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"Procédé de récupération et d'utilisation de la chaleur produite pendant la synthèse de l'urée".
L'invention a pour but de fournir un procédé efficace pour récupérer et utiliser la chaleur qui est dégagée lorsque l'ammoniac et l'anhydride carbonique sont récupérés d'un mélange gazeux sous-produit au cours de la synthèse de l'urée.
Le mélange gazeux est formé par la décomposition du carbamate d'ammonium au cours du procédé de fabrication de l'urée qui consiste à faire réagir l'ammoniac et l'anhydride carbonique à haute température et sous forte pression pour obtenir un produit de réaction contenant du carbamate d'ammonium et en- suite à décomposer le carbamate d'ammonium du produit de la réaction pour obtenir une solution , aqueuse d'urée.
Comme il est bien connu, l'urée est produite par la
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réaction de l'ammoniac et de l'anhydride carbonique suivant les formules :
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2 NHS + C02-- NH..COOIlll2 (1) NHGOONH2 NH2CONH1 H20 (2)
La réaction suivant la formule (2) est réversible et une composition spécifique d'équilibre est fixée par les conditions de la réaction. Par conséquent, une grande quantité
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de earbamate d'ammonium et trouve dans le produit de réaction pour la syntèse de l'urée.
Il en résulte que l'opération de séparation et de récupération du carbamate d'ammonium de l'urée est impérative.
La séparation et la récupération du carbanate d'ammonium se font habituellement suivant un certain nombre de façons comme suit.
Un procédé consiste à réduire la pression et la chaleur du produit de réaction.
Un autre procédé consiste à amener le produit de la réaction en contact avez un gaz inerte vis à vis de la synthèse de l'urée et à chauffer ensuite le produit de réaction. Encore un autre procédé consiste à chauffer le produit de réaction en contact soit avec le gaz ammoniac soit avec l'anhydride carbonique, les matériaux de départ pour la synthèse de l'urée. Suivant l'un de ces procédés, la portion de carbamate d'ammonium non converti en urée est décomposée en un mélange gazeux d'ammoniac et d'anhydride carbonique. Le mélange gazeux est ensuite récupéré par condensation ou dissolution dans un solvant et il est recyclé dans la zone de réaction pour la synthèse de l'urée.
La chaleur qui se dégage au cours de la condensation ou de la dissolution du mélange gazeux d'ammoniac et d'anhydride carbonique ainsi décomposé au cours de la sépa- ration et de la récupération ou la somme de la chaleur de condensation ou de dissolution de l'asaoniac et de la chaleur
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de fonction du carbamate d'ammonium ainsi reproduit, atteint généralement 700.000kcal par tonne d'urée produite, bien qu'elle varie quelque peu avec les conditions opératoires adoptées pour la réaction de synthèse de l'urée et les con- ditions opératoires pour la décompostition et la récupération du produit de la réaction.
Ainsi, en dépit de cette énorme source potentielle de chaleur, les techniques antérieures ont inévitablement . abandonné presque toute l'énergie dans l'eau de refroidissement, excepté un pourcentage négligeable qui est récupéré et réutilisé.
Par exemple, lorsque le produit de la réaction est décomposé sous pression réduite en chauffant, la température de réaction sous une pression opérationnelle habituelle de 2 à 30 atmosphères, doit être comprise entre 50 et 110 C en rela- tion avec l'équilibre vapeur-liquide du système à plusieurs composants, urée, carbamate d'ammonium, ammoniac et eau.
Une température aussi basse rend extrêmement difficile la récupération commerciale et le réemploi de la chaleur avec un rendement élevé.
Dans le cas où le produit de la réaction est chauffé en contact avec un gaz inerte vis à vis de la synthèse de l'urée, par exemple l'azote, l'hydrogène ou un gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac, la pression partielle de l'ammoniac dans un système 1 composantes multiples constitué par de l'urée, du carbamate d'ammonium, de l'ammoniac, de l'anhydride carbonique, de l'eau et de l'hydrogène et/ou de l'azote, est environ 1,2 à 4 fois supérieure à la pression partielle en l'absence d'un tel gaz inerte.
A cause de ce phénomène, découvert pour la première fois par les inventeurs de la présente invention, l'opération de séparation de l'ammoniac décomposé et gazeux du gaz inerte se fait avec un très mauvais rendement.
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Pour cette raison, pour la récupération efficace de la plus grande partie de la chaleur produite au cours de la conden- sation ou de la dissolution du mélange gazeux d'ammoniac et d'anhydride carbonique ainsi décomposé, il est essentiel d'optimiser la procédure et les conditions opératoires pour la condensation ou la dissolution. Ce procédé optimal n'a pas encore été développé jusqu'à présent.
En outre, dans le cas où le produit de la réaction est chauffé en contact avec le gaz ammoniac ou l'anhydride carbonique, les deux matières premières pour la synthèse de l'urée, il est possible, comme il est connu en pratique, d'élever la pression dans la phase de décomposition et la pression pour le processus au cours duquel le produit de la réaction est simplement chauffé sous pression réduite. Par conséquent, la température de l'opération est élevée et le rendement de la récupération de chaleur est amélioré. En particulier, lorsqu'on utilise l'anhydride carbonique gazeux comme purge pour amorcer la décom- position du carbamate d'ammonium, il est possible de récupérer de 300 à 400 kg de vapeur par tonne d'urée produite.
Ici encore, la ehaleur ne peut être entièrement utilisée parce que la vapeur récupérée a une pression trop faible et que la quantité est trop petite.
