MX2015000890A - Concentracion de la solucion de urea en un proceso para la sintesis de urea. - Google Patents

Abstract

Un proceso para la síntesis de urea, donde se obtiene una solución (13) que comprende urea en una sección de síntesis (10), tratándose la mencionada solución en una sección de recuperación (14), y una solución acuosa (15) que comprende principalmente urea y agua, que se obtiene de la mencionada sección de recuperación, se concentra por medio del contacto con una membrana selectiva al agua.

Description

CONCENTRACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE UREA EN UN PROCESO PARA LA SÍNTESIS DE UREA DESCRIPCIÓN Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de la síntesis de urea. Más detalladamente, la presente invención está relacionada con el paso de concentración de la solución acuosa de urea que se obtiene de la sección de recuperación de una planta de urea.

Antecedentes Los procesos conocidos para la síntesis de urea involucran básicamente un lazo de síntesis a alta presión, una sección de recuperación a media presión y/o a baja presión, una sección de concentración y una sección de terminación. En el lazo de síntesis se hace reaccionar una alimentación de amoníaco y una alimentación de dióxido de carbono, formando una solución de urea, agua y carbamato de amonio; esta solución se trata en la sección de media presión / baja presión aguas abajo sustancíalmente para recuperar amoníaco y dióxido de carbono de la disociación del carbamato.

El efluente de la sección de recuperación es típicamente una solución acuosa de urea que comprende alrededor de 50% - 90% en peso de urea, usualmente 70% a 80% en peso en plantas modernas. Sin embargo, para algunos usos, se requiere una concentración mucho más alta. Por ejemplo las teenicas de terminación de perlado y granulación, para convertir la urea en un producto sólido, requieren un fundido de urea con una pureza de 95 - 99,8% en peso. Esta alta concentración se obtiene en los antecedentes ya sea mediante concentración al vacío o mediante cristalización de la solución de urea.

La anterior descripción general se aplica a la mayoría de las instalaciones existentes para la producción de urea, particularmente a los procesos auto-despojantes aunque tambien a los procesos de despojamiento de CO2, y para los diseños de nuevas plantas de urea. En la literatura, por ejemplo en la Enciclopedia de Tecnología Química de Kirk-Othmer, 3a Edición, Vol. 23, págs. 548-562 o la Enciclopedia de Industria Química de Ullman, Ediciones Wilcy-VCH, se puede encontrar una discusión de los procesos y plantas relacionados con la producción de urea.

Es de hacer notar que un problema recurrente en los procesos de urea es la remoción de agua del efluente del lazo de alta presión o sección de recuperación, dado que por cada mol de urea se produce un mol de agua. Como se indicó anteriormente, el requerimiento de concentrar el efluente de la sección de la recuperación se efectúa actualmente mediante evaporación o cristalización.

La cristalización involucra una separación física entre una fase sólida (urea cristalizada) y una fase líquida (agua) y tiene la desventaja de utilizar equipos grandes y complejos que requieren significativos esfuerzos de mantenimiento ya sea en términos de fuerza de labor como de gastos financieros. Los evaporadores al vacío también tienen algunas desventajas. Primeramente, requieren recipientes grandes y de alto costo, debido a su presión baja (al vacío). Los equipos que funcionan al vacío también presentan el problema de sello, para evitar la infiltración de aire del exterior.

Otra desventaja es la pobre eficiencia energetica. Un evaporador al vacío requiere una entrada de calor, provista generalmente por medio de vapor de agua caliente que se produce en otra parte de la planta; además el vacío se produce mediante cyectores con vapor que son equipos bastante ineficientes. Sin embargo, se debe condensar el efluente gaseoso del evaporador junto con el vapor motor de los eyectores, descargándose un calor de menor valor que no puede ser reutilizado más en el proceso. Típicamente el mencionado calor se remueve mediante enfriamiento con aire o enfriamiento con agua y por tanto se disipa a la atmósfera. Por tanto se tiene la necesidad de proporcionar una mejor forma de concentrar la solución de urea que proviene de la sección de recuperación de las plantas conocidas de urea.

