Brevet FR2467844A1 — publié le 19810430

"Procédé pour supprimer l'explosibilité des gaz sortant des installations de fabrication d'urée." La présente invention concerne un procédé pour supprimer l'explosibilité des gaz sortant des installations de fabrica- tion de l'urée. Comme on le sait, l'urée est fabriquée à par- tir de l'ammoniac et du gaz carbonique par synthèse directe dans un réacteur travaillant sous haute pression (d'environ 51 bars à 456 bars) et à une température élevée (de 1700C à environ 2200C). Le produit de la réaction, qui est composé d'urée, de carbamate d'ammonium et d'eau, sort du réacteur en même temps que l'ammoniac qui a été utilisé en excès pour la synthèse et est envoyé dans un appareil de décomposition; ce dernier fonc- tionne sensiblement sous la même pression que celle utilisée pour la synthèse et, dans cet appareil de décomposition sous haute pression, le carbamate contenu dans la solution d'urée est décomposé en ammoniac et gaz carbonique. L'ammoniac et le gaz carbonique provenant de la décompo- sition sont envoyés dans un appareil de condensation fonction- nant sous haute pression qui travaille sensiblement sous la même pression que celle utilisée pour la synthèse; dans cet appareil de condensation l'ammoniac et le gaz carbonique sont condensés afin de former de nouveau du carbamate d'ammonium, qui sera recyclé vers le réacteur de synthèse de l'urée. La solution d'urée, débarrassée de la majeure partie du carbamate, est enlevée de l'appareil de décomposition sous haute pression et est envoyée dans un appareil de décomposi- tion fonctionnant sous pression moyenne, dans lequel une autre partie du carbamate est décomposée en ammoniac et gaz carbonique; ces derniers sont condensés dans un appareil de condensation sous une pression qui est sensiblement la même que celle existante dans l'appareil de décomposition fonc- tionnant sous pression moyenne (la pression moyenne indiquée ici est comprise entre environ 25 bars 1/2 et 10 bars, envi- ron 18,3 bars étant préférés), la majeure partie des produits condensables est condensée dans cet appareil de condensation. A partin de l'appareil de condensation fonctionnant sous pression moyenne, le flux de condensat et des produits non condensés, qui seront mieux définis dans cette demande par la suite, est envoyé dans une colonne de rectification. Par le haut de cette colonne on obtient l'ammoniac pur et les produits non-condensables, tandis que du bas on décharge un flux de carbonate d'ammonium qui est recyclé vers l'appa- reil de condensation de carbamate fonctionnant sous haute pression; l'ammoniac récupéré par la rectification, est également recyclé vers la synthèse. Les réactifs à envoyer dans le réacteur contiennent une certaine quantité de gaz dissous: ces derniers proviennent aussi bien de l'installation de fabrication de l'ammoniac ainsi que de l'unité de production de C02 et sont constitués essen- tiellement de H2, N2p CO, CH4, Ar et He. 1- En outre, dans l'installation d'urée, le réacteur et l'appareil de décomposition est envoyé un volume déterminé d'air ou d'oxygène afin de protéger l'appareil de décomposi- tion, l'appareil de condensation et le réacteur contre l'ac- tion corrosive du carbamate d'ammonium (cette protection sera désignée par la suite par "passivation"). Tous les gaz non-condensables mentionnés ci-dessus, aussi bien ceux qui sont contenus à l'origine dans le flux frais de C02 et d'ammoniac, que ceux introduits pour protéger les appareils soumis à la corrosion, sont évacués de l'instal- lation de synthèse de l'urée et après avoir été débarrassés de l'ammoniac de saturation qui les accompagnent, forment un mélange explosif à cause de la présence de l'oxygène utilisé pour ladite passivation. Les gaz en question sont généralement évacués en partie de l'appareil de condensation de carbamate fonctionnant sous haute-pression d'o ils sont dirigés de