Les présents inventeurs ont étudié expérimentalement l'équilibre vapeur-liquide d'un système à plusieurs composants constitué par l'urée, le carbamate d'ammonium, l'ammoniac, l'anhydride carbonique et l'eau et aussi des systèmes à
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plusieurs composante d'm4.,eaPbanat.
dtum im, mmonide, anhy- dride carbonique, eau et hydrogène et/ou azote, à haute température et pression élevée, et avec les valeurs déterminées expérimentale- @ ment et les valeurs estimées basées sur les premières, ils ont examiné et expérimenté divers procédés et conditions opératoires
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pour le proeesstts de .'paw't1cm et de rianpiratioe du carbamate
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d'ammonium, particulièrement pour la phase de condensation ou de dissolution de l'ammoniac et de l'anhydride carbonique décomposés au cours du processus ci-dessus. Ces efforts ont conduit à la présente invention.
Grâce à celle-ci, on a trouvé maintenant qu'il est possible de récupérer et d'utiliser efficacement tout ou la plus grande partie de la grande quantité de chaleur qui est dégagée au cours de la décomposition du carbamate d'ammonium du produit de la réaction pour la synthèse de l'urée qui est resté non converti en urée et au cours de la récupération subséquente du mélange gazeux d'ammoniac et d'anhydride carbonique qui en résulte, quel que soit le procédé précité qu'on puisse employer pour la décom- position du carbamate d'ammonium.
Le but de la présente invention est, au cours de la fabrication de l'urée par réaction de l'ammoniac et de l'anhydride carbonique à haute température et sous pression élevée, pour obtenir un produit de réaction contenant du car- banate d'ammonium, décomposer ce carbamate d'ammonium dans le produit de réaction en un mélange gazeux d'ammoniac et d'anhydride carbonique et enlever le mélange en même temps que l'ammoniac présent en excès au cours de la réaction de synthèse de l'urée, ce qui permet d'obtenir une solution aqueuse d'urée, un procédé qui comprend la condensation ou la dissolution par absorption dans un solvant du mélange gazeux d'ammoniac et d'anhydride carbonique enlevés à haute température et ce forte pression,
la récupération nous forme de vapeur de la chalaur de condensation on de dissolution de l'ammonisc et la chaleur de formation du carbamate d'ammonium qui se dégangent au cours du processus, l'entraînement d'un moteur thermique, par exemple une turbine à vapeur, avec cette vapeur et finalement l'utilisat@ de l'énergie de ce moteur thermique comme énergie nécessaire pour le procédé de synthèse de l'urée ou de l'ammoniac.
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Il est connu d'une manière générale que la vapeur destinée à entraîner la turbine à vapeur peut être utilisée à très basse pression et même si cette pression n'est que de 3 atmosphères, elle peut très bien remplir économiquement son rôle. Toutefois, plus la pression et la température de la vapeur sont élevées ou plus grande la quantité de vapeur, meilleur sera le rendement thermique.
Par conséquent, afin d'atteindre le but de la présente invention, il est nécessaire de fournir un moyen d'élever la pression de la vapeur récupérée au plus haut niveau possible et aussi le moyen d'accroître la quantité de vapeur récupérable jusqu'aux limites économiquement possibles est essentiel.
Comme moyen d'atteindre le but précité, en mettant la présente invention en pratique, un mélange gazeux d'ammoniac purgé et d'anhydride carbonique est condensé ou dissous dans un solvant à haute température et sous pression élevée.
Cette condensation ou cette dissolution dans un solvant s'effectue en l'absence d'un gaz inerte à une température d'environ 140 C ou plus et sous une pression d'environ 30 atmosphères ou plue et en présence d'un gaz inerte à ou au- dessus de 140 C et à ou au-dessus d'environ 150 atmosphères.
On décrira maintenant la présente invention plus en détails conjointement avec les destine annexés montrant quelques réalisations préférées de l'invention et dans lesquels la figure 1 est un schéna des dispositions adoptées pour mettre en pratique un procédé n'utilisant pas de gaz d'enlèvement ; les figure* 2, 3 et 4 sont des schémas analogue* à celui de la figure 1 avec des modification* partielle*; la figure 5 est un schéma des dispositions adoptée* pour mettre en pratique un précède utilisant un gaz inerte vis à vis de la réaction de synthèse de l'urée comme gaz d'enlve-
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ment, selon la présente invention;
les figures 6,7 et sont des schémas des dispositions adoptées pour mettre en pratique un procédé utilisant le gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac comme gaz d'enlèvement; la figure 9 est un schéma des dispositions adoptées pour mettre en pratique un procédé utilisant comme gaz d'en- lèvement l'anhydride carbonique qui est une matière première pour la synthèse de l'urée et la figure 10 est un schéma des dispositions adoptées pour mettre en pratique un procédé utilisant comme gaz d'enlève- ment l'ammoniac qui est une matière première pour la synthèse de l'urée.
En se référant particulièrement à la figure 1, on voit que l'anhydride carbonique gazeux, comme matière première, est conduit par la canalisation 1 à un compresseur 2 qui le comprime jusqu'à une pression suffisamment élevée pour être introduit dans une tour d'absorption 31 dans laquelle la pression opérationnelle n'est pas inférieure à environ 30 atmosphères.
Une partie du gaz comprime est introduite par la canalisation 4 dans une chaudière 32 de récupération de chaleur tandis que le restant est amené par la conduite 5 à un compresseur 3 qui le comprime encore plus et il est ensuite introduit dans une tour 10 de synthèse de l'urée.
