Brevet FR2534910A1 — publié le 19840427

PROCEDE POUR REALISER LA FABRICATION COMBINEE D'XONIAC ET D'UREE L'invention concerne un procédé pour la fabrication combinée d'ammoniac et d'urée, selon lequel on soumet le gaz ammoniac de synthèse constitué essentiellement par de lthydrogène, de l'azote et du gaz carbonique à un lavage sous pression à des températures égales au maximum à la température ambiante afin d'éliminer les impuretés acides, notamment du gaz carbonique, avec un solvant à action physique, à la suite de quoi on réalise une détente partielle du solvant déchargé afin d'éliminer des substances inertes sous forme gazeuse , on le régénère ensuite sans l'action d'une pression et on le soumet à nouveau au lavage sous pression et on utilise le gaz carbonique libéré lors de la régénération pour réaliser la synthèse de 1 'urée. Comme cela est connu par exemple d'après le brevet allemand NO 27 21 462, lors de la synthèse de l'urée on part d'un mélange d'hydrogène et d'azote, à partir duquel on fabrique tout d'abord de 1'ammoniac, puis on utilise cet ammoniac pour la synthèse de l'urée. On soumet tout d'abord les gaz de synthese~de l'ammoniac constitues essentiellement;r de l'hydrogène, par de l'azote et par du gaz carbonique, à un lavage afin d'éliminer le gaz carbonique. A partir du solvant sélectif de cette colonne de lavage, il apparait à nouveau sans l'action d'une pression, dans la colonne de régénération disposée en aval, une libération de gaz carbonique qui est alors exploitée dans le cadre de la synthèse de l'urée. Pour une synthèse ultérieure de lz'l.urée, ce procédé présente cependant comme inconvénient le fait que ce gaz carbonique doit être comprimé de la pression atmosphérique à la pression de la synthèse de l'urée, qui est d'environ 16.106 Pa, ce qui rend nécessaire une dépense très élevée d'énergie. C'est pourquoi la présente invention a pour but de concevoir un procédé du type indiqué plushaut de telle sorte que le gaz carbonique libéré puisse etre délivré, à une pression d'alimentation,à l'installation de fabrication de l'urée, d'une manière simple et bon marché, c'est- à-dire permettant une économie d'énergie. Ce problème est résolu conformément à llinven- tion grace au fait qu'après la détente partielle, on amène la pression présente au-dessus du solvant chargé à une valeur intermédiaire, qu'on chauffe le solvant chargé afin de réaliser le dégagement partiel du gaz carbonique, qu'on soumet le solvant ainsi partiellement régénéré à la régénération finale sans l'action d'une pression et qu'on re froidit le gaz carbonique dégagé et qu'on 1 'évacue à la pression intermédiaire. L'invention est basée sur la connaissance du fait que le gaz carbonique dissous physiquement se dégage au moins partiellement du solvant déjà à des pressions supérieures à la pression atmosphérique, et ce d'autant mieux que la température du solvant est élevée et que la pression est faible. En utilisant le mode opératoire conforme à l'invention, on obtient des économies importantes d'énergie lors de la synthèse ultérieure de l'urée. Conformément à l'invention, il est particulibrement avantageux d'amener la pression,en au moins une phase opératoire1 à une valeur intermédiaire comprise entre 2 et16.10 Pa, de préférence entre 4 et 8.105 Pa. La détente partielle servant à provoquer le dégagement sous forme de substances internes, dissoutes dans le fluide de lavage s'effectue, en fonction de la pression à laquelle le lavage est réalisé , à une pression qui correspond par exemple au tiers de la pression de lavage. En fonction de cette pression, on détend ou on pompe alors le fluide de lavage chargé à une pression comprise entre 2 et 16.105 Pa. Avantageusement, on chauffe alors le solvant chargé à une température comprise entre 20 et 1000C, de préférence entre 50 et 900C.Pour ces pressions et températures conformes à l'invention, on peut obtenir le dégagement d'une quantité importante de gaz carbonique, à savoir entre 50 et 90 %, qui s'accumule par conséquent sons pression. Grâce à l'utilisation de