Brevet FR2004068A1 — publié le 19691121

-i- 20Ô4068 Il est connu que la préparation d'urée à partir de ïîHj et de OOg peut être combinée avec la préparation d'ammoniac si, en partant d'un gaz de synthèse qui contient, outre de l'hydrogène, dp. bioxyde de carbone, on enlève d'abord, 5 dans une zone de lavage faisant partie de la synthèse d'urée, le bioxyde de carbone sous forme d'une solution de carbonate d'ammonium ou de earbaaate d'ammonium et qu'on uiilise alors cette solution pour la préparation d'urée, qu'on amène ensuite le mélange contenant de l'hydrogène et étant libéré de bioxyde 10 de carbone à la synthèse d'ammoniac et qu'on ramène finalement à la synthèse d*urée, sous foime d'un composé de réaction, la quantité entière ou partielle de l'ammoniac produit. Pour un procédé pareil on a proposé déjà d'utiliser d'abord le mélange de gaz brut, contenant de 15 l'hydrogène et du bioxyde de carbone et servant de matière de départ pour la préparation d'ammoniac, comme gaz de strippage pour expulser - à une pression élevée et en amenant de la chaleur - l'ammoniac et le bioxyde de carbone provenant du carba-mate d'ammonium qui n'a pas été converti en urée, de la solu-20 tion contenant de l'urée et provenant de la synthèse d'urée. Pour une expulsion totale de l'ammo- . niac et du bioxyde de carbone on propose à cet effet un strippage en deux phases, à savoir un second strippage à une pression relativement basse d'une solution d'urée déjà strippée, 25 précédé d'un strippage de la solution d'urée à pression élevée et à l'aide du gaz déjà utilisé pour le strippage à basse pression. Ce système présente le désavantage que le gaz de strippage, qui vient- de la phase à basse pression et 30 qui contient par là du NH^ et du GOg, doit être comprimé à une température plus élevée parce que, autrement, du carbamate d'aianonium solide peut se déposer dans le compresseur. Cette compression à haute température augmente les frais de compression et, de plus, le risque d'une 35 corrosion du compresseur augmente de sorte que, pour éviter la corrosion, le compresseur devra être fabriqué de matériau résistant à la corrosion et plus cher. Le procédé selon l'invention a pour 69 07385 -2- 2004068 objet d'éviter cet inconvénient en strippant la solution d'urée oontenant du oarbamate d'ammonium, en iieuk phases à une'pression élevée à peu près "égale, à savoir dans la première phase avec le gaz contenant de l'hydrogène et du bioxyde de carbone 5 et dans la seconde phase-avec un courant de gaz qui est à peu près exempt d'ammoniac et de bioxyde de carbone et qui 8e compose du ou des composants nécessaires à la synthèse d'ammoniac. Comme gaz propres au second strippage on peut citer par exemple : 10 l'hydrogène, l'azote, le gaz de strippage contenant de l'hydrogène et chargé de et de COg du premier strippage dont le NHj et le COg sont enlevé® presque complètement par la formation de earbamate d'ammonium ou bien une partie dù mélange de gaz Hg-Ng t113- est exempt de HH^ et qui circule en continu par 15 la zone de la synthèse d'ammoniac» De préférence, les strippages «ont effectués à la pression de la synthèse d'urée qui est ici à la fois la pression à laquelle le et le COg sont convertis en earbamate d'ammonium, pression qui - pour que la cShaleur soit 20 produite à un niveau de température élevée dans la formation de earbamate - doit de préférence être de 300 atm ou plus# Le procédé suivant 1*invention sera expliquée à l'aide de la figure qui représente sohématiquement l'appareillage nécessaire à la synthèse d'urée et au strippage# 25 "Par la conduite I, on amène au bas de la colonne de strippage i du~gàz brut de la synthèse d'ammoniac qui est comprimé à là pression de la synthèse d'urée et qui se compose essentiellement de Hg,'de Ng et de COg avec» un reste de CH^, de 00, dë Ir et de HgO« Par la conduite 2 30 amène un peu d'air (2£ en volume) au gaz de synthèse brut pour éviter la corrosion de l'appareillage de synthèse