préférence vers la colonne de rectification fonctionnant sous pression moyen- ne pour récupérer l'ammoniac et sont alors mélangés dans cet- te colonne avec le flux provenant de l'appareil de condensa- tion de carbamate fonctionnant sous pression moyenne. Dans la colonne destinée à la récupération de l'ammoniac, mentionnée cidessus, l'ammoniac est récupéré en haut en même temps que les gaz en question et, après condensation de l'ammoniac, ces gaz débarrassés de ce produit sont évacués et constituent le flux explosif mentionné ci-dessus. On voit que le flux de gaz non-condensables, qui est explosif, peut également être retiré en d'autres points de l'installation sans pour cela modifier le problème d'une façon quelconque. Le moyen qui a été adopté communément jusqu'ici pour empêcher l'explosion de ce mélange consiste à mélanger le flux de gaz explosifs avec un volume de gaz non combustibles tel, qu'il amène la composition du mélange gazeux résultant au-de- là de ses limites d'explosibilité. Les auteursnde la présente invention ont maintenant dé- couvert que l'explosibilité du mélange des gaz sortant des installations de fabrication d'urée, peut être supprimée mais sans diluer un tel mélange avec des gaz incompressibles et par conséquent sans diminuer sa combustibilité; ce résultat peut être obtenu en utilisant les flux provenant de l'instal- lation de synthèse de l'ammoniac qui sont couramment disponi- bles dans les installations de synthèse d'urée. Dans la synthèse de l'ammoniac, les flux suivants sont particulièrement disponibles: 1. le flux de gaz naturel essentiellement composé par du méthane. Ce flux est envoyé vers le reforming à la vapeur afin de fabriquer le gaz de synthèse de l'ammoniac. 2. le flux de gaz provenant du reforming à la vapeur consti- tué essentiellement de H2, N2. CO et C02. 3. Le flux de gaz provenant du reforming à la vapeur mais débarrassé de Co2. 4. Le flux d'azote et d'hydrogène, saturé d'ammoniac et éventuellement qui contient Ar, He et CH4, sortant de l'unité de fabrication de l'ammoniac afin d'éviter l'enri- chissement en argon, hélium, et en méthane du flux à ren- voyer vers la synthèse de l'ammoniac. La gamme des compositions types des flux mentionnés ci- dessus est la suivante: H2 de 0,1 % à 77 % en volume N2 de 0,1 % à 29 % en volume. Gaz inertes (CO + C02 + Ar + He) de 0,1 X à 50 X en volume. CH4 le reste pour faire 100 % en volume. En outre dans les flux mentionnés ci-dessus sous les nos 2, 3 et 4, le rapport molaire entre H2 et N2 est compris entre 2,5 et 3,3. Un objet de la présente invention est la fourniture d'un procédé pour supprimer l'explosibilité du gaz sortant des installations de fabrication d'urée, ledit procédé comprenant le stade de mélange desdits gaz sortant avec un ou plusieurs flux disponibles dans les installations pour la fabrication de l'ammoniac, et qui ont la composition suivante: H de 0,1 X à 77 % en volume; N2 de 0,1 à 29 % en volume; CO et/ou C02 et/ou Ar et/ou He de 0,1 à 50% en volume et méthane le reste pour compléter à 100 % en volume. A vrai dire, c'est un fait tout à fait surprenant qu'en opérant selon la présente invention, l'explosibilité soit supprimée non seulement par suite du changement de la compo- sition du mélange, mais aussi d'une façon tout à fait imprévue, du fait que la zone d'explosibiliIé est rendue étroite. Il est donc devenu possible, quand on opère selon la présente invention, non seulement de rendre non-explosif le flux des gaz non-condensables sortant de l'installation d'urée, mais aussi de permettre l'utilisation du mélange en tant que combustible gazeux dans l'installation. La présente invention est illustrée par l'exemple des- criptif mais non limitatif ci-après en référence aux dessins ci-annexés. EXEMPLE On se reportera au schéma de la figure 1 qui représente d'une façon simplifiée une installation de fabrication d'urée. On suppose que l'installation