ES2573717A1 - Procedimiento para la producción de urea orgánica así como urea orgánica y AUS32 obtenidas por este procedimiento - Google Patents

Procedimiento para la producción de urea orgánica así como urea orgánica y AUS32 obtenidas por este procedimiento Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la producción de urea orgánica que, a partir de la mezcla y reacción entre amoníaco (NH3) preferentemente gaseoso y anhídrido carbónico (CO2) preferentemente gaseoso en etapas de formación de carbamato (5) de amonio, degradación del carbamato (7), síntesis de la urea (8) y evaporación (9) de la misma, se lleva a cabo a partir de amoníaco orgánico de biomasa (2) animal y vegetal y dióxido de carbono reciclado de gases (6) de calderas de Bio-gas con biomasa vegetal, comprendiendo etapas previas de metanación (1), con "digestor" de biomasas mezclando purines y sangre de cerdo y pollo, hojas y cenizas de pinaza, y agua, hasta obtener: gas metano, aire, amoníaco en estado gaseoso y vapor de agua y regulador de pH y de catálisis (3), donde los gases obtenidos se condensan por enfriamiento y se separa el amoníaco gaseoso para almacenarlo a 13 atmósferas. La invención también reivindica el reactor químico AUS32 (AdBlue{reg}) fabricado a partir de urea fabricada a partir de biomasa.

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCiÓN DE UREA ORGÁNICA Así COMO UREA ORGÁNICA Y AUS32 OBTENIDAS POR ESTE 5 PROCEDIMIENTO.
OBJETO DE LA INVENCiÓN
La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria 10 descriptiva, se refiere a un procedimiento para la producción de urea
orgánica asi como urea orgánica y AUS32 obtenidas por este
procedimiento.
El producto AUS32 es la denominación de una disolución de urea al
15 32,5% (Aqueous Urea Solution en inglés)
El objeto de la presente invención se centra, concretamente, en un procedimiento para la producción de urea orgánica que, de manera innovadora se lleva a cabo a partir de biomasa como materia prima,
20 concretamente, a partir del amoniaco (NH3) de biomasas de origen vegetal y animal, mezclándolo con el dióxido de carbono (CO, ) reciclado de los gases de escape de una caldera de Bio-gas de ciclo combinado (gas -sólidos) con biomasa vegetal, para fonmar un compuesto intermedio, el cual es el que va a producir la urea orgánica.
CAMPO DE APLICACiÓN DE LA INVENCiÓN
El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicada a la fabricación de productos químicos, 30 fertilizantes y las plantas de tratamientos de efluentes domésticos e
industriales, centrandose particularmente en el ambito de la producción de urea organica, compost, agua para riego, reducción de efluentes y gases que producen el efecto invernadero.
5 ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN
Como es sabido, la urea es un compuesto químico cristalino e incoloro, de
formula CO(NH,),. Se encuentra abundantemente en la orina y en la materia fecal. Es el principal producto terminal del metabolismo de
10 proteínas en el hombre y en los demas mamíferos. La orina humana contiene unos 20g por litro. En cantidades menores, está presente en la
sangre, en el hígado, en la linfa y en los fluidos serosos y también en los
excrementos de los peces y muchos otros animales. También se encuentra en el corazón , en los pulmones, huesos, en los órganos
15 reproductivos (semen), hongos, legumbres y cereales.
La urea sirve, actualmente, como materia prima para la formación de alimentos de ganado, fertilizantes agropecuarios, cremas humectantes y
como AUS32 (AdBlue ®) que es un reactor químíco para la degradación 20 del óxido nitroso en los gases de escape generados básicamente por los
motores de combustión interna. La obtención de dicho compuesto a nivel industrial va a estar condicionado por la formación de carbamatos, en
cualquiera de sus materias primas (Biomasas y/o Gas de hidrocarburos)
25 La utilización de fertilizantes de urea y fosfato permite que las plantaciones se vuelvan más fuertes y pueden sobrellevar, con la ayuda de los productos agroquímicos necesarios, distintos tipos de insectos, bacterias y virus que pueden llegar a afectarlas durante el tiempo que
dure la maduración de sus frutos.