d'urée qui est fabriqué en acier chromé-nickel et qui se compose de la première colonne de strippage A, du réacteur à urée B, des condenseurs à earbamate d'ammonium" C et B, dé l'installation E des ^ tinée à évacuer le'C0, de la colonne de lavage F et de la ee-oonde colonne de strippage G-avec les pompes et conduites y relatives,, Bans la colonne de strippage A, dans laquelle la solution de synthèse d'urée amenée par la conduite 3 est en 69 07385 ■3- 20Ô4068 contact, dans un faisceau de tubes, en contre-ccurant arec le gaz amené, une grande partie du oarbamate d'ammonium qui se trouve dans la solution de synthèse d'urée est décomposée en et C02 et puis expulsée* La chaleur nécessaire à ce sujet 5 est fournie par la vapeur qui s'écoule par la conduite 35 autour des tube». Le gaz qui est alors chargé de et de COg, est amené par la conduite 4 au mélange de réaction liquide qui se trouve dans le bas du réacteur d'urée B et ensuite 10 il est transporté par la conduite 5 au condenseur de earbamate d'ammonium C, La solution de earbamate d'ammonium formée s'écoule par la conduite 6 dans le réacteur d'urée Bj la chaleur qui se dégage dans la formation du earbamate d'ammonium est évacuée à un niveau de température élevée par la formation de vapeur 15 dans le faiseeau de tubes 29 qui sert d'élément de refroidissaient. Les gaz non condensés s'écoulent par la conduite 7 dans le deuxième condenseur de earbamate 3 dans lequel le et le C02 gazeux encore présents sont condensés en une solution de earbamate d'ammonium par l'addition, par exemple, d'une quanti-20 té d'eau amenée par la conduite 9 ou d'une mère-lessive contenant du biuret et obtenue par la cristallisation d'urée et d'une solution diluée de carbonate d'ammonium qui est formée dans la colonne de lavage F et est amenée par la conduite 10. La chaleur qui se dégage est évacuée dans des faisceaux de tubes 30 et 25 31 servant d'éléments de refroidissement, à travers lesquels s'écoule l'eau de refroidissement ou l'eau d'alimentation de chaudières qui y est préchauffée. Du courant de gaz qui est libéré maintenant d'ammoniac et de bioxyde de carbone et se compose essentiellement de Hg et de on dérive + 1/6 partie 30 et l'amène par la conduite 12 à la deuxième colonne de strippage G dans laquelle la solution d'urée qui vient de la première colonne de strippage A par la conduite 13 est strippée de nouveau pour décomposer davantage en et en C02 le earbamate encore présent et pour en évacuer ces gaz-ci. La chaleur qui est 35 nécessaire pour ce traitement est amenée par la conduite 36 sous la forme de vapeur autour du faisceau de tubes dans la colonne. Dans la solution d'urée à évacuer par la conduite 14 il y a encore de faibles quantités de earbamate 69 07385 -4- 2004068 d'ammonium et d'ammoniac0 Ces quantités—ci s'échappent, après la détente de la solution à "basse pression, sous la forme de ïïH^ et de COg gazeux qui sont absorbés dans de l'eau. Peur pouvoir utiliser de nouveau ces quantités-ci dans le processus 5 la première colonne de strippage à est munie d'une conduite 37 pour ramener la solution contenant du et du COgo le gaz de strippage qui est ehargé d'ammoniac et de bioxyde de earbone est amené par la conduite 15 au condenseur de earbamate d'ammonium 3), Le courant de gaz 10 venant du condenseur D et étant libéré de et de COg est amené, eu passant par l'installation E destinée à enlever le GO et par la conduite 16 qui est munie d'un refroidisseur, à la colonne de lavage ]? dans laquelle le COg - formé par l'oxydation catalytique du CO qui a eu lieu dans E - est absorbé dans 15 l'eau qui est amenée par la conduite 17 et par 1' eau ammoniacale concentrée qui est amenée par la conduite 27 « Pour éviter que, dans le dispositif E pour enlever le CO, il se forme des gaz nitreux non désirés par suite de l'oxydation de le courant de gaz qu'on amène 20 au dispositif E et qui doit être libéré de CO doit fctre à peu près exempt de . On y parvient en liant en earbamate d'aamo-nium le NH^ dans le condenseur de earbamate D et, si besoin, en est, on amène dans ee but un peu de gaz contenant du COg par la conduite 38. 