BRPI0912883B1 - Processo para a produção de ureia a partir de amoníaco e dióxido de carbono. - Google Patents
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Description
(54) Título: PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UREIA A PARTIR DE AMONÍACO E DIÓXIDO DE CARBONO.
(51) Int.CI.: C07C 273/04 (30) Prioridade Unionista: 19/05/2008 EP 08 156429.6 (73) Titular(es): STAMICARBON B.V.
(72) Inventor(es): LAMBERTUS WILHELMUS GEVERS; JOZEF HUBERT MEESSEN; JOHANNES HENRICUS MENNEN
1/9
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para
PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UREIA A PARTIR DE AMONÍACO E DIÓXIDO DE CARBONO.
[001] A presente invenção refere-se a um processo para a produção de ureia a partir de amoníaco e dióxido de carbono em uma planta de ureia que contém uma seção de síntese que compreende duas seções de reator, um extrator e um condensador, e uma seção de recuperação, em que na primeira seção de reator é formada uma primeira solução de síntese que é alimentada para a segunda seção de reator; dióxido de carbono fresco é alimentado para a segunda seção do reator e na segunda seção do reator é formada uma segunda solução de síntese que é alimentada para o extrator, onde a segunda solução de síntese é extraída com o uso de dióxido de carbono como gás extrator e a corrente de gases misturados obtida no extrator é enviada para o condensador junto com amoníaco fresco e uma solução de carbamato, após o que o condensado que é formado no condensador é alimentado para a primeira seção do reator e a corrente de ureia que é obtida no extrator é purificada ainda mais em uma seção de recuperação. Um exemplo desse processo para a produção de ureia está descrito no documento no US 6.680.407. Naquela patente está descrito um processo para a produção de ureia, no qual as duas seções seções do reator, o condensador e o lavador são todos combinados em um vaso. Devido ao fato de que este vaso é usado para a síntese de ureia, que ocorre em uma alta pressão, a fabricação do vaso é onerosa e por causa das seções diferentes dentro vaso, ele é também muito difícil de construir. Além disso, uma planta de ureia que contém este vaso é muito alta.
[002] O objetivo da invenção é superar estas desvantagens.
[003] A invenção se distingue pelo fato de que o fluxo da primeira solução de síntese da primeira solução do reator para a segunda
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2/9 seção do reator, o fluxo da segunda solução de síntese a partir da segunda seção do reator para o extrator, o fluxo da corrente de gás mista a partir do extrator para o condensador e do condensado a partir do condensador para a primeira seção do reator é um fluxo por gravidade.
[004] Isto tem a vantagem que uma planta de ureia baixa pode ser obtida com duas pequenas seções do reator que são fáceis de colocar na construção.
[005] Outra vantagem é que o processo agora opera totalmente em fluxo por gravidade para a reciclagem principal de amoníaco e dióxido de carbono não-convertidos na seção de síntese de alta pressão do processo de produção de ureia, e o uso de bombas, compressores ou ejetores consumidores de energia é supérfluo.
[006] Em uma modalidade preferida da presente invenção, o extrator bem como a segunda seção do reator ficam localizados sobre o nível do piso na planta. Desta maneira, duas unidades pesadas de equipamento ficam localizadas em uma elevação muito baixa na planta, o que resulta em uma redução considerável dos custos de investimento necessários da estrutura que tem de suportar estas unidades pesadas de equipamento. A localização baixa destas duas unidades de equipamento simplifica ainda mais as atividades de operação e manutenção que são necessárias nestes itens de equipamentos. Além disso, do ponto de vista de segurança, a baixa elevação das duas unidades pesadas de equipamentos é preferida, pois ela minimiza as atividades de seres humanos em alta altura e otimiza a segurança durante a construção e operação da planta.
