ES2623609T3 - Proceso y equipo para la recuperación de amoníaco de una corriente gaseosa - Google Patents

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Abstract

Un proceso para la recuperación de amoníaco y urea contenidos en una corriente gaseosa, incluyendo dicho proceso las fases siguientes: (a) someter la corriente gaseosa conteniendo amoníaco y urea a un lavado con una solución acuosa de lavado que tiene un pH del orden de 5 a 6,5, con la formación de una corriente gaseosa purificada y una solución acuosa conteniendo una sal de amonio; (b) someter la solución acuosa conteniendo la sal de amonio procedente de la fase (a) a un proceso de destilación con una membrana microporosa hidrófoba - con la formación de una solución de lavado regenerada y una corriente gaseosa incluyendo NH3 y H2O, reciclándose dicha corriente gaseosa incluyendo NH3 y H2O a un proceso de síntesis de urea o a un proceso de síntesis de amoníaco; (c) reciclar dicha solución de lavado regenerada a la fase (a); donde la fase (b) se lleva a cabo a una temperatura del orden de 100 a 200°C y una presión del orden de la presión atmosférica a 2 MPa absoluto.

Description

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DESCRIPCION
Proceso y equipo para la recuperacion de amomaco de una corriente gaseosa
La presente invencion se refiere a un proceso para la recuperacion de amomaco de una corriente gaseosa.
El proceso, objeto de la presente invencion, es especialmente adecuado para la recuperacion de amomaco de una corriente gaseosa procedente de un proceso de smtesis de urea.
Las emisiones de amomaco gaseoso a la atmosfera producidas por numerosas actividades industriales representan un problema medioambiental especialmente significativo.
Con el fin de limitar el impacto medioambiental asociado con este contaminante, las normas medioambientales nacionales e internacionales estan imponiendo limitaciones cada vez mas restrictivas a las emisiones a la atmosfera procedentes de procesos industriales. Por lo tanto, se siente intensamente la necesidad de hallar nuevas soluciones tecnicas para reducir el amomaco en las emisiones industriales o para recuperar amomaco de estas corrientes, considerando el alto valor comercial de esta sustancia como materia prima en numerosos procesos industriales.
En particular, el proceso de smtesis de urea es un proceso industrial que genera altos volumenes de corrientes gaseosas conteniendo amomaco.
La smtesis de urea se efectua por la reaccion de amomaco y dioxido de carbono a presion y temperatura altas, la posterior separacion de la urea de la mezcla conteniendo los productos sin reaccionar y el reciclado de los mismos al reactor.
Por lo tanto, todos los procesos industriales para la preparacion de urea se basan en la smtesis directa segun la reaccion siguiente:

2 NH3 + C02 o CO (NH2)2 + H20 (A)
Esta smtesis tiene lugar en dos pasos de reaccion distintos:

NH3 + C02 o (NH2)COONH4 (A’)

(NH2)COONH4 o CO (NH2)2 + H20 (A")
En el primer paso (A') tiene lugar una reaccion de equilibrio exotermica que tiene una alta velocidad de reaccion a temperatura ambiente, que, sin embargo, a las altas temperaturas que precisa el paso (A”), requiere altas presiones para llegar a un equilibrio favorable.
En el segundo paso (A”) tiene lugar una reaccion endotermica, que solamente alcanza una velocidad significativa a altas temperaturas (> 150°C), con un estado de equilibrio que, a 185°C, comenzando en una mezcla de reactivos en una relacion estequiometrica, da lugar a una conversion de CO2 ligeramente superior a aproximadamente 50%. Esta conversion insatisfactoria puede incrementarse convenientemente elevando la relacion NH3/CO2.
Los procesos para la produccion de urea por smtesis directa comenzando con amomaco y dioxido de carbono han sido ampliamente ilustrados y descritos en la literatura espedfica de este campo. Una amplia revision de los procesos mas comunes para la produccion de urea puede verse, por ejemplo, en “Encyclopedia of Chemical Technology” Ed. Kirk-Othmer, Wiley Interscience, 4a ed. (1998), Suplemento, paginas 597-621.
Los procesos industriales para la produccion de urea llevan a cabo normalmente la smtesis en un reactor alimentado con NH3, CO2 y con las soluciones acuosas de carbonato de amonio y/o carbamato procedente de las corrientes recicladas de los reactivos no convertidos, a temperaturas del orden de 150 a 215°C, a presiones de al menos 130 atm, con una relacion molar de NH3/CO2 de entre 2,5 y 5, calculada con respecto a la suma de las corrientes de alimentacion, incluyendo amomaco en forma de sal de amonio. Ademas del agua formada y NH3 excedente alimentado, el efluente del reactor todavfa contiene cantidades considerables de CO2, principalmente en forma de carbamato de amonio no convertido.
La urea fundida se solidifica en la seccion final de la planta, en forma granular, en granuladores adecuados o torres de perlado, por enfriamiento con aire.
Muchos de los problemas medioambientales asociados con plantas de produccion de urea estan vinculados espedficamente con dichas secciones de granulacion o perlado.
