RO121641B1

RO121641B1 - Procedeu pentru recuperarea avansată a amoniacului din instalaţiile de fabricare a ureei

Info

Publication number: RO121641B1
Application number: ROA200300494A
Authority: RO
Inventors: Jozef Hubert Meessen; Kees Jonckers
Original assignee: Dsm N.V.
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2008-01-30
Also published as: AU2002252800B2; BR0115964A; CA2430655A1; AU5280002A; CA2430655C; CN1479720A; EA004238B1; US20040054229A1; UA75900C2; CN1223580C; EG22846A; WO2002046145A1; NL1016797C2; MXPA03005026A; US6858755B2; AU2002252800B9; BR0115964B1; EA200300539A1

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu pentru recuperarea avansată a amoniacului din instalaţiile defabricare a ureei, care constă în comprimarea gazelor reziduale eliberate la presiune atmosferică cu un ejector acţionat de gazul rezidual de lasinteză, la presiune ridicată.

Description

Invenția se referă la un procedeu de recuperare a amoniacului din gazele reziduale rezultate la sinteza ureei din amoniac și dioxid de carbon.

Ureea se poate prepara prin introducerea de amoniac în exces, împreună cu dioxid de carbon, într-o zonă de sinteză, la o presiune adecvată (de exemplu 12...40 MPa) și o temperatură adecvată (de exemplu 16O...25O°C), cu formarea inițială de carbamat de amoniu, conform reacției:

NH₃ + CO₂ -H₂N-CO-ONH₄

Deshidratarea carbamatului de amoniu format conduce la formarea ureei, conform reacției de echilibru:

H₂N-CO-ONH₄ - H₂N-CO-NH₂ + H₂0

Conversia teoretică a amoniacului și dioxidului de carbon în uree este determinată de poziția termodinamică a echilibrului și depinde, de exemplu de raportul NH₃/CO₂, de raportul H₂O/CO₂ și de temperatură.

în conversia amoniacului și dioxidului de carbon la uree în zona de sinteză, se obține un produs de reacție din reactorul de sinteză, sub formă de soluție de uree de sinteză, formată în principal din uree, apă, carbamat de amoniu și amoniac nelegat.

Pe lângă soluția de uree de sinteză, menționată mai sus, se poate degaja, în zona de sinteză, un amestec gazos de amoniac netransformat și dioxid de carbon, împreună cu gaze inerte, drept gaz de sinteză. Gazele inerte prezente pot proveni, de exemplu, dintr-un sistem care furnizează aer în instalație, pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune a instalației. De exemplu, componentele gazoase inerte pot fi alimentate în zona de sinteză cu materiile prime (NH₃ și CO₂). Amoniacul și dioxidul de carbon se îndepărtează din gazul de sinteză și, de preferință, se reintroduc în zona de sinteză.

Zona de sinteză poate cuprinde zone separate pentru formarea carbamatului de amoniu și a ureei. Aceste zone pot, totuși, să fie unite într-un singur aparat. Sinteza poate fi efectuată într-un singur reactor sau în două reactoare. Dacă se folosesc două reactoare, primul reactor, de exemplu, poate funcționa cu materii prime proaspete și al doilea cu materii prime care sunt complet sau parțial recirculate, de exemplu de la recuperarea ureei.

Conversia carbamatului de amoniu în uree și apă, în reactorul de sinteză, poate fi efectuată prin asigurarea unui timp de staționare suficient de lung, pentru amestecul de reacție în reactor. Timpul de staționare va fi în general mai mare de 10 min, de preferință mai mare de 20 min. Timpul de staționare va fi în general sub 3 h, de preferință sub o oră.

în practică, se folosesc diferite procedee de preparare a ureei. Inițial, ureea s-a preparat în așa numitele instalații convenționale de uree de înaltă presiune, care la sfârșitul anilor 1960 au fost urmate de procedee efectuate în așa numitele instalații de stripare a ureei.

