BE421443A

BE421443A -

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Publication number: BE421443A
Authority: BE
Priority date: 1936-12-11
Filing date: 1937-05-07
Publication date: 1937-06-30
Also published as: FR821880A; FR51535E; NL60989C; NL56345C

Description


  "Procédé et appareils pour la fabrication

  
de l'urée à partir d'anhydride carbonique et d'ammoniac".

  
Comme on le sait, l'urée ae produit à partir d'anhydride carbonique et d'ammoniac selon les réactions suivantes :

  
 <EMI ID=1.1> 

  
On sait que ces réactions peuvent être réalisées dans un. seul appareil on dans deux appareils distincts. iiana le cas d'un seul, le rendement de la transformation atteint à peine 25-35 % et le même rendement est obtenu en fabriquant l'urée par conversion du carbamate solide, préalablement produit dans un autre appareil. Dans ce dernier cas, le faible rendement étant expliqué par la valeur basse du quotient poids/volume, on a proposé différents moyens pour l'augmenter, notamment l'emploi de carbamate solide sous forme comprimée ou à l'état liquide, ce dernier moyen assurant évidemment un quotient poids/volume maximum. L'expérience a confirmé l'importance de la valeur du quotient poids/volume, mais d'autre part, elle a démontré que pour des valeurs intéressantes en pratique, le rendement s'accroît doucement avec ce quotient. En effet, selon K.G. Clark, T.L.

   Gaddy & C.E. Rist (industrial and Engineering Chemistry, 1933, Ootober, p. 1095, fig. 2) pour l'intervalle 0,6 - 1,0 gr/o.o, l'accroissement n'est que de

  
 <EMI ID=2.1> 

  
L'importance qu'on a attribuée au facteur du quotient poids/ volume peut être justifiée par une raison scientifique, reposant

  
 <EMI ID=3.1> 

  
transformé en système monovariant par la suppression de la phase gazeuse (C. Matignon, Chimie & Industrie 1922, juin, p. 1062),

  
se rapproche d'autant plus du système monovariant que le quotient poids/volume est plus conséquent.

  
Toutefois, l'examen scientifique de la question sous son aspect industriel a conduit à la conclusion que jusqu'ici en se limitant à la notion du quotient poids/volume, on n'a pas suffisamment généralisé l'application de la loi des phases, en négligeant dans la fabrication de l'urée le rôle des gaz inertes accompagnant l'ammoniac et/ou l'anhydride carbonique. Il a été notamment trouvé que les rendements industriels pitoyables sont en premier lieu dus à la présence de ces gaz dans les appareils servant à la conversion du carbamate en urée, les pertes calculées en C02 pouvant dépasser dans certaines conditions 50 % de l'anhydride mis en oeuvre.

  
Selon le procédé faisant l'objet de la présente demande de brevet, on réalise les deux réactions susmentionnées, notamment la synthèse du oarbamate et sa conversion en urée, consécutivement dans deux appareils, en maintenant une pression et une température telles que le carbamate se trouve à l'état liquide ou sous forme de solution dans l'ammoniac liquide, accompagné ou non accompagné d'eau.

  
Selon le même procédé, les gaz inertes accompagnant l'ammoniac et/ou l'anhydride carbonique et dont la présence dans l'appa-

  
 <EMI ID=4.1>  sont séparés au préalable, notamment dans l'appareil de synthèse du oarbamate.

  
 <EMI ID=5.1> 

  
ammoniac liquidé accompagné ou non accompagné d'eau, et du maintien dans cet appareil de températures relativement basses et, en tout cas, inférieures à 1520 0, les deux mesures ayant pour effet la réduc-

  
 <EMI ID=6.1> 

  
de purge.

  
On sait que les températures élevées déplaoent l'équilibre du système dans le sens de l'urée et accélèrent la conversion du carba-

  
 <EMI ID=7.1> 

  
purge. Ces pertes sont susceptibles de s'accroître encore avec la proportion d'ammoniac employée, alors que l'on sait que la proportion d'ammoniac en excès est également un facteur stimulant l'amélioration du rendement de la conversion.