La utilización de la urea dentro de los sistemas que operan con SeR
(Reducción Catalítica Selectiva) como componente principal en el reactor químico AUS32 (AdBlue ®) (urea yagua destilada) posibilita una disminución importante en las emisiones generadas por los gases de
5 escape de los motores de combustión interna, móviles y estacionarios.
La Urea orgánica, también conocida como carbamida, carbonildiamida o
ácido carbamidico, es el nombre del ácido carbónico de la di amida, cuya fórmula química es (NH,)2CO.
Por otra parte, es conocida la sintesis de urea a nivel industrial (a base de
hidrocarburos) y se realiza a partir del cracking del gas para obtener amoníaco (NH,) líquído y anhídrido carbónico (CO,) gaseoso. Con dichos
componentes mezclados se forma un producto intermedio llamado 15 carbamato de amonio, el cual, a su vez, se deshidrata para formar urea.
En concreto, el proceso completo de "producción tradicional" de la urea a
nivel industrial, es decir, el aplicado hasta ahora, puede realizarse según las siguientes etapas:
-Obtención de CO,. -Obtención de amoniaco -Formación de carbamato -Degradación del carbamato y reciclado
25 -Síntesis de urea -Deshidratación, concentración y granulación .
-
Obtención de CO,. El CO, se obtiene a partir de gas natural, mediante la
reacción conocida como reforming.
Antes del reforming, deben separarse las impurezas del gas, tales como
gotas de aceite, partículas de polvo, y sobre todo desulfurar el gas, ya que
el azufre interfiere con la acción de los catalizadores.
5 Luego de purificar el gas, se procede a la obtención de CO2 mediante dos
etapas de reforming catalítico con vapor de agua. El calor necesario para
la reacción, la cual es endotérmica, proviene de la combustión del gas
natural y de los gases parcialmente reformados. Se deja entrar aire al
reactor para obtener la relación necesaria de H2/N2 para la posterior
10 obtención del amoníaco. La reacción es la siguiente:
2 CH, + 3 H,O 7 CO + CO, + 7 H,
Las dos etapas de reforming se verifican según la reacción expuesta, y a
15 la salida de la segunda etapa, se obtiene un gas con las siguientes proporciones: 56% H" 12% CO, 8% CO" 23% N, Y menos de 0,5% CH,.
Para eliminar el ca y convertirlo en C02, se realiza la conversión de ca haciendo que reaccione catalítica mente con vapor de agua para formar 20 CO, y H, usando hierro y cobre como catalizadores.
Del gas resultante se separa el CO, mediante una solución de mono
etanol amina (MEA), mediante la siguiente reacción:
25 MEA (CO,) 7 MEA + CO,
Compresión del anhídrido carbónico. El dióxido resultante es enviado a dos etapas sucesivas de compresión en las cuáles se eleva la presión a
160 atmósferas absolutas. Al dióxido se le agregan pequeñas cantidades
30 de aire pasivamente para inhibir la acción corrosiva.
-
Obtención de amoníaco. Luego de la metanación, el gas circulante se compone de aire, metano y vapor de agua, los cuales reaccionan con
catalizador de hierro para formar amoniaco en estado gaseoso segun:
5 7 CH, + 10 H,O + 8 N, + 2 O, 716 NH3 + 7 CO,
El amoníaco gaseoso se condensa por enfriamiento y se separa del gas para almacenarlo a presión de unas 13 atmósferas. El amoníaco gaseoso 10 remanente es recirculado al loop de síntesis.
-
Síntesis de la urea. -La reacción se lleva a cabo a altas presiones (200 bar) y el nivel térmico óptimo (190'C) en un reactor construido en acero
inoxidable especial. La reacción se produce entre el amoníaco, el CO2 y la 15 solución reciclada de carbamato, proveniente de la etapa de absorción. El
carbamato de amonio se forma a partir de CO, y NH3 según la siguiente
reacción (esta reacción genera calor):
2NH3 + CO, 7 NH, CO, NH, 20 LlH= -117 kJ/mol
Amoniaco + Gas Carbónico 7 Carbamato de Amonio
Antes de ingresar al reactor, el CO, es comprimido hasta 200 atm, 25 mediante un compresor eléctrico y el amoniaco hasta 145 atm.