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De hecho, los procesos que son efectuados en esta seccion producen actualmente la emision a la atmosfera de grandes cantidades de aire contaminado por amomaco (aproximadamente 50-250 mg/Nm3 aire), urea (aproximadamente 20-200 mg/Nm3 aire) y trazas de formaldehftdo.
Tambien se encuentra amomaco, tambien en concentraciones relativamente altas de hasta 10 g/Nm3, en corrientes gaseosas industriales tal como las producidas en la destilacion de coque, del que puede extraerse convenientemente y usarse como materia prima en la industria.
La tecnica actual describe varios procesos de reduccion del amomaco contenido en corrientes gaseosas. Tambien se han desarrollado varios procesos industriales que permiten no solamente la separacion, sino tambien la recuperacion de amomaco puro. Para la recuperacion de amomaco de gases de coquizacion, por ejemplo, la patente US 3.024.090 describe un proceso en el que los gases se someten a un lavado con una solucion acida de fosfato de amonio (mezcla de fosfato monoacido y fosfato diacido), seguido de un agotamiento de la solucion. Sin embargo, este metodo no alcanza altas tasas de eficiencia y no puede aplicarse a corrientes gaseosas con bajo contenido de amomaco.
US 4.424.072 describe un proceso de reduccion de amomaco contenido en una concentracion baja en una corriente gaseosa por medio de lavado con acido, por ejemplo con acido mtrico, para obtener una sal de amonio en solucion acuosa.
En particular, cuando la corriente gaseosa conteniendo amomaco que se somete a lavado con acido es una corriente gaseosa procedente de la seccion final de perlado o granulacion de un proceso de smtesis de urea, la solucion acuosa conteniendo la sal de amonio tambien contiene urea y trazas de formaldehftdo.
La solucion acuosa conteniendo la sal de amonio no puede ser reciclada como tal a las secciones de smtesis y/o concentracion de urea, puesto que esta ultima podna contaminarse asf con sales de amonio, que son absolutamente indeseables a los efectos de algunos usos posteriores de la urea, por ejemplo para la smtesis de melamina.
Ademas, la sal de amonio asf obtenida tendna unas especificaciones tales que la hanan inutilizable, puesto que no es de ningun modo adecuada para los intereses del mercado.
El tratamiento de la solucion acuosa incluyendo la sal de amonio con un proceso de membrana electrolftica (MEP) se conoce por EP 1.695.755. Este tratamiento permite la recuperacion del acido usado para la extraccion de amomaco, evitando el reciclado de la solucion acuosa conteniendo la sal de amonio a la planta de urea, superando asf el problema de posibles contaminaciones.
La solucion propuesta en EP 1.695.755 contempla el tratamiento de la solucion acuosa incluyendo la sal de amonio con un proceso de membrana electrolftica (MEP) que permite la recuperacion del acido usado para lavar el amomaco presente en la corriente gaseosa, que puede ser adecuadamente reciclado. Tambien se obtiene una solucion acuosa de amonio hidroxido, que puede ser tratada termicamente para obtener una corriente de amomaco gaseoso que puede ser reciclado a la planta de smtesis de urea.
Sin embargo, la solucion propuesta en EP 1.695.755 tiene varios inconvenientes, en particular la produccion de amomaco a partir de la celula de electrodialisis en forma de una solucion diluida de hidroxido de amonio, que requiere un tratamiento de agotamiento termico espedfico y caro antes de ser reciclada en forma suficientemente concentrada a la planta de smtesis de urea.
Ademas, el tratamiento de la solucion acuosa incluyendo la sal de amonio con un proceso de membrana electrolftica (MEP), como el descrito en EP 1.695.755, tambien puede permitir el paso de iones no deseados que dan lugar a una solucion acuosa de hidroxido de amonio que no puede ser reciclada completamente, o a una disminucion de la eficiencia del proceso debido a la retromigracion indeseada de NH3 neutro a traves de la membrana.
Una tecnica alternativa que permite la recuperacion de amomaco gaseoso de soluciones en las que esta disuelto, es la destilacion por membrana por medio de dispositivos de membrana microporosa, conocidos como “contactores de membrana” (MC).
Los dispositivos MC son dispositivos con los que es posible poner una fase gaseosa en contacto con una fase ftquido para permitir una transferencia de masa controlada de las especies qmmicas presentes, evitando la dispersion de una fase dentro de la otra.
En destilacion por membrana, el proceso de transferencia de masa tiene lugar en la superficie de una membrana microporosa hidrofoba, mas espedficamente en la salida de los poros de la membrana. La fuerza de accionamiento de la difusion de una especie qmmica del fluido en un lado de la membrana (fluido o corriente de alimentacion) a la situada en el lado opuesto (fluido o corriente de transporte) es el gradiente de temperatura, presion y concentracion existente entre los dos fluidos.
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El proceso de separacion por medio de dispositivos MC difiere de los procesos de micro-, nano- y ultrafiltracion por osmosis inversa puesto que no requieren la aplicacion de altas diferencias de presion entre los dos fluidos en los lados opuestos de la membrana.