O instalație convențională de uree de înaltă presiune este o instalație de uree în care descompunerea carbamatului de amoniu, care nu este transformat în uree, și evacuarea excesului uzual de amoniac se fac la o presiune substanțial mai scăzută decât presiunea din reactorul de sinteză. într-o instalație convențională de uree de înaltă presiune, reactorul funcționează, în mod uzual, la o temperatură de 18O...25O”C și o presiune de 15...40 MPa. într-o instalație convențională de uree de înaltă presiune, după detentă, disociere și condensare la o presiune între 1,5 și 10 MPa, materiile prime care nu sunt transformate în uree se returnează la sinteza ureei, sub formă de flux de carbamat de amoniu. în plus, într-o instalație convențională de uree de înaltă presiune, amoniacul și dioxidul de carbon se alimentează direct în reactorul de sinteză. Raportul N/C în sinteza ureei într-un procedeu convențional de uree de înaltă presiune este între 3 și 5.

RO 121641 Β1

Inițial, astfel de instalații convenționale de uree au fost denumite ca procedee Fără 1 recirculare. în acestea, amoniacul netransformat s-a neutralizat cu acid (de exemplu, acid azotic) și s-a transformat în săruri de amoniu (de exemplu, azotat de amoniu). Nu a trecut 3 mult timp și aceste procedee convenționale Fără recirculare s-au înlocuit cu procedeele convenționale cu recirculare, în care amoniacul și dioxidul de carbon netransformate se re- 5 circulă la reactorul de sinteză, sub formă de fluxuri de carbamat de amoniu. în secțiunea de recuperare, amoniacul și dioxidul de carbon netransformate se îndepărtează din soluția de 7 uree de sinteză, obținută în reactorul de sinteză, procedeu în care se obține uree în soluție apoasă. Apoi, această uree din soluția apoasă este transformată în uree în secțiunea de eva- 9 porare, prin evaporarea apei la presiune redusă. Uneori, amestecul de uree-apă se separă prin tehnici de cristalizare. 11

O instalație de stripare a ureei este o instalație de uree în care descompunerea carbamatului de amoniu, care nu este transformat în uree, și eliminarea excesului uzual de 13 amoniac au loc la o presiune care este esențial egală cu presiunea din reactorul de sinteză.

Această descompunere/eliminare are locîntr-o zonă de stripare, cu sau fără adăugarea unui 15 gaz de stripare. într-un procedeu de stripare, dioxidul de carbon și/sau amoniacul pot fi folosite drept gaze de stripare, înainte ca aceste componente să fie introduse în reactorul de 17 sinteză. O astfel de stripare se efectuează într-un striper instalat în aval de reactorul de sinteză; în acesta, soluția de uree de sinteză din reactorul de sinteză este stripată cu gaz de 19 stripare cu aport termic. Este posibil să se folosească și striparea termică. Prin striparea termică, carbamatul de amoniu este descompus și amoniacul și dioxidul de carbon prezente 21 se îndepărtează din soluția de uree, exclusiv cu ajutorul căldurii furnizate. Striparea poate fi efectuată în două sau mai multe etape. într-un procedeu cunoscut, o primă etapă de stri- 23 pare pur termică este urmată de o etapă de stripare cu CO₂, cu adăugarea în continuare de căldură. Fluxul de gaz care conține amoniac și dioxid de carbon care părăsește striperul este 25 returnat în reactor direct sau printr-un condensator pentru carbamatul de presiune ridicată.

Striparea soluției de uree de sinteză cu un agent de stripare poate avea loc în mai multe 27 stri pere.

într-o instalație de stripare a ureei, reactorul de sinteză funcționează la o temperatură 29 de 16O...24O°C, de preferință la o temperatură de 170...220°C. Presiunea în reactorul de sinteză este de 12...21 MPa, de preferință 12,5...19,5 MPa. Raportul N/C în zona de sinteză 31 într-o instalație de stripare a ureei este între 2,5 și 4.

O realizare frecvent folosită, de preparare a ureei printr-un procedeu de stripare, este 33 procedeul de stripare cu CO₂ Stamicarbon, descris în European Chemical News, Urea Supplement, 17 Ianuarie 1969, pag. 17-20. Cea mai mare parte a amestecului gazos obținut 35 în operația de stripare se condensează și se absoarbe, împreună cu amoniacul necesar în proces, într-un condensator de carbamat de presiune înaltă, după care fluxul de carbamat 37 de amoniu format este returnat în zona de sinteză pentru obținerea ureei.