Sumario de la invención La invención propone separar agua y posiblemente otros componentes distintos a la urea, que están contenidos en la solución de urea de la sección de recuperación de la planta de urea, por medio de separación selectiva por membranas.

De acuerdo con esto, un primer aspecto de la invención es un proceso para la síntesis de urea, donde se obtiene una solución acuosa que comprende urea con amoníaco y dióxido de carbono residual en una sección de síntesis, tratándose la mencionada solución en una sección de recuperación, y una solución acuosa que comprende principalmente urea y agua, que se obtiene de la mencionada sección de recuperación, se somete a un proceso de concentración, caracterizado por el mencionado proceso de concentración incluye al menos un paso de separación selectiva por membranas.

El mencionado paso de separación selectiva por membranas se lleva a cabo con una o más membranas. Una membrana para llevar a cabo la invención tiene una primera permeabilidad para el transporte de agua y/o para el transporte de otros contaminantes, y una segunda y distinta permeabilidad para el transporte de urea. Preferiblemente se lleva a cabo el mencionado paso con al menos una membrana selectiva al agua, adaptada para separar agua de urea y concentrar la solución. Por ejemplo, una adecuada membrana selectiva al agua es permeable al agua, y esencialmente impermeable a otros constituyentes de la solución, principalmente urea. Se puede entender que, por ejemplo, cuando una solución acuosa de urea se pone en contacto con el lado de alimentación de una membrana selectiva al agua, se recolecta agua del lado de descarga, lo que incrementa la concentración de la solución en el lado de alimentación.

Una membrana proporciona separación entre un primer lado (lado de alimentación) y un segundo lado (lado de descarga). Para este propósito, la mencionada membrana puede ser una membrana plana o tener una forma distinta, por ejemplo una membrana enrollada en forma espiral. Las presiones en el lado de alimentación y en el lado de descarga podrían ser distintas, en algunas realizaciones, para mejorar el proceso.

La concentración basada en membranas podría ser o no la única teenica de concentración. Se puede concentrar la solución acuosa mediante una técnica distinta (por ejemplo evaporación o cristalización) antes o después del mencionado paso de separación selectiva por membranas.

De acuerdo con diversas realizaciones, la solución acuosa que se somete a separación selectiva por membrana es la solución tal como proviene de la sección de recuperación, o una solución previamente concentrada con una teenica convencional, tal como evaporación o cristalización. De la misma manera, la solución concentrada liberada por el proceso basado en membranas puede ser (opcionalmente) concentrada adicionalmente con otra técnica de ser necesario o apropiado.

En algunas realizaciones, el mencionado proceso de concentración incluye el uso de más de una membrana selectiva y posiblemente de varias membranas de distinta naturaleza, para la remoción de agua y otros contaminantes de la solución acuosa de urea. Los mencionados contaminantes podrían incluir amoníaco o sales tales como carbonatos, las cuales se pueden encontrar en la solución en pequeñas cantidades.

Preferiblemente, la concentración de la solución entrante a la membrana es de 50 a 90% en peso de urea. Preferiblemente, la solución después de la concentración retiene más de 85% en peso de urea y más preferiblemente entre 95% en peso y 100% en peso.

Otro aspecto de la invención es una planta para la síntesis de urea, que comprende una sección de síntesis y una sección de recuperación, y caracterizada por una sección de concentración para el tratamiento de solución acuosa de urea, comprendiendo la mencionada sección de concentración al menos una etapa de concentración por membrana que comprende una membrana selectiva. Preferiblemente la mencionada membrana es una membrana selectiva al agua para la separación de agua de la solución acuosa de urea.

Otro aspecto de la invención es el aumento de capacidad de una planta existente de urea, donde se le aumenta la capacidad a una sección de concentración existente mediante una etapa de concentración basada en membranas.