El NH3 Y el CO, reaccionan rápida y exotérmicamente, en una etapa
primera, para formar el carbamato, que luego se deshidrata a urea + agua. Esta reacción logra cerca del 100% en condiciones normales.
-
Granulación. Luego se pasa al perlado de Urea (formación de pequeñas perlas del orden de 2 -4 mm de diámetro) se realiza en la Torre de Perlado (Torre de Prilling).
La Urea fundida es bombeada a la parte superior de la torre de 80 mts de altura y 16 mts. de diámetro. Mediante un canasto giratorio con unas 6000
pequeñas pertoraciones se logra obtener una lluvia de Urea fundida, cuyas gotas se van solidificando primero y enfriando luego durante su 10 caída libre, a la vez que se hace circular aire en sentido contrario mediante grandes ventiladores ubicados en la parte superior de la torre.
Se obtiene de este modo el producto final, a unos 40 -50 oC de
temperatura, el cual es transportado mediante elevadores y cintas a los
15 silos de almacenaje.
EXPLICACiÓN DE LA INVENCiÓN
El procedimiento para la producción de urea orgánica que la presente
20 invención propone se configura, en cambio, como una destacable
novedad dentro de su campo de aplicación, aportando ventajas y características que lo distinguen y mejoran respecto del procedimiento conocido descrito, las cuales se hallan convenientemente recogidas en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria
25 descriptiva.
Conviene mencionar, en primer lugar, que la preparación de urea a nivel industrial, tanto a partir de un hidrocarburo como de una biomasa, se
elabora de la mezcla y reacción entre el amoniaco (NH3) liquido y el
30 anhídrido carbónico (C02) gaseoso. La reacción se verifica en dos etapas
(comunes para ambas materias primas):
En la primera etapa, los componentes mezclados forman el carbamato de
amonio.
En la segunda etapa, el carbamato amónico se deshidrata para formar
urea. Las velocidades de las reacciones son diferentes. La primera etapa es mucho más rápida que la segunda , con lo cual el carbamato intermedio se
10 acumula. Ademas, la primera reacción no se verifica por completo, por lo
que también quedan amoniaco y dióxido libres. En adición a esto, debe
mencionarse que el carbamato es un producto altamente corrosivo, por lo
cual, lo que se hace es degradar la parte de carbamato no convertido a
urea en sus reactivos de origen, y luego volver a formarlo.
Además la primera reacción es exotérmica, y la segunda es endotérmica.
Un problema importante en este proceso es que en el segundo paso de la
reacción, se forma un producto llamado "biuret", que resulta de la unión
20 de dos moléculas de urea con pérdida de una molécula de amoniaco.
Este producto es indeseable por ser un tóxico. Por esta razón es necesaria su eliminación.
En cuanto a las materias primas, sin embargo, las diferencias son
25 importantes a tener en cuenta. Las materias primas involucradas en la
producción de urea orgánica de base biomasa son:
1. el "Amoniaco Orgánico" (NH3) de origen
30 • animal, tal como los excrementos (purines) de porcinos, aviar,
vacunos, lanares, la sangre de estos animales citados, los
pelajes o los componentes orgánicos de los mismos tal como las vísceras, o de
5 • vegetal tal como la pinaza mediterránea, las hojas de árboles y arbustos, las verduras, las frutas, u otros componentes derivados de los bosques tal como las cortezas o los piñones.
2. el dióxido de carbono (C02) obtenido por ejemplo de los gases de
10 escape de las calderas de los generadores de vapor de las plantas de Bio-gas ylo los producidos por el aprovechamiento calorífico de biomasas vegetales,
para formar el compuesto inlennedio carbamato de amonio, el cual es el
15 que va a producir la urea, según el siguiente esquema:
2NH3 (Amoniaco del Digestor) + C02 (Bióxido de Carbono de la Caldera) ~7 C02 (NH2)2 + H, O (Urea + Agua destilada)
En cambio, las materias primas involucradas en la producción de urea de base hidrocarburos son: el "Amoniaco" (NH,) a partir del Cracking del "gas reformado" (craqueo-ruptura de las moléculas de CH4) (Hidrocarburos) y 25 el dióxido de carbono (Ca,) a partir de gas natural, mediante la reacción conocida como reforming. Combinados estos dos elementos se produce
la urea.