L'ammoniac, l'autre matière première, venant de la conduite 6,se mélange à l'ammoniac venant de la tour d'absorption 31 via la conduite 39 et aussi à l'ammoniac venant de la tour d'absorption 23 par la canalisation 27. Le mélange passe dans une pomps 40 qui élève sa pression et ensuite il est amené en traversent un réchauffeur 7 dans la tour 10 de synthèse de l'urée.
Dans cette tour 10 de synthèse de l'urée, uneréection de formation de carbamate d'ammonium et aussi la réaction de
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production d'urée on lieu.
La pression du produit de la réaction est réduite dans la conduite 11 et une soupape de réduction 12 à une valeur qui n'est pas inférieure à 30 atmosphères et le produit est introduit dans une tour de décomposition 13 où la réduction de pression se combine à un chauffage par une chaudière 14 pour décomposer la partie du carbamate d'ammonium, non converti en urée, en ammoniac et anhydride carbonique qui conjointement avec l'ammoniac qui peut se trouver en excès dans la tour 10 de synthèse de 1urée, sont introduite dans la chaudière de récupération 32 via la conduite 15.
L'effluent sortant du fond de la tour de décomposition 13 voit sa pression encore réduite dans la conduite 16 et une soupape de réduction 17 et il est amené ensuite dans une tour de décomposition 18 où la réduction de pression se combine au chauffage dans une chaudière 19 pour décomposer la partie du carbamate d'ammonium non décomposé dans la tour de décomposition 13. Le produit de décomposition et l'ammoniac qui peut se trouver en excès dans la réaction de synthèse de l'urée et qui n'est pas consommé, sont introduits ensemble dans un refroidisseur 24 de la tour d'absorption 23 via la conduite 20.
L'effluent sortant du fond de la tour de décomposition 18 est amené par la canalisation 21 dans une cuve (non représentée= de décomposition du carbamate d'ammonium à une pression infé- rieure et il y est purifié.
L'ammoniac et l'anhydride carbonique obtenus dans la phase de purification sont recyclés dans la tour d'absorption 23 par la conduite 22.
Dans la tour d'absorption 23, l'ammoniac et l'anhydride carbonique de la tour de décomposition 18 sont récupérés.
La chaleur de formation du earbanate d'ammonium et la chaleur de condensation de l'ammoniac qui se dégagent à ce
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point sont enlevées par le refroidisseur 24 et le condenseur 25.
La chaleur ainsi enlevée est utilisée comme source de chaleur à basse température, par exemple, pour concentrer la solution d'urée.
L'ammoniac sortant de la partie supérieure de la tour d'absorption 23 est liquéfié par le condenseur 25 et une partie en est recyclée par la conduite 26 tandis que la pression du restant est élevée par une pompe 28 jusqu'à la pression d'aspiration de la poupe 40.
La solution de carbamate d'ammonium venant du refroidisseur 24 est amenée par la conduite 29 et une pompe 30 dans la tour d'absorption 31. Après avoir traversé un réchauffeur 34, la solution pénètre au fond de la tour d'absorption 31 et ensuite dans la chaudière de récupération 32.
Pendant cette période, la solution absorbe l'ammoniac et l'anhydride carbonique introduits de la tour de décomposition 13 via la conduite 15 et l'anhydride carbonique amené par la conduite ¯4 et il en résulte une solution épaisse de carbamate d'ammonium.
En même temps, la chaleur de formation du carbamate d'ammonium et la chaleur de condensation et de dissolution de l'ammoniac gazeux qui sont ainsi dégagées à une température supérieure à environ 140 C sont récupérées dans la chaudière de récupération 32.
Cette chaudière de récupération 32 est pourvue de réchauffeurs 33 etn 34 pour l'eau d'alimentation.
En combinant la chaudière de récupération 32 avec les réchauffeurs 33 et 34, comme c'est représenté, on peut accroître la quantité de vapeur récupérée.
L'eau d'alimentation introduite par la conduite 35 est portée dans le réchauffeur 33 à une température supérieure à 65 C et ensuite dans le réchauffeur 34 elle atteint la
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température d'évaporation.
Les conditions de température sont telles que, du point de vue du fluide à traiter, la température est la plus élevée dans la chaudière de récupération 32, étant maintenue entre 140 et 170 C environ. Dans les réchauffeurs 34 et 33, les température* varient entre 100 et 175 C environ et entre 70 et 100 C environ, respectivement.
Le mélange gazeux formé par la décomposition dans la tour de décomposition 13 et l'anhydride carbonique gazeux amené par la conduite 4 traversent la chaudière de récupération 32 en subissant un brassage sous forme de bulles le long de la paroi extérieure du tube.
Grâce à ce brassage, le transfert de chaleur est accru en dépit de la faible différence de température entre l'eau de la chaudière dans la tube et le fluide à travailler du côté de l'enveloppe.
Bien que le réchauffeur 34 soit un ±changeur de chaleur pour le fluide à travailler et l'eau d'alimentation, les sur- faces de la paroi interne du tube vertical placé à l'intérieur du réchauffeur 34 sont mouillées par la solution de carbamate d'ammonium venant de la canalisation 29 et qui coule le long de la paroi pour dissoudre le mélange gazeux qui monte dans le tube chauffant.
En même temps, l'eau d'alimentation descend ou monte du coté de l'enveloppe de l'échangeur. Un échange de chaleur adéquat et l'absorption du gaz par les parois mouillées s'effectuent donc simultanémnet
La vapeur ainsi obtenue dans la chaudière de récupération 32 est conduite par la canalisation 36 à une turbine de conden- sation 37 qui entraîne le compresseur 2 et elle est utilisée comme source d'énergie pour comprimer l'anhydride carbonique.