plusieurs phases de détente, on peut obtenir une quantité partielle de gaz carbonique à une pression encore plus élevée, ce qui implique une réduction supplémentaire de l'énergie de compression du gaz carbonique. Selon une autre mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, le chauffage du solvant chargé est réalisé au moyen d'un échange thermique avec le solvant déga- gé sous forme de gaz et au moyen de la chaleur perdue. La chaleur perdue peut provenir par exemple du dispositif de reformage à la valeur servant à produire le gaz ammoniac de synthèse et peut etre exploitéed'une manière profitable et ne doit par conséquent pas etre évacuéedans l'atmosphère. Selon une forme préférée de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, on peut refroidir le gaz carbonique dégagé lors de l'échange thermique avec le solvant chargé devant commencer a etre chauffé de sorte, également, qu'aucune énergie étrangère n'est nécessaire pour le refroidissement. Lorsqu'aucune exigence trop élevée ntest imposée au degré de pureté du gaz lavé, c'est-à-dire lorsque la charge résiduelle du solvant régénéré ne doit pas être trop faible, selon une variante de l'objet de l'invention ,on réalise un dégagement gazeux supplémentaire par détente du solvant à une pression faible comprise entre 0;3 et 1.105 Pa, de préférence entre 0,5 et 0,7.105 Pa lors d'une dernière phase de régénération et l'on élimine par aspiration le gaz carbonique libéré. Afin d'éliminer des perturbations dans l'alimentation en co2 à partir de l'installation de fabrication de l'ammoniac ou dans la compression du C02, il est en outre prévu conformément à l'invention de liquéfier un nou- rant partiel du yazcarbonique dégage à une pression intermédiaire, par exemple en le soumettant à un échange thermique avec du NH3 s'évaporant et en l'envoyant dans un réservoir de stockage. Ce mode opératoire présente comme avantage le fait que, dans le cas des perturbations indiquées cidessus, l'installation de fabrication de l'urée peut continuer à fonctionner pendant un certain intervalle de temps. On peut utiliser le procédé conforme à l'invention avec tous les solvants physiques, comme par exemple des alcools, des cétones, de- la N-méthylpyrrolidone, de l'éther de polyéthylèneglycol, du diméthylformamide, des glycols, de la butyrolactone. Dans le cas de l'utilisation de solvants appropriés, on peut réaliser le lavage sous pression à destempératures inférieures, auquel cas le taux de solubilité des composants devant être éliminés par lavage augmente comme cela est connu. On peut de cette manière réduire nettement la quantité de solvant, et de ce fait, il suffit d'utiliser des éléments d'appareillage de taille plus faible, qui en tralnent à leur tour, des pertes d'échange plus faibles, par exemple dans des échangeurs thermiques. Il en va de même lorsque l'on effectue le lavage à des pressionsplus élevées. La synthèse de l'ammoniac est réalisée à des 5 pressions supérieures à 200.105 Pa de sorte que le gaz frais sortant dlun dispositif de reformage à la vapeur à une pression de 30.105 Pa doit être comprimé à cette pression, auquel cas il peut apparaître des pressions intermédiaires, par exemple de 65 à 130.105 Pa. On peut alors comprimer la totalité du gaz de synthèse ainsi que le gaz carbonique à par exemple 65.105 Pa et on peut lui faire subir l'opération de lavage, à cette pression et éventuellement à une température réduite.Assurément, il faut alors dépenser une certaine énergie pour comprimer le gaz carbonique, mais à cet effet il se dégage une quantité nettement plus importante de gaz carbonique lorsque la détente et le chauffage sont réalisés conformément à l'invention, en raison de la plus faible quantité de solvant Les avantages et inconvénients du point de vue énergétique se compensent dans une large mesure, mais la quantité de solvant fortement réduite reste un avantage déterminant. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente le schéma de mise en oeuvre du procédé pour le lavage sous pression et la régénération ultérieure; la figure 2 représente une variante de mise en oeuvre de la régénération finale; et la figure 3 représente une variante de mise en oeuvre de la détente partielle. Conformément à la figure 1, un gaz de craque ge délivré par une installation non représentée servant à produire du gaz ammoniac de synthèse, qui contient des impuretés telles que des gaz acides et des gaz inertes tels que du Ar, du CO et CH4, parvient dans la partie inférieure d'une colonne de lavage 2 e Cette colonne reçoit au moyen d'une conduite 3 un solvant régénéré à la partie supérieure de la colonne et qui a une action physique. Le solvant absorbe de préférence les gaz acides, en circulant à contre-courant du gaz montant devant etre épuré, et est évacué au moyen de la conduite 4 dans un carter inférieur de la colonne. Le gaz épuré quitte la colonne de lavage au niveau de la tete de cette dernière (conduite 5). Le lavage est ef-fectué par exemple à une pressions de 306105 Pa et à la température ambiante. Donc le solvant chargé est soumis e une pression de 30.105 Pa tors du lavages outre le CO2, de faibles quantités de H2, NX, CO, CH4 et Ar se dissolvent également. Ces composants parvienent, lors de la régénération dans le CO2. Si leur teneur dans le CO2 dégagé doit etre maintenue à un niveau aussi faible que possible comme dans le cas présent, il faut prévoir le circuit suivant: On détend le solvant chargé (vanne 6) et ce par exemple à 106 Pa. Il se produit alors de préférence un fort dégagement de H2, N2, CH4 CO et Ar. Le gaz fourni par la détente partielle contient cependant également de faibles quantités de CO2 et est évacué, pour cette raison, par lux 'in- termédiaire de la conduite 8 hors du séparateur 7,est rame- né par compression réalisée au moyen d'un compresseur 9 à la pression de lavage et est soumis à nouveau à l'opération de lavage en étant renvoyé par l'intermédiaire de la conduite 10 à la cuve en pied de colonne 2 .Le recyclage des gaz inertes provoque une séparation des composants dissous conjointement par rapport au fluide de lavage chargé de CO2. Le solvant partiellement détendu est évacué par l'intermédiaire de la conduite 11 au niveau de la cuve de pied à du séparateur 7 et est détendu, conformément à l'invention, à une pression intermédiaire comprise entre 2 et 16n105 Pa, par exemple à 5.105 Pa (vanne 12). Sous cette pression, le solvant chargé est chauffé à une température comprise entre 20 et 1000C, par exemple à 800C, sous l'effet de l'échange thermique 13 avec le solvant détendu et, dans un échangeur de chaleur 14 au moyen de la chaleur perdue produite par exemple par le dispositif de reformage de la vapeur servant à produire le gaz de synthèse, et est envoyé à un séparateur 15. Lors du chauffage, il se produit un dégagement partiel de CO2, qui est d'autant plus important que la température est élevée. Pour environ 800C et 5.105 Pa, il peut se produire un dé gagement d'environ 70 X du CO2. Ce CO2 est évacué par l'intermédiaire de la conduite 16,est refroidi dans l'échangeur de chaleur 13 avec le solvant chargé devant être chauffé et est délivré, à la pression intermédiaire, au moyen d'une conduit 17, à une installation de synthèse de l'urée,situCe en aval et non représentée. Le solvant soutiré du séparateur 15 par l'intermédiaire de la conduite 18 contient encore le C02 résiduel. C'est pourquoi, pour réaliser la régénération finale, on envoie le solvant partiellement régénéré à une colonne de régénération 19 qui travaille sans l'application d'une pression. Le CO2 libéré lors de la détente est alors récupéré, sans pression, au niveau de la tete (conduite 20), et mis en réserve ou est comprimé en cas de besoin. Le solvant régénéré quitte la colonne de régénération 59 en pied de cuve et est envoyé par l'intermédiaire de la conduite 21 de l'échangeur de chaleur 13 en vue d'être refroidi et est entrainé au moyen d'une pompe 22, en traversant l'échangeur de chaleur 23 et éventuellement 24 et la conduite 3, jusqu'à la tete de la colonne de lavage 2. Dans le cas où l'on n'exige pas du gaz lavé