Tras establecer las premisas descritas, el procedimiento para la
producción de urea orgánica de base biomasa, objeto de la presente
invención comprende las siguientes etapas:
Etapa de metanación: Lo primero es cargar en un "digestor" de biomasas una mezcla formada por: "purines de cerdo, sangre de cerdo,
purines de pollo, sangre de pollo, hojas de pinaza (actúa como regulador del pH), cenizas de pinaza (actúa como regulador del pH) yagua" ° 10 cualquiera de las otras biomasas vegetales/ animales! humanas
anteriormente descritas. Esta mezcla se calienta externamente para acelerar y producir una reacción química que permita obtener: gas metano, aire, amoníaco preferentemente en estado gaseoso y vapor de agua.
Etapa de catálisis: La masa de gases obtenidos en la etapa
anterior, se condensan por enfriamiento y se separa el amoníaco gaseoso para almacenarlo a una presión de 13 atmósferas. El amoníaco preferentemente gaseoso remanente es recirculado al loop de síntesis.
20 Etapa de formación de carbamato: La reacción de sintesis de Urea se lleva a cabo a altas presiones (200 bar) y el nivel térmico óptimo (190 'C) en un reactor en acero inoxidable especial.
25 En dicho reactor se introducen los gases de escape de la caldera de la turbina de metano + combustible vegetal y se mezcla con el amoniaco
preferentemente gaseoso.
2NH, + CO, ~ NH, CO, NH, t.H= -117 kJ/mol
El carbamato de amonio se produce entre el CO2 y NH3 originando una reacción exotérmica.
5 Los componentes CO, y NH3 reaccionan rápida y exotérmica mente en
una primera etapa, para formar carbamato, que luego se deshidrata para formar urea + agua.
-
Etapa degradación del carbamato: No todo el carbamato de amonio se 10 descompone en urea + agua. La fracción que se descompone para formar urea en relación a la cantidad total se denomina: uConversión"
La Conversión está en el orden del 70%. Es decir, de cada 100 kg de
carbamato que se forman, sólo 70 kg pasan a formar urea. El resto se 15 debe reciclar permanentemente de manera continua para lograr una conversión total.
Dado que el carbamato se forma mucho más rápido que la urea , y al ser un producto altamente corrosivo, su manejo es muy difícil. Por esta razón
20 lo que se debe hacer es degradarlo nuevamente a NH3 y CO, para luego volver a formarlo.
Dicha degradación, preferentemente, se realiza, por ser más económica,
a través del stripping (desprendimiento) del amoníaco, desplazando la 25 reacción hacia los productos que lo forman. Al bajar la presión parcial del reactivo, el sistema reacciona hacia el equilibrio degradando el
carbamato.
-
Etapa de síntesis de urea: El carbamato se deshidrata a urea mediante
30 la reacción:
NH, -eOONH4 (1) -7 NH, -eo -NH,(I) + H,O (1) "'H: +15,5 kJ/mol
5 Esto es una reacción endotérmica. La cinética de la reacción aumenta con
la temperatura (se puede aprovechar la generada por la caldera), aumentando la relación NH:¡/eO, y disminuyendo la presencia de agua.
La producción de urea se consigue en un reactor vertical, que opera a 188
10 -190 oC y 160 Kgf/cm' absoluta, una relación de N/e de 3,6 -3,8, un
tiempo de residencia aproximado a los 45 minutos y un grado de
conversión (en un paso) del 65 al 70%.
Una de las opciones para optimizar el proceso es realizar operaciones
15 combinadas para la formación de carbamato (exotérmica y rápida) en la
parte inferior de dicho reactor por la alimentación de C02 y NH3 en exceso y la descomposición del carbamato en urea (mucho más lenta y
endotérmica).
