Brevet FR2224452A1 — publié le 19741031

a présente invention concerne un procédé de synthèse d'urée à partir d'ammoniac et de dioxyde de carbone. Plus particu lièrement, l'invention se rapporte à certains perfectionnements relatifs au traitement de l'effluent d'un réacteur de synthèse d'urée. Conformément au brevet nO 7,579,636 des Btats-Unis d'Amé- rique, on synthétise de l'uré-e en faisant réagir dans un réacteur de l'ammoniac et du dioxyde de carbone pour obtenir du carbamate d'ammonium, puis en déshydratant le carbamate pour obtenir de lourée. On divise lleffluent du réacteur de synthèse, comprenant de l'urée, de liteau, du carbamate d'ammonium n'ayant pas été déshydraté en urée, et de ltammoniac en excès, en une majeure partie et une mineure partie.On envoie la mineure partie de l2effluent sur le plateau supérieur de la section à plateaux disposée à l'intérieur de l'appareil de décomposition et de séparation, et on envoie la majeure partie de l'effluent dans l'appareil de décomposition. Cette majeure partie et cette mineure partie de l'ef- fluent sont détendues séparément et individuellement, d'une pression égale à environ 225 kg/cmt à une pression égale à environ 2 20 kg/cm2, au moyen de vannes de détente haute pression respecti- vement distinctes. Dans d'autres procédés de synthèse d'urée, on a détendu l'effluent du réacteur de synthèse, de manière adiabatique, et l'on a fait circuler l'effluent ainsi détendu dans un récipient de détente, de manière à éliminer l'ammoniac en excès, et ceci avant d'envoyer l'effluent du réacteur dans un appareil de décomposition permettant de décomposer le carbamate ammonium en ammoniac et dioxyde de carbone Selon la présente invention, on abaisse la pression de l'effluent du réacteur de synthèse (une solution aqueuse d'urée comprenant du carbamate d'ammonium, de l'ammoniac, et de l'eau), de manière substantielle et adiabatique, jusqu'à une pression réduite ; on chauffe préliminairement la solution aqueuse détendue de manière adiabatique, sous cette pression réduite, à une température supérieure à la température adiabatique de détente, suffisante pour éliminer de l'ammoniac de ladite solution, mais substantiellement inférieure à une température suffisante pour décomposer substantiellement le carbamate d1ammonium, contenu par ladite solution, en ammoniac et en dioxyde de carbone ; puis l'on chauffe la solution aqueuse résultante, chauffée préliminairement sous ladite pression réduite, à une température suffisante pour décomposer substantiellement le carbamate d'ammonium, contenu par ladite solution, en ammoniac et dioxyde de carbone. Ccnformément à la présente invention, la totalité de l'effluent du réacteur de synthèse peut être également détendue au moyen d'une seule et unique vanne de détente haute pression ; cet effluent est ensuite chauffé modérément pour chasser de la solution la majeure partie de l'ammoniac en excès ; la phase gazeuse ainsi obtenue est séparée d'une phase liquide ; la phase liquide est divisée en une majeure partie et une mineure partie ; la majeure partie de la phase liquide est envoyée dans un appareil de décomposition permettant de décomposer le carbamate d'ammonium, et la mineure partie de la phase liquide est envoyée sur le plateau supérieur de l'appareil de décomposition et de séparation. lies avantages de la présente invention peuvent être énu mérés comme suit 1) on obtient une économie considérable sur le coût de l'investissement, puisqu'on supprime un jeu de vannes de détente haute pression, consistant chacune normalement en clapets d'arrêt haute pression, relativement chers, disposés de chaque côté de la vanne de détente haute pression proprement dite, 2) on améliore considérablement le mode de contrôle de la division de l'effluent du réacteur en une majeure partie et une mineure partie, puisque,sur le plan pratique, il est beaucoup plus facile de contrôler un courant de liquide au moyen d'une vanne 2 travaillant sous pression modérée, de l'ordre de 0,7-1,4 kg/cm par exemple, qu'au moyen d'une vanne travaillant sous une pression 2 d'environ 210 kg/cm2, 3) on améliore considérablement le fonctionnement et la construction de l'appareil de décomposition et de l'appareil de décomposition et de séparation, par le fait que d'une part la solution envoyée vers l'appareil de décomposition, et d'autre part la phase gazeuse envoyée dans l'appareil de décomposition et de séparation, comprennent beaucoup.moins d'ammoniac en excès. La présente invention est maintenant décrite par référence au dessin unique. On alimente un réacteur 4, en dioxyde de carbone, ammoniac, et en une solution ammoniacale de carbamate d'ammonium, respectivement par les conduits 1, 2 et 7. lie réacteur de synthèse 4 travaille sous une pression de synthèse élevée, comprise apEroxiL-ativement entre 140 kg/cm2 et 420 kg/cm2, de préférence