En procesos de destilacion por membrana, puede usarse membranas hidrofobas que tienen configuraciones diferentes, por ejemplo membranas planas, membranas enrolladas en espiral o fibras huecas.
Gracias a la alta porosidad de la membrana, este tipo de proceso de destilacion opera con una superficie de contacto mucho mayor entre los dos fluidos con respecto a la de una destilacion tradicional, con obvias ventajas desde el punto de vista de la productividad y la reduccion del tamano del equipo usado.
El tratamiento de soluciones conteniendo amomaco por medio de destilacion por membrana es conocido, por ejemplo, por la publicacion “Application of vaccum membrane distillation for ammonia removal” por EL-Bourawi y colaboradores (Journal of Membrane Science 301 (2007), 200-209).
Este documento describe que la recuperacion de amomaco es influenciada en gran medida por el pH de la solucion, demostrando que solamente es efectiva si se aplica a soluciones conteniendo amomaco en las que el pH se eleva a valores de alrededor de 11 por la adicion de agentes basificantes. A escala industrial, la separacion de amomaco realizada en las condiciones anteriores tiene la clara desventaja de usar altas cantidades de agente basificante, con un aumento consiguiente de los costos del proceso de recuperacion de amomaco.
El solicitante ha hallado ahora un proceso que permite superar los inconvenientes de la tecnica conocida descrita anteriormente, mejorando mas el proceso de recuperacion de amomaco de una corriente gaseosa.
Por lo tanto, un objeto de la presente invencion se refiere a un proceso para la recuperacion de amomaco y urea contenidos en una corriente gaseosa, incluyendo dicho proceso las fases siguientes:
(a) someter la corriente gaseosa conteniendo amomaco y urea a un lavado con una solucion acuosa de lavado que tiene un pH del orden de 5 a 6,5, con la formacion de una corriente gaseosa purificada y una solucion acuosa conteniendo una sal de amonio;
(b) someter la solucion acuosa conteniendo la sal de amonio procedente de la fase (a) a un proceso de destilacion con una membrana microporosa hidrofoba a una temperatura del orden de 100 a 200°C y una presion del orden de la presion atmosferica a 2 MPa absoluto con la formacion de una solucion de lavado regenerada y una corriente gaseosa incluyendo NH3 y H2O
(c) reciclar dicha solucion de lavado regenerada a la fase (a).
En el proceso anterior, la corriente gaseosa incluyendo NH3 y H2O que sale de la fase (b) es reciclada a una planta de smtesis de urea o a un proceso de smtesis de amomaco
Un objeto de la presente invencion tambien se refiere a equipo para llevar a cabo el proceso anterior, incluyendo:
- una unidad de lavado (depurador) en la que una corriente gaseosa conteniendo amomaco y urea se pone en contacto con una solucion acuosa de lavado,
- una unidad para someter una corriente acuosa de una sal de amonio a destilacion con una membrana microporosa hidrofoba, con la formacion de una corriente gaseosa incluyendo amomaco y H2O y una solucion de lavado regenerada, estando conectada dicha unidad de destilacion a la unidad de lavado de la que recibe la corriente acuosa de una sal de amonio; y
- un medio de calentamiento de la unidad de destilacion por membrana que consta de dispositivos de generacion de microondas.
La corriente gaseosa tratada segun el proceso de la presente invencion puede derivar de varios procesos industriales, y es preferiblemente una corriente de purga gaseosa procedente de un proceso de smtesis de urea.
La corriente de purga gaseosa puede derivar de varias secciones y equipo del proceso de smtesis de urea. En el caso preferido y mas relevante, como resultado de los volumenes de gas normalmente implicados, procede de la seccion de solidificacion de urea que, como es conocido, representa la parte de la planta de smtesis en la que la urea, fundida o en una solucion concentrada, se enfna y solidifica a una forma generalmente granular, adecuada para transporte y uso en agricultura. Varias tecnologfas de solidificacion son posibles, conociendose la mas comun y preferida, como se ha descrito previamente, como granulacion y perlado, que usan, como agente refrigerante, una corriente gaseosa en grandes volumenes.
Tambien hay, sin embargo, otras fuentes de purgar o ventilar corrientes gaseosas conteniendo amomaco como
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agente contaminante en plantas de urea, que no pueden liberarse sin un tratamiento de recuperacion adecuado, tal como las corrientes en los conductos de aspiracion situados en diferentes zonas de la instalacion, en las zonas de almacenamiento, o las corrientes para purgar los productos inertes. Todas estas corrientes pueden ser tratadas segun la presente invencion, obteniendo la doble ventaja de una mejora del impacto medioambiental y otra recuperacion de amomaco a reciclar a la planta.
La corriente de purga gaseosa procedente del proceso de smtesis de urea consta en general de un gas contaminado por amomaco (aproximadamente 50-250 mg/Nm3 gas), urea (aproximadamente 30-200 mg/Nm3 gas) mas trazas de formaldehndo.
Este gas consta normalmente de aire, pero los procesos que usan un gas inerte diferente de aire no quedan excluidos del alcance de la presente invencion; en estos casos, dicha corriente de purga gaseosa consta principalmente de dicho gas inerte.