  
Par contre le procédé faisant l'objet de la présente demande de brevet en supprimant pratiquement la phase gazeuse dans l'appareil de conversion laisse la faculté d'y maintenir des températures sensiblement supérieures à 1520 C et de réaliser la conversion en présence

  
 <EMI ID=8.1> 

  
me de gaz de purge. Evidemment il faut qu'il soit maintenu dans cet appareil une pression égale ou supérieure à la tension des vapeurs que le bain pourrait dégager. Selon le cas, elle peut être égale ou inférieure à la pression admise dans l'appareil de synthèse.

  
La réaction de conversion du oarbamate en urée étant endothermique et la température dans le second appareil devant être supérieure à celle dans le premier, l'appareil destiné à la conversion doit forcément recevoir de la chaleur extérieure. Quant au premier appareil le bilan thermique peut avoir un solde positif ou négatif

  
 <EMI ID=9.1> 

  
du carbamate est exothermique, mais la chaleur de réaction est contrebalancée par la chaleur requise pour porter la matière à la

  
 <EMI ID=10.1> 

  
le oarbamate formé se dissout entièrement dans l'ammoniac en excès, éventuellement accompagné d'eau. Le solde de chaleur est positif si la quantité d'ammoniac en excès est petite, alors qu'il est négatif dans le cas d'ammoniac en proportion forte.

  
Afin de maintenir une température voulue dans les appareils de synthèse et de conversion du carbamate on peut y installer des serpentins à vapeur sous pression ou respectivement dans le premier appareil un serpentin à eau froide. Dans ce cas les appareils susmentionnés prennent la tourne d'autoclaves d'un diamètre suffisant pour y installer les serpentins, Hais cette solution du problème présente de graves inconvénients, notamment aux points de vue : 

  
 <EMI ID=11.1> 

  
matières fortement corrosives et de pressions très élevées,

  
2.- Soumission des serpentins à la pression extérieure,

  
 <EMI ID=12.1> 

  
pentin à eau dans le ou de refroidissement du premier appareil,

  
4.- Bouchage des vannes d'amenée des matières premières et

  
 <EMI ID=13.1> 

  
On peut encore réchauffer ou respectivement refroidir les autoclaves extérieurement mais dans ce cas on se heurte également à des inconvénients considérables : 

  
1.- Formation de croûtes de carbamate sur les parois du premier autoclave dans le cas de son refroidissement,

  
2.- Danger de bouchage des vannes comme dans le cas précédent,

  
3.- La surface de chauffe étant restreinte il faut maintenir dans le second autoclave un écart de température conséquent et donc porter ses parois à une température élevée, 4.- le diamètre du second autoclave étant considérable et la température de ses parois étant forcément élevée il faut les faire très épaisses.

  
 <EMI ID=14.1> 

  
invention faisant l'objet de la présente demande de brevet permet d' effectuer la synthèse et la conversion du carbamate en urée d'une façon très commode en évitant les inconvénients sus-mentionnés.

  
Selon cette invention le chauffage ou respectivement le refroidissement des appareils de synthèse et de conversion du oarbamate est effectué au moyen d'huiles chaudes dans lesquelles ils sont immergés. Le cas échéant on peut maintenir la température de chacun des bains d'huiles à différents niveaux, notamment dans le bain de l'ap-

  
 <EMI ID=15.1> 

  
appareil de synthèse. La chaleur peut être fournie aux bains d'huiles ou leur être enlevée par un des moyens connus, par exemple une résistance électrique ou en se servant d'un serpentin à vapeur ou à eau.

  
On détermine les dimensions des appareils de synthèse et de conversion de façon à assurer à leur intérieur les températures voulues.

  
Selon l'invention faisant l'objet de la présente demande de brevet, l'appareil de synthèse du carbamate se présente sous une des formes ci-dessous décrites.

  
D'après l'une des variantes, l'appareil est essentiellement constitué par une chambre de réaction sous forme de serpentin, dans laquelle débouchent les tubes d'amenée d'ammoniac et d'anhydride carbonique et qui de son côté débouche dans une chambre de dégazage

  
sous forme de tube vertical, cette dernière étant munie d'un tube

  
de purge des gaz et d'un tube d'évacuation du carbamate. L'ensemble de ces éléments, y compris éventuellement les vannes, étant immergé dans un bain d'huile chaude, dans aucun point de l'appareil des dé-

  
 <EMI ID=16.1> 

  
office de chambre de réaction est dimensionné de façon à ce que le produit puisse éventuellement se refroidir à la température voulue avant d'être dégagé, c'est dans le cas de température excessive dans le foyer de formation du carbamate.