qu'il possède une pureté en Co2 trop élevée, on peut réaliser un dégazage de grande ampleur en détendant le solvant à une basse pression comprise entre 0,3 et 1.105 Pa, sans chauffage eomplémentaire, Cette variante est représentée schématiquement sur la figure 2. Le solvant chargé provenant de la conduite 18 est détendu (vanne 25) et est envoyé à un dispositif 26 de dégazage à dépression. Le CO2 alors libéré est évacué en étant aspiré par une pompe 27 et, comme cela a été décrit ci-dessus, subit un traitement complémentaire Le solvant régénéré quitte le dispositif de dégazage à dépression 26 par l'intermédiaire de la conduite 21 et est ramené par pompage (22) à la colonne de lavage 2, comme cela a déjà également été décrit. La variante représentée sur la figure 3 sert à réaliser la détente partielle du solvant Conformément à cette variante, le solvant chargé sortant dans la conduite 4 n'est pas détendu au moyen d'une vanne 6, mais dans une turbine hydraulique 28. De ce fait, on peut récupérer de l'énergie électrique correspondant au gradient de pression. Le solvant détendu est envoyé ensuite, de la manière déjà décrite, au séparateur 7 qui recycle les gaz inertes et le solvant chargé est soumis à un-traitement ultérieur. Note du traducteur: te mot allemand "Spaltgas!' a été traduit par simplification par gaz de craquage. Il s'agit én fait plus généralement de gaz issu de dissociations décomposition, de craquage ou équivalents. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication combinée d'ammoniac et d'urée, selon lequel on soumet le gaz ammoniac de synthèse constitué essentiellement par de l'hydrogène, de l'azote et du gaz carbonique à un lavage sous pression (en 2) à des températures égales au maximum à la température ambiante afin d'éliminer des impuretés acides, notamment le gaz carbonique, avec un solvant à action physique, à la suite de quoi on réalise une détente partielle (en 6) du solvant chargé afin d'éliminer des substances inertes, absorbées conjointement en les amenant à l'état gazeux, on le régénère ensuite (en.19) sans l'application d'une pression et on le soumet à nouveau au lavage sous pres sinon (en 2) et on utilise le gaz carbonique libéré lors de la régénération (en 19) pour réaliser la synthèse de l'urée, caractérisé en ce qu'après la détente partielle (en 6) on amène (en 12) la pression du solvant chargé à une valeur intermédiaire, qu'on chauffe (en 13) le solvant chargé afin de réaliser le dégagement partiel du gaz carbonique, qu'on soumet (en 19) le solvant ainsi partiellement régénéré à-la dernière phase de régénération sans pression (en 19) et qu'on refroidit (en 13) le gaz carbonique dégagé lors du chauffage et on qu'on i 'évacue à la pression intermédiaire 2.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on amène la pression, dans au moins une phase opératoire (en 12), à une valeur intermédiaire (entre 2 et 16.105 Pa, de préférence entre 4 et 8.p05 Pa). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on chauffe (en 14) le sol Vant chargé à la température comprise entre 20 et 100oye, de préférence entre 50 et 900C,pour réaliser le dégagement partiel (en 14) du C02. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on réalise le chauffage (en 13) du solvant chargé au moyen d'un échange thermique (en 14) avec le solvant détendu et au moyen de la chaleur perdue. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce quion refroidit le gaz carbonique degage en lui faisant subit un échange thermique (en 13) avec le solvant chargé devant être chauffé. 6. Procédé selon une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que la dernière phase de régénération (en 25) est réalisée à une pression comprise entre 0,3 et 1.105 Pa,-de préférence entre 0,5 et 08?.10- Pa et que le gaz carbonique alors libéré est éva cue par aspiration (en 27). 7. Procédé selon l'une quelconque des reven dications I à 6, caractérisé en ce qu'un courant partiel du gaz carbonique dégage après un dégazage partiel est liquéfié et est envoyé dans un réservoir de stockage.