La separación basada en membranas puede reemplazar, total o parcialmente, a una sección convencional de evaporación al vacío o de cristalización. Se puede lograr una alta concentración, tal como de 95 - 99,5% en peso o más, adecuada para las téenicas de terminación de granulación o perlado, sin los grandes y costosos equipos al vacío de las secciones convencionales Además, la concentración basada en membranas no requiere una entrada significativa de energía o calor para el beneficio de la eficiencia energética del proceso global.

Descripción detallada de la invención La Fig. 1 muestra un esquema de bloques de una realización de la invención. La referencia 10 denota una sección de síntesis a alta presión donde reaccionan el amoníaco 12 y el dióxido de carbono 11. La mencionada sección 10 podría comprender, en algunas realizaciones, un reactor, un despojador y un condensador que conforman un lazo a alta presión, de acuerdo con los antecedentes.

El efluente 13 de la sección 10 se procesa en una sección de recuperación 14, esencialmente para recuperar amoníaco y dióxido de carbono. La solución acuosa de urea 15 de la sección de recuperación 14 se envía a una sección de concentración 16 que incluye una membrana selectiva al agua.

La solución 15, por ejemplo, se admite a un primer lado de la membrana, y se obtiene un flujo 17 compuesto principalmente de agua del otro lado (lado de descarga) de la membrana. El mencionado flujo 17 se trata preferiblemente en una sección 18 para obtener sustancialmente agua pura, "W". La solución concentrada 19, que tiene por ejemplo una concentración de alrededor de 95 -99,5% en peso o más, se pasa a una sección de terminación 20 para obtener una urea "U" sustancialmente pura.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la síntesis de urea, donde se obtiene una solución (13) que comprende urea en una sección de síntesis (10), tratándose la mencionada solución en una sección de recuperación (14), y una solución acuosa (15) que comprende principalmente urea y agua, que se obtiene de la mencionada sección de recuperación, se somete a un proceso de concentración, caracterizado por que el mencionado proceso de concentración incluye un paso de separación selectiva por membranas.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, llevándose a cabo el mencionado proceso de separación selectiva por membranas con al menos una membrana selectiva al agua.

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 , concentrándose la solución acuosa de la sección de recuperación mediante otro proceso, tal como evaporación o cristalización, antes o después del mencionado paso de separación selectiva por membranas.

4. Un proceso de acuerdo con cualquiera de la reivindicaciones precedentes, llevándose a cabo el mencionado paso de concentración selectiva por membranas con una pluralidad de membranas.

5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 4, llevándose a cabo el paso de concentración selectiva por membranas con una pluralidad de membranas de distinta naturaleza para la remoción de agua y otros contaminantes de la solución acuosa de urea, tales como amoníaco y/o carbonatos. Una planta para la síntesis de urea, que comprende una sección de síntesis (10) una sección de recuperación (14) y una sección de concentración (16) para eliminar agua de una solución acuosa de urea descargada por la sección de recuperación, caracterizada porque dicha sección de concentración (16) incluye al menos una membrana selectiva. Una planta de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicha sección de concentración (16) incluye una membrana selectiva al agua. Una planta de acuerdo con la reivindicación 7, en donde dicha membrana selectiva es permeable al agua y sustancialmente impermeable a otros componentes de la solución acuosa; dicha membrana provoca una separación entre un lado de alimentación y un lado de descarga de la membrana, una solución acuosa de urea es admitida en dicho lado de alimentación de la membrana, y un flujo (17) compuesto principalmente de agua se obtiene en dicho lado de descarga. Un método para la renovación de una planta de urea, la planta de urea comprende una sección de síntesis (10), una sección de recuperación (14), y una sección de concertación (16) para eliminar agua de una solución acuosa de urea descargada por la sección de recuperación, el método de renovación estando caracterizado por la provisión en la sección de concentración (16), de al menos una membrana selectiva por la separación de agua y/o otros contaminantes de soluciones acuosas de urea.