La corriente de purga gaseosa procede preferiblemente de la planta de smtesis de urea a una temperatura de aproximadamente 45-100°C y se somete a un lavado preliminar con agua para eliminar la mayor parte de la urea y formaldelmdo presentes. Tambien en este caso, sin embargo, la corriente de purga gaseosa que se somete a la fase a) del proceso segun la presente invencion, todavfa contiene urea y trazas de formaldelmdo.
Mediante el tratamiento de la fase posterior (b), la urea hidroliza al menos parcialmente dando CO2 y NH3; esto representa una ventaja particular con respecto a los procesos de la tecnica actual, puesto que la acumulacion de urea en la solucion de lavado, como resultado del reciclado (fase (c)) de la solucion de lavado regenerada procedente de la destilacion por membrana, puede reducir progresivamente la eficiencia del depurador. Ademas, gracias a la hidrolisis parcial de la urea, es posible recuperar mas amomaco de la urea, evitando al mismo tiempo su liberacion al entorno.
La fase (a) se lleva a cabo con una solucion acuosa de lavado que tiene un pH del orden de 5 a 6,5. La temperatura de la solucion de lavado se mantiene convenientemente a 15 a 70°C.
La solucion acuosa de lavado usada en la fase (a) es preferiblemente una solucion tampon que consta de un par acido-base conjugado cuyo pH cae dentro del rango definido anteriormente. Soluciones tampon tfpicas adecuadas para la finalidad son, por ejemplo, las que constan de un par acido-base conjugado que deriva de acido ftalico, acido oxalico, acido fosforico, acido cftrico, acidos aril- y alquil-fosfonicos. La relacion molar entre acido y base conjugados se determina en base al pH deseado segun las leyes de equilibrio qmmico.
El lavado en la fase (a) se realiza mas preferiblemente con una solucion tampon que consta del par acido-base conjugado H2PO4-/HPO42- (a continuacion tambien indicado como “par fosfato diacido/fosfato monoacido”), a una temperatura del orden de 40 a 60°C.
En este caso, durante el tratamiento de la corriente gaseosa en la fase (a), las especies del par acido-base conjugado H2PO4-/HPO42- reaccionan con el amomaco gaseoso, desplazando el equilibrio hacia la formacion de (NH4)HPO4-. Incluso mas preferiblemente, la solucion tampon consta de una mezcla en equilibrio de las mismas sales de amonio (NH4)2HPO4y (NH4)H2PO4, presentes en la solucion acuosa de la fase (a) en forma disociada. La absorcion de amomaco, sin embargo, produce mas formacion de (NH4)2HPO4 y la solucion que sale de la fase (a) se enriquece por lo tanto con el amomaco presente en la corriente gaseosa tratada.
La concentracion molar general del par acido-base conjugado en la solucion de lavado usada en la fase (a) es preferiblemente del rango de 0,5 M a 5 M, mas preferiblemente de 1 M a 4 M. Las soluciones tampon adecuadas que constan del par fosfato diacido/fosfato monoacido tienen una concentracion general de las especies H2PO4- y HPO42- del orden de 20 a 40% en peso, preferiblemente de 30 a 35% en peso.
Cuando el proceso segun la presente invencion se aplica a una corriente gaseosa conteniendo amomaco procedente de una planta de smtesis de urea, la solucion acuosa conteniendo la sal de amonio que sale de la fase (a) tambien contiene urea y trazas de formaldehndo.
La corriente gaseosa que sale de la fase (a) del proceso segun la presente invencion es una corriente sustancialmente libre de amomaco. La corriente gaseosa que sale de la fase (a) consta de aire sustancialmente puro u otro gas inerte (por ejemplo nitrogeno). Si la corriente gaseosa tratada en la fase (a) procede de un proceso de smtesis de urea, por ejemplo, la corriente gaseosa que sale de la misma fase (a) tiene tfpicamente un contenido de amomaco del orden de 10 a 25 mg/Nm3 gas y un contenido de urea del orden de 5 a 30 mg/Nm3 gas. Si la corriente gaseosa purificada consta de aire o nitrogeno, puede ser liberada a la atmosfera sin tratamiento adicional puesto que cumple las normas medioambientales en vigor.
En la fase (b) del proceso segun la presente invencion, la solucion acuosa conteniendo la sal de amonio procedente de la fase (a) se somete a un proceso de destilacion por membrana hidrofoba (MD) a una temperatura del orden de 100 a 200°C y una presion del orden de la presion atmosferica a 2 MPa absoluto, con la formacion de una solucion
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de lavado regenerada, es decir sustancialmente sin amomaco, y una corriente gaseosa incluyendo amomaco, que ha pasado a traves de la membrana microporosa en forma de vapor. La corriente gaseosa tambien incluye agua en forma de vapor.
Si la corriente gaseosa alimentada a la fase (a) es una corriente de purga procedente de una planta de smtesis de urea, la corriente gaseosa que sale de la fase (b) tambien incluye preferiblemente CO2.