Condensatorul de carbamat de presiune ridicată poate fi, de exemplu, așa numitul 39 condensator submersibil ca cel descris în NL-A-8400839. Condensatorul submersibil poate fi plasat în poziție orizontală sau verticală. Este, totuși, deosebit de avantajos, să se efec- 41 tueze condensarea într-un condensator submersibil orizontal, așa numitul condensator răcit cu apă, descris în Nitrogen nr. 222, lulie-August 1996, pag. 29-31, deoarece, comparativ cu 43 alte forme ale acestui condensator, lichidul are de obicei un timp de staționare mai lung în condensatorul răcit cu apă. Aceasta conduce la formarea de uree suplimentară, care mă- 45 rește punctul de fierbere, astfel că diferența de temperatură între soluția de carbamat de amoniu care conține uree și mediul de răcire crește ceea ce conduce la un transfer termic 47 mai bun.

RO 121641 Β1

După operația de stripare, presiunea soluției de uree de sinteză stripată se reduce la un nivel scăzut la recuperarea ureei și soluția se concentrează prin evaporare, după care ureea este eliberată și un flux de carbamat de amoniu de presiune joasă se recirculă la secțiunea de sinteză. în funcție de procedeu, carbamatul de amoniu poate fi recuperat fie într-o singură etapă, fie în mai multe etape care funcționează la presiuni diferite.

în procedeul de obținere a ureei, în diferite părți ale instalației, se formează gaze reziduale ca produși secundari. Aceste gaze reziduale sunt în principal gaze inerte, contaminate cu amoniac și dioxid de carbon, ai căror componenți inerți sunt purjați în atmosferă. înainte de îndepărtarea din instalație, din aceste gaze reziduale trebuie să fie inițial îndepărtat, în special amoniacul. Gazele reziduale sunt deseori purificate într-o etapă de absorbție într-un absorber, în care se îndepărtează, în special amoniacul din gazele reziduale, cu ajutorul unui solvent adecvat pentru amoniac, cum ar fi apa sau condensate de proces slab amoniacale, cu sau fără îndepărtarea căldurii, de exemplu cu schimbătoare de căldură. Gazele reziduale se formează la diferite niveluri de presiune. Este avantajos ca amoniacul din aceste gaze reziduale să fie absorbit la o presiune cât mai înaltă.

în procedeul de stripare cu CO₂ Stamicarbon, de exemplu, fluxul de gaz de la reactor, gazul de sinteză, este spălat într-un scruber la presiune ridicată (>10 MPa), folosind o soluție de carbamat de amoniu provenită de la secția de presiune joasă a instalației. în scruberul de presiune înaltă, se formează un flux de carbamat de amoniu, flux care în mod normal se trece la condensatorul de presiune înaltă și un flux necondensat de gaze reziduale. înainte de purjare în atmosferă, gazele reziduale de la scruberul de presiune înaltă se purifică de amoniacul remanent, printr-o etapă de absorbție, într-un absorber care funcționează la presiune medie. Prin presiune medie se înțelege o presiune, de exemplu de 0,3...0,6 MPa.

Alte exemple în care gazele reziduale se purifică printr-o etapă de absorbție includ Procedeul de autostripare descris în Uhlmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, voi. A27, pag. 346-348, în care gazele reziduale de la secțiunea de presiune înaltă a instalației sunt eventual spălate într-un absorber care funcționează la presiune medie. De asemenea, în procedeul ACES, așa cum se descrie în Uhlmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, voi. A27, pag. 348-349, gazele reziduale, care conțin componente necondensabile, purjate de la scruberul de presiune ridicată la etapa de descompunere la presiune medie, sunt în final spălate într-un absorber care funcționează la presiune medie.

Conform stadiului cunoscut al tehnicii, gazele reziduale de la secțiunea de presiune înaltă a instalației sunt trecute la absorberul de presiune medie prin supape de control. Un dezavantaj important este acela că energia, care potențial ar putea fi recuperată, se pierde în proces.