[007] Um processo para a produção de ureia contém uma seção de síntese de alta pressão e uma ou mais seções de recuperação em pressão mais baixa. A seção de alta pressão compreende uma seção do reator na qual a solução de síntese de ureia é preparada, um extraPetição 870180013825, de 21/02/2018, pág. 6/21
3/9 tor no qual a solução de síntese de ureia é extraída e um condensador no qual os gases liberados na zona de extração são condensados. [008] A síntese é conduzida em duas seções de reator. Uma seção de reator é aqui definida como uma seção em que pelo menos 20% em peso da quantidade total de ureia na seção de síntese é formado.
[009] As seções do reator são colocadas em ordem serial e podem ser dois vasos separados ou duas seções de reator colocadas em um vaso. Uma seção de reator pode ser também combinada com uma seção de condensador em um vaso. Quando o condensador é um condensador submerso e o tempo de residência na seção do condensador é longo o suficiente, mais do que 20% em peso da quantidade total de ureia são formados no condensador e ele funciona assim como uma seção de reator.
[0010] O amoníaco e o dióxido de carbono são alimentados para as seções de reator diretamente ou indiretamente. O amoníaco e o dióxido de carbono podem ser introduzidos no processo para a produção de ureia em vários lugares na seção de síntese de alta pressão ou nas seções de recuperação. De preferência, o amoníaco é alimentado para o condensador. De preferência, o dióxido de carbono é usado principalmente como uma corrente de gás contracorrente durante a extração da solução de síntese de ureia. Uma parte do dióxido de carbono pode ser alimentada para a primeira ou segunda seção do reator. [0011] No extrator, a solução de síntese de ureia é extraída contracorrente com dióxido de carbono com o suprimento de calor. É possível também usar extração térmica. Extração térmica significa que o carbamato de amônio na solução de síntese de ureia é decomposto e o amoníaco e o dióxido de carbono presentes são removidos da solução de ureia exclusivamente por meio de suprimento de calor. A extração pode ser efetuada também em duas ou mais etapas. A corrente de
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4/9 gás que contém amoníaco e dióxido de carbono, que é liberada a partir do extrator é enviada para um condensador de alta pressão. A mistura de gases obtida no extrator é condensada sob a remoção de calor e absorvida no condensador de carbamato de alta pressão, após o que o carbamato de amônio resultante é transferido para a seção do reator para a formação de ureia.
[0012] O condensador de alta pressão pode ser, por exemplo, um condensador de filme descendente ou um assim denominado condensador submerso, como descrito no documento no NL-A-8400839. O condensador submerso pode ser colocado horizontalmente ou verticalmente.
[0013] Na seção de síntese em alta pressão a pressão é substancialmente igual à pressão da síntese de ureia nas seções do reator, que é a pressão na qual a formação de ureia ocorre. A pressão da síntese de ureia é usualmente uma pressão entre 11-40 MPa, de preferência 12,5-19 MPa. A pressão no resto da seção de alta pressão é substancialmente igual à pressão na seção do reator. O termo substancialmente igual significa que a pressão no resto da seção de alta pressão é menos de 0,5 MPa mais alta ou mais baixa do que na seção do reator.
[0014] O fato de que o fluxo da primeira solução de síntese a partir da primeira seção do reator para a segunda seção do reator, o fluxo da segunda solução de síntese a partir da segunda seção de síntese para para o extrator, o fluxo da corrente de gás mista a partir do extrator para o condensador e do condensado a partir do condensador para a primeira seção do reator é um fluxo por gravidade, significa que para este fluxo nenhum meio intensificador de fluxo é usado, tais como, por exemplo, bombas, compressores e ejetores.