En la fase (b), debido a las condiciones de tratamiento aplicadas, el desplazamiento de equilibrios del par acido-base conjugado de la solucion tampon tiene lugar, conjuntamente con la formacion de amomaco neutro que es liberado en forma gaseosa a traves de los poros de la membrana. En el caso no limitador en el que se usa una solucion acuosa de lavado en la fase (a), que consta de una solucion tampon conteniendo el par acido-base conjugado H2PO4-/HPO42-, se produce la reaccion siguiente (1) en la fase (b):
(NH4+)2HP<Vm + ^(NH4+)H2PO4-(ac0 + NH3(g) (1)
donde el termino “Energfa” representa la energfa total suministrada a la solucion conteniendo la sal de amonio sometida a destilacion por membrana en la fase (b), dependiendo dicha energfa de las condiciones operativas de temperatura, presion, irradiacion con ondas electromagneticas, etc, que contribuyen a desplazar el equilibrio hacia la formacion del ion fosfato diacido y amomaco libre.
Las condiciones operativas de la fase (b) las seleccionan los expertos en la materia con el fin de garantizar el desplazamiento de equilibrio de la reaccion (1) hacia la formacion de amomaco libre en forma gaseosa.
El amomaco libre obtenido por el desplazamiento de equilibrio de los iones fosforo y amonio en solucion acuosa, migra en la fase vapor segun el equilibrio de fase bajo las condiciones de presion y temperatura del proceso y se separa como una corriente gaseosa.
La fase (b) se lleva a cabo calentando la unidad de destilacion por membrana favoreciendo que llegue a la temperatura deseada y extrayendo el amomaco.
Las condiciones de temperatura y presion en la fase (b) deben seleccionarse con el fin de llegar a la formacion de la solucion de lavado regenerada y la corriente gaseosa conteniendo amomaco. En particular, las condiciones operativas deben ser tales que se obtenga el desprendimiento de amomaco gaseoso.
La corriente gaseosa alimentada a la fase (a) tambien contiene urea (por ejemplo, una corriente de purga procedente de una planta de smtesis de urea). La fase (b) se lleva a cabo a una temperatura del orden de 100 a 200°C, preferiblemente de 130 a 180°C, y a una presion del orden de la presion atmosferica a 2 MPa absoluto, preferiblemente de 0,15 a 1,5 MPa absoluto.
En una realizacion preferida de la presente invencion, efectuando la fase de destilacion por membrana de una solucion acuosa incluyendo tambien urea a aproximadamente 0,3 MPa y una temperatura de aproximadamente 150°C, es posible obtener una corriente incluyendo NH3, H2O y CO2 caracterizada por una concentracion de amomaco del orden de 5 a 35% en peso, mas preferiblemente de 10 a 25% en peso.
En la fase (b), la presion de la corriente gaseosa incluyendo amomaco, que fluye en un lado de la membrana (lado de vapor), debe mantenerse a un valor inferior o igual a la presion de la solucion a tratar que fluye en el lado opuesto (lado de lfquido). Ademas, la diferencia entre la presion del lado de lfquido y la del lado de vapor debe ser inferior a la presion de humectacion de poro, con el fin de evitar el paso del solvente en la fase lfquido (agua) a traves de los poros de la membrana y su mezcla posterior con la corriente gaseosa incluyendo amomaco. La presion de humectacion de poro es variable y depende de las caractensticas constructivas de la membrana y del tipo de material que forma la membrana propiamente dicha.
El proceso de destilacion por membrana microporosa se lleva a cabo preferiblemente por medio de dispositivos MC incluyendo cualquier forma de membranas microporosas hidrofobas, tal como, por ejemplo, fibras huecas, membranas planas, membranas enrolladas en espiral, etc.
El proceso de destilacion por membrana microporosa se lleva a cabo preferiblemente por auto-agotamiento, es decir en la ausencia de una corriente de transporte adicional. Con el fin de obtener una mayor extraccion de NH3, se puede usar posiblemente una corriente de gas o lfquido como corriente de transporte, mantenida a una presion proxima a la de la solucion conteniendo la sal de amonio (corriente de alimentacion). Aunque, en este caso, la corriente de transporte es preferiblemente una corriente de vapor de agua, tambien puede ser una corriente de CO2 u otro gas inerte, o una corriente de lfquido (por ejemplo agua), a condicion de que se garanticen las condiciones de presion anteriores.
Las membranas usadas para los fines de la presente invencion constan tfpicamente de materiales a base de
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poKmeros hidrofobos, por ejemplo poUmeros fluorados y copoKmeros, tal como politetrafluoroetileno (PTFE), fluoruro de polivinilideno o Nafion®, algunas poliolefinas con una cristalinidad alta, tal como polipropileno isotactico, poliacrilonitrilo, polisulfonas. Estos materiales ofrecen una alta resistencia termica (hasta 220-250°C), resistencia qmmica y mecanica. La diferencia maxima de presion que pueden soportar estas membranas es de aproximadamente 100 kPa. Este tipo de membrana se puede obtener en el mercado en forma de dispositivos MC modulares.