en question a une production moyenne de 1500 tonnes d'urée par jour, que le volume des gaz dissous dans les réactifs est de 410 m 3 normaux par heure, et que la composition est la suivante H2 51,47 % en volume N2 40,73 X 7".56 X CO 0,12 % en volume CH3 0,12 % L'appareil de décomposition fonctionnant sous haute pres- sion reçoit 333 m3 normaux d'air de passivation par heure. Tous ces gaz sont libérés de la solution réactionnelle et sont retirés de l'installation par le haut de la colonne de rectification de l'ammoniac: cette dernière fonctionne sous environ 18,3 bars. Les gaz de tête de cette colonne 12, après une condensation initiale de la majeure partie de l'ammoniac dans l'échangeur 8, sont séparés de cet ammoniac dans le séparateur 1, et l'ammoniac ainsi sparé est enlevé par la canalisation 9 et utilisé dans d'autres unités de l'instal- lation. Les gaz saturés d'ammoniac à la température du sépa- rateur 1 (350C) ont la composition suivante H 211,0 m3 normaux par heure CH4 0,5 CO 0,5 N +Ar 430,0 101,0 NH 2977,0 et doivent être envoyés par la canalisation 2 vers l'absorbeur 6 dans lequel l'ammoniac est récupéré après avoir îé absorbé avec l'eau arrivant par la canalisation 7. En débarrassant ce gaz de son ammoniac, on obtient un mélange gazeux ayant la composition suivante: gaz inflammable 28,54 % en volume dont H2 = 28,40 % CH4 = 0,07 % CO = 0,07 % N2 + Ar 57,87 % 2 13,59 % Comme on peut le voir dans le diagramme de la figure 2 (qui montre les limites d'explosibilité du gaz) le point re- présentatif pour le gaz D est à l'intérieur de la zone d'ex- plosibilité; sur le diagramme triangulaire A = 100 % de 02> B = 100 % de gaz inertes et C = 100 % de gaz inflammables. Inversement, quand on opère selon la présente invention, les gaz de la canalisation 2 sont mélangés au point 11 avec les gaz sortant du cycle de synthèse de l'ammoniac (production d'ammoniac 865 tonnes par jour) qui arrivent par la canalisa- tion 3: ces gaz ont le débit et la composition suivante: Débit 7633 m3 normaux par heure Composition H = 54,86 % en volume CH4 = 10,92 % N2 = 21,94 % NH3= 12,28 % NH3 = 12,28 vers H2 CH3 CO N + N2 + O2 NH3 suive ,00 % en volume Le mélange gazeux qui est envoyé par la canalisation 4 l'absorbeur 6 a la composition suivante: = 4398,0 m3 normaux par heure = 833,5 = 0,5 Ar = 2105,0 " = 110,0 " = 3914,0 " 11352,0 m3 normaux par heure. Après avoir éliminé l'ammoniac, le gaz a la composition tnte: 59,14 % en volume 11,21 % " 28,30 % " 1,35 % " gaz inflammable total ,35 % en volume Le diagramme de la figure 3, qui est tout à fait simi- laire à celui de la figure 2, indique les limites d'explosi- bilité de ce dernier mélange gazeux et son point représenta- tif D est largement au-delà de cette limite. A, B.et C ont les memes significations que sur la figure 2. H2 CH4 N2 + Ar R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé pour supprimer l'explosibilité des gaz sor- tant des installations de production de l'urée, caractérisé par le fait que lesdits gaz libérés sont mélangés avec un ou plusieurs des flux gazeux qui sont disponibles dans les ins- tallations de fabrication de l'ammoniac, et qui sont consti- tués par H2 de 0,1 % à 77 % en volume; N2 de 0,1 à 29 % en volume; CO et/ou C02 et/ou Ar et/ou He de 0,1 à 50 % en vo- lume, et du méthane pour compléter à 100 % en volume. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le flux disponible dans les installations de synthè- se de l'ammoniac est un élément choisi parmi: a) le flux de gaz naturel, essentiellement constitué de méthane, b) le flux provenant du reforming à la vapeur du méthane essentiellement constitué de H2, N2, CO et C02 c) le flux des gaz provenant du reforming à la vapeur débarrassé de C02; et d) le flux d'azote et d'hydrogène saturé d'ammoniac et éventuellement saturé d'eau, contenant Ar, He et CH4; et provenant de l'installation de fabrication de l'am- noniac.