  
Afin de pouvoir régler la température régnante dans le foyer de formation du oarbamate, l'ammoniac et (ou) l'anhydride carbonique sont préchauffés avant le point d'immersion des tubes d'amenée de ces matières dans le bain d'huile comprenant l'appareil de synthèse du carbamate. Le préohauffement de l'anhydride carbonique est intéressant également en vue d'éviter les bouchages du tube de son amenée en cas de retour du carbamate fondu ou en dissolution.

  
L'avantage de cette variante réside dans le fait que dans aucun point de l'appareil ne peuvent se produire des dépôts de oarbamate solide. Or le dégazage s'effectue aux températures supérieures au point de fusion ou de dissolution du carbamate, c'est-à-dire à des températures relativement élevées. L'application de cette variante est donc indiquée lorsque la proportion des gaz de purge n'est pas forte (par exemple dans le cas de pression totale très élevée ou dans le cas d'ammoniac en excès en quantité pas trop conséquente), ou lorsque la récupération de l'anhydride carbonique et de l'ammoniac des gaz de purge est aisée. Dans le cas contraire, une autre solution du problème serait à préférer.

  
Selon une autre variante, dont l'invention.est également revendiquée par la présente demande de brevet, le dégazage est effectué à la température de l'ammoniac liquide, dont l'appareil est alimenté, alors que la formation du carbamate est effectuée à une température

  
 <EMI ID=17.1> 

  
ammoniac liquide accompagné ou non accompagné d'eau.

  
L'appareil permettant d'assurer les conditions sus-mentionnées selon l'invention faisant l'objet de la présente demande de brevet est essentiellement constitué par un tube ou un autoclave, dont seulement la partie inférieure est immergée dans un bain d'huile chaude alors que la partie supérieure ne l'est pas. La partie supérieure peut être munie d'une gaine assurant son refroidissement à l'eau. L'ammoniac liquide est introduit un peu au dessous du haut de l'appareil, alors que l'anhydride carbonique un peu au dessus du fond de l'appareil. Les gaz inertes sont extraits par le haut, et le oarbamate à l'état fondu ou sous forme de dissolution par le fond de l'appareil.

  
Dans le cas exceptionnel de formation de dépôt de oarbamate solide

  
sur la surface intérieure de la partie supérieure du tube de l'autoolave, l'eau circulant dans la gaine sus-mentionnée peut être remplacée par de la vapeur d'eau ou de l'huile chaude; dans ce cas on

  
peut également avoir recours au chauffage électrique de la partie

  
supérieure du tube.

  
Afin d'éviter le bouchage du tube d'amenée de l'anhydride

  
carbonique en cas de retour du carbamate fondu ou en dissolution, 1'

  
anhydride carbonique est préchauffé avant son entrée dans le tube

  
ou l'autoclave, et de préférence avant le point d'immersion du tube

  
de son amenée dans le bain d'huile comprenant la partie inférieure

  
de l'appareil.

  
Selon l'invention faisant l'objet de la présente demande de

  
brevet, 1* appareil de conversion du carbamate est essentiellement

  
constitué par un tube sous forme de serpentin ou sous une autre forme assurant une surface de transmission de chaleur considérable et

  
un volume suffisant.

  
Cet appareil peut être lié avec l'appareil de synthèse du

  
oarbamate sans nécessiter de joints quelconques.

  
Revendications.

  
1.- Procédé de fabrication de l'urée à partir d'anhydride

  
carbonique et d'ammoniac, effectué en deux stades dans deux appareils

  
distincts dont le premier est destiné à la formation du carbamate et

  
le second à sa conversion en urée, caractérisé en ce que dans les

  
deux appareils on maintient une pression et une température telles

  
que le carbamate se trouve à l'état liquide ou sous forme de solution

  
dans l'ammoniao liquide, accompagné ou non accompagné d'eau.