En el proceso segun la presente invencion, el calentamiento del dispositivo MC se efectua preferiblemente por irradiacion con radiaciones electromagneticas que tienen una frecuencia dentro del rango de microondas. Para ello, pueden usarse los dispositivos de generacion de microondas conocidos en la tecnica actual. La ventaja del uso de microondas es que puede obtenerse un calentamiento selectivo de las moleculas de agua, amomaco y otras moleculas polares presentes en la fase lfquido, evitando un calentamiento significativo de las moleculas presentes en forma de vapor. Esto permite suministrar energfa termica a la corriente de alimentacion, favoreciendo la posterior permeacion de amomaco gaseoso y posiblemente CO2 a traves de la membrana.
Ademas, el uso de microondas tambien evita la humectacion de los poros de la membrana. Si se produjese inundacion de los poros debido a una sobrepresion en el lado de la membrana en el que fluye la solucion a tratar, el calentamiento selectivo de las moleculas de agua lfquida por medio de microondas permite que se evapore el agua lfquida que haya penetrado dentro de los poros, regenerando asf la membrana in situ sin interrumpir el funcionamiento del equipo y evitando la aplicacion de contrapresiones.
Ademas, se ha hallado que el uso de microondas para calentar el lfquido tiene la ventaja adicional de favorecer la dispersion del amomaco en la posible corriente de transporte gaseosa, sin producir su calentamiento indeseado ni incrementar el consumo de energfa.
Con el fin de suministrar calor por irradiacion con microondas, hay que usar dispositivos MC en los que la caja exterior conste de materiales transparentes a microondas, por ejemplo materiales tales como PTFE, vidrio, Pyrex, etc.
El calentamiento por medio de microondas no solamente es facil de aplicar, sino que tambien permite modular exactamente la energfa termica suministrada al dispositivo de destilacion por membrana. Ademas, los dispositivos de calentamiento por microondas, que tienen eficiencias de conversion de energfa electrica a microondas del orden de aproximadamente 70%, contribuyen a obtener un rendimiento energetico general mas alto del proceso de recuperacion de amomaco.
La destilacion por membrana de la fase (b) devuelve los productos siguientes: una solucion de lavado regenerada, preferiblemente con un pH del orden de 5 a 6,5 y una corriente gaseosa conteniendo amomaco y CO2 que deriva de la hidrolisis de urea.
La solucion acuosa de lavado regenerada se usa posteriormente para reducir mas el amomaco de la corriente gaseosa inicial en la fase (a) del proceso segun la presente invencion, es decir, se recicla (fase c) a la denominada fase de depuracion, despues de la posible recuperacion del calor que contiene y/o la concentracion, por ejemplo por medio de evaporacion bajo vado. Antes de ser reciclada a la fase (a), la solucion acuosa de lavado regenerada puede requerir la adicion de la cantidad de agua y acido o solucion tampon necesaria para mantener la concentracion deseada y pH (solucion de relleno).
El amomaco contenido en la corriente gaseosa que sale de la fase (b) puede ser usado en formas diferentes. En una realizacion preferida del proceso anterior, la corriente gaseosa incluyendo NH3, H2O y posible CO2 procedente de la hidrolisis de las trazas de urea, que sale de la fase (b), es reciclado a un proceso de smtesis de urea. Alternativamente, la corriente gaseosa anterior puede ser alimentada a un proceso de smtesis de amomaco. En ambos casos, antes de ser alimentada a estas plantas, la corriente gaseosa incluyendo amomaco puede someterse opcionalmente a recuperacion del calor que contiene por medio de un intercambiador de calor adecuado. La corriente gaseosa incluyendo amomaco que sale de la fase (b) tambien puede condensarse para formar una solucion acuosa de amomaco que pueda ser reciclada a otros procesos industriales.
En una realizacion preferida que contempla el uso en la fase (a) de una solucion de lavado que consta de una solucion tampon en la que el par acido-base conjugado es H2PO4-/HPO42-, la solucion de (NH4)2HPO4 y (NH4)H2PO4 procedente de la fase (a) y enviada a la destilacion por membrana tiene una concentracion en iones NH4+ que vana de 3 a 12% en peso.
En una realizacion, el dispositivo MC usado para la destilacion devuelve los productos principales siguientes:
- una solucion acuosa de lavado regenerada que consta de una solucion tampon conteniendo la especie HPO42- y H2PO4-, en una cantidad del orden de 20 a 40% en peso, preferiblemente de 30 a 35% en peso, que es reciclada a la denominada fase de depuracion, despues de la posible adicion de la cantidad necesaria de agua y solucion de relleno;
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- una corriente gaseosa incluyendo de 5 a 35%, preferiblemente de 15 a 25%, en peso de amomaco.
El proceso mejorado segun la presente invencion permite por lo tanto la recuperacion de productos contaminantes tales como amomaco y urea contenidos en una corriente gaseosa, permitiendo obtener ventajosamente soluciones de amomaco concentradas. En consecuencia, estas soluciones no requieren un tratamiento termico espedfico antes de ser recicladas a procesos industriales adicionales, tales como, por ejemplo, la smtesis de urea. Por lo tanto, el proceso tiene una alta eficiencia energetica.
