Reactor tubular e instalación para la fabricación de especialmente sulfato amónico-urea.

Reactor tubular, que comprende un cuerpo tubular 14 y una cabeza de reactor 1,

en el que la cabeza de reactorcomprende:

- unos medios (3, 3A) para la inyección axial de ácido,

- unos medios (2, 2A) para la inyección de una base, y

- una cámara de reacción (3A, 2A),

caracterizado porque:

- la cabeza de reactor comprende además unos medios (1, 1A) para el suministro de un componente sensibleal calor y/o a ácido, y porque:

- los medios (3, 3A) para la inyección axial de ácido presentan un cono 3A,

- los medios (2, 2A) para la inyección de la base incluyen una entrada (8), presentan un cono (2A) en suextremo aguas abajo, y forman una primera cámara anular circundante a los medios (3, 3A) para la inyecciónde ácido,

- los medios (1, 1A) para el suministro de un componente sensible al calor y/o a ácido incluyen una entrada (7),presentan una sección convergente (1A) en su extremo posterior y forman una segunda cámara anularcircundante a los medios (2, 2A) para la inyección de base, y

- la cámara de reacción está formada por la zona entre el extremo del cono 3A y 2A.

Reactor tubular e instalación para la fabricación de especialmente sulfato amónico-urea.

La invención se refiere al diseño de un reactor tubular selectivos y a una instalación para producir diversas mezclas que se enfrenta a un problema común: cómo hacer reaccionar preferentemente un ácido y una base dentro de un flujo de un componente o mezcla de componentes sensible al calor y/o a ácidos sin descomponerlos, o descomponiendo preferentemente uno de los componentes. Un reactor que podría utilizarse para la producción de sulfato amónico-urea (UAS) resulta de especial interés.

Los reactores tubulares para la preparación de sales amónicas son conocidos a partir de, por ejemplo, las patentes US nº 2.568.901, nº 2.755.176 y nº 5.904.906. Estos reactores permiten hacer reaccionar un ácido y una base, pero no pueden utilizarse para una reacción en la que se introduzca un tercer componente.

La producción comercial actual de sulfato amónico-urea (UAS) se consigue mezclando físicamente los dos compuestos mediante un procedimiento de adición de sulfato amónico sólido pulverizado a urea fundida en una etapa de granulación, tal como un tambor o una placa, tal como se describe en la patente US nº 3.785.796. Ésta se denomina "ruta sólida". Aparentemente es un procedimiento bastante sencillo. Sin embargo, adolece de graves desventajas, tanto desde un punto de vista económico como del procedimiento.

La reacción de síntesis del sulfato amónico (AS) en solución de urea se describe en la patente US nº 3.928.015 como una reacción en dos etapas. Una solución de bisulfato y amonio reacciona en la solución de urea, produciendo AS esencialmente anhidro en una mezcla con urea fundida en un reactor simple y económico de tipo tanque o de tipo tubos.

El bisulfato corresponde al producto preparado mediante la reacción de un mol de ácido sulfúrico con un mol de amonio, mientras que el sulfato amónico corresponde al producto preparado haciendo reaccionar un mol de ácido sulfúrico con dos moles de amonio. La primera amoniación de ácido sulfúrico (que conduce a bisulfato) es más exotérmica que la segunda.

Sin embargo, la producción in situ de AS en solución de urea es un reto, ya que el ácido reacciona rápidamente con urea, comportando pérdidas de la misma. Lo anterior limita significativamente las ventajas de cualquier ruta líquida respecto a la ruta sólida para la producción de UAS, en el caso de que las pérdidas sean excesivamente altas. El bisulfato es menos agresivo con la urea que el ácido sulfúrico. Según la patente US nº 3.928.015, el bisulfato se sintetiza separadamente con el fin de minimizar la descomposición de la urea. De esta manera no se aprovecha completamente el calor liberado por la primera amoniación.

El objetivo de la invención consiste en diseñar un reactor que permita reaccionar un ácido y una base dentro de un flujo de calor y/o componente sensible a ácido sin descomponerlo. Otro objetivo consiste en diseñar un reactor adecuado para la producción de UAS. Un objetivo adicional consiste en diseñar una instalación especialmente para la producción de UAS.