La vapeur est condensée dans un condenseur (non représenté)
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et elle est renvoyée au réchauffeur 33 pour être recyclée.
L'ammoniac venant de la partie supérieure de la tour d'absorption 31 est liquéfié dans le réchauffeur 33 et une partie est recyclée par la conduite 38 tandis que le restant se mélange par la conduite 39 à l'ammoniac venant de la pompe 28 et avec l'ammoniac amené par la conduite 6 et le courant mélangé est refoulé par la pompe 40 dans la tour 10 de synthèse de l'urée.
Dans la figure 2, l'anhyuride carbonique gazeux en tant que matière première est amené via la conduite 1 aux compresseurs 2 et 3 qui le compriment jusqu'à une pression suffisamment élevée pour réaliser la synthèse de l'urée.
Ici, contrairement au procédé représenté sur la figure 1, la quantité totale est introduite dans la tour 10 de synthèse de l'urée.
L'ammoniac, l'autre matière première, est amené par la conduite 6 et la solution aqueuse dense de carbamate d'ammonium venant de la chaudièrede récupération est amenée par la conduite 8 et la pompe 9 et tous les deux sont introduits dans la tour 10 de synthèse de l'urée.
A l'intérieur de la tour 10 de synthèse de l'urée ont lieu les réactions pour la production du carbaaate d'ammonium et aussi d'urée.
Dans la disposition représentée sur la figure 2, la production de carbamate d'ammonium est supérieure à celle obtenue dans la tour 10 de synthèse de l'urée dans la disposition re- présentée sur la figure 1. Par conséquent, la quantité de chaleur de formation ainsi dégagée est grande. Afin de maintenir la température de réaction dans la tour 10 de synthèse de l'urée à une valeur optimale pour la décomposition, la tour 13 est placée dans la zone de formation du carbamate d'ammonium dans la tour 10 de synthèse de l'urée. Les astres dispositions sont analogues
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à celles représentées sur la figure 1.
La disposition représentée sur la figure 3 est générale- ment la même que celle représentée sur la figure 2 sauf que l'excès de chaleur dans la tour 10 de synthèse de l'urée est récupère sous forme de vapeur dans la conduite 43 tandis que dans la disposition de la figure 2, la chaleur est utilisée comme source de chaleur pour la chaudière 14 avec la tour de décomposition 13. Ainsi donc, dans la disposition représentée sur la figure 3, l'eau d'alimentation 42 est amenée à la chaudière de récupération 41 pour la tour 10 de synthèse de l'urée.
La figure 4 montre la disposition de la figure 3 avec des modifications partielles. Dans cette disposition, une partie de l'ammoniac gazeux provenant de la tour d'absorption 31 est liquéfiée par le réchauffeur et recyclée tandis que le restant sous forme gazeuse est comprimé par le compresseur 47 et est introduit dans la tour 10 de synthèse de l'urée. La disposition est pour le reste la même que celle représentée sur la figure 3.
Le but des modifications de la figure 4 est d'accroître la quantité de chaleur qui est récupérée dans la tour 10 de synthèse de l'urée par le recyclage de l'ammoniac provenant de la tour d'absorption à une température dans la tour 10 de synthèse de l'urée plus élevée que dans l'autre disposition.
Sur la figure on une autre forme de réalisation de l'invention caractérisée en ce que le produit de réaction de la tour 10 de synthèse de l'urée est amené, par la conduite 11 et une soupape de réduction destinée à réduire légèrement la pression à une valeur qui ne soit pas inférieure à environ 160 atmosphères, en contact avec un gaz inerte et ensuite chauffé dans la chaudière 14 ce qui fait que le carbonate d'ammonium non converti et l'ammoniac qui peut se trouver en excès au cours de la synthèse de l'urée.sont décomposés.
Dans la ferme de réalisation de la figure 5,le gaz
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inerte est introduit via la conduite 45 dans la tour de décomposition 13 dans laquelle il circule à contre-courant et en contact avec le produit de réaction de sorte que l'ammo- niac et l'anhydride carbonique formés par la décomposition du carbamate d'ammonium et l'excès d'ammoniac sont en grande partie chasses. Conjointement avec l'ammoniac et l'anhydride carbonique, le gaz inerte circule dans la chaudière de récupération 32.
Dans la tour d'absorption 31 et la chaudière de récupé- ration 32, l'ammoniac et l'anhydride carbonique contenus dans le gaz inerte sont absorbés sous une pression supérieure à environ 150 atmosphères par la solution aqueuse de carbamate d'ammonium amenée par la conduite 29 depuis la cuve de décomposition et d'absorption maintenue à une pression inférieure.
Le gaz inerte sortant de la partie supérieure de la tour d'absorption 31 est refroidi par le réchauffeur 33 et la plus grande partie de l'ammoniac contenu est liquéfié et séparé. Le gaz inerte contenant ainsi une petite quantité d'ammoniac arrive à la pompe 44 qui élève sa pression pour compenser les pertes de charge et ensuite il est introduit dans la tour de décomposition 13.
La figure 6 montre une disposition dans laquelle le gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac est utilisé comme gaz inerte pour enlever l'excès d'ammoniac aussi bien que le carbamate d'ammonium contenu dans le produit de réaction.