égale à environ 2 225 kgjcm2 ; ce réacteur opère à une température comprise environ entre 1600C et 2200C, de préférence égale à environ 1900C. lie rapport molaire total de l'ammoniac par rapport au dioxyde de carbone est environ égal à 2,5-6,0/1, et est de préférence égal à 4,1/1. La composition-de l'effluent du réacteur de synthèse, circulant dans le conduit 5, est approximativement la suivante Constituant 6 en poids Urée 34,4 Eau 17,0 ammoniac (en excès) 29,5 Carbamate d'ammonium 19,1 Grâce à la vanne de détente haute pression 6, on détend l'effluent du réacteur, circulant dans le conduit 5, à une pression égale à environ 14-28 kg/cm2, et de préférence égale à environ 20 kg/cm2, puis on introduit l'effluent détendu dans le distriteur de liquide 7 ; ce dernier travaille comme un séparateur liquide/gaz, et comme un distributeur de liquide pour lec courants circulant dans les conduits 8 et 9. Le distributeur de liquide 7 est pourvu d'un serpentin 10 à vapeur, disposé à sa partie inférieure 12. Contrairement à l'enseignement de l'art antérieur, selon lequel on détend de manière adiabatique lleffluent du réacteur dans un récipient de détente, pour séparer ainsi de la phase liquide un peu d'ammoniac en excès, à la température de détente adiabatique atteinte par l'effluent du réacteur dans le séparateur de détente, selon l'invention, on chauffe modérément la phase liquide dans la partie inférieure du distributeur de liquide 7, depuis la température T1 de détente adiabatique, atteinte à l'entrée il du distributeur de liquide 7, jusqu a une température T2, atteinte dans la partie inférieure 12 du distributeur de liquide 7 ; cette température T2 est environ de 30C à 140C, et de préférence d'environ 80C, supérieure à la température T1 de détente adiabatique. On a découvert qu'en chauffant modérément l'effluent du réacteur, depuis une température T1 de détente adiabatique jusqu'à une température T2, avant de décomposer de manière substantiellement plus complète le carbamate d'ammonium dans l'appareil de décomposition 13, à une température T atteinte à la sortie 14 de ce dernier, on élimine ainsi la majeure partie de l'ammoniac en excès de l'effluent 5 du réacteur de synthèse d'urée, tout en décomposant très peu de carbamate d'ammonium en ammoniac et dioxyde de carbone. La température T3 est d'environ 30 à 500C plus élevée que la température Tî de détente adiabatique. lie courant gazeux extrait par le conduit de tête 21 du distributeur de liquide 7, contient principalement de l'ammoniac, environ 3-4 % en volume de dioxyde de carbone, et environ 4-5 % en volume d'eau. Environ 70 % de l'ammoniac libre,dissous initialement dans l'effluent 5 du réacteur de synthèse, ont été éliminés de la solution d'urée produite, dans le distributeur de liquide 7, et sont évacués par le conduit de tête 21, avec le mélange gazeux C02/NH3 résultant de la décomposition d'une petite quantité du carbamate d'ammonium contenu initialement dans l'effluent 5 du réacteur de synthèse.On ne décompose qu'approximativement 12 à 14 % de la quantité initiale du carbamate d'ammonium, contenu dans le courant 5, alors que selon un procédé antérieur on indique qu'environ 30 % du carbamate d'ammonium ont été décomposés. On divise la phase liquide rassemblée à la partie inférieure 12 du distributeur de liquide 7, en une mineure partie circulant dans le conduit 8, et une majeure partie circulant dans le conduit 9. lie courant liquide circulant dans le conduit 9 ne contient qu'approximativement 10 % en poids d'ammoniac libre dissous. Ce courant est évacué librement de la partie inférieure 12 du distributeur de liquide 7, et est traité ensuite dans l'appareil de décomposition 13, et dans l'appareil de séparation 18, comme décrit dans le brevet américain 3,579,636, précédemment cité. lie procédé conforme à l'invention permet de simplifier la construction de l'appareil de décomposition 13, et de réduire considérablement la taille de l'appareil de décomposition et de séparation 18, parce que l'on traite une quantité bien moindre de gaz dans ces deux appareils. On régule le courant liquide 8 au moyen de la vanne 16, qui travaille maintenant avec une perte de charge bien moindre, d'environ seulement 0,7 à 1,4 kg/cm2 au lieu de 210 kg/cm2. Cette faible perte de charge est suffisante pour obliger la solution durée, circulant dans le conduit 9, à traverser les tubes de l'ap pareil de décomposition 13, et à pénétrer dans l'appareil de dé composition et de séparation 18. Selon ère procédé, on simplifie le contrôle du débit de la solution d'urée, alimentant le plateau su périeur 17 de l'appareil de séparation 18, grâce au conduit 8, et on améliore la stabilité des sections à plateaux 19 et 20, par rapport au profil de températures. De cette manière, on traite le courant liquide 8 comme dans le brevet américain 3,579,636. On soutire