25 lia chaleur d'absorption qui se dégage dans la colonne de lavage ? est évacuée par l'eau de refroidissement qui est amenée par la conduite 52« le mélange de Hg-Hg-gaz qu'on doit évacuer de la colonne de lavage ï est séché dans un. dispositif 30 Z au moyen de tamis moléculaires et libéré des faibles restes de C0 et de COg et ensuite amené via la conduite 19 à une synthèse d'ammoniac non reproduite. le courant contenant du + du Kg + du Hg qui est amené de la synthèse d'ammoniac par la conduite 35 20 et qui contient déjà de l'ammoniac liquide, est d'abord refroidi dans le condenseur H,- eelui-ei étant à la fois séparateur liquide-gaz, de sorte qu'une plus grande quantité d'ammoniac devient liquide. Une partie de ©et smoniac-ci est évacuée par 69 07385 1* conduite 21 sous forme d'ammoniao produit et 1»autre partie, dont on a besoin dans la préparation d'urée, est amenée par la conduite 22 au réacteur de synthèse d'urée. le courant de gaz qui contient encore 5 du ÏTH^ est amené par la conduite 23 à la colonne de lavage J dans laquelle l'ammoniac encore présent en est enlevé par lavage avec un peu d'eau qui est amenée par la conduite 28. lia chaleur qui se dégage alors est évacuée par l'eau de réfroi-dissement qui est amenée par la conduite 33. 10 lie courant de gaz contenant du Hg et du Hg et libéré du SH^ est mis en récirculation via la conduite 24» les tamis moléculaires en Z et la conduite 19, vers la synthèse d'ammoniac. Tia la conduite 25 on purge de manière normale une part du courant de gaz pour régler en le courant 15 de gaz la concentration des gaz inertes qui sont amenés avec le mélange de gaz de synthèse brut. L'invention sera expliquée à l'aide de l'exemple numérique suivant, relatif à une usine d'urée qui a une capacité de + 1800 tonnes d'urée par jour, alors que la 20 pression de synthèse est de 350 atm. Les quantités de composants de réaction et des produits fabriqués à partir de ceux-ci ont été reproduits en kilomoles par heure. Via la conduite 1 on amène un mélange 25 de gaz qui est obtenu par la conversion de gaz naturel. Ledit mélange se compose de : 4411 kmoles de Hg 1265 kmoles de COg 1352 kmoles de 30 9 fendes de HgO 33 kmoles de CH^ 30 kmoles de CO 14 kmoles de Ar et via la conduite 2 on amène sous forme de l'air : 35 no kmoles de Ng 27,5 kmoles de Og. Ce mélange de gaz, après avoir branché d'abord une petite part, contenant s 66 kmoles de Hg 69 07385 -6- 2004068 19 kmoles de COg et 20 kmoles de ïg, par la conduite 38, est amené, à une température de IOO* C, à la g donne de strippage A, dans laquelle la solution de synthèse d'urée de 190* C est strippée à la pres- 5 sion de synthèse d'urée, laquelle solution se compose de t 1443 kmoles d'urée 838 kmoles de COg lié sous forme de earbamate Ï7Î6 kmoles de HH^ lié sous forme de earbamate 1986 kmoles de KHj non lié 10 1945 kmoles de HgO et dans laquelle on strippe aussi la solution qui est amenée par la conduite 37 en provenance de la partie à basse pression et qui se compose de 86 kmoles de 15 14 kmoles de COg et 85 kmoles de HgO. De la eolonne de strippage A en amène par la conduite 13 une solution d'urée d'une température de 150* C à la c dorme dé strippage G, laquelle solution se compose dé : 20 1415 kmoles d'urée 157 kmoles de COg lié sous forme de earbamate 314 kmoles de NHj lié sous forme de earbamate 1854 kmoles de HgO. Cette solution est strippée avee du 25 gaz de strippage de 60* C qui est amené par la conduite 12* Ce gaz de strippage est composé de t 907 kmoles de Hg 201 kmoles de Kg 6 kmoles de Og 30 1 kmole de COg 6 kmoles de CO 7 kmoles de CH^ 3 kmoles de Âr I kmole de HgO 35 Par la conduite 14 on évacue une solution d'urée composée de : 1387 kmoles d'urée ' -1790 kmoles de HgO 86 kmoles de HH^ 69 07385 -7- 2004068 14 kmoles de COg Au réacteur de synthèse