[0015] Um agente oxidante é adicionado ao processo para a produção de ureia para proteger os materiais de construção contra
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5/9 corrosão. Uma casca de óxido é formada sobre as peças metálicas, o que protege contra corrosão. Este processo é conhecido como passividade. O agente de passividade pode ser oxigênio ou um composto que libera oxigênio, como descrito, por exemplo, no documento n2 US-A-2.727.069. O oxigênio pode ser adicionado, por exemplo, na forma de ar ou como um peróxido [0016] As peças sensíveis à corrosão na seção de alta pressão no processo para a produção de ureia podem ser fabricadas a partir de um aço austenítico-ferrítico duplex com um teor de cromo entre 26 e 35% em peso e um teor de níquel entre 3 e 10% em peso. Este tipo de aço é menos sensível à corrosão. Quando este tipo de aço é usado para a construção das seções do reator e do extrator é possível reduzir ou omitir a introdução de um agente oxidante no processo de produção de ureia.
[0017] De preferência, o teor de cromo do aço austenítico-ferrítico duplex é entre 26-30% em peso. Na seção de alta pressão, de preferência, parte da seção do reator e o extrator são fabricados a partir deste aço austenítico-ferrítico duplex.
[0018] Na seção de recuperação, o amoníaco e o dióxido de carbono que não foram removidos da solução de síntese de ureia no extrator são recuperados a partir da corrente que compreende ureia, produzida na seção de síntese de alta pressão, para serem reciclados para a seção de alta pressão. Na seção de recuperação a pressão é mais baixa do que na seção de síntese de alta pressão. No processo para a produção de ureia de acordo com a presente invenção pelo menos uma seção de recuperação de baixa pressão está presente. Quando mais do que uma seção de recuperação está presente, pelo menos uma das seções de recuperação é operada em pressão média e uma em pressão baixa.
[0019] Pressão média é uma pressão entre 1,0 e 8,0 MPa, de prePetição 870180013825, de 21/02/2018, pág. 9/21
6/9 ferência entre 1,2 e 3,0 MPa. Baixa pressão é uma pressão entre 0,2 e 0,8 MPa, de preferência entre 0,3 e 0,5 MPa.
[0020] O gás de síntese que não reagiu na seção do reator pode ser removido da segunda seção do reator e pode ser enviado para um lavador, onde o amoníaco e o dióxido de carbono presentes no fluxo de gás são removidos do fluxo de gás por absorção em uma corrente de carbamato de baixa pressão. Esta corrente de carbamato é reciclada a partir da seção de recuperação de baixa pressão do processo para a produção de ureia. O lavador pode ser operado em alta pressão ou média pressão. De preferência, um lavador de média pressão é aplicado, porque um aparelho de média pressão é mais barato para construir. O processo de lavagem no lavador pode ser estimulado usando um trocador de calor que extrai calor do processo. A corrente de carbamato do lavador de alta pressão pode ser devolvida para a seção do reator, opcionalmente por intermédio do condensador de carbamato de alta pressão. A corrente de carbamato do lavador de média pressão pode ser devolvida diretamente para a primeira seção do reator ou pode ser enviada pra a primeira seção do reator por intermédio do condensador de carbamato de alta pressão.
[0021] As funções da primeira e da segunda seção do reator, do condensador de carbamato de alta pressão e o lavador de alta pressão podem ser combinadas em um ou dois vasos de alta pressão, e as funcionalidades destas seções podem ser separadas por anteparos desenhados para pequenas diferenças de pressão em vasos de alta pressão.
[0022] É possível também combinar certas funcionalidades em um único espaço, sem a aplicação de anteparos separadores. Um exemplo dessa combinação é a combinação da primeira seção do reator com o condensador em um condensador submerso. Tal combinação é especialmente vantajosa, do ponto de vista de custo bem como do
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7/9 ponto de vista operacional, caso a função de troca de calor do condensador seja realizada na forma de um trocador de calor com casca e tubos do tipo tubo em U, onde o fluido de alta pressão fica localizado no lado da casca.