20 Esta etapa es fundamental para reducir el biuret, debiéndose llegar a una concentración del 80% de urea.
El biuret se forma cuando dos moléculas de urea se unen liberando una molécula de amoníaco:
25 2 NH, -eo -NH, -7 NH, -eo -NH -eo -NH, + NH,
Se trata de una sustancia altamente tóxica para las plantas e
inconveniente para su utilización en productos para reducir emisiones de
30 óxidos de nitrógeno, como el reactor quimico AUS32 (AdBlue®). Para
bajar su concentración en valores menores a 0,35% se debe lograr un exceso de amoniaco en la síntesis de urea (por ello preferentemente, se utilizan las biomasas combinadas de animales y vegetales). Esto se
puede lograr mediante un concentrador de vacio el cual se calienta 5 (aplicando el calor externo) utilizando el vapor de agua residual del
generador de vapor. Este método se denomina urea de síntesis la cual, una vez lograda, se bombea a una unidad de evaporación.
-
Etapa de Evaporación: La corriente proveniente del concentrador se 10 sigue concentrando en dos etapas de evaporación, la primera de ellas (se
concentra hasta en un 95%) operando a 0,3 kg/cm' absolutos y la segunda (se concentra hasta 99,8%) a muy alto vacio, para lograr la
evaporación del agua sin descomponer térmicamente la urea. Se debe utilizar un eyector de grandes dimensiones para lograr los niveles de 15 vacio requeridos.
Se obtiene de este modo urea fundida a 132°C con muy bajo contenido de agua (aprox. 0,5%).
20 Esta corriente puede ser enviada a una Torre de Prilling o granulación, para la formación de perlas de urea.
Como se ha señalado en apartados anteriores, la urea tiene múltiples
aplicaciones y usos, por lo que resulta un producto interesante y de 25 grandes posibilidades para su producción industrial, si bien, tratándose de urea orgánica de biomasas las poSibilidades de uso y las ventajas son
mucho mayores.
Debido a su alto contenido en nitrógeno, la urea preparada 30 comercialmente se utiliza en la fabricación de fertilizantes agricolas, como
estabilizador en explosivos de carbono-celulosa o como componente básico de resinas preparadas sintéticamente. Asimismo se usa en piensos para rumiantes como suplemento alimentario. En dermatología también se utiliza como humectante natural. Se encuentra presente en
adhesivos, plásticos, resinas, tintas, productos farmacéuticos y acabados 5 para productos textiles, papel y metales.
Por otra parte, los impactos socioeconómicos positivos de esta re
ingeniería en la fabricación de urea orgánica en la industria son obvios:
los fertilizantes son críticos para lograr el nivel de producción agrícola 10 necesario para alimentar la población mundial , rápidamente creciente.
Una de las ventajas derivadas del procedimiento es, pues, la optimización
de fábricas de purines y tratamientos de efluentes existentes en España y
15 otras partes del mundo pensadas originalmente como fábricas de Bio-Gas
o de tratamiento de residuos para generación de energía eléctrica.
En concreto, el procedimiento de producción de urea orgánica de biomasas permite realizar múltiples acciones en dichas fábricas tales 20 como:
-
Activar la generación desde la misma granja de producción de los Purines del amoníaco.
25 -Incentivar su generación durante el traslado granja -fábrica de 8ioGas.
-
Modificar el reactor de digestión actual para poder optimizar los procesos biológicos (descritos anteriormente) para la obtención de: 30 Gas metano (generador de electricidad) y urea orgánica de biomasas.
-
Modificar la salida de gases de escape de la caldera de vapor,
redirigiendo la misma hacia el digestor para la utilización de todo el dióxido de Carbono que actualmente se expulsa a la atmósfera, utilizar
la temperatura de los gases de escape para aumentar los tiempos de
digestión en el generador y en los procesos en cadena de obtención de amoníaco, la formación de carbamato, la descomposición del mismo, la
sintesis de la urea, la fonmación del biuret, la concentración y la 5 Evaporación (todos estos procesos han sido explicados anteriormente).
-
Utilización además de un circuito cerrado de gases que permita la recuperación de los gases nocivos tal como el nitrógeno amoniacal que 10 actualmente se vierten a la atmósfera, cumpliendo y mejorando lo
impuesto por la actual nonmativa del RCCDE para el periodo post 2012.
