MXPA02011818A - Proceso para la descomposicion de una solucion acuosa de carbamato proveniente de la seccion de recuperacion de urea de una planta de produccion de urea. - Google Patents

Abstract

En un proceso para descomponer una solucion acuosa de carbamato proveniente de una seccion de recuperacion de urea de una planta de produccion de urea a una temperatura predeterminada por el intercambio de calor indirecto con un fluido de calentamiento que tiene una temperatura diferente predeterminada, la diferencia de temperatura entre dicha solucion acuosa de carbamato y dicho fluido de calentamiento es reducida a un valor que no es superior a 70(C.

Description

"PROCESO PARA LA DESCOMPOSICIÓN DE UNA SOLUCIÓN ACUOSA DE CARBAMATO PROVENIENTE DE LA SECCIÓN DE RECUPERACIÓN DE UREA DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE UREA" DESCRIPCIÓN Campo técnico En su aspecto más general la presente invención se refiere a la producción de urea.

Específicamente, la presente invención se refiere a un proceso para descomponer una solución acuosa de carbamato proveniente de la sección de recuperación de urea de una planta de producción de urea. La anterior solución acuosa de carbamato en lo sucesivo también será referida como "solución de carbamato reciclable" .

Antecedentes de la invención En el estado de la técnica, se conocen una serie de procesos de producción de urea basados esencialmente en la realización de una reacción de conversión en un espacio de reacción o reactor alimentado con amoniaco y dióxido de carbono, y de una recuperación de sustancias no reaccionadas contenidas en la solución de urea que abandona el espacio de reacción, en particular amoniaco, dióxido de carbono y carbamato en solución acuosa, los cuales son reciclados al espacio de reacción.

Con este objeto, en una planta que implemente el anterior proceso, la corriente posterior al espacio de reacción comprende una unidad de descomposición de carbamato, operando substancialmente a la misma presión que el espacio de reacción, para sujetar a la solución de urea que abandona el espacio de reacción a un tratamiento de descomposición parcial del carbamato y una separación parcial de amoniaco libre. Así se obtiene un flujo que comprende amoniaco y dióxido de carbono en fase vapor, el cuál se recicla al espacio de reacción, y a un flujo que comprende urea y carbamato residual en solución acuosa.

La planta también comprende una sección de recuperación de urea para separar el carbamato residual de la urea, obteniéndose un carbamato en solución acuosa, el cuál se recicla al espacio de reacción.

La unidad de descomposición de carbamato es generalmente un aparato que comprende un haz de tubos verticales. La descomposición del carbamato se realiza por medio del calentamiento de la solución de urea que fluye aguas abajo como una película descendiente en el interior de los tubos y en contacto con sus paredes internas, con un fluido de calentamiento tal como un vapor que fluye en el lado exterior de los tubos. De esta forma, el amoniaco y dióxido de carbono no reaccionados se sujetan a una etapa de agotamiento (descomposición) de la solución de urea (agotamiento térmico) .

En al caso del agotamiento de dióxido de carbono, la descomposición de carbamato también se efectúa por medio de un flujo gaseoso que comprende una alimentación de dióxido de carbono y que fluye hacia arriba en el interior de los tubos .

Un proceso mejorado para la producción de urea, se describe en la patente europea número EP-A-0 796 244, éste comprende la adición de una etapa de descomposición parcial de la solución acuosa de carbamato obtenida de la sección de recuperación de urea y reciclado al espacio de la reacción.

De esta forma, por medio de implementar este proceso, es posible reducir notablemente la cantidad de agua reciclada al espacio de reacción, así permitiendo obtener un incremento en el rendimiento de conversión y en la capacidad de producción de la planta.

Con este objeto, la planta se provee con una unidad de descomposición para sujetar al menos una parte de la solución de carbamato proveniente de la sección de recuperación de urea (solución de carbamato reciclado) a un tratamiento de una descomposición parcial o agotamiento, obteniéndose un flujo adicional que comprende amoniaco y dióxido de carbono en fase vapor, el cuál se condensa y se recicla al espacio de la reacción.

Aunque ventajoso en muchos aspectos, un inconveniente que se ha encontrado cuando se opera la anterior unidad de descomposición, es que la eficiencia de descomposición no es satisfactoria.

De conformidad con los estudios efectuados por el solicitante, se ha encontrado no sin sorpresa, que la película de la solución de carbamato reciclado que fluye hacia abajo en el haz de tubos esta sujeta a un rompimiento y separación indeseable de las paredes internas del tubo, en particular en la porción superior del mismo. En donde esto sucede, no se alcanza el humedecimiento de la pared interna .