în plus, fluxurile de gaz care conțin amoniac sunt eliberate în toate instalațiile de uree la presiuni mult mai scăzute, de exemplu între 0,1 și 0,3 MPa, dar în principal, la presiune atmosferică. Un exemplu îl constituie gazul rezidual din zona de condensare a secțiunii de evaporare. în secțiunea de evaporare, soluția de uree se concentrează prin evaporare la presiune redusă, procedeu prin care se formează un flux de vapori de apă, contaminat cu amoniac, din care componentele condensabile se condensează într-un condensator. Gazul rezidual remanent conține încă amoniac. Alte exemple sunt: gazul rezidual din rezervoarele de stocare la presiune atmosferică a soluțiilor apoase de amoniac sau a soluțiilor de uree, gazul rezidual al echipamentului de cernere și centrifugare din secțiunile de cristalizare a instalațiilor de uree ș.a. Un dezavantaj al acestor fluxuri îl constituie presiunea lor scăzută (de exemplu atmosferică), deoarece o presiune joasă este dezavantajoasă în procesele de absorbție.

RO 121641 Β1

Există o necesitate crescândă, atât din motive economice, cât și de protecție a 1 mediului ambiant, de a purifica aceste fluxuri cu conținut de amoniac de presiune joasă, înainte de a fi evacuate în atmosferă. De asemenea, absorbția într-un solvent adecvat, cum 3 ar fi apa sau apa slab amoniacală, este o tehnică de purificare adecvată. O astfel de absorbție se efectuează în mod uzual într-un absorber care funcționează la presiune scăzută 5 și poate fi optimizată prin răcire directă sau indirectă cu schimbătoare de căldură. La presiune scăzută înseamnă la o presiune între 0,1 și 0,3 MPa, dar în principal, practic, la pre- 7 siunea atmosferică.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în furnizarea unui procedeu 9 pentru recuperarea amoniacului din gazele reziduale rezultate la sinteza amoniacului din amoniac și dioxid de carbon. 11

Dezavantajele menționate sunt înlăturate prin aplicarea procedeului de recuperare avansată a amoniacului din gazele reziduale din instalațiile de fabricare a ureei din amoniac 13 și dioxid de carbon, conform invenției, prin care, într-o instalație de obținere a ureei, gazele reziduale eliberate la presiune atmosferică se comprimă cu un ejector acționat de gazul rezi- 15 dual de la sinteza la presiune ridicată și se trec într-un absorber de presiune medie.

Un alt obiect al invenției este procedeul de recuperare avansată a amoniacului din 17 gazele reziduale din instalațiile de fabricare a ureei, în scopul îmbunătățirii și optimizării instalațiilor existente, prin creșterea presiunii gazelor reziduale de la un absorber care 19 funcționează la presiune atmosferică, cu un ejector acționat de gazul rezidual de la sinteză și furnizarea respectivelor gaze reziduale de presiune medie. 21

Prin aplicarea procedeului conform invenției, se limitează considerabil pierderile de amoniac din instalație și se reduc cheltuielile de investiție, pentru instalațiile de fabricare a 23 ureei, prin eliminarea unei etape de absorbție. De asemenea, procedeul conform invenției se poate aplica pe instalațiile existente de fabricare a ureei, cu un minimum de modificări. 25

S-a găsit că dezavantajele menționate pot fi eliminate prin creșterea presiunii gazelor reziduale eliberate într-o instalație de uree la presiunea atmosferică, cu un ejector acționat 27 de gazul rezidual din secțiunea de sinteză la presiune ridicată și furnizarea respectivelor gaze reziduale la un absorber de presiune medie. Presiunea gazelor reziduale eliberate la 29 presiunea atmosferică se mărește cu 0,15 până la 2 MPa, de preferință între 0,2 și 0,5 MPa.

Energia de expansiune a gazelor reziduale cu presiune ridicată se utilizează într-un 31 ejector, prin aspirarea și comprimarea gazelor reziduale cu presiune scăzută. Ca urmare, gazele reziduale cu presiune scăzută ajung la un nivel de presiune mai ridicat, astfel că 33 absorbția amoniacului în solvent se îmbunătățește. Pierderile totale de amoniac din instalațiile de uree sunt în acest fel limitate. 35 în plus, prezentul procedeu prezintă avantajul că gazele reziduale furnizate celor două etape de absorbție sunt combinate, astfel că absorbția se combină într-un singur echi- 37 pament, ceea ce duce la o reducere în investiția pentru o instalație de uree.

