Brevet FR2011147A1 — publié le 19700227

X 2011147 69 20165 La présente invention concerne des systèmes de récupération d'ammoniac, et en particulier un procédé pour récupérer, l'ammoniac d'un effluent mixte résiduel d'ammoniac et de gaz d'un réacteur de synthèse de l'urée alimenté en ammoniac. 5 L'Urée est d'ordinaire synthétisée à partir d'ammoniac et de gaz carbonique dans des installations qui emploient divers systèmes pour récupérer l'ammoniac non réagi dans l'effluent gazeux de l'installation, qui est un mélange de gaz carbonique et d'ammoniac avec des gaz inertes entrant dans le réacteur de synthèse 10 sous forme d'impuretés dans son alimentation de gaz carbonique et d'ammoniac, comme c'est typiquement le cas lorsque la source de gaz carbonique est le gaz d'une installation de synthèse associée à la production d'ammoniac ou d'hydrogène. Les installations conventionnelles de fabrication d'urée 15 comportent des systèmes de récupération d'ammoniac employant un condenseur d'ammoniac qui comprend un ou plusieurs échangeurs du type à calandre multitubulaire duquel ou desquels le condensât d'ammoniac s'accumule d'ordinaire sous une pression de stockage 2 de l'ordre de 10,5 à 24,5 kg par cm et à des températures de 20 13°C à 40cC. On charge de l'ammoniac frais dans cette réserve sous pression et on pompe dans le réacteur de fabrication d'urée l'ammoniac de charge et l'ammoniac récupéré. La teneur en gaz inertes, à température relativement haute , de l'effluent du réacteur qui traverse les condenseurs d'ammoniac 25 entraîne avec elle des proportions d'équilibre, d'importance correspondante, d'ammoniac, dont la récupération exige des installations supplémentaires, par exemple la prévision d'une absorption de l'ammoniac résiduel dans l'eau ou de sa condensation dans des échangeurs supplémentaires, Ainsi,, à cause des besoins en 30 charge de condensation imposés au- matériel de récupération, ses frais d'investissement, d'e:q?loitation etd'entretien sont excessifs, au point qu'ils justifient à des égards importants le système de récupération simplifié et plus économique de la présente invention. La présente invention concerne la récupération de l'ammoniac 35 des gaz résiduels de synthèse de l'urée dont le gaz carbonique. a été séparé, par un procédé simplifié employant essentiellement deux étages de refroidissement et de condensation, dont le premier peut être du type de un ou plusieurs condenseurs conventionnels d'ammoniac qui effectuent une condensation. initiale et partielle 40 de l'ammoniac ds 1' ^fluent des gaz de synthèse,, BAD ORIGINAL 69 20165 2 2011147 On peut limiter le système de récupération à essentiellement deux étages de refroidissement en employant un second étage dans lequel le gaz subit un échange de chaleur avec la charge d'ammoniac liquide du réacteur de fabrication de l'urée dans des conditions 5 telles que la teneur en ammoniac de l'effluent de gaz inertes est assez faible pour ne pas demander ni justifier de récupération ultérieure, ou bien, si la récupération ultérieure se justifie, elle peut se faire de façon relativement rentable, si bien que les besoins de récupération de l'ammoniac total sont sensiblement 10 moindres que dans les méthodes conventionnelles. Bien qu'on puisse employer dans le second étage un refroidissement par échange de chaleur indirect ou direct, le transfert de chaleur le plus efficace a une importance particulière, et il est donc préférable d'assurer un contact direct entre l'agent réfrigérant, l'ammoniac 15 liquide, et le mélange d'ammoniac et de gaz inertes, de préférence par condensation de 1*ammoniac gazeux dans la charge froide d'ammoniac liquide qui circule, à contre-courant. Ainsi, en maintenant basse la température de l'ammoniac d'alimentation, la récupération d'ammoniac au second étage peut 20 être importante en comparaison de la capacité de condensation d'ammoniac d'un quelconque étage de refroidissement comparable que l'on utilise d'ordinaire. L'ammoniac récupéré des deux étages de refroidissement est accumulé comme charge d'ammoniac pour l'installation de synthèse. 