-
Generar un campaste final con un bajísimo contenido amoniacal para
su utilización como campaste activo, no dañino para el medio
15 ambiente.
-
Utilizar la biomasa vegetal que se genera, logrando minimizar el riesgo de incendios en los bosques y generando necesidades de mano
de obra y tecnificación para su recogida y traslado a las plantas de
20 tratamiento de Bio gas.
-
Utilizar como materia prima para obtención de amoniaco la sangre de los animales (dependiendo de su Pesol Tamaño) actualmente utilizada
principalmente como materia prima para la harina de origen animal
25 (uno de los principales causantes de la enfermedad conocida como:
"Encefalopatía Espongiforme Bovina o Mal de la Vaca Loca".
-
Eliminar la contaminación ambiental en los efluentes de los mataderos de toda índole (Lanar, Vacuno, Porcino, Aviar, etc.).
-
Utilizar la Urea Orgánica de biomasas obtenida como componente
fundamental en la elaboración del reactor quimico AUS32 (AdBlue®).
orgánico que es un elemento que reduce las emisiones de óxido nitroso producidos por los gases de escape de vehiculos, viviendas, industrias,
etc.
En definitiva, el procedimiento supone una gran ventaja en cuanto a la
aportación de impactos positivos indirectos para el medio ambiente natural que provienen del uso adecuado de las biomasas vegetales y
animales; además la fabricación de fertilizantes en base orgánica permite
10 intensificar la agricultura en los terrenos existentes, reduciendo la
necesidad de expandirla hacia otras tierras que puedan tener usos
naturales o sociales distintos.
Además se reduce sustantivamente, los impactos ambientales negativos
15 que de la producción de fertilizantes con base de hidrocarburos suelen ser
severos. Las aguas residuales no constituyen un problema . Al haber sido
tratadas como parte del proceso son levemente acidas (dependiendo del tipo de planta), y su contenido de sustancias tóxicas son minimos (concentraciones de: amoniaco o los compuestos de amonio, urea,
20 cadmio, arsénico, fluoruros y fosfato).
El tratamiento del agua como agente activo en la fabricación de la urea
orgánica es la causa de que sus efluentes, sólidos totales suspendidos, nitrato y nitrógeno orgánico, fósforo, potasio, y (como resultado), estén 25 dentro de los parámetros normales para fertirriego en OSO (demanda biológica de oxigeno) y DQO (demanda quimica de oxígeno).
El proceso de obtención de urea orgánica evita la contaminación que se
produce actualmente conocida como "eutrofizacíón de las aguas 30 superficiales o contaminación con nitrógeno del agua freática".
DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se
5 acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la
misma, un plano en el que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura número 1 y única .-Muestra, mediante un diagrama de bloques, 10 un esquema de las etapas del procedimiento para la producción de urea orgánica, objeto de la invención.
REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN
15 A la vista de la descrita figura 1 y única, y de acuerdo con la numeración
adoptada en ella, se puede apreciar cómo el procedimiento para la producción de urea orgánica que la invención propone, comprende las siguientes etapas:
20 -Etapa de metanación (1): que en un "digestor" de biomasas se mezcla
biomasa animal y vegetal (2) formada por: upurines de cerdo, sangre de
cerdo, purines de pollo, sangre de pollo, hojas de pinaza (que actúan
como regulador de pH), cenizas de pinaza (que actúan como regulador de pH), yagua" que se calienta externamente para obtener: gas metano, 25 aire, amoniaco en estado gaseoso y vapor de agua.
-
Etapa de catálisis (3), donde la masa de gases obtenidos en la etapa
anterior, se condensan por enfriamiento y se separa el amoníaco gaseoso para almacenarlo a una presión de 13 atmósferas. El amoníaco gaseoso
30 remanente (4) es recirculado al loop de síntesis.
La síntesis de urea se realiza a partir de amoníaco (NH3) líquido y
anhídrido carbónico (CO,) gaseoso. La reacción se verifica en 2 pasos.
En el primer paso, los reactivos mencionados forman un producto
intermedio llamado carbamato de amonio y, en la segunda etapa, el carbamato se deshidrata para formar urea.