Dans la figure, le gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac qui contient de l'anhydride carbonique, une matière première pour la synthèse de l'urée, est amené par la conduite 1 au compresseur 2 qui le comprime jusqu'à une pression supérieur* à environ 150 atmosphères, de préférence à une pression convenant pour la synthèse de l'ammoniac. Le gaz ainsi comprimé est introduit dans la tour de décomposition 13 dans laquelle le produit de réaction provenant de la tour 10 de synthèse de l'urée est en contact à
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contre-courant avec le gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac et est réchauffé par la chaudière 14 de sorte que le carbamate d'ammonium dans le produit de réaction est décomposé en ammoniac et anhydride carbonique qui sont conduits,
en même temps que le gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac, dans la tour d'absorption 31 via la conduite 15.
D'autre part, la solution aqueuse d'urée de laquelle la matière non convertie a été complètement décomposée, est envoyée dans une cuve de purification et de finition (non représentée).
Le gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac qui contient de l'ammoniac et de l'anhydride carbonique et qui est introduit de la tour de décomposition 13 par la conduite 15 dans la tour d'absorption 31, est débarassé de l'ammoniac et de l'anhydride carbonique par une liqueur mère de laquelle l'urée a été séparée par cristallisation et qui est amenée via la conduite 25 depuis une cuve de purification (non représentée) et aussi par la solution aqueuse d'ammoniac qui est amenée par la conduite 38.
Par la conduite 39, le gaz est envoyé à un absorbeur 50 pour y tire absorbé et extraire l'ammoniac restant dans le gaz.
La chaleur de condensation et la chaleur d'absorption de l'ammoniac qui se dégagent à une température supérieure à environ
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10C et la chaleur de formation du carbamate d'aaw4ainw dans la tour d'absorption 31 maintenue à un* pression supérieure à environ 150 atmosphères, sont récupérées *ou* ferme de vapeur dans la
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cha1ldiboe de récupération 32 et le r6c"uffeur Il via la oondm:ite 38. Cette rapesr et la ..,..1' oltt.- dans l' i..t.1la1:1- de synthèse de l'ammiac et qui sent asanes par la oon481te ! sont utilisées oOlljo18t888Dt pour wmtrmtmwy la c...,........ 1 au moyen de la t..1 18. 37.
La solution aqwose de earbmmatw d'*1 t assmés depuis la tour d'absepptica <1 au riahar!lear 1 via la OG8d1Iit.
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8 sans devoir la pomper grâce à la hauteur de charge, sa température est ajustée pour convenir à la synthèse de- l'urée, puis elle est mélangée à l'ammoniac liquide fourni par l'installation de synthèse de l'ammoniac (non représentée) via la conduite 6 et le courant mélangé pénètre dans la tour 10 de synthèse de l'urée dans laquelle l'urée est produite.
D'autre part, le gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac provenant de la tour d'absorption 31 et qui est amené par la conduite 39 dans la tour d'absorption 50, y est dêtrassé de l'ammoniac résiduel par absorption et enlèvement par l'eau qui est amenée par la conduite 52. Le gaz est ensuite amené par la conduite 53 dans un appareil destiné à enlever l'oxyde de carbone, par exemple un appareil de production de méthane (non représenté) et ensuite dans la boucle de synthèse de l'aaseoaiae (non représentée).
La chaleur de dissolution de l'ammoniac qui se dégage dans la tour d'absorption 50 est enlevée dans le refroidisseur 51.
L'ammoniac récupéré dans l'absorbeur 50 est renvoyé dans la tour d'absorption 31 via la conduite 38.
Les dispositions représentées sur les figures 7 et 8 montrant des modifications partielles à la forme de réalisation de la figure 6.
Dans la forma de réalisation de la figure 7, le gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac est amené par la conduite 1 au compresseur 2 qui le comprima jusqu'à une pression comprise entre 50 et 200 atmosphères et ensuite le gaz est introduit dans la tour de décomposition 13 dans laquelle le produit de la réaction provenant de la tour 10 de synthèse de l'urée et le gaz brut pour la synthèse da l'ammoniac se rencontrent à contre- courant et sont chauffé. ensemble par la chaleur provenant de la chaudière 14 ce qui a pour résultat de décomposer le carbamate d'ammonium dans le produit de réaction en ammoniac et anhydride
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carbonique.
Conjointement avec le gas brut pour la synthèse de l'ammoniac, les produit* de décomposition sont envoyés par la conduite 15 dans le compresseur 3 dans lequel le mélange gazeux est comprit jusqu'à une pression convenant à la réaction de synthèse de l'ammoniac, avant d'être introduit dans la tour d'absorption 31.
La disposition est pour le reste la même que celle représentée sur la figure 6.
En se référant à la figure 8, on voit que le gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac qui est maintenu à une pression d'environ 20 atmosphères, cet introduit par la pression dans la tour de décomposition 13, où il subit une décomposition et où le carbamate d'ammonium est chassé du produit de la réaction qui est amené par la conduite 11 et ensuite le gaz est amené par la conduite 15 au compresseur 2 qui le comprime jusqu'à la pression régnant à l'intérieur de la tour d'absorption 31, c'est-à-dire une pression convenant à la réaction de synthèse de l'ammoniac, soit environ 150 atmosphères ou plus, de préférence entre 180 et 350 atmosphères,et ensuite il est introduit dans la tour d'absorption.
La disposition est pour le reste similaire à celle représentés sur la figure 6.
Les dispositions représentées sur les figures 7 et 8 impliquent une perte d'énergie due à la réduction de pression qui se produit lorsque le produit de la réaction est introduit dans la tour de décomposition 13. En outre, une consommation d'énergie accrue est nécessaire pour comprimer le gaz de synthèse de l'ammo- niac à haute température qui vient d'être obtenu dans la tour de décomposition 13. Par conséquent, du point de vue consommation d'énergie, on préfère la forme de réalisation de la figure 6.