[0023] A combinação de diferentes seções em um vaso tem a vantagem especial que podem ser realizadas economias substanciais em termos de investimentos, porque a quantidade de tubulações de alta pressão a ser instalada é muito mais baixa. Além disso, isto aumenta a confiabilidade da instalação, pois o número de conexões de alta pressão sensíveis a vazamento formadas entre as tubulações e os equipamentos é grandemente reduzido. Um exemplo bem conhecido é a combinação de seções de reator já referida, como descrito nos documentos n— US-A-5767313, US-A-5936122 e WO 00/43358. Uma modalidade preferida é a combinação do condensador inundado (pool) com uma seção de reator horizontal, como descrito no documento no US-A-5767313, onde uma assim denominada seção de reator inundado está representada.
[0024] A invenção será doravante explicada mais detalhadamente nos exemplos sem limitá-la a eles.
Exemplo I [0025] Um exemplo de um processo de acordo com a invenção está ilustrado na figura 1. A parte de alta pressão do processo para a produção de ureia de acordo com a figura 1 compreende uma seção do reator (R), um extrator de CO2 (S) e uma seção de condensador/reator submerso (C) que foi colocada horizontalmente. Além disso, o processo compreende um absorvedor de média pressão (MA) e uma seção de recuperação de baixa pressão, onde a corrente de ureia (U) foi purificada adicionalmente.
[0026] Uma pequena quantidade de dióxido de carbono foi alimentada para a segunda seção do reator (R). Na segunda seção do reator
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8/9 uma primeira solução de síntese de ureia (CS) foi reagida com o dióxido de carbono para formar uma segunda solução de síntese de ureia (USS) que foi enviada para o extrator (S) e extraída pela adição de calor e com dióxido de carbono como gás extrator. Durante a extração foi obtida uma corrente de gás misto (SG) que estava vindo, junto com os gases da reação (RG), do topo da segunda seção do reator (R) alimentada por intermédio de um aspersor, para a o condensador/primeira seção do reator. Para a primeira seção do reator também uma corrente de carbamato (MC) advinda do absorvedor de média pressão (MA) foi alimentada junto com amoníaco. Esta corrente também foi alimentada para o condensador/primeira seção do reator com um aspersor. A primeira solução de síntese de ureia formada foi enviada para a segunda seção do reator e os gases que não tinham sido condensados (CG) foram enviados para o absorvedor de média pressão (MA). No absorvedor de média pressão os gases foram absorvidos em uma corrente de carbamato de baixa pressão (LC) e condensados. Os gases que não tinham sido absorvidos (MG) foram enviados os para a seção de recuperação de baixa pressão.
[0027] O fluxo vindo da USS, SG, e CS era um fluxo por gravidade completo. Nenhuma bomba ou ejetor foi usado para movimentar o fluido ou gases.
[0028] Do total da quantidade de ureia formada, 65% em peso foram formados no condensador e 35% em peso foram formados na segunda seção do reator.
Exemplo II [0029] Um exemplo de um processo de acordo com a invenção está ilustrado na figura 2. A parte de alta pressão do processo para a produção de ureia de acordo com a figura 2 compreende uma primeira e uma segunda seção do reator (R1 e R2), um extrator de CO2 (S), um condensador de filme descendente (C) e um absorvedor de alta presPetição 870180013825, de 21/02/2018, pág. 12/21
9/9 são (HA) e uma seção de recuperação de baixa pressão, onde a corrente de ureia (U) foi purificada adicionalmente.
[0030] Uma pequena quantidade de dióxido de carbono foi alimentada para a segunda seção do reator (R2). Na segunda seção do reator uma primeira solução de síntese de ureia (RS) advinda da primeira seção do reator (R1) foi reagida com o dióxido de carbono para formar uma segunda solução de síntese de ureia (USS) que foi enviada para o extrator (S) e extraída pela adição de calor e com dióxido de carbono como gás extrator. Durante a extração foi obtida uma corrente de gás misto (SG) que foi alimentada para o topo do condensador de filme descendente (C)Para o condensador também uma corrente de carbamato (HC) advinda do absorvedor de alta pressão (HA) foi alimentada e também amoníaco fresco.