-
Etapa de formación de carbamato (5)
En dicho reactor se introducen los gases de escape (6) de la caldera de la
turbina de metano + combustible vegetal y se mezcla con el amoníaco
10 gaseoso.
El carbamato de amonio se produce entre el CO, y NH3 produciendo una
reacción exotérmica.
15 2NH3 + CO, 7 NH, CO, NH, 6H= -117 kJ/mol
Los componentes CO2 y NH3 reaccionan rápida y exotérmicamente en una primera etapa, para formar carbamato, que luego en una segunda 20 etapa se deshidrata para formar urea + agua en una reacción endotérmica. La formación del carbamato se realiza en dos fases
Surge un problema dado que las velocidades de las reacciones son diferentes: la primera etapa es mucho más rápida que la segunda, con lo
25 cuál el carbamato intermedio se acumula. Además, la primera reacción no se da por completo, es decir, el rendimiento de la reacción no es del
100%, por lo que también quedan NH3 y CO, libres. Como que el
carbamato es un producto altamente corrosivo, lo que se hace es degradar la parte de carbamato no convertida a urea en sus reactivos de
30 origen (etapa 7), y luego volver a formarlo.
-
Etapa de degradación del carbamato (7):
Ya que no todo el carbamato de amonio se descompone en urea + agua.
La fracción del carbamato que no se descompone para formar urea se 5 recicla de manera continua para lograr una conversión total, siendo degradado nuevamente a NH3 y CO, para luego volver a formar
carbamato.
-
Etapa de sintesis de urea (8): donde el carbamato se deshidrata para
10 formar urea mediante la reacción:
NH, -COONH4 (1) ~ NH, -CO -NH,(I) + H,O (1) to.H= +15,5 kJ/mol
15 La reacción de sintesis de Urea se lleva a cabo a altas presiones (200 bar) por ejemplo y el nivel térmico óptimo (190 OC) por ejemplo en un
reactor en acero inoxidable especial.
Esto es una reacción endotérmica. La cinética de la reacción aumenta con
20 la temperatura (se puede aprovechar la generada por la caldera),
aumentando la relación NH:y"C02 y disminuyendo la presencia de agua.
La producción de urea se consigue en un reactor vertical, que opera a 188
-
190 oC y 160 Kgf/cm' absoluta, una relación de N/C de 3,6 -3,8, un
25 tiempo de residencia aproximado a los 45 minutos y un grado de
conversión (en un paso) del 65 al 70%.
Una de las opciones para optimizar el proceso es realizar operaciones combinadas para la formación de carbamato (exotérmica y rápida) en la 30 parte inferior de dicho reactor por la alimentación de CO2 y NHa en exceso y la descomposición del carbamato en urea (mucho más lenta y
endotérmica).
Esta etapa es fundamental para reducir el biuret, debiéndose llegar a una concentración del 80% de urea.
-
Etapa de Evaporación (9): La corriente proveniente del concentrador se
sigue concentrando en dos etapas de evaporación, la primera de ellas (se
concentra hasta en un 95%) operando a 0,3 kg/cm' absolutos y la segunda (se concentra hasta 99,8%) a muy alto vacio, para lograr la
10 evaporación del agua sin descomponer térmicamente la urea. Se debe utilizar un eyector de grandes dimensiones para lograr los niveles de vacío requeridos.
Se obtiene de este modo urea fundida a 132°C con muy bajo contenido de
15 agua (aprox. 0,5%).
Esta urea obtenida con el procedimiento de la invención ha sido fabricada
a partir de biomasa asi como el reactor quimico AUS32 (AdBlue®)
comprende la urea fabricada según la invención.
Opcionalmente, se contempla una etapa de granulación (10) donde la
corriente puede ser enviada a una Torre de PriJling o granulación, para la formación de perlas de urea.