Néanmoins, les dispositions des figures 7 et 8 offrent en commun un avantage très important. Puisqu'elles permettent
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d'alimenter les compressaurs 2 et 3 avec une quantiti de gaz supérieure au double de celle du cas ordinaire, l'usage de compresseurs centrifuges, qui offrent diverses caractéristiques supérieures, est rendu possible dans des systèmes de plus faible capacité pour la synthèse de l'ammoniac et de l'urée.
Par exemple, dans la disposition représentés sur la figure 6, les compresseurs centrifuges ne peuvent être employés à cause de leurs caractéristiques que lorsque la capacité de production de l'installation dépasse environ 400 tonnes d'ammoniac par jour. Au contraire, les installations suivant les figures 7 et 8 permettent l'emploi de compresseurs centrifuges même si la production jounalère d'ammoniac n'est que la moitié du tonnage précité, c'est-à-dire environ 200 tonnes.
La figure 9 est un schéma de la disposition adoptée pour mettre en pratique le procédé dans lequel l'anhydride carbonique, une matière première pour la synthèse de l'urée, est employé comme gaz pour la décomposition du produit de la réaction.
L'autre matière première, l'anhydride carbonique, est amenée par la conduit 1 au compresseur 2 qui la comprime jusqu'à une pression équivalente à la pression opérationnelle dans la tour de décomposition 13.
Une partie de l'anhydride carbonique comprimé est amenée par la conduite 5 au compresseur 3 qui le comprime encore plus jusqu'à la pression régnant dans la tour 10 de synthèse de l'urée et ensuite il est introduit dans cette tour 10:
Le restant de l'anhydride carbonique provenant du com- presseur 2 est introduit par la conduite 4 dans la tour de dé- composition 13 dans laquelle il passe à contre--courant en contact avec le produit de la réaction qui sort de la tour 10 de synthèse de l'urée amené par la conduite 11 et dont la pression a été ramenée grâce au réducteur 12 à la pression opérationnelle
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dans la tour de décomposition 13. La décomposition du carbamate d'ammonium du produit de la réaction est ainsi accélérée.
La solution aqueuse riche en urée et débarassée du carbaaate d'ammonium et de l'ammoniac qui peut se trouver en excès au cours de la réaction de synthèse de]* urée, est envoyée par la conduite 16 vers l'installation d'épuration suivante (non représentée). Une partie de la solution est renvoyée vers la tour de décomposition 13 via la chaudière 14 afin de fournir la chaleur nécessaire à la décomposition.
Entretemps, l'ammoniac, matière première, est amené par la conduits 6 à la pompe 40 qui porte sa pression à la pression opérationnelle de la tour d'absorption 31 et ensuite il est introduit dans cette tour d'absorption 31.
Le mélange gazeux qui sort de la tour de décomposition 13 passe par la conduite 15 dans la chaudière de récupération 32 où il est condensé sur les tuyaux de vapeur dans cette chaudière ou bien il est absorbé et dissous dans une solution aqueuse de carbamate d'ammonium qui est amenée dans la tour d'absorption via la conduite 29 et la pompe 30 ou dans un mélange d'eau et d'ammoniac qui est amené par la conduite 5. En même temps, le carbamate d'ammonium est reproduit. Ainsi, le mélange de carbamate d'ammonium, d'ammoniac et d'eau formé dans la chaudière de récupération 32 sort par la conduite 8 et est introduit dans la tour 10 de synthèse de l'urée après compression à une pression supérieure par la pompe 9.
L'eau d'alimentat-ion de la chaudière de récupération 32 provenant du condenseur (non représenté) de la turbine 37 traverse les réchauffeurs 33 et 34 qui constituent les absorbeurs du type tour à parois mouillées et elle pénètre dans les tubes de vapeur de la chaudière de récupération 32\oÙ elle est convertie en vapeur et elle retourne à la turbine 37 via la conduite 36 et elle entraîne la turbine qui fournit l'énergie
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pour comprimer l'anhydride carbonique.
La figure 10 montre une disposition destinée à mettre en pratique le procédé suivant lequel le gaz ammoniac, une des matières première* pour la synthèse de l'urée, est employé comme gaz d'enlèvement.
L'ammoniac en tant que matière première et l'ammoniac qui sort de la tour de décomposition 13 via la conduite 16 et est récupéré dans l'installation de séparation de l'ammoniac (non représentée), sont introdu@@s dans la tour de décomposition 13 via la conduite 6.
L'anhydride carbonique est comprimé par les compresseurs 2 et 3 jusqu'à la pression équivalente à la pression opérationnell de la tour 10 de synthèse de l'urée et la quantité totale est amenée dans cette tour 10 de synthèse de l'urée.
A d'autres points de vue, la disposition est tout à fait la même que celle représentée sur la figure 9.
Le procédé selon la présente invention est illustré dans les exemples suivants avec des données particulières.
Il est toutefois bien entendu que ces exemples sont donnés uniquement à titre d'illustration et que la présente invention n'est en aucun cas limitée par ces exemples.
Exemple 1
Cet exemple se rapporte à la disposition de la figure 1.
L'anhydride carbonique en tant que matière première, est comprimé par le compresseur 2 jusqu'à 50 atmosphères et 46,5% du gaz comprimé sont amenés à la chaudière de récupération 32 tandis que le restant est encore comprimé par le compresseur 3 jusqu'à 200 atmosphères et ensuite introduit dans la tour 10 de synthèse de l'urée.
