RO118130B1

RO118130B1 - Procedeu si instalatie de obtinere a ureei

Info

Publication number: RO118130B1
Application number: RO94-00022A
Authority: RO
Inventors: Giorgio Pagani
Original assignee: Urea Casale Sa
Priority date: 1993-01-07
Filing date: 1994-01-06
Publication date: 2003-02-28
Also published as: CA2113061A1; CN1284498A; CN1100717A; US5792889A; DE69326881D1; US5684194A; US5681537A; RU2131868C1; EP0611753B1; EP0611753A1; CN1062553C

Abstract

Inventia se refera la un procedeu si o instalatie de obtinere a ureei, care cuprinde o treapta de stripare cu bioxid de carbon. Procedeul conform inventiei consta in aceea ca include suplimentar o treapta de stripare cu bioxid de carbon. Instalatia pentru aplicarea procedeului, conform inventiei, include: un reactor de inalt randament, cu indepartarea partiala a caldurii de reactie (ROT) si o sectie de recuperare a ureei (DIST) din solutia care paraseste reactorul de inalt randament (ROT), si utilaje (111, E-3, 112, 301-J/JS) pentru reciclarea vaporilor nereactionati de amoniac si bioxid de carbon, precum si a solutiei de carbamat obtinuta in sectia de recuperare a ureei (201-D).

Description

Invenția se referă la un procedeu și la o instalație de obținere a ureei, în care un amestec de reacție care părăsește reactorul de sinteză a ureei este supus la o treaptă de stripare cu bioxid de carbon (Stamicarbon).

După cum se știe, deseori apare necesitatea de creștere a capacității de fabricare a ureei în instalațiile preexistente. în acest scop s-au propus, până în prezent, diferite metode de sporire a capacității de producție. Așa cum se descrie în Patentul European EPA-0479103 al aceluiași solicitant. Brevetul EP-A-0479103 se referă la un procedeu în care amoniacul de înaltă puritate și bioxidul de carbon reacționează într-un prim reactor cu înalt randament “cu o singură trecere”, amestecul de reacție astfel obținut este alimentat la o secție de recuperare și o reacție de sinteză este realizată între reactivii mai puțin puri, în mod efectiv reciclați din secția de reciclare (amestec recuperat), în reactorul preexistent de tip convențional.

în rezumatul patentului elvețian 01477/92-0, problema creșterii capacității de producție a ureei și de reducere a consumului de energie în instalațiile preexistente, conform procedeului Stamicarbon (STC), de exemplu incluzând o secție de stripare CO₂ se referă la realizarea sintezei ureei într-un prim reactor de randament ridicat în condiții adiabatice (în așa-numitul reactor “Vulcan”) și prin distilarea amestecului de reacție care părăsește reactorul “Vulcan”, astfel încât să se obțină amoniac nereacționat și carbamat sub formă de curenți recirculați, respectiv la reactorul “Vulcan” și la reactorul preexistent, cu randament scăzut.

Procedeul astfel realizat pare să fie satisfăcător, și alte îmbunătățiri nu par să fie posibile.

Continuând cercetările sale și experimentările, totuși, solicitantul a fost capabil să dezvolte un nou procedeu perfecționat, modificat, aplicabil la instalațiile existente, bazat pe un procedeu de recirculare totală, cu scopul unei creșteri substanțiale a capacității de producere a ureei și de reducere a consumului de energie.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este elaborarea unui procedeu îmbunătățit de obținere a ureei care conduce la obținerea unor conversii ridicate.