Esto provoca un intercambio térmico de baja efectividad entre el vapor de calentamiento y la película de líquido de la solución de carbamato reciclada que fluye en el interior de los tubos. De esta manera, la eficiencia de agotamiento de la unidad de descomposición de la solución de carbamato reciclado es menor de lo esperado.

Debido a esto, y con objeto de obtener una eficiencia de descomposición aceptable, la unidad de descomposición necesita ser manufacturada con dimensiones mayores a aquellas que son teóricamente requeridas, lo que resulta en costos de inversión altos.

Descripción de la invención El problema técnico al que se refiere la presente invención es mejorar la eficiencia de descomposición de una unidad de descomposición de una planta de producción de urea delegada para el agotamiento (descomposición) de una solución de carbamato reciclado.

Para resolver el problema anterior, la idea fundamental de la presente invención consiste en modificar el proceso del estado de la técnica para descomponer la solución de carbamato reciclado de tal manera que se mejore la eficiencia de las unidades de descomposición delegadas a esta descomposición, sin tener que modificar la estructura de estas unidades, lo cual seria complejo e involucraría costos considerables.

Con base en la idea anterior, el problema principal de la presente invención se resuelve por medio de un proceso para la descomposición de una solución acuosa de carbamato proveniente de la sección de recuperación de urea (solución de carbamato reciclada) de conformidad con las reivindicaciones 1 a 5 anexas .

La solución de carbamato reciclada generalmente tiene una concentración de agua dentro de un rango de 10% a 70% y tiene una temperatura de alrededor de 70°C a 120°C en la salida de la sección de recuperación de urea.

Gracias a la presente invención se puede obtener un incremento sustancial de la eficiencia de descomposición en virtud de que es posible controlar la evaporación de la película de solución de carbamato reciclado que fluye en el haz de tubos de la unidad de descomposición.

En particular, se ha encontrado sorprendentemente que la separación de la película de la solución de carbamato reciclado de las paredes del tubo en las unidades del estado de la técnica, se debe principalmente al hecho de que esta solución esta sujeta a una evaporación excesiva y violenta en los tubos, especialmente en la porción superior de los mismos. En otras palabras, es tan inesperada dicha evaporación que altera el flujo descendiente normal de la película del liquido en los tubos.

Con objeto de impedir de manera efectiva este fenómeno de evaporación, se ha propuesto de conformidad con la invención reducir ventajosamente la alta diferencia de temperaturas entre la temperatura de operación del fluido de calentamiento (alrededor de 210°C) y la temperatura de la solución de carbamato reciclado (70°-120° C).que ingresa a lo tubos de la unidad de descomposición De conformidad con la invención, se ha encontrado sorprendentemente que si la diferencia de la anterior temperatura no es mas alta de 70 °C, preferentemente entre 20° y 40° C, el violento fenómeno de evaporación indeseable se elimina substancialmente y al mismo tiempo se obtiene un incremento en la eficiencia de descomposición de la unidad de descomposición.

Este resultado es totalmente inesperado si uno considera que, en principio, la descomposición del carbamato en amoniaco gaseoso y dióxido de carbono se esperaría se reduciría debido a una baja diferencia de temperatura entre la temperatura de la solución de carbamato reciclado y la temperatura de operación del fluido de calentamiento.

Otras características y ventajas de la presente invención establecidas en la descripción detallada de las modalidades preferidas se describen más adelante en ejemplos no limitativos con referencia a los dibujos anexos.

Breve descripción de los dibujos En tales dibujos: - La Fig. 1 muestra un diagrama de bloque ilustrando esquemáticamente una planta de producción de urea en el cual la descomposición de la solución de carbamato proveniente de una sección de recuperación de urea se consigue de conformidad con la invención.

- Fig. 2 muestra esquemáticamente un aparato disponible para descomponer una solución de carbamato reciclado de conformidad con la presente invención.

Modos de realización de la invención Con referencia a la Fig. 1, el bloque 1 indica un espacio de reacción de alta presión para la síntesis de urea, el cual se alimenta con un un flujo gaseoso 21 que comprende substancialmente amoniaco puro.

Los bloques 2 y 3 indican ambos unidades de descomposición a alta presión y el bloque 4 indica una unidad de condensación a alta presión.

Las unidades de descomposición 2 y 3 y la unidad de condensación 4 generalmente operan a substancialmente la misma presión que el espacio de reacción 1.

La sección de recuperación de urea se indica como un todo en el block 5.

La línea de flujo 23 representa un flujo liquido de una mezcla de reacción proveniente del bloque 1 y comprende urea y substancias no reaccionadas, particularmente carbamato y amoniaco libre en solución acuosa.

El flujo liquido 23 se alimenta al bloque 2 en donde se sujeta a un tratamiento de descomposición parcial del carbamato y separación parcial del amoniaco libre.

La unidad de descomposición indicada en el bloque 2 comprende un aparato de agotamiento, el cual opera con un flujo gaseoso 24 de dióxido de carbono alimentado como un agente de agotamiento.

En el caso de que la descomposición de carbamato en la unidad 2 se realice únicamente por intercambio de calor (agotamiento térmico) , entonces la línea de flujo 24 no se emplea y un flujo gaseoso de alimentación de dióxido de carbono se alimenta directamente al espacio de reacción 1 (ver líneas de flujo 22 en líneas discontinuas) .

En la salida del bloque 2, las líneas de flujo 25 y 26 representan respectivamente un flujo gaseoso que comprende amoniaco y dióxido de carbono en fase vapor y un flujo liquido que comprende urea y carbamato residual en solución acuosa.

La línea 25 de flujo pasa a la unidad de condensación representada por el bloque 4, en donde el amoniaco y el dióxido de carbono en fase vapor al menos parcialmente se condensan obteniéndose un flujo liquido de carbamato en solución acuosa y posiblemente un flujo gaseoso que comprende amoniaco y dióxido de carbono en fase vapor. Ambos flujos son entonces reciclados juntos al espacio de reacción 1 por medio de la línea de flujo 27.

El flujo que comprende urea y carbamato residual indicado por la línea de flujo 26 pasa a través de la sección de recuperación de urea 5, el cual se compone de varias unidades y en donde el carbamato residual se separa de la solución de urea, para obtener una porción adicional de una solución acuosa de carbamato.

La línea de flujo 28 representa la porción adicional anterior de carbamato en solución acuosa de la descarga de la sección de recuperación de urea 5. Esta solución de carbamato tiene generalmente un contenido de agua de 10% y 70% y una temperatura entre un rango de 70°C a 120°C.

La solución de urea se sujeta a una etapa de granulación o peletización en unidades adecuadas de la sección de recuperación de urea 5 en donde la urea fundida se solidifica en un producto final y abandona la planta de producción de urea a través de la línea de flujo 29.

De conformidad con una modalidad preferida de la presente invención, la porción adicional de carbamato en solución acuosa que abandona el bloque 5 por medio de la línea de flujo 28, es ventajosamente precalentada en un intercambiador de calor indicado por el bloque 6. Dicha solución acuosa de carbamato calentada es entonces sujeta a un tratamiento de descomposición parcial en una unidad de descomposición que se indica por el bloque 3 y será explicada en más detalle en la siguiente parte de la descripción.

Preferentemente, la anterior solución de carbamato precalentada en el bloque 6 y la descomposición térmica en el bloque 3 se alcanza usando el calor eliminado del condensador (bloque 4) en forma de un vapor para asegurar un consumo mínimo de energía .

De hecho, al menos parte de éste vapor, como un medio de calentamiento externo, atraviesa el intercambiador de calor 6 como la línea de flujo 32 y la unidad de descomposición 3 como la línea de flujo 33.

En la descarga del bloque 3, se obtiene entonces un flujo 30 que comprende amoniaco y dióxido de carbono en fase vapor y un flujo 31 comprende el carbamato residual en solución acuosa.

El flujo 30 es entonces parcialmente condensado en el bloque 4 para obtener un carbamato en solución acuosa, el cual se recicla al espacio de reacción 1 a través de la línea de flujo 27.

El flujo 31 que comprende carbamato residual en solución acuosa por su parte es enviado a la sección de recuperación de urea 5 para su procesamiento posterior.

En la Fig. 2, se muestra esquemá icamen e una modalidad preferida de la unidad de descomposición 3 delegada para descomponer la solución de carbamato reciclado de conformidad con la presente invención.

Esta unidad de descomposición 3 tiene una zona superior 36 que comprende una pluralidad de platos perforados horizontales 38 y una zona de agotamiento inferior 37 que comprende un haz de tubos que poseen una pluralidad de tubos 39 dispuestos verticalmente.

Los tubos 39 son calentados externamente por medio de un flujo de un fluido de calentamiento tal como el vapor indicado por la línea de flujo 33 y tienen una temperatura de aproximadamente de 210°C - 230°C. La zona de agotamiento 37 así opera a una temperatura comprendida dentro del rango de alrededor de 170°C a alrededor de 210°C.

De conformidad con esta modalidad, la solución de carbamato reciclado representada por la línea de flujo 28, primero es parcialmente precalentada en el intercambiador de calor 6 por un intercambio de calor indirecto con el vapor representada por la línea de flujo 32 y después alimentado a la unidad de condensación 3 en la proximidad de su extremo superior.

En particular, la solución de carbamato reciclado anterior tiene generalmente una temperatura dentro de un rango de 70°C a 120°C cuando abandona la sección de recuperación de urea 5 y es parcialmente precalentado en el bloque 6 a una temperatura de alrededor de 110°C a 160°C.

El flujo líquido 28 de la solución de carbamato reciclado precalentado alimentado a la unidad de descomposición 3 se hace fluir hacia abajo por gravedad a través de los platos 38 de la zona superior 36 en contra corriente con el flujo gaseoso que comprende amoníaco y dióxido de carbono proveniente de la zona de agotamiento 37.

En la Fig. 2, los flujos de la fase gaseosa y la fase líquida dentro de la unidad de condensación 3 se indican con signos de referencia Fg y Fl, respectivamente.

Como resultado de este contacto, la solución de carbamato reciclado es posteriormente precalentada en la zona superior 36, para obtener una temperatura de la solución de carbamato antes de ingresar a la zona de agotamiento 37 de la unidad de descomposición 3 de alrededor de 150°C a 190°C.

Proveniente de la zona superior 36, la solución de carbamato reciclado precalentado ingresa a los tubos 39 de la zona de agotamiento 37 y fluye hacia abajo por gravedad como una película descendiente.

De conformidad con la invención, la solución de carbamato reciclado proveniente de la zona superior 36 tiene ventajosamente una temperatura similar a la temperatura de operación del fluido de calentamiento (línea de flujo 33) para tener una diferencia entre las anteriores temperaturas que no es mayor de 70°C preferentemente comprendida entre 20°C y 40°C.

De esta forma, el fenómeno de evaporación indeseable dentro de los tubos 39 se ha encontrado que _es menos intenso e incontrolable con respecto a aquellos del estado de la técnica, específicamente en la porción superior de los tubos 39.

Gracias a la anterior evaporación controlada de la película de liquido de la solución de carbamato reciclado que fluye dentro de la zona de agotamiento 37, tal película es continua y mantenida en contacto con las paredes internas de los tubos 39 obteniéndose de esta manera una descomposición prácticamente homogénea del carbamato a lo largo de toda la longitud de los tubos .

La eficiencia de descomposición de la unidad de descomposición 3 es entonces mejorada y se alcanza una alta recuperación de amoniaco y dióxido de carbono en la fase de vapor.

La unidad de descomposición 3 esquematizada en la Fig. 2 es solamente un ejemplo del aparato preferido que puede ser usado para la descomposición de una solución acuosa de carbamato reciclado de conformidad con la presente invención.

Alternativamente, una unidad de descomposición puede usarse sin los platos 38 y solo comprender la zona de agotamiento 37. En este caso, todas las etapas de precalentamiento de la solución de carbamato reciclado se efectúan en el bloque 6.

Mas aún, en circunstancias particulares, el intercambiador de calor del bloque 6 "puede ser eliminado y solamente se precalienta la solución de carbamato reciclado en el interior de la unidad 3 en la zona superior 36 de la unidad de descomposición 3.

Finalmente, la unidad de descomposición 3 también puede ser operada con un flujo gaseoso de dióxido de carbono como un agente de agotamiento (no mostrado) .

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. - Un proceso para descomponer una solución acuosa de carbamato proveniente de una sección de recuperación de urea de una planta de producción de urea a una determinada temperatura por medio de intercambio de calor indirecto con un fluido de calentamiento que tiene una temperatura predeterminada diferente, que comprende la etapa de reducir la diferencia de temperaturas entre dicha solución acuosa de carbamato y dicho fluido de calentamiento a un valor que no es superior a 70 °C.

2.- Un proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado por que dicha diferencia de temperaturas es reducida a un valor comprendido entre 20°C y 40°C.

3.- Proceso de conformidad con la reivindicación 1, que comprende las etapas de : - alimentar dicha solución acuosa de carbamato en una unidad de descomposición (3) que tiene al menos una zona de agotamiento (37) ; - sujetar la solución acuosa de carbamato a un tratamiento de por lo menos una descomposición parcial en al menos dicha zona de agotamiento (37) por intercambio de calor indirecto con el fluido de calentamiento para obtener un flujo que comprende amoniaco y dióxido de carbono en fase vapor; caracterizado en que dicha solución acuosa de carbamato es calentada antes de ser sujetada a la descomposición en al menos dicha zona de agotamiento (37) .

4.- Un proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado en que dicha solución de carbamato se calienta en un intercambiador de calor (6) antes de ser alimentado a dicha unidad de descomposición (3) .

5.- Un proceso de conformidad con las reivindicaciones 3-4, caracterizado en que dicha solución de carbamato se calienta por un intercambio de calor con dicho flujo que comprende amoniaco y dióxido de carbono en fase vapor obtenido en al menos dicha zona de agotamiento (37) .