La tour 10 de synthèse de l'urée travaille à 200 atmosphères et à 190 C et le rapport moléculaire de l'ammoniac à l'anhydride carbonique qui sont introduits ensemble est de 4,-.
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Environ 60% de l'ammoniac dans le produit de réaction dans la tour 10 de synthèse de l'urée sont transférés en phase vapeur dans la tour de décomposition 13 et le restant est transféré en phase vapeur dans la tour de décomposition 18 et les tours de décomposition suivantes.
Les pressions à l'intérieur de la tour de décomposition 13 et dans la tour d'absorption sont toutes deux égales à 50 atmosphères et les pressions à l'intérieur de la tour de décomposition 18 et la tour d'absorption 23 sont toutes deux égales à 17 atmosphères.
La composition de l'effluent sortant du bas de la tour de décomposition 18 est de 57,7% d'urée, 7, et d'ammoniac, 3,5% d'anhydride carbonique et 31,0% d'eau, en poids.
La composition de la solution récupérée qui est introduite dans la tour d'absorption 23 via la conduite 22 est de 24,1% d'urée, 22,4% d'ammoniac, 10,9% d'anhydride carbonique et 42,6% d'eau, en poids.
On récupère dans la chaudière de récupération 32 800 kg de vapeur à 4,5 atmosphères par tonne d'urée produite. En utilisant cette vapeur, le compresseur 2 est entraîné par la turbine 37 ce qui fait que la consommation d'énergie est réduite par rapport à celle des dispositions conventionnelle@,, termes de consommation d'électricité, d'environ 90 kWh par tonne d'urée produite.
D'autre part, 46,5% de l'anhydride carbonique en tant que matière première doivent seulement être comprimée à 50 atmosphères. Ceci se combine avec les pressions plus élevées à l'aspiration des pompes 9 et 40 que suivent la manière habituelle pour procurer une économie d'énergie d'environ 5 kWh par tonne d'urée produite.
Dame cet exemple, la quantité totale de vapeur consommée par la chaudière de la tour de 1%ion et équivalent est généralement semblable à celle des dispesitions conventionnelles.
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En considérant donc la consommation habituelle d'énergie d'environ 150 à 181 kWh par tonne d'urée produite, l'avantage obtenu grâce à la présente invention est réellement exceptionnel.
Exemple 2
Cette exemple se rapporte à la disposition de la figure 2 ou de la figure 3.
La quantité totale d'anhydride carbonique en tant que matière première est comprimée par les compresseurs 2 et 3 jusqu'à la pression de synthèse de l'urée et elle est ensuite introduite dans la tour 10 de synthèse de l'urée.
Les conditions opérationnelles pour les tours de synthèse de l'urée, de décomposition et dabsorption et équi- valentes sont semblables à celles de l'exemple 1.
Dans la chaudière de récupération 32, on récupère 500 kg de vapeur à 4,5 atmosphères par tonne d'urée produite. Cette vapeur est utilisée pour entraîner le compresseur 2 de sorte que l'énergie électrique nécessaire est réduite de 57 kWh par tonne d'urée produite.
Puisque les pressions à l'aspiration des pompes 9 et 40 sont plus élevées que celles des pompes conventior.nelles, la consommation d'énergie est encore réduite. Ensemble, une économie de 60 kWh est rendue possible dans la consommation d'énergie par tonne d'urée produite.
En ortre, la quantité totale d'anhydride carbonique est introduite dans la tour 10 de synthèse de l'urée et l'excès de chaleur est utilisé comme source de chaleur pour la chaudière 14 de la tour de décomposition 13 ou bien elle est récupérée sous forme de vapeur et utilisée comme source de chaleur pour la tour de décomposition et analogue. Il en résulta une économie de consommation de vapeur d'environ 300 kg par tonne d'urée produite par rapport à la consommation avec les dispositions habituelles.
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Exemple 3*
Cet exemple se rapporte à la disposition représentée sur la figure 6.
Par la conduite 1, un gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac constitué par 61,4% d'hydrogène, 19,6% d'azote, 18,0% d'anhydride carbonique, en volume,et d'autresgaz, est amené à la tour de décomposition 13 dans laquelleil est mis en contact avec le produit de la réaction de la tour 10 de synthèse de l'urée. Ensuite, par la conduite 15, la tour d'absorption 31 et la conduite 39, le mélange sort sous forme d'un mélange gazeux composé essentiellement d'hydrogène et d'azote et contenant de petites quantités d'ammoniac et d'autres gaz, mais exempt d'anhydride carbonique.
La tour 10 de synthèse de l'urée travaille à 250 atmosphères et à 190 C et le rapport moléculaire de l'ammoniac à l'anhydride carbonique fourni est de 4,0.
La tour de décomposition 13 et la tour d'absorption 31 sont toutes deux maintenues à 250 atmosphères.
L'effluent sortant de la tour 13 ayant une composition de 57,6% d'urée, 3,2% d'ammoniac, 3,2% d'anhydride carbonique et 36,0% d'eau, en poids, est envoyé au stade de traitement suivant.
De la vapeur à Il,5 atmosphères est récupérée dans la chaudière de récupération 32 avec un débit de 1750 kg par tonne d'urée produite.