Procedeul conform invenției constă în aceea că este alcătuită din următoarele trepte:

- reacția amoniacului cu bioxid de carbon într-un prim spațiu de reacție;

- efectuarea unei stripări gazoase cu bioxid de carbon, a primului amestec de reacție care părăsește numitul prim spațiu de reacție, astfel încât să se obțină o soluție purificată de uree și vapori de amoniac nereacționat, și vapori de bioxid de carbon;

- alimentarea soluției de uree purificată, menționată la o primă secție de recuperare a ureei;

- condensarea, la o presiune predeterminată a amoniacului nereacționat, menționat, și vaporilor de bioxid de carbon într-un condensator carbamat;

- reacția amoniacului și a bioxidului de carbon într-un al doilea spațiu de reacție, care este constituit din următoarele trepte:

a) , supunerea unui al doilea amestec de reacție, care părăsește al doilea spațiu de reacție numit, la un prim tratament de descompunere a carbamatului la o presiune efectiv egală cu presiunea condensatorului carbamat, astfel încât să separe un prim curent de vapori de amoniac și bioxid de carbon nereacționați, dintr-un curent lichid incluzând ureea;

b) . reciclarea primului curent de vapori de amoniac și bioxid de carbon la condensatorul carbamat, menționat;

c) . supunerea curentului lichid, incluzând uree, la un al doilea tratament de descompunere a carbamatului, astfel încât să se separe un al doilea curent de vapori de amoniac și bioxid de carbon, vapori nereacționați din soluția de uree purificată;

RO 118130 Β1

d) condensarea celui de-al doilea curent menționat, de vapori nereacționați de amoniac și bioxid de carbon, și reciclarea condensatului astfel obținut la condensatorul de 50 carbamat, menționat.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

- procedeul este eficient, cu creșteri substanțiale ale capacității de obținere a ureei;

- se obțin conversii ridicate, reduceri de intensități și costuri de operare și un grad înalt de recuperare a energiei, prin folosirea reactorului primar de tip “ceainic”; 55

- recircularea fazelor este totală, conducând la un mod eficient de operare a echipamentului și a reducerii a unui flux continuu de exploatare a instalației, și la evitarea supraîncărcării critice a utilajelor.

Sinteza ureei în primul spațiu de reacție poate fi efectuată în condițiile de procedeu curent, folosite în instalațiile STC, cum ar fi, de exemplu, la o presiune cuprinsă între 130 60 până la 200 bari și la temperaturi cuprinse între 180 și 200°C.

Treapta de condensare carbamat, treapta de stripare - CO₂ a amestecului de reacție care părăsește spațiul de reacție mneționat și treapta de recuperare a ureei din secția menționată de recuperare, pot, de asemenea, să fie realizate în condiții în conformitate cu condițiile cunoscute ale procedeului folosit în instalația STC. 65

Preferabil, sinteza ureei în cel de-al doilea spațiu de reacție se efectuează într-un reactor de înalt randament, cu o “singură trecere”, la presiuni cuprinse între 240 și 260 bari și la temperaturi în intervalul de 190 până la 200°C.

Un reactor cu o “singură trecere”, cu o îndepărtare parțială a căldurii de reacție s-a observat a fi în mod special corespunzător pentru instalațiile modificate de producere a 70 ureei, cuprinzând o treaptă de stripare CO₂. Mai preferabil, reactorul cu o “singură trecere” cuprinde două părți: o primă secțiune cu îndepărtarea căldurii de reacție și o secțiune secundară, de tip convențional.

Conform invenției, amestecul de reacție care părăsește spațiul de reacție de înalt randament este supus atât la un tratament de descompunere a carbamatului, cât și la sepa- 75 rarea vaporilor nereacționați de amoniac și bioxid de carbon din fluxul lichid cuprinzând uree. Acest amestec de reacție este supus la două tratamente de descompunere a carbamatului în serie. Primul tratament de descompunere a carbamatului este efectuat într-un vas de descompunere de înaltă presiune, la o presiune efectiv egală cu presiunea existentă în condensatorul de carbamat introdus în contracurent cu primul spațiu de reacție. 80

Preferabil, astfel de domenii de presiune variază între 140 și 150 de bari.