Dicho objetivo y otros objetivos de la invención se alcanzan con el reactor descrito posteriormente, y la invención se define y caracteriza adicionalmente mediante las reivindicaciones de patente adjuntas.

La invención se ilustra adicionalmente haciendo referencia a las figuras, en las que:

la figura 1 muestra un reactor tubular con prerreactor, mezclador y lavadores.

la figura 2 muestra un reactor cruzado tubular estándar.

De esta manera, la invención se refiere a un reactor tubular tal como se describe en la reivindicación 1, especialmente para la producción de UAS, que comprende un cuerpo tubular y una cabeza de reactor, en el que la cabeza de reactor presenta medios para la inyección axial de ácido y medios para la inyección de amonio. El amonio puede encontrarse libre y/o ligado y/o mezclado. Además, presenta un medio para el suministro de urea y una cámara de reacción en la que se potencian las reacciones de ácido y amonio antes de entrar en contacto con la urea. El reactor tubular podría utilizarse para hacer reaccionar otro ácido y base con otros componentes sensibles al calor y/o a ácido que no son urea.

Resulta preferente que un prerreactor destinado a la neutralización previa del ácido se disponga antes de la cabeza del reactor. El prerreactor podría ser un reactor tubular o un neutralizador de cuba. Preferentemente el prerreactor es parte del reactor tubular principal y presenta una entrada para el amonio u otra base. El amonio puede encontrarse libre y/o ligado y/o mezclado. Puede disponerse un mezclador para la dilución de ácido anteriormente a la cabeza del reactor. La cabeza del reactor presenta una sección convergente en su extremo final. Los medios para la inyección de amonio u otra base incluyen una entrada correspondiente a una cámara anular circundante al inyector de ácido. La entrada preferentemente es tangencial. La cámara anular presenta un cono en su extremo final. Los medios para el suministro de urea u otro componente sensible comprenden una entrada y una cámara anular

circundante al amonio u otro inyector de base.

La invención se refiere asimismo a una instalación tal como se describe en la reivindicación 7 para la preparación de sulfato amónico-urea dotada de un reactor tubular que comprende un cuerpo tubular y una cabeza de reactor, en el que la cabeza del reactor presenta medios para la inyección axial de ácidos, medios para la inyección de amonio, medios para el suministro de urea y una cámara de reacción en la que ácido y amonio pueden reaccionar antes de entrar en contacto con la urea, un separador para separar el vapor producido a partir de la suspensión de UAS y medios para recibir el vapor. El amonio puede encontrarse libre y/o ligado y/o mezclado.

Resulta preferente que la cabeza del reactor se encuentre precedida por un prerreactor, el cual presenta medios para la inyección de amonio, medios para el suministro de ácido y una cámara de reacción. Puede disponerse un mezclador para la dilución de ácido anteriormente a la cabeza del reactor. Los medios para recibir el vapor preferentemente son un lavador que podría diseñarse en dos etapas diferentes. El lavador preferentemente presenta medios para reciclar la solución de lavado hasta la entrada de la urea 7 y/o hasta el inyector de ácido. Después del separador podría introducirse un tanque de venteo. La producción de sulfato amónico-urea preferentemente es un procedimiento final de una instalación de urea.

La descripción completa presentada posteriormente se basa en la producción de sulfato amónico-urea (UAS) , es decir, una mezcla de urea y sulfato amónico. La urea es sensible tanto al calor como a la acción del ácido sulfúrico. El sulfato amónico se produce dentro de la solución de urea mediante la reacción del ácido sulfúrico con amonio y conservando, en el máximo grado posible, el componente urea de la degradación prohibitiva.

Sin embargo, los mismos principios y conceptos equivalentes pueden utilizarse para otras mezclas diversas, en las que dicha síntesis in situ resulta de mayor interés que una síntesis diferenciada seguida de una simple etapa de mezcla.

Existen muchas ventajas a la síntesis in situ. Un reactor tubular resulta muy fácil de operar, de iniciar y de cerrar. El calor de la síntesis del sulfato amónico (AS) permite la evaporación del agua a partir de la solución de urea. De esta manera, puede ahorrarse la etapa de evaporación, así como utilidades (especialmente vapor) . La síntesis in situ produce cristales muy finos de AS, especialmente adecuados para el procedimiento de granulación siguiente, y resulta en un producto más homogéneo que el obtenido mediante la ruta sólida. Finalmente, la implementación de la síntesis in situ de UAS en una instalación de urea de reciclado total o parcial permite reforzar la capacidad de urea de manera significativa.

DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO: producción in situ de UAS

La producción in situ de UAS resulta especialmente interesante como procedimiento final de una instalación de urea.

Los componentes y reactivos se introducen en un reactor tubular. El flujo de salida del reactor se descarga en un separador con el fin de separar el vapor producido a partir de la suspensión de UAS. La suspensión puede... [Seguir leyendo]

1. Reactor tubular, que comprende un cuerpo tubular 14 y una cabeza de reactor 1, en el que la cabeza de reactor

comprende: 5

- unos medios (3, 3A) para la inyección axial de ácido,

- unos medios (2, 2A) para la inyección de una base, y

- una cámara de reacción (3A, 2A) ,

caracterizado porque:

- la cabeza de reactor comprende además unos medios (1, 1A) para el suministro de un componente sensible al calor y/o a ácido, y porque:

- los medios (3, 3A) para la inyección axial de ácido presentan un cono 3A,

- los medios (2, 2A) para la inyección de la base incluyen una entrada (8) , presentan un cono (2A) en su extremo aguas abajo, y forman una primera cámara anular circundante a los medios (3, 3A) para la inyección de ácido,

- los medios (1, 1A) para el suministro de un componente sensible al calor y/o a ácido incluyen una entrada (7) , presentan una sección convergente (1A) en su extremo posterior y forman una segunda cámara anular circundante a los medios (2, 2A) para la inyección de base, y

- la cámara de reacción está formada por la zona entre el extremo del cono 3A y 2A.

2. Reactor tubular según la reivindicación 1, en el que está dispuesto un prerreactor para la preneutralización del ácido aguas arriba de la cabeza del reactor.

3. Reactor tubular según la reivindicación 2, en el que el prerreactor es un reactor tubular o un neutralizador de cuba.

4. Reactor tubular según la reivindicación 3, en el que el prerreactor forma parte del reactor tubular principal y los

medios para la inyección de amonio u otra base incluyen una entrada (9) . 35

5. Reactor tubular según la reivindicación 1, en el que un mezclador (12) para la dilución del ácido se dispone aguas arriba de la cabeza del reactor.

6. Utilización del reactor según la reivindicación 1, para la producción de sulfato amónico-urea (UAS) , mediante la utilización de los medios (3, 3A) para la inyección axial de ácido para suministrar ácido sulfúrico, los medios (2, 2A) para la inyección de una base para suministrar amonio, y los medios (1, 1A) para el suministro de un componente sensible al calor y/o a ácido para suministrar urea.

7. Instalación para la fabricación de sulfato amónico-urea, caracterizada porque: 45

- presenta un reactor tubular según la reivindicación 1, y en la que

- se inyecta ácido sulfúrico por los medios (3, 3A) para la inyección axial de ácido,

- se inyecta amonio por los medios (2, 2A) para la inyección de una base, y

- se inyecta urea por los medios (1, 1A) para el suministro de un componente sensible al calor y/o a ácido.

8. Instalación según la reivindicación 7, en la que la cabeza de reactor (1) está precedida por un prerreactor, que presenta unos medios (9) para la inyección de amonio, unos medios (4) para el suministro de ácido y una cámara de reacción (4A) .

55 9. Instalación según la reivindicación 7, en la que está dispuesto un mezclador (12) para la dilución del ácido aguas arriba de la cabeza del reactor.

10. Instalación según la reivindicación 7, en la que los medios para recibir el vapor son un lavador (S1, S2) .

11. Instalación según la reivindicación 10, en la que el lavador es concebido en dos etapas diferentes (S1, S2) .

12. Instalación según la reivindicación 10 u 11, en la que el lavador presenta unos medios 11 para el reciclado de una solución de lavado a los medios (1, 1A) para el suministro de un componente sensible al calor y/o a ácido y/o a los medios (3, 3A) para la inyección axial de ácido.

13. Instalación según la reivindicación 7, en la que el separador es seguido por un tanque de venteo.

14. Instalación según la reivindicación 7, en la que la producción de sulfato amónico-urea es un procedimiento final de una instalación de urea.