d'urée B on amène par la conduite 6 une solution de earbamate d'ammonium qui a une température de + 165° C et qui se compose de : 5 392 kmoles d'urée 1541 kmoles de COg lié sous forme de earbamate 2682 kmoles de lié sous forme de earbamate 818 kmoles de non lié 776 kmoles de HgO, et par la conduite 22 on amène une solution d'ammoniaque concentrée (température 40° C) qui est composé de î 2514 kmoles de SfHj 113 kmoles de HgO A la colonne de lavage F arrivent par -*-5 la conduite 17 112 kmoles de HgO et par la conduite 27 de l'ammoniac concentré composé de s 76 kmoles de HH^ 8 kmoles de HgO sous forme de courants de liquide, alors qu'une solution diluée de carbonate d'ammonium sort de la colon-ne F par la conduite 10, Cette solution-ci est composée de : 78 kmoles de KH„ p 31 kmoles de COg 150 kmoles de HgO. Elle a une température de 60° C et sert de milieu de condensation dans le seeond condenseur'de earbamate D. A ce condenseur de earbamate on amène encore, par la conduite 9 et comme milieu de condensation, une solution d'urée qui a une température de 80° C et qui est composée de : 92 kmoles d'urée 142 kmoles de HgO. Bu second condenseur de earbamate B on amène une solution ayant une température de 140° G et étant composée de : 92 kmoles d»tirée 25 50 55 857 kmoles de COg lié sous forme de earbamate 1694 kmoles de "ÉE^ lié sous forme de earbamate 346 kmoles de îiH^ non lié 357 kmoles de HgO, 69 07385 -8- 2004068 sous forme de milieu de condensation par la conduite 8 au pre ii condenseur de earbamate Ca De courant de gaz qu'on évacue par la conduite 19 vers la synthèse d'ammoniac est composé de : 5 12087 kmoles de Hg 4029 kmoles de Hg 1553 kmoles de CH^ 574 kmoles de Ar. Le courant qui retourne par la eom 10 20 de la synthèse d'ammoniac est composé de t 2796 kaoles de HH^ 7893 kmoles de Hg 2631 kmoles de Ng 1353 kmoles de CH^ 15 574 kmoles de Ar. Par la conduite 21 on évacue, soug forme de production, une quantité d'ànmoniâc de 206 kmoles. enlever l'ammoniac par lavage du mélange de synthèse d'amme^iiae mis en circulation, on dose à la colonne de lavage J une qu:rt*i 20 d'eau de lavage de 121 kmoles par la conduite 28 et par la conduite de purge 25 on évacue : 192 kmoles de *2 64 kaoles de Kg 33 kmoles de CH 14 kmoles de Ar. 69 07385 -9- 2004068 EETIIBICATIOSS 1°) - Procédé pour la préparation d'urée à partir de lïï^ et de COg en combinaison avec taie synthèse d'ammoniac à partir d'un gaz de synthèse contenant essentiellement du Hg, du COg et éventuellement du Mg qui. est libéré d'abord 5 du COg dans la phase de formation de earbamate d'ammonium dans la synthèse d'urée et à partir duquel on prépare ensuite de l'ttunoniac dans la synthèse d'ammoniac, lequel ammoniac sert à son tour de matière de départ pour la préparation d'urée alors que la solution d'urée contenant eneore du earbamate d'ammo-10 nium et devant être évacuée de la synthèse d'urée est rendue pauvre en ce earbamate d'ammonium au moyen d'un traitement de strippage, à pression élevée et par adduction de chaleur, avec le gaz de départ contenant du Hg, du Kg et du COg, caractérisé en ce que eet appauvrissement en earbamate d'ammonium a lieu à !5 pression élevée dans deux strippages, à savoir, d'abord avec le gaz de départ contenant du Hg, du Hg et du COg et ensuite la solution d'urée traitée ainsi est soumise, à la pression à peu près la même, à un second strippage avec un courant de gaz qui est à peu près exempt d'ammoniac et de bioxyde de car-20 bone et qui se compose du (des) composant (s) qui est (sont) nécessaire (s) à la synthèse d'ammoniac* 2°) - Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que les deux strippages sont effectués à la pression de la synthèse d'urée. 25 30) «. Procédé selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce'que la pression de la synthèse d'urée est de 300 atm au minimum. 4°) - L'invention telle qu'elle a été reproduite dans la description ci-dessus est expliquée à 1'aide 30 dessin ci-annexé.