Claims

2.- Mode d'exécution du procédé énoncé dans la revendication précédente, caractérisé en ce que les gaz inertes accompagnant 1'

anhydride carbonique et l'ammoniac sont extraits, sous forme de gaz

de purge, du premier appareil, c'est-à-dire de l'appareil destiné à

la formation du oarbamate. 3.- Mode d'exécution du procédé énoncé dans les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on maintient dans l'appareil mentionné dans la revendication 2 une pression sensiblement supérieu- <EMI ID=18.1>

liquide, accompagné ou non accompagné d'eau.

4.- Mode d'exécution du procédé énoncé dans les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on maintient dans le premier appareil une température relativement basse et, en tout cas, inférieure à 1520 C., mais suffisante pour obtenir le carbonate à l'état liquide ou sous forme de solution dans l'ammoniac liquide, accompagné ou non accompagné d'eau, alors que dans le second appareil on

<EMI ID=19.1>

5.- Mode d'exécution du procédé énoncé dans les revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil de synthèse du oarbamate, ainsi que l'appareil de sa conversion en urée sont immergés entièrement ou partiellement dans des bains d'huiles chaudes, la température dans chacun des bains étant maintenue telle et les dimensions des appareils étant choisies telles que soient assurées à l'intérieur des appareils sus-mentionnés les températures préconisées par la revendication 4.

6.- Mode d'exécution du procédé énoncé dans les revendications précédentes caractérisé en ce que l'appareil de synthèse du carbamate est essentiellement constitué par une chambre de réaction sous forme de serpentin, dans laquelle débouchent les tubes d'amenée d'ammoniac et d'anhydride carbonique et qui de sa part débouche dans une chambre de dégazage sous forme de tube vertical, cette dernière étant munie d'un tube de purge des gaz et d'un tube d'évacuation du carbamate.

7.- Mode d'exécution du procédé énoncé dans les revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ammoniac et (ou) l'anhydride carbonique sont préchauffés avant le point d'immersion des tubes d'amenée de ces matières dans le bain d'huile comprenant l'appareil faisant l'objet de la revendication 6. 8.- Mode d'exécution du procédé énoncé dans les revendica-

<EMI ID=20.1>

tue l'extraction des gaz inertes, selon la revendication 2, on maintient une température se rapprochant de la température de l'ammoniac liquide y introduit, alors que dans une autre partie de l'appareil en question, notamment dans celle où s'effectue la formation du car- - bamate on maintient une température telle que préconisée par la re-

<EMI ID=21.1>

9.- Mode d'exécution du procédé énoncé dans les revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 8 caractérisé en ce que l'appareil de synthèse du oarbamate est essentiellement constitué par un tube ou un autoclave dont la partie inférieure est immergée dans un bain d'huile chaude et la partie supérieure est éventuellement munie d'une gaine assurant le refoidissement de cette partie à l'eau ou à titre exceptionnel, notamment dans le cas de formation de dépôt de oarbamate solide sur la surface intérieure de la partie supérieure du tube ou de l'autoclave, le réchauffement à la vapeur (le réchauffement à la vapeur pouvant être remplacé par le réchauffement à l'huile chaude

ou au courant électrique), l'ammoniac liquide étant introduit un peu au dessous du haut de l'appareil, alors que l'anhydride carbonique l'est un peu au dessus du fond de l'appareil, et les gaz inertes étant extraits par le haut et le oarbamate à l'état fondu ou sous forme de solution dans l'ammoniac liquide, accompagné ou non accompagné d'eau, par le fond de l'appareil.

10.- Mode d'exécution du prooédé énoncé dans les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 8 et 9 caractérisé en ce que l'anhydride carbonique est préchauffé avant son entrée dans le tube ou l'autoclave et de préférence avant le point d'immersion du tube de son amenée dans le bain d'huile comprenant la partie inférieure de l'appareil.

11.- Mode d'exécution du prooédé énoncé dans les revendica-tions 1, 2, 3, 4 et 5 du présent brevet caractérisé en oe que l'

<EMI ID=22.1>

sous forme de serpentin ou sous une autre forme assurant une surface de transmission, de chaleur considérable et un volume suffisant.