Mai mult, prezentul procedeu este foarte adecvat pentru îmbunătățirea și optimizarea 39 instalațiilor de uree existente, prin creșterea presiunii gazelor reziduale, de la un absorber care funcționează practic la presiune atmosferică, cu un ejector acționat de gazul rezidual 41 de la secțiunea de sinteză și furnizarea respectivelor gaze reziduale la un absorber de presiune medie. Presiunea gazelor reziduale de la un absorber care funcționează la presiunea 43 atmosferică este mărită cu 0,16 până la 2 MPa, de preferință între 0,2 și 0,5 MPa.

Invenția poate fi aplicată în toate procedeele existente de obținere a ureei, atât în pro- 45 cedeele convenționale de obținere a ureei, cât și în procedeele de stripare a ureei, deoarece în toate aceste procedee rezultă fluxuri de gaz rezidual de diferite presiuni și pierderi inutile 47 de energie și absorbție slabă.

RO 121641 Β1

Exemplele de procedee convenționale de uree, în care poate fi aplicată invenția, sunt așa numitele Procedee Fără recirculare, cu Recirculare convențională și cu “Recircularea căldurii”.

Exemplele de procedee de stripare a ureei, în care poate fi aplicată invenția, sunt procedeele de stripare cu CO₂, procedeul de stripare cu amoniac, procedeul de autostripare, procedeul ACES (Advanced process for Costând Energy Saving), procedeul IDR(lsobaricDouble-recycle) și procedeul HEC. Invenția este ilustrată prin următorul exemplu.

Exemplu. într-o instalație de uree cu o capacitate de 1500 MT pe zi, gazele reziduale obținute la presiune atmosferică s-au comprimat cu un ejector acționat de gazul de sinteză, după care gazele comprimate s-au absorbit în absorberul existent de 0,4 MPa. Ca urmare, absorberul atmosferic devine redundant. Inițial, au existat două puncte de emisie în această instalație: unul la absorberul de 0,4 MPa și celălalt la absorberul de presiune atmosferică, în prezentul procedeu, s-a eliminat un punct de emisie.

Procedeul s-a efectuat în următoarele condiții:

Gaz de sinteză ca propulsor pentru ejector:

- Debit: 1429 kg/h;

- Presiune: 14 MPa;

-Temperatură: 112°C.

Gazul care trebuie comprimat (anterior furnizat la absorberul de presiune atmosferică):

- Debit: 807 kg/h;

- Presiune: atmosferică;

- Temperatură: 114°C.

Gaz comprimat de ejector la intrarea în absorberul de 0,4 MPa:

- Debit: 2636 kg/h;

- Presiune: 0,4 MPa;

-Temperatură: 106°C.

S-a constatat că aplicarea prezentului procedeu a condus la pierderi de amoniac de la acest punct particular de emisie de 2,45 kg/h.

Pierderile de amoniac pentru o instalație de 1500 MT pe zi, cu două puncte de emisie, a fost de 4,2 kg/h.

Claims

1. Procedeu de recuperare avansată a amoniacului din gazele reziduale din instalațiile de fabricare a ureei din amoniac și dioxid de carbon, caracterizat prin aceea că, într-o instalație de obținere a ureei, gazele reziduale eliberate la presiune atmosferică se comprimă cu un ejector acționat de gazul rezidual de la sinteza la presiune ridicată și se trec într-un absorber de presiune medie.

2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că presiunea gazelor reziduale eliberate la presiune atmosferică se mărește cu 0,15 până la 2 MPa.

3. Procedeu conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că presiunea gazelor reziduale eliberate la presiune atmosferică se mărește cu 0,2 până la 0,5 MPa.

4. Procedeu de recuperare avansată a amoniacului din gazele reziduale din instalațiile defabricare a ureei, în scopul îmbunătățirii și optimizării instalațiilor existente, prin creșterea presiunii gazelor reziduale de la un absorber care funcționează la presiune atmosferică, cu un ejector acționat de gazul rezidual de la sinteză și furnizarea respectivelor gaze reziduale la un absorber de presiune medie.

RO 121641 Β1

5. Procedeu conform revendicării 4, caracterizat prin aceea că presiunea gazelor 1 reziduale dintr-un absorber care operează la presiune atmosferică se mărește cu 0,15 până la 2 MPa. 3

6. Procedeu conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că presiunea gazelor reziduale dintr-un absorber care operează la presiune atmosferică se mărește cu 0,2 până 5 la 0,5 Mpa.