25 L'invention va être plus clairement comprise grâce à la description détaillée suivante d'un mode de réalisation illustratif représenté sous forme de schéma technologique par le dessin ci-joint. Si l'on se réfère au dessin, le réacteur 10 est destiné à désigner l'un quelconque de divers réacteurs ou installations, 30 connus ou spécifiques, de synthèse de l'urée, qui reçoivent de l'ammoniac et du gaz carbonique, comme i-.n 11, pour que la réaction produise de l'urée, et desquels l'effluent gazeux, contenant du gas carbonique et de l'ammoniac non réagi ainsi que des gaz fixes ou inertes, passe, comme par la ligne 12, au traitement ultérieur. 35 Cossue on l'a déjà indiqué,, des gaz inertes, comme l'air, l'azote, l'argon,- le méthane et l'oxyde de carboné, peuvent pénétrer dans ls système sous forme d■impuretés dans la charge de gaz carbonique. h sa sortie du réacteur "l'effluent peut être recueilli dans un -type comrsrïfcionnel quelconque de système 13" pour la séparation 40 Sa gas carbonique et de l'ammoniac du produit de la réaction. BAD ORIGINAL 69 20165 3 2011147 Une partie de 1*ammoniac, de l'ordre de 20 à 25 pour cent de la teneur en ammoniac du gaz, est récupérée séparément avec le gaz carbonique. Le mélange résiduel de gaz inertes et d'ammoniac, qui peut éventuellement contenir de petites quantités de gaz 5 carbonique, est chargé par la ligne 14 dans le système de récupération qui constitue l'objet principal de cette invention et qui apparaît schématiquement dans la zone en traits pointillés. Le mélange gazeux de la ligne 14, qui est typiquement à 2 une pression de l'ordre d'environ 14,7 à 21,0 kg/cm ,et à environ en volume 10 43 à 51°C, et qui contient 0,2 à 1,0 pour cent/de gaz inertes, passe à travers un premier étage ou une première zone de refroidissement généralement repérés par 15 et qui peuvent se composer d'un ou de plusieurs échangeurs du type à calandre multitubulaire recevant et déchargeant de l'eau en 15A et 15B, ou d'un matériel 15 équivalent pour un transfert indirect de chaleur du gaz à un agent réfrigérant fluide. Ce refroidissement de premier étage fait tomber la température du gaz à environ 32°C à 43°C, par exemple, température à laquelle la teneur en ammoniac du gaz se condense partiellement et est récupérée, par exemple par passage 20 à travers la ligne 16, dans un réservoir 17 à ammoniac. Le gaz non condensé qui sort du premier étage de refroidissement par la ligne 18, et qui contient typiquement environ 10 à 60 pour cent en volume de gaz inertes, pénètre dans le second étage de refroidissement, généralement repéré par 19, dans lequel le gaz 25 se refroidit en cédant sa chaleur à l'ammoniac liquide introduit par la ligne 20. En général, le résidu d'ammoniac dans l'effluent de la ligne 21 de ce second étage sera fonction de la charge d'ammoniac liquide, en ce sens que, pour des rapports de quantité et des coefficients de transfert de chaleur correspondant , plus 30 la température de la charge d'ammoniac sera basse plus la teneur en ammoniac de l'effluent non condensé sera faible. Dans les meilleures conditions, on préfère des températures d'ammoniac comprises dans la gamme inférieure de -35°C à +4°C pour récupérer davantage d'ammoniac. 35 Dans les avantages des coefficients de transfert de chaleur les plus élevés et du matériel plus réduit et plus économique, le second étage 20 de refroidissement comprend une colonne 22 dans laquelle la charge d'ammoniac circule vers- le bas en contact avec le gaz ascendant de la ligne 18 sous une pression voisine 40 de la pression de condensation au premier étage. On peut favoriser » ! BAD Oftt&sHAL j 69 20165 4 2011Î47 le caractère intime du contact liquideras en disposant dans la colonne, par exemple, des plateaux, un garnissage ou des dispositifs d'atomisation. L'ammoniac liquide, qu'il s'agisse de la charge ou des condensât s, prisse de la colonne 22 au 5 réservoir 17. Quand la charge d'ammoniac de la ligne 20 a une température basse, c'est-à-dire de l'ordre de -32°C à -35°C, la teneur