (R), a partir de lo cual se generan dos líneas de conexión de fluido con tal separador (S), de tal forma que una línea de transporte de una mezcla gaseosa conecta con el cabezal de tal separador (DI) con la sección inferior del separador (S) y una línea de transporte de una mezcla líquida conecta el fondo de tal separador (DI) con la sección superior del mismo separador (S).

13. La planta de conformidad con la previa reivindicación 12, caracterizada porque se interponen dos dispositivos reductores de presión entre tal separador (DI) y tal separador (S), preferiblemente dos válvulas (VI) y V2), cada una respectivamente en una de las dos líneas de conexión de fluido de tal equipo.

14. Un método para mejorar un proceso preexistente para la producción de urea partiendo de amoníaco y dióxido de carbono con la formación del intermediario de carbamato de amonio, que opera con una sección de síntesis a alta presión, caracterizado porque comprende: - un paso de reacción llevado a cabo en un reactor vertical (R) alimentado con una corriente de dióxido de carbono fresco y al menos una corriente de amoníaco líquido, que opera a una presión global en el intervalo de 12 a 20 MPa, con una relación molar de NH3/CO2, como tal o en la forma de carbamato de amonio, en el intervalo de 2 . 1 a 6 , preferiblemente de 2 .8 a 4.5, con la formación de una mezcla líquida saliente en la zona superior del reactor, que contiene urea, agua, amoníaco y carbamato de amonio sin convertir; un paso de descomposición-separación del carbamato de amonio en tal mezcla líquida con la separación de una corriente gaseosa con dióxido de carbono y el amoníaco así formado, llevado a cabo en un aparato de haz de tubos vertical adecuado, tal separador (S) situado en corriente abaj o de tal reactor (R) ; y - un paso de condensación en un condensador (C) de la corriente gaseosa que sale de tal separador (S) , con la formación de una corriente líquida que contiene carbamato de amonio, alimentada como producto recielado, a tal primer reactor, que comprende las siguientes operaciones: (a) introducir un agente estabilizante en tal corriente de dióxido de carbono alimentada al reactor, preferiblemente antes de la fase de compresión a la presión del reactor, en tal cantidad que su contenido de oxígeno equivalente es de al menos 0.1%, preferiblemente de 0 . 15 a 0. 30% en moles , con respecto a los moles del dióxido de carbono, (b) regular las condiciones de presión y temperatura del reactor de tal manera que se forma una fase gaseosa al menos en la zona superior de éste, con al menos una parte del agente estabilizante en equilibrio de líquido-vapor con tal mezcla líquida; (c) colocar un separador de gas-líquido (DI) entre tal reactor (R) y tal separador (S), sustancialmente operando a la misma presión que el reactor, para formar una segunda mezcla gaseosa con al menos una parte del agente estabilizante, que se alimenta en la sección inferior de tal separador (S), la mezcla líquida restante se alimenta en la sección superior del mismo separador; (d) establecer las condiciones operativas de tal paso de descomposición-separación en el separador (S) de tal forma que se lleva a cabo a una presión de al menos 0.1 MPa, preferiblemente de 0.2 a 2.0 MPa, menor que la del paso de reacción.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque se interponen dos dispositivos reductores de presión entre tal separador (Di) y tal separador (S), preferiblemente dos válvulas, que actúan sobre las corrientes de alimentación del separador, respectivamente consistiendo de tal segunda mezcla gaseosa y tal mezcla líquida.