[0031] A solução de carbamato (CS) formada foi enviada para a primeira seção do reator (R1) junto com os gases que não tinham sido condensados. Os gases da reação (RG) advindos do topo do primeiro e do segundo reator foram enviados para o absorvedor de alta pressão (HA). No absorvedor de alta pressão os gases foram absorvidos em uma corrente de carbamato de baixa pressão (LC) e condensados. Os gases que não tinham sido absorvidos (HG) foram enviados para a seção de recuperação de baixa pressão.
[0032] O fluxo vindo da USS, SG, CS e RS era um fluxo por gravidade completo. Nenhuma bomba ou ejetor foi usado para movimentar o fluido ou gases.
[0033] Do total da quantidade de ureia formada, 70% em peso foram formados na primeira seção do reator e 30% em peso foram formados na segunda seção do reator.
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Claims (8)
- REIVINDICAÇÕES1. Processo para a produção de ureia a partir de amoníaco e dióxido de carbono em uma planta de ureia, (a) sendo que a planta de ureia contém uma seção de recuperação e uma seção de síntese de alta pressão que compreende duas seções de reator (R), um extrator (S) e um condensador (C), (b) sendo que na primeira seção de reator é formada uma primeira solução de síntese (CS) que é alimentada para a segunda seção de reator;(c) dióxido de carbono fresco é alimentado para a segunda seção de reator e na segunda seção de reator é formada uma segunda solução de síntese (USS) que é alimentada para o extrator (S), (d) em que a segunda solução de síntese é extraída com o uso de dióxido de carbono como gás extrator e a corrente de gás mista (SG) obtida no extrator é enviada para o condensador (C) junto com amoníaco fresco e uma corrente de carbamato (MC) e é condensada sob a remoção de calor, (e) após o que o condensado que é formado no condensador é alimentado para a primeira seção de reator (f) e a corrente de ureia (U) que é obtida no extrator é purificada ainda mais na seção de recuperação, (g) sendo que o dito processo é caracterizado pelo fato de que o fluxo da primeira solução de síntese a partir da primeira seção de reator para a segunda seção de reator, o fluxo da segunda solução de síntese a partir da segunda seção de reator para o extrator, o fluxo da corrente de gás mista a partir do extrator para o condensador e o fluxo do condensado a partir do condensador para a primeira seção de reator é um fluxo por gravidade, (h) sendo que ainda a primeira seção do reator e oPetição 870180013825, de 21/02/2018, pág. 14/21
- 2/3 condensador são combinados em um vaso (C), o qual é colocado horizontalmente.2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o extrator e a segunda seção do reator ficam localizados no nível do piso.
- 3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um fluxo de gás é liberado pelo topo da segunda seção do reator e é enviado para um lavador de média pressão, em que o amoníaco e o dióxido de carbono presentes no fluxo de gás são removidos do fluxo de gás por absorção em uma corrente de carbamato de baixa pressão.
- 4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás é liberado pelo topo da segunda seção do reator e é enviado para um lavador de alta pressão, em que o amoníaco e o dióxido de carbono presentes no fluxo de gás são removidos do fluxo de gás por absorção em uma corrente de carbamato de baixa pressão.
- 5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um fluxo de gás é liberado pelo topo da primeira seção do reator e pelo topo da segunda seção do reator, e o fluxo de gases combinados de ambas seções de reator é enviado para um lavador de média pressão ou um lavador de alta pressão, onde o amoníaco e o dióxido de carbono presentes no fluxo de gás combinado são removidos do fluxo de gás por absorção em uma corrente de carbamato de baixa pressão.
- 6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condensador é um condensador submerso que é colocado horizontalmente.
- 7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o condensador submerso é do tipoPetição 870180013825, de 21/02/2018, pág. 15/213/3 casco e tubos, e que os fluidos de alta pressão ficam no lado do casco.
- 8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor do tipo casco e tubos é do tipo tubo em U.Petição 870180013825, de 21/02/2018, pág. 16/211/2 οOJ οο2/2C02
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