25 Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, asi como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualqUier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en
30 otros modos de realización que difieran en detalle de la indicada a titulo
de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se
recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio
fundamental.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Procedimiento para la producción de urea orgánica que, elaborada a
    partir de la mezcla y reacción entre amoniaco (NH,) preferentemente 5 gaseoso y anhidrido carbónico (CO,) preferentemente gaseoso en, al menos, dos etapas (5, 8), una donde los componentes mezclados fonman
    el carbamato de amonio, y otra donde dicho carbamato amónico se
    deshidrata para formar urea, y preferentemente contemplando una etapa de formación del carbamato (5), una etapa de degradación de carbamato 10 (7) a CO, y NH" una etapa de síntesis de la urea (8) y una etapa de evaporación del agua (9), está caracterizado porque se lleva a cabo a
    partir de biomasa como materia prima.
  2. 2.-Procedimiento para la producción de urea orgánica, según la 15 reivindicación 1, caracterizado porque el amoníaco utilizado es amoníaco
    orgánico de biomasas (2) de origen animal y vegetal.
  3. 3.-Procedimiento para la producción de urea orgánica, según la
    reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el dióxido de carbono utilizado 20 es dióxido de carbono reciclado de los gases de escape (6) de calderas
    de Bio-gas de ciclo combinado (gas -sólidos) con biomasa vegetal.
  4. 4.-Procedimiento para la producción de urea orgánica, según la
    reivindicación 3, caracterizado porque el dióxido de carbono es el 25 obtenido de los gases de escape de las calderas de los generadores de
    vapor de plantas de Bio-gas y/o los gases producidos por el
    aprovechamiento calorífico de biomasas vegetales.
  5. 5.-Procedimiento para la producción de urea orgánica, según cualquiera 30 de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, además de las
    etapas de formación de carbamato (5), degradación de carbamato (7), síntesis de urea (8) y su evaporación (9), comprende las siguientes
    etapas previas:
    5 -Etapa de metanación (1), donde se carga en un "digestor" de
    biomasas (2) biomasa tal como una mezcla de purines de cerdo,
    sangre de cerdo, purines de pollo, sangre de pollo, hojas de pinaza (actúa como regulador del pH), cenizas de pinaza (actúa como regulador del pH) yagua, y se calienta externamente hasta obtener:
    10 gas metano, aire, amoníaco en estado gaseoso y vapor de agua; y
    -
    Etapa de catálisis (3), donde la masa de gases obtenidos en la etapa
    anterior, se condensan por enfriamiento y se separa el amoníaco gaseoso para almacenarlo a una presión de 13 atmósferas.
  6. 6.-Procedimiento para la produCCión de urea orgánica, según la reivindicación 5, caracterizado porque en la etapa de catálisis (3) el
    amoníaco gaseoso remanente (4) es recirculado.
    20 7.-Procedimiento para la producción de urea orgánica, según la
    reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque en la etapa de degradación del carbamato (7), el carbamato de amonio que no se descompone en Urea y Agua y, por tanto, no forma parte de la conversión, es reciclarlo permanentemente de manera continua, siendo degradado nuevamente a
    25 NH3 Y CO, para luego volver a formarlo.
  7. 8.-Procedimiento para la producción de urea orgánica, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque en la etapa de síntesis de urea (8) la producción se produce en un reactor vertical, que
    30 opera a 188 -190 oC y 160 Kgflcm' absoluta, una relación de N/C de 3,6 -3,8, un tiempo de residencia aproximado a los 45 minutos y un grado de conversión del 65 al 70%.
  8. 9.- Procedimiento para la producción de urea orgánica, según la
    5 reivindicación 8, caracterizado porque para optimizar el proceso se realizan operaciones combinadas para la formación de carbamato, exotérmica y rápida, en la parte inferior de dicho reactor por la
    alimentación de CO, y NH3 en exceso, y la descomposición del carbamato
    en urea, mucho más lenta yendotérmica.
  9. 10.-Procedimiento para la producción de urea orgánica, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque. para bajar la concentración de biuret en valores menores a 0,35% y lograr un exceso de amoníaco en la sintesis de urea (8) se utiliza un concentrador de vacío
    15 el cual se calienta utilizando el vapor de agua residual del generador de vapor de la planta de Bio-gas.
  10. 11.-Procedimiento de fabricación de AUS32 caracterizado por comprender urea fabricada a partir de biomasa.
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