la phase gazeuse produite par le distributeur de liquide 7 au moyen du conduit de tête 21, et on régule le débit dans ce dernier gracie à la vanne de contrôle 22, munie d'un clapet de non-retour, et disposée sur la conduite gazeuse 21t On régule la vanne de contrôle 22 à clapet de non-retour, à partir d'un dé tecteur de niveau 15, disposé dans une partie intermédiaire du distributeur de liquide 7.Lorsque le niveau liquide atteint un point haut dans le distributeur de liquide 7, le détecteur de ni veau provoque la fermeture de la vanne de contrôle 22 à clapet de non-retour, et ainsi, gracie à une augmentation momentanée de la pression gazeuse amont dans le distributeur de liquide 7, on oblige plus de liquide à s'écouler dans l'appareil de décomposition 13 Lorsque le niveau liquide atteint un point baS dans le distributeur 'e liquide 7, le détecteur de niveau t5 provoque une ouverture de la vanne de contrôle 22 à clapet de non-retour, et ainsi, grâce à une diminution momentanée de la pression gazeuse amont dans le distributeur de liquide 7, on diminue le débit de liquide s'écou lant dans le conduit 9. La phase gazeuse évacuée du distributeur de liquide 7, dans le conduit de tête 21, est envoyée soit directement à un re froidisseur (non représenté), soit à l'intérieur de la calandre d'une unité de décomposition (non représentée), ou cette phase gazeuse est partagée entre ledit refroidisseur et l'intérieur de la calandre dudit appareil de décomposition. Le distributeur de liquide 7 décrit ci-dessus peut entre aussi disposé iur les conduits 132 et 145 de la figure 2B du brevet américain 3,579,636, de manière à supprimer respectivement les vannes de controle 141 et 158, et de manière a soutirer les courants 140 et 157 de leurs distributeurs de liquide respectifs au moyen d'une vanne de contrôle. La phase gazeuse provenant de ces distributeurs de liquide est alors envoyée respectivement dans les conduits 143 et 164. Comme indiqué précédemment, la présente description inclut le contenu descriptif du brevet américain 3,579,636. On comprendra également que la vapeur dans le serpentin 10 peut etre remplacée par d'autres milieux dtéchange thermique adéquats, tels que le diphényle et l'oxyde de diptiénylène. - REVEIEDICATIONS 1.- Procédé de synthèse d'urée dans lequel on fait réagir de l'ammoniac et du dioxyde de carbone sous une pression de synthèse élevée, pour obtenir une solution aqueuse d'urée comprenant du carbamate d'ammonium, de l'ammoniac, et de l'eau, dans lequel on abaisse la pression de ladite solution aqueuse, de manière substantielle et adiabatique, jusqu a une pression réduite, et dans lequel on chauffe ladite solution aqueuse, détendue de manière adiabatique, sous ladite pression réduite, à une température suffisante pour décomposer substantiellement le carbamate d'ammonium, contenu par ladite solution, en ammoniac et dioxyde de carbone, caractérisé en ce qu'avant de chauffer ladite solution aqueuse pour décomposer substantiellement le carbamate d'ammonium, on chauffe préliminairement ladite solution aqueuse détendue, sous ladite pression réduite, à une température supérieure à la température de détente adiabatique, suffisante pour éliminer de l'am ammoniac de ladite solution, mais inférieure à ladite température suffisante pour décomposer substantiellement le carbamate d'ammonium, contenu par ladite solution. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, grace au chauffage préliminaire, on augmente la température de ladite solution aqueuse sous ladite pression réduite, jusqu'à une température d'environ 30C à 140C supérieure à ladite température de détente adiabatique. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on divise une phase liquide obtenue lors dudit- chauffage préliminaire, en une majeure partie et une mineure partie, ladite majeure partie étant ensuite suffisamment chauffée dans un premier appareil de décomposition du carbamate d'ammonium, pour décomposer dans ledit premier appareil le carbamate d'ammonium en ammoniac et dioxyde de carbone, puis on sépare une phase gazeuse de décomposition contenant de l'ammoniac, du dioxyde de carbone, et de l'eau, et une phase liquide de décomposition consistant en une solution aqueuse d'urée comprenant du carbamate d'ammonium résiduel et de l'urée. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on refroidit ladite mineure partie, et on envoie cette mineure partie refroidie indirectement et à contre-courant de ladite phase gazeuse de décomposition, ladite mineure partie étant à une température inférieure à celle de ladite phase gazeuse de décomposition. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite température suffisante pour décomposer substantiellement le carbamate d'ammonium en ammoniac et dioxyde de carbone, est de 30 à 500C supérieure à ladite température de détente adiabatique.