en ammoniac de l'effluent de la ligne 2± peut être assez faible, par exemple de l'ordre de 3 à 1%, pour ne pas nécessiter ni 10 justifier du point de vue économique un traitement ultérieur, et on peut évacuer le gaz d'une façon voulue quelconque. Sinon, comme dans le cas où la température de la charge d'ammoniac atteint + 2 °C, une teneur en ammoniac de l'effluent, disons de 25 à 35 pour cent en volume, peut justifier une récupération 15 ultérieure, par exemple par des moyens conventionnels incorporés au système 13. Nonobstant cette récupération supplémentaire, les besoins en ammoniac total demeurent, aussi bief??d£°j3l prix que du point de vue fonctionnement, sensiblement moindres que dans les procédés conventionnels à cause de l'efficacité et de 20 la simplicité du procédé à deux étages décrit. La charge et le condensât d'ammoniac total sont chargés par la ligne 23 au réacteur lO selon ses besoins. On trouvera dans le tableau suivant un exemple spécifique représentatif des produits et des conditions opératoires. BAD original 69 20165 5 2011147 Numêr p du C pur an : de Fal jrication Constituant, en kilomoles/h. 14 16 18 >1 15A 15B Ammoniac 2188,5 1927,4 261,0 1,0 5 Eau 79,491 79,491 Air 4,99 4,99 7,62 4,99 1,62 Gaz inertes 7,62 Total en kilomoles/h 3&02*1 1927,4 273,7 13 j6 ■ 79,491 79,491 1 10 Température en °C 50,0 42,0 42,0 -4,0 32,2 38,3 | Près. en kg/cm"* 16,42 16,42 16,42116,421 3,50 » ! 3,50 1/mn n 950 — J — j 23880 S 1 23880 15 Condenseur d'Annioniac 15 Surface totale des tubes externes (à l'exclusion de la surface 2 des plaques tubulaires) : 1997 m . BAD ORIGINAL 69 20165 • 20"»7 REVENDICATIONS 1. Un procédé pour récupérer l'ammoniac de l'effluent mixte résiduel d'ammoniac et de gas inertes d'un réacteur de synthèse de l'urée alimenté en aïï®iorïiac0 comprenant 1s passage dudit effluent dans une première zone ds refroidissement où la teneur en ammoniac 5 de l'effluent se condense partiellement*, le passage du mélange gazeuK non condense dans uns seconds zone de refroidissement, l'introduction d'ammoniac liquide dasis ladite seconde zone et en relation de transfert c?® chaleur avec ledit mélange gazeux non condensé pour ccnôsnssr I * assaoriise du gaz, la libération ÎO de ladite seconde zon© rte gs~ son condensé et en majeure partie inerte, et la récupération d'aasBoniac liquide de chacune des deux dites zones comme ch^rjs pour le rêscteur de synthèse de l'urée. 2. Un procédé salsn la r-s^endlcatioiï 1» dans lequel l'ammoniac liquide et les gaz non condensés cir^lant à contre-courant dans 15 ladite seœads zone d© refroidisseaient 3. On procédé s^losi la rsvendication 2, dans lequel l'ammoniac liquide chargé dans IsSifce seconds son® y circule de haut en bas sa coEtaet a^ee au. asuirsarc asceadan-fc dudit mélange gazeux pour ea absorber l'ctasumiac. 20 . 4« Un procédé le ravendisiifcioa 1, dans lequel l'ammoniac liquida et les gas n~.?; ssondsiisés de ladite seconde zone de refroidis-ssaaèn'i. traversent cet s* - zone tan ccs&aet direct. - 5. Un procédé salon les revendications 1, 2, -3 ou 4, dans lequel 13efficient de réacteur est refroidi à l'eau dans la 25 première zone de refroidissement,. 5. Un procédé selon les revendications précédentes 1» 2, 3, 4 ou 5, dans lequel un mélange de gaz carbonique et de gaz inertes est chargé audit réacteur, et les gag inertes sont contenus dans ledit effluent après que le gas carbonique en ait été séparé. 30 7. Un procédé selou les revendications précédentes 1, 2, 3,4-, 5 ou 6, dans lequel la teneur en aasmoniac dudit gaz en majeure partie ineste libéré de la seconde s-qne est inférieure à environ 25 pour cent en volume. .. 8. Un procédé selon les revendications précédentes 1, 2, 3, 4, 35 5, 5 ou ls dans lequel 12 ammoniac liquide est chargé à ladite seconde zone à une température comprise entre environ - 35°C et +2°C. 9. Un procédé selon les revendications précédentes 1, 2, 3f 4, 5, 6, 7 ou 8, dans lequel 1;ammoniac liquide récupéré desdites 40 5C-ÎÏ3S sst, r^-aenilli &&-}* ls as&iie rêeer-^voir pour être amené'au réacteur. BAD ORIGINAL