Ademas, el proceso segun la presente invencion tiene las siguientes ventajas adicionales que derivan del uso de destilacion por membrana:
- una alta eficiencia de separacion de amomaco tambien en soluciones diluidas, puesto que, debido al hecho de que la superficie de interfaz consta de poros de la membrana, no cambia con una variacion de las condiciones de flujo de la corriente de transporte y la corriente de alimentacion;
- ausencia de la formacion de emulsiones puesto que no hay fenomeno de dispersion entre los fluidos;
- los fluidos en contacto no tienen que tener una densidad diferente;
- los procedimientos de escala de los procesos de destilacion por membrana se simplifican, puesto que un aumento del volumen de la corriente de alimentacion a tratar corresponde a un aumento lineal del numero de modulos (dispositivos MC);
- no hay arrastre de parte de la solucion a regenerar o regenerada a la corriente gaseosa conteniendo amomaco posiblemente alimentada a la planta de urea: esto evita que las corrientes de proceso de la planta de urea se contaminen con sustancias no relacionadas con el mismo proceso;
- no hay partes mecanicas moviles sujetas a desgaste o posible rotura;
- reducido gravamen del equipo necesario para la destilacion.
Ademas, con respecto a los procesos de destilacion por membrana conocidos en la tecnica actual, el usado en el proceso de recuperacion de amomaco segun la presente invencion ofrece la ventaja de ser capaz de llevarse a cabo con soluciones sustancialmente no basicas, con los consiguientes consumos reducidos de compuestos basificantes.
El proceso segun la presente invencion tambien tiene una alta eficiencia energetica que deriva del uso preferido de microondas para calentar los dispositivos de destilacion por membrana.
En la aplicacion del proceso segun la presente invencion a la recuperacion de amomaco de una corriente gaseosa incluyendo tambien urea, tambien se puede hallar otra ventaja en la posibilidad de eliminar sustancialmente toda la urea presente: en la fase (b), de hecho, las condiciones de temperatura y presion producen la hidrolisis de una fraccion de urea, mientras que, dado que la fraccion restante es reciclada a la fase (a), no se dispersa en el entorno.
Una realizacion preferida del proceso segun la presente invencion se ilustra en la figura 1 anexa, que representa esquematicamente los pasos de tratamiento de una corriente de purga gaseosa que sale de la seccion de perlado o granulacion de un proceso de smtesis de urea.
Los detalles funcionales, como las bombas, las valvulas y otros elementos de equipo no significativos para una plena comprension de los procesos esquematizados, no se representan en dicha figura 1. El proceso, objeto de la presente invencion, en ningun caso debera considerarse limitado a lo que se describe en la figura anexa, que tiene una funcion puramente ilustrativa.
Ademas, con el fin de simplificar la presente descripcion, el termino “lfquido” se usa indiferentemente con referencia a corrientes o mezclas que constan de una sola fase lfquido o una fase lfquido-vapor mezclada. El termino “gaseoso” se usa para corrientes o mezclas en las que la fase lfquido esta sustancialmente ausente.
El esquema representado en la figura 1 ilustra una seccion de perlado o granulacion P, conectada a traves de la lmea 1 a una seccion de lavado con agua A, posiblemente procedente de la planta de urea y conteniendo impurezas de amomaco y urea. Esta seccion un incluye una lmea de entrada de agua 2, una lmea de salida 3, y esta conectada, a traves de la lmea 4, a la seccion de depurador S. La seccion de depurador S incluye una lmea de entrada 5a, una lmea de salida de aire 6 y, a su vez, esta conectada a un deposito de acumulacion SA, a traves de la lmea 7. El deposito de acumulacion SA esta conectado, a traves de las lmeas 5 y 5a, al depurador S y a traves de la lmea 10a a un intercambiador de calor SC. El intercambiador de calor SC esta conectado, a su vez, a traves de la lmea 10b a la unidad de destilacion por membrana MD, que incluye dispositivos MC en base a membranas microporosas (no visibles en la figura 1). La unidad MD esta conectada por medio de las lmeas 16 y 16a y 5a a la
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seccion de depurador S. La unidad MD tambien incluye una lmea de salida 18 de los vapores incluyendo el amomaco recuperado de la corriente de purga gaseosa por medio del proceso de la presente invencion.
Con referencia a la figura 1, una posible realizacion del proceso de la presente invencion se describe mas adelante, aunque esta descripcion no limita el alcance general de la invencion propiamente dicha.
La corriente de purga gaseosa que entra a traves de la lmea 1 procedente de la seccion de perlado o granulacion P, consta de aire contaminado por amomaco (aproximadamente 50-150 mg/Nm3 aire), urea (aproximadamente 100-200 mg/Nm3 aire) y trazas de formaldetndo. Esta corriente es enviada a una seccion de lavado con agua A. Esta seccion un tiene dos corrientes de alimentacion, una corriente que consta de agua, que es alimentada a traves de la lmea 2, y una corriente de purga gaseosa procedente de la seccion P, a traves de la lmea 1. La corriente gaseosa en la salida de la seccion de lavado con agua A, a traves de la lmea 4, consta de aire, amomaco, urea y trazas de formaldelmdo. Parte de la urea presente en la corriente gaseosa inicial ha sido eliminada por lo tanto por el lavado con agua y puede hallarse en la solucion acuosa en la salida a traves de la lmea 3. Esta es enviada preferiblemente a la seccion de concentracion por vacm (no representada en la figura) de la planta de smtesis de urea, para la recuperacion de esta ultima.