Dans les dispositions selon les techniques antérieures pour la synthèse de l'ammoniac et de l'urée, les hydrocarbures en tant que matières premières, sont gas@tiés et soumis a un traitement pour convertir l'oxyde de carbone. Le gaz brut ainsi obtenu pour la synthèse de 1'ammoniac contient de l'anhydride carbonique et il est traîté pour enlever cet anhydride carbonique
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au My d'une soloti alcaline et après l'entrectien de l'oxyde de carbone, le gaz est envoyé dans une sone de réaction pour la
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synthèse de l'ammoniac.
L'ammoniac produit dans cette région et l'anhydride carbonique obtenu.par le traitement d'extraction et de récupération de l'anhydride carbonique et qui a été comprimé à une pression suffisante pour la synthèse de l'urée,sont utilisés ensemble pour réaliser la synthèse de l'urée et la pression du produit de la réaction de syrthèse de l'urée est réduite et le produit est chauffé pour récupérer la matière non convertie et la recycler dans la synthèse de l'urée. Dans une telle disposition, la somme des énergies nécessairas en bout d'arbre pour entraîner les compresseurs, pompes etc., est habituellement de 579 kWh par tonne d'urée produite lorsque le gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac est produit par reformation du naphte par la vapeur.
L'énergie totale en bout d'arbre dans cette forme de réalisation de l'invention n'est que de 514 kWh.
L'économie d'énergie en bout d'arbre de 65 kWh obtenue dans ces circonstances est expliquée par les faits suivants.
Dans le procédé conventionnel d'extraction et de récupération d'anhydride carbonique, celui-ci est absorbé par une solution alcaline à environ 20 atmosphères et ensuite la pression est réduite à la pression atmosphérique pour la récupé- ration et la régénération de la solution alcaline. Cette diminution de pression avec une perte correspondante d'énergie n'a pas lieu dans cet exemple.
De plus,la capacité de la pompe(non représentée) pour le recyclage de la solution absorbante dans la tour d'absorption 31 n'est qu'environ le cinquième de la capacité de la pompa pour le recyclage de la solution alcaline pour l'extraction et la récupération de l'anhydride carbonique dans les installations ordinaire- De plue, tandis qu'avec le procédé habituel, l'ammoniac provenant de l'installation de synthèse de l'ammoniac est introduit dans la tour de synthèse de l'urée après réduction de sa pression, la pression de l'ammoniac dans l'exemple présent n'est pas réduite ¯iL 1'ammoniac est conduit tel quel
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dans la tour 10 de synthèse de l'urée.
Il est évident que l'énergie requise en bout d'arbre de 514 kWh dans cet exemple comprend l'accroissement de l'énergie en bout d'arbre du compresseur 2 dû à l'augmentation de la quantité de gaz brut pour la synthèse de l'ammoniac provoqué par la présence d'anhydride carbonique.
En plus de la diminution de l'énergie nécessaire en bout d'arbre obtenue dans cet exemple, on récupère 1750 kg de vapeur à 4,5 atmosphère$ dans la chaudière de récupération par tonne d'urée produite, ce qui est un avantage inhérent à cette invention. La vapeur récupérée calculée en tenses d'énergie en bout d'arbre est de 184 kWh par tonne d'urée produite.
Par conséquent, l'amélioration qui est obtenue dans cet exemple cet telle que l'économie réalisée sur l'énergie requise en bout d'arbre est de 65 kWh plus 184 kWh, soit 249 kWh.
En considérant que la somme des énergies nécessaires en bout d'arbre dans une installation conventionnelle de synthèse de l'urée est d'environ 150kWh par tonne d'urée produite, l'amélioration obtenue dans cet exemple permet non seulement de satisfaire à toutes les demandes d'énergie dans l'installation de synthèse de l'urée mais encore de fournir suffisamment d'énergie à l'installation associée de synthèse de l'ammoniac.
Bien que jusqu'à présent, on ait dit que la vapeur produite dans la chaudière de récupération 32 est utilisée pour comprimer l'anhydride carbonique ou la matière première pour la synthèse de l'ammoniac, il est évidemment possible d utiliser cette vapeur comme source d'énergie ou de chaleur nécessaire dans la synthèse de l'ammoniac.
Par exemple, on peut l'utiliser pour entraîner le compres- seur pour le gaz qui doit circuler dans la boucle de synthèse de l'ammoniac ou bien pour entratner le compresseur du réfrigéra-
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tour qui refroidit et condense l'ammoniac qui vient d'être synthétisé ou encore comme source de chaleur pour le réfrigé- rateur du type à absorption destine au même but.
REVENDICATIONS.
1. Dans le procédé de fabrication de l'urée par réaction de l'ammoniac et de l'anhydride carbonique à température et pression élevées dans le but d'obtenir un produit de réaction contenant du carbamate d'ammonium, la décomposition du carbamate d'ammonium dans le produit de réaction en un mélange gazeux d'ammoniac et d'anhydride carbonique conjointement avec l'ammoniac se trouvant en excès au cours de la synthèse de l'urée pour obtenir ainsi une solution aqueuse d'urée, un procédé de récupération et d'utilisation de la chaleur dégagée au cours de la synthèse de l'urée qui consiste à condenser ou à dissoudre le mélange gazeux d'ammoniac et d'anhydride carbonique dans un solvant à température et pression élevées,
à récupérer la chaleur de condensation ou de dissolution de l'ammoniac et la chaleur de formation du carbamate d'ammonium qui se dégagent au cours du processus, sous forme de vapeur, à entraîner un moteur thermique avec cette vapeur et enfin à utiliser l'énergie produite par ce moteur thermique comme énergie nécessaire dans le procédé de synthèse de l'urée ou de l'ammoniac.
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