Brevet FR2480280A1 — publié le 19811016

"Perfectionnements aux procédés pour la synthèse de l'urée". L'invention concerne des perfectionnements aux procédés pour la mise en oeuvre desquels on utilise un équipement comportant des matériaux du type carbure de silicium. La corrosion de matériaux de construction dans une ins- tallation de synthèse d'urée constitue un sérieux problème étant donné que la mise en oeuvre d'un procédé pour la syn- thèse de l'urée implique la manipulation d'un fluide de traitement hautement corrosif et qui se trouve porté à une haute température et sous une haute pression. En particu- lier, un manodétendeur nécessite l'utilisation d'un matériau spécial, la valve étant située entre une tour de synthèse (dans laquelle est introduit un fluide de traitement sous une pression de 150 à 250 atmosphères pour la synthèse d'u- rée) et un récipient de décomposition dans lequel on sépare et on récupère l'ammoniac et le bioxyde de carbone n'ayant pas réagi. La raison pour laquelle il est nécessaire d'uti- liser un matériau spécial est que l'on doit amener dans l'ap- pareillage un fluide de traitement à haute température et sous une haute pression, et hautement corrosif, la pression dudit fluide étant abaissée par le manodétendeur et en sor- tant ensuite à une grande vitesse. Des dommages excessifs, imputables à des causes chimiques et physiques et qui sont dus à la corrosion et à une érosion provoquée Dar la cavita- tion, apparaissent donc dans des portions du manodétendeur, ce qui rend très brève la durée de service utile d'un tel agencement quand il est construit en utilisant un matériau ordinaire. D'une manière classique, un alliage du type communément dénommé "acier inoxydable', ou bien le zirconium ou un allia- ge de zirconium, ont constitué les matériaux utilisés pour établir l'équipement servant à la mise en oeuvre d'un procé- dé pour la synthèse d'urée. - Par exemple, un acier inoxydable austénitique, quand on l'utilise comme matériau pour établir l'équipement de trai- tement, soulève un problème parce que sa résistance insuffi- sante à la corrosion provoque une dissolution de matière par suite de corrosion en cours d'utilisation; il en résulte une défaillance prématurée du manodétendeur. D'autre part, on a tenté d'utiliser du zirconium et un alliage de zirconium pour réaliser effectivement la synthèse d'urée car ces matériaux possèdent une haute résistance à la corrosion dans les fluides de traitement pour cette synthè- se. Mais la dureté du zirconium et d'un alliage de zirco- nium est faible; par exemple, la dureté du zirconium à un degré de pureté de 99,5 % n'est que de 150 degrés Brinell, c'est-à-dire à peu près la même que celle d'un acier doux. Le zircoriuii et un El13iage de zirconium sont donc vulnéra- bles à une attaque physique et, par exemple, dans,une ins- tallation pour la synthèse d'urée o se trouve agencé un manodétendeur en zirconium, cet appareil est rapidement en- dommagé par érosion due à une cavitation pendant la mise en circulation d'eau ordinaire ou d'eau ammoniacale avant la production d'urée, ce qui a pour résultat un fonctionnement de plus en plus défectueux dudit manodétendeur. Récemment, en vue de résoudre ce problème, on a eu recours d'abord à un manodétendeur établi en un matériau physiquement résis- tant tel que de l'acier inoxydable pendant l'opération de mise en circulation d'eau ordinaire ou d'eau ammoniacale, après quoi on remplace cet appareil par un autre manodéten- deur établi en un matériau hautement résistant à la corro- sion, tel que du zirconium,avant la mise en marche de l'o- pération de production d'urée. Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, la technique présentement pratiquée consiste à utiliser un manodétendeur établi en un premier matériau et que l'on remplace par un manodétenteur construit en un autre matériau choisi selon le type du fluide qui s'écoule au travers de l'appareil, mais cette façon d'opérer rend natu- rellement incommode et inefficace le fonctionnement d'une installation pour la synthèse d'urée et, en même temps, fait apparaître la possibilité d'un dommage inattendu provoqué par la variation des conditions opératoires aussi bien qu'un problème de sécurité d'une installation qu'il faut faire fonctionner à une haute température et sous une haute pres- sion. En résumé, l'invention a pour objet de réaliser un pro- cédé pour la synthèse d'urée qui permette de prolonger long- temps l'opération de synthèseavec une haute stabilité quel- les que soient les conditions opératoires, en résolvant les problèmes susmentionnés d'érosion (due à une cavitation) et de corrosion observables lors de la mise en oeuvre d'un pro- cédé de synthèse d'urée en utilisant du carbure de silicium dans des portions de l'appareillage susceptibles de subir des dommages. La figure unique du dessin ci-annexé représente schéma- tiquement, en coupe, un dispositif utilisable lors de la mi- se en oeuvre d'un procédé selon l'invention. On décrit ci-après en détail un mode de réalisation d'un procédé selon l'invention. Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, on observe une forte tendance, lors de la.mise en oeuvre d'un procédé pour la synthèse d'urée, à une érosion (due à la cavitation) et à une corrosion excessives dans un équipement tel qu'un mano- détendeur. Pour empocher que de tels phénomènes dommagea- bles interviennent, il est nécessaire d'utiliser des maté- riaux possédant une haute résistance à la corrosion et une haute résistance à l'usure dans un équipement susceptible d'une telle corrosion et d'une telle érosion par suite de cavitation, comme on l'a mentionné cidessus. Le carbure de silicium est un matériau qui satisfait à ces exigences. Les matériaux du type carbure de silicium comprennent soit un matériau constitué uniquement par du carbure de silicium (carbure de silicium simple), soit un matériau revêtu dans lequel une substance de base (choisie parmi des métaux, des matières céramiques ou du graphite) est revêtueavec du car- bure de silicium en ayant recours à une technique de forma- tion de revêtement telle la pulvérisation et la projection dans un plasma, la formation chimique d'un dépôt à partir d'une vapeur, ou la formation physique d'un dépÈt à partir d'une vapeur. Un matériau du type carbure de silicium ayant une forte densité (poids spécifique non inférieur à 2,9) est préférable à d'autres matériaux du type carbure de silicium. On décrit ci-après, en se référant au dessin ci-annexé, un mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, on utilise un matériau du type carbure dans le manodétendeur. La figure unique du dessin montre schématiquement, en coupe, un manodétendeur comprenant un corps de valve 1, un orifice 2 d'entrée de fluide, un obturateur du type pointeau 3, et un siège annulaire 5. Un fluide de traitement à haute température et sous haute pres- sion pénètre dans le corps de velve 1 par l'orifice d'entrée 2 et s'écoule au travers de l'espace resté libre entre la pointe 4 de l'obturateur 3 et le bord supérieur de la surfa- ce intérieure du siège annulaire 5 de la valve, la pression du fluide de traitement se trouvant alors abaissée. Le taux de l'abaissement de pression est commandé et réglé par un déplacement vertical, dans un sens ou dans l'autre, de l'ob- turateur 3 de la valve servant de manodétendeur. En foncti- onnement effectif, la pointe 4 de l'obturateur et la surface intérieure 6 sont exposées au fluide de traitement circula-nt à grande vitesse et se trouvent par conséquent soumises à une corrosion et à une érosion excessives du fait de la ca- vitation. Il est donc nécessaire d'utiliser, pour consti- tuer ces portions du manodétendeur, des matériaux possédant une haute résistance à la corrosion et une haute résistance à l'usure. Dans les modes de réalisation de la présente in- vention, on se sert d'un matériau du type carbure de sili- cium. Bien que, dans l'exemple ci-dessus, on ne décrive qu'un manodétendeur, il ne faut pas perdre de vue que des maté- riaux du type carbure de silicium sont utilisables aussi dans toute portion d'un équipement du genre en question qui est exposée à un fluide hautement corrosif dans des installa- tions servant à la synthèse de l'urée, et que de tels maté- riaux sont plus spécialement efficaces dans des zones o circule un fluide à grande vitesse. Par exemple, l'utilisa- tion de matériaux du type carbure de silicium est très effi- cace et intéressante dans des valves agencées dans des cana- lisations de recyclage. En ce qui concerne la présente invention, des procédés dans lesquels on utilise des matériaux du type carbure de silicium sont les procédés classiques pour la synthèse de l'urée. Grâce à la mise en oeuvre de la présente invention, l'utilisation de carbure de silicium hautement résistant à la corrosion et résistant à l'usure dans des installations o s'effectue la synthèse de l'urée a permis d'éliminer la nécessité de remplacer des valves qui sont endommagées par suite d'une corrosion, ou d'une érosion provoquée par la cavitation, en cours de fonctionnement, ou la nécessité de changer des valves pour les remplacer par des valves éta- blies en des matériaux différents selon le type du fluide de traitement utilisé, ces nécessités s'imposant par suite du manque de matériaux appropriés. L'utilisation de carbure de silicium a aussi permis d'éviter les dommages causés par des variations des conditions opératoires, tout en améliorant là sécurité et la stabilité au cours du fonctionnement d'une installation o s'effectue la synthèse d'urée à de hautes températures et sous de hautes pressions, le rendement de l'installation étant en même temps amélioré. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la synthèse de l'urée lors de la mise en oeuvre duquel on utilise, pour constituer l'équipement, de-s matériaux du type carbure de silicium, lequel procédé est caractérisé en ce que l'on utilise lesdits matériaux du type carbure de silicium dans des portions de l'équipement susceptibles de subir une corrosion et une érosion provoquée par des phénomènes de cavitation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un matériau uniquement constitué par du carbure de silicium, c'est-à-dire sous forme d'une substance simple. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise le carbure de silicium sous forme d'un matériau de revêtement. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise lesdits matériaux du type carbure de silicium dans des agencements du type manodétendeur.