La corriente gaseosa en la salida de la seccion de lavado con agua A, a traves de la lmea 4, es enviada a la seccion de depurador S, donde se somete a un lavado con una solucion acuosa acida de (NH^HPO4 y (NH4)H2PO4 que tiene una concentracion general de los iones fosfato del orden de 30 a 40% en peso, un pH del orden de 5 a 6 y una temperatura del orden de 30 a 50°C, con la formacion de una corriente gaseosa incluyendo aire sustancialmente puro que es liberado a la atmosfera a traves de la lmea 6 y una solucion acuosa enriquecida en (NH4)2HPO4, que es alimentada a traves de la lmea 7 a un deposito de acumulacion SA. En la seccion de lavado con agua A se usa una cantidad de solucion de lavado, que es suficiente para reducir el contenido de amomaco al valor deseado, normalmente a un valor inferior a 20 mg/m3, y urea, normalmente a un valor inferior a 30 mg/m3, en la corriente gaseosa. El volumen de solucion de lavado usada es preferiblemente del rango de 0,5 a 3 litros por Nm3 de corriente gaseosa.
La seccion de lavado con agua A tambien puede faltar y en este caso la corriente de purga gaseosa 1 procedente de la seccion P es enviada directamente a la seccion de depurador S.
El deposito de acumulacion SA, cuando esta presente, permite disponer de un mayor volumen de solucion de lavado a reciclar a traves de las lmeas 5 y 5a a la seccion de depurador S. Por lo tanto, el proceso puede operar, segun los modos de operacion usuales con el reciclado, con una solucion mas concentrada del par acido-base conjugado. La solucion acuosa regenerada procedente de la seccion MD a traves de las lmeas 16 y 16a se anade a la solucion de lavado que sale del deposito de acumulacion SA, a traves de la lmea 5, despues de la adicion de agua, a traves de la lmea 21, para compensar la evaporada en el depurador y en la destilacion por membrana en la seccion MD. Las corrientes 5 y 16a, asf unidas, son recicladas por medio de la lmea 5a al depurador S.
Una parte, mas preferiblemente de 0,2 a 5% de la corriente usada en el depurador, de la solucion acuosa acida conteniendo (NH4)2HPO4 y (NH4)H2PO4, es enviada, a traves de las lmeas 10a y 10b, del deposito de acumulacion SA a la seccion de destilacion por membrana MD, despues de calentarse a una temperatura del orden de 80 a 100°C en el intercambiador de calor SC, por ejemplo por intercambio termico con la corriente que sale de la seccion MD a traves de la lmea 16 (el uso de la corriente que sale de la seccion MD en el intercambiador de calor SC a traves de la lmea 16 no se representa en la figura 1).
En la unidad MD, la solucion acuosa conteniendo (NH4)2HPO4 y (NH4)H2PO4 es tratada a una temperatura del orden de 120 a 180°C y una presion del orden de 0,2 a 1,5 MPa absoluto, con la formacion de una corriente gaseosa incluyendo NH3, H2O y CO2 que se quita a traves de la lmea de salida 18 y puede reciclarse a la seccion de smtesis del proceso de urea o alternativamente a un proceso de smtesis de amomaco.
La unidad de destilacion por membrana de la seccion MD puede constar de un aparato cilmdrico dispuesto horizontalmente, en el que estan alineados una serie de elementos tubulares, que constan de membranas microporosas hidrofobas de forma cilmdrica, conectados en los extremos con una camara de distribucion y una camara de recogida. La solucion tampon a regenerar se pasa preferiblemente fuera de los elementos tubulares, es decir, en el espacio en el lado de envuelta. En este caso preferido, se liberan los vapores de agua, amomaco y posible dioxido de carbono, a traves de las membranas, al espacio dentro de los elementos tubulares, y luego se recogen en la salida en la lmea 18.
La presion diferencial entre la solucion tampon en el lado de envuelta y los vapores en el lado interno de los tubos microporosos se mantiene convenientemente a 40 a 150 kPa y en cualquier caso es inferior al lfmite de humectacion de poros, para evitar el fenomeno de humectacion de poros. Con el fin de tener una mayor tolerancia de la presion diferencial, las membranas microporosas pueden soportarse posiblemente con un material ngido permeable a vapores, que, en el caso preferido anterior, consta de un tubo hueco en el que se enrollan las membranas, aunque puede ser un tubo conteniendo las membranas en su interior, si la solucion a regenerar se pasa en el lado de tubo del aparato en la unidad MD.
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Puede suministrarse calor a la unidad MD, por ejemplo por medio de un medio o vapor a presion alta, enviado desde la lmea 11, que pasa a traves de un haz de tubos o una camisa de calentamiento y sale, condensado, a traves de la lmea 12. Mas convenientemente, sin embargo, el calor puede proporcionarse irradiando adecuadamente la solucion en contacto con