în mod deosebit de avantajos, primul curent de vapori nereacționați de amoniac și bioxid de carbon este obținut într-un mod în care poate fi direct recirculat la condensatorul carbamat menționat mai sus și apoi reacționat în primul spațiu de reacție.

Cel de-al doilea tratament de descompunere a soluției care părăsește primul aparat 85 de descompunere carbamat este efectuat într-un al doilea vas de descompunere a carbamatului, la o presiune cuprinsă între 6 și 18 bari, preferabil între 8 și 14 bari.

în acest fel, se obține un al doilea curent de vapori nereacționați de amoniac și bioxid de carbon, care este mai întâi condensat cu ajutorul unei soluții apoase de carbamat, care părăsește secțiunea de recuperare a ureei, și este apoi reciclat la rândul său la conden- 90 satorul de carbamat.

Cel de-al doilea tratament de descompunere a carbamatului conduce, de asemenea, la o soluție purificată de uree, care poate fi fie alimentată la un distilator de joasă presiune în secțiunea de recuperare a ureei, sau colectată într-un rezervor în echicurent al distilatorului de joasă presiune, înainte de terminarea tratamentelor în secțiunea cu vid. 95 în mod avantajos, rația molară de bioxid de carbon uree în tratamentul de stripare poate fi adusă la valorile optime prin alimentarea cu până la 20% fin fluxul amestecului de reacție care părăsește primul reactor de sinteză a ureei spre primul tratament de descompunere a carbamatului.

RO 118130 Β1

Preferabil, este cazul în care 10...15% din fluxul amestecului de reacție care părăsește primul reactor de sinteză a ureei ocolește tratamentul de stripare a CO₂ și este alimentat la primul tratament de descompunere a carbamatului.

Conform cu un alt aspect al invenției, s-a găsit după studii intensive și cercetări că, în mod surprinzător, este posibil să se mărească capacitatea de producție a instalației de producere a ureei, instalație preexistentă, într-un mod simplu și sigur, incluzând o treaptă de stripare a CO₂.

Când se dorește o creștere a capacității instalației preexistente de peste 20%, este avantajos să se aplice conceptul de “Reactor paralel de înaltă eficiență”, în scopul de a se realiza obiectivul dorit de reducere a investițiilor și costurilor operației, de mai bună exploatare a instalației de obținere a unei marje mai mari de supraîncărcare a echipamentului existent și o considerabilă descongestionare a instalației.

Aplicarea unui astfel de concept la o instalație preexistentă de producere a ureei include:

- un reactor de sinteză a ureei;

- un condensator de carbamat în contracurent cu reactorul de sinteză menționat;

- un vas de stripare cu bioxid de carbon în echicurent cu reactorul de sinteză a ureei, menționat;

- mijloace de alimentare a primului amestec de reacție care părăsește primul reactor menționat către vasul de stripare cu bioxid de carbon;

- o secție de recuperare a ureei, pentru separarea ureei din primul amestec de reacție care părăsește vasul de stripare CO₂.

Reacția este condusă, în conformitate cu prezenta invenție, printr-o metodă de reasamblare cuprinzând următoarele trepte:

a) introducerea unui al doilea reactor de sinteză a ureei, conectat cu mijloace de alimentare cu amoniac de înaltă puritate și bioxid de carbon;

b) introducerea unei a doua secțiuni de recuperare a ureei, incluzând cel puțin un prim și al doilea vas de descompunere a carbamatului, montat în serie, în echicurent, cu reactorul al doilea de sinteză a ureei, menționat mai sus;

c) introducerea unor conducte pentru recliclarea vaporilor nereacționați de amoniac și bioxid de carbon care părăsesc vârful primului vas de descompunere a carbamatului menționat, la condensatorul de carbamat menționat;

d) introducerea unor mijloace de condensare a vaporilor nereacționați de amoniac și bioxid de carbon, care părăsesc vârful celui de-al doilea vas de descompunere a carbamatului;

e) introducerea unor mijloace pentru recicilarea condensatului astfel obținut la condensatorul de carbamat menționat.

în mod deosebit, 30...50% din capacitatea de producție dorită se obține într-un reactor adițional de înalt randament (75%), de tip “o singură trecere” fără recirculare.

Cel mai preferabil, reactorul operează cu o îndepărtare parțială a căldurii de reacție și cuprinde două părți: o secțiune primară cu o îndepărtare căldurii de reacție și o secțiune secundară de tip convențional.

Alte aspecte și avantaje ale invenției vor fi mai bine evidențiate din următoarele descrieri preferate, nelimitative, a căror realizare se referă și la fig. 1...3, care urmează:

- fig. 1 reprezintă un plan schematic al instalației de preparare a ureei, incluzând o treaptă de stripare cu bioxid de carbon conform celor arătate anterior;

- fig. 2 reprezintă un plan schematic al instalației de producere a ureei din fig. 1, reasamblată în conformitate cu prezenta invenție, în prima ei formă de realizare;

RO 118130 Β1

- fig. 3 reprezintă un plan schematic al instalației de producere a ureei din fig. 1, reasamblată în conformitate cu al doilea mod de realizare a prezentei invenții.

Instalația de producere a ureei, prezentată în fig. 1, cuprinde un reactor de sinteză a ureei 201-D, la care este alimentat amoniac pur și bioxid de carbon, cu ajutorul unor compresoare convenționale 104-J/JS și 102-J.

Mai amănunțit, amoniacul este la început introdus într-un condensator-carbamat, 202-C, printr-o conductă 117, în timp ce bioxidul de carbon este alimentat la un aparat de stripare 201-C, printr-o conductă 107, și apoi la condensatorul de carbamat 202-C, prin conducta 201, înainte de a intra în reactorul de sinteză a ureei 201-D. Aparatul de stripare 201-C este, de asemenea, alimentat cu amestecul de reacție care părăsește reactorul de sinteză a ureei 201-D printr-o conductă 207. Prin 104 se indică secția de recuperare covențională a ureei, cuprinzând un distilator de joasă presiune 301-C cu un separator 301E, două evaporatoare în vid 401-F și 402-F, precum și o secție de concentrare a amoniacului în vid 50.

Schemele secției de recuperare a ureei 104 sunt cele convenționale și binecunoscute în domeniu, și nu vor fi descrise detaliat mai departe.

în funcționare, o mare parte din carbamat și o parte din amoniacul conținut în soluția de uree care părăsește reactorul 201-D este stripată în 201-C și recirculată la reactor, în timp ce soluția de uree, care părăsește aparatul de stripare 201-C, este obținută cu un conținut relativ scăzut de CO₂ (7...9% greutate) și NH₃ (5...8% greutate).

Această soluție este tratată în secțiunea de recuperare a ureei 104, unde este listilată la 3...4 bari abs. în 301-C: vaporii astfel obținuți sunt trimiși la condensatorul 303-C, obținându-se o soluție de carbamat care este recirculată la reactorul de sinteză a ureei 201D, cu ajutorul pompei 301-J/JS.

Principalele caracteristici tehnice ale procedeului de stripare izobarică cu bioxid de carbon pot fi rezumate după cum urmează: presiune de sinteză:

NH₃/CO₂ mol în reactor:

H₂O/CO₂ mol în reactor: temperatura mol în reactor: randament:

consum de abur:

aproximativ 140...145 bar abs aproximativ 2,8...3,0 aproximativ 0,4...0,5 aproximativ 185°C aproximativ 57...58% aproximativ 900...1000 kg/MT uree

175

Conform unei prime realizări a prezentei invenții, arătată în fig. 2, un reactor de înaltă eficiență ROT și o secțiune de recuperare a ureei, DIST, pentru purificarea soluției de uree care părăsește ultimul reactor, sunt conectate în paralel cu reactorul de sinteză al ureei, preexistent 201-D.

Reactorul ROT este alimentat cu bioxid de carbon de înaltă puritate, cu ajutorul compresorului KA-1 și cu amoniac de înaltă puritate, cu ajutorul pompei PA-1A/1S, și este

150

155

160

165

170

180

185 conectat la secția de recuperare a ureei DIST, prin conducta 108.

în mod avantajos, reactorul ROT este de tip “0 singură trecere” cu înalt randament și cu o îndepărtare parțială a căldurii de reacție. Reactorul ROT, cu “o singură trecere”, cuprinde două părți: o secțiune primară R-1 de tipul “ceainic” cu îndepărtarea căldurii de reacție și o secțiune primară R-2 de tip convențional.

Secțiunea de recuperare a ureei DIST cuprinde, de preferință, cel puțin două aparate de descompunere a carbamatului E-1 și E-2, conectate în serie cu ajutorul unei conducte 110.

190

RO 118130 Β1

Cel mai avantajos este ca primul aparat de descompunere a carbamatului E-1 să lucreze la o presiune egală cu aceea care există în aparatul de stripare 201-C, în timp ce al doilea aparat de descompunere a carbamatului E-2 lucrează la aproximativ 10 bar abs.

Conform unui aspect al prezentei invenții, un prim flux care părăsește aparatul de descompunere a carbamatului E-1, incluzând vaporii nereacționați de amoniac și bioxid de carbon, este recirculat direct la condensatorul de carbamat 202-C, care lucrează la aceeași presiune, printr-o conductă 111.

Un al doilea flux incluzând vaporii nereacționați de amoniac și bioxid de carbon, care părăsesc vârful aparatului de descompunere a carbamatului E-2, este întâi condensat în E-3 și apoi recirculat la un condensator - carbamat 202-C, printr-o conductă 112 și o pompă 301-J/JS.

La baza aparatului de descompunere a carbamatului E-2 se obține o soluție purificată de uree, care poate fi alimentată, printr-ο conductă 113, la un distilator de joasă presiune

301- C, al secției de recuperare a ureei 104, fie direct colectat într-un rezervor de stocare

302- F, printr-o conductă M.

în primul caz, soluția de uree care părăsește aparatul de descompunere a carbamatului E-2 este în continuare tratată împreună cu soluția de stripare care părăsește aparatul de 201-C, într-un distilator de joasă presiune 301-C.

Conform celei de-a doua modalități a prezentei invenții, arătată în fig. 3, reactorul de sinteză a ureei, preexistent, 201-D, este conectat, printr-o linie by-pass B la secția de recuperare a ureei DIST care, în acest caz, include două aparate de descompunere a carbamatului E’-1, E’-2, proiectate astfel, încât să reziste la noua sarcină.

în această realizare, soluția de uree purificată, care părăsește coloana E’-2, poate fi fie alimentată la distilatorul de joasă presiune 301-C sau să-l ocolească pe acesta și să fie direct colectată în rezervorul de stocare 302-F.

Următoarele caracteristici și avantaje ale invenției vor fi evidente din exemplele date mai jos, care nu sunt limitative, în care sunt ilustrate modificările la o instalație existentă de producere a 1500 MT uree, prin stripare cu CO₂.

Exemplul 1. Scopul acestei modificări este creșterea capacității de producție a instalației prexistente de la 1500 MTD la 2250 MTD, prin adăugarea unui nou reactor de tipul “o singură trecere” în paralel cu cel existent. în acest caz, capacitatea de distribuire optimă este următoarea:

reactor existent: noul reactor:	1500 MTD uree 750 MTD uree
Total:	2250 MTD uree
Condițiile de operare ale reactorului sunt:
a) caz de referință Reactor existent (201-D): Capacitate: 1500 MTD	Randament:	57%
NH₃/CO₂ mol: 2,85	P:	140 bar abs
N₂O/CO₂ mol: 0,40	T:	183°C
b) noi condiții b. 1 Reactor existent (201 -D): Capacitate: 1500 MTD	Randament:	57%
NH₃/CO₂ mol: 3,0	P:	145 bar abs
N₂O/CO₂ mol: 0,53	T:	185°C
b.2 noul reactor (ROT): Capacitate: 750 MTD	Randament:	75%
NH₃/CO₂ mol: 3,6	P:	242 bar abs
N₂O/CO₂ mol: 0	T:	193°C

RO 118130 Β1

Randamentul mediu comparat al celor două reactoare care operează în paralel este: 1500x57 + 750x75

-------------------------------- = 63%

2250 adică cu 6 procente mai mult decât în cazul de referință.

Aceasta corespunde la un consum specific de vapori mai coborât de 120... 150 kg/MT uree în ciuda creșterii capacității.

Exemplul 2. în exemplul 1, capacitatea reactorului existe în condițiile noi de operare a fost de 1500 MTD de uree, adică egal cu cel proiectat.

Vasul de stripare existent în acest caz va avea la dispoziție pentru soluția de stripare a ureei o cantitate mai mică de CO₂ gazos decât cel proiectat (aproximativ 83% din cel proeictat), echilibrul va fi sub forma soluției carbamat.

Această cantitate mică de CO₂ este în orice caz suficientă pentru a atinge o bună performanță în aparatul de stripare 201-C.

în orice caz, lucrând conform desenului din fig. 3, este posibil să te apropii sau să atingi în mod substanțial raportul CO₄/uree proiectat în aparatul de stripare 201-C.

Raportul proiectat menționat este atins în acest caz printr-o alimentare cu aproximativ 17% din fluxul amestecului de reacție care părăsește reactorul preexistent 201-D, a aparatului de descompunere a carbamatului E’-1 prin ocolirea aparatului de stripare 201-C. Acest alicot al amestecului de reacție este trimis prin conducta BP, la aparatul de descompunere a carbamatului E’-1 a noii secții de recuperare a ureei DIST’, pentru tratamentul de descompunere a carbamatului. Datorită acestei ocoliri toate secțiile existente de sinteză, stripare și de recuperare a ureei vor lucra foarte aproape de condițiile proiectate, evitându-se astfel orice supraîncărcare critică a acestor secțiuni.

Revendicări

Claims

1. Procedeu de obținere a ureei, caracterizat prin aceea că cuprinde treptele de:

- reacția amoniacului și a bioxidului de carbon într-un prim spațiu de reacție;

- efectuarea unei stripări gazoase cu bioxid de carbon a primului amestec de reacție care părăsește primul spațiu de reacție menționat, astfel încât să se obțină o soluție purificată de uree și vapori de amoniac și bioxid de carbon;

- alimentarea soluției de uree purificată menționată la o primă secție de recuperare a ureei;

- condensarea la o presiune predeterminată a vaporilor de amoniac și bioxid de carbon într-un condensator de carbamat;

- reacția amoniacului și bioxidului de carbon într-un al doilea spațiu de reacție, care este constituit din următoarele trepte:

a) supunerea amestecului celei de-a doua reacții care părăsește al doilea spațiu de reacție la un prim tratament de descompunere a carbamatului la o presiune substanțial egală cu presiunea din condensatorul de carbamat, astfel încât să se separe un prim curent de vapori de amoniac și bioxid de carbon nereacționați din curentul lichid incluzând ureea;

b) reciclarea primului curent de vapori de amoniac și bioxid de carbon nereacționați la condensatorul de carbamat;

c) supunerea curentului lichid incluzând ureea la un al doilea tratament de descompunere a carbamatului, astfel încât să se separe un al doilea curent de vapori de amoniac și bioxid de carbon nereacționați dintr-o soluție purificată de uree;

d) condensarea celui de-al doilea curent de vapori nereacționați de amoniac și bioxid de carbon și recircularea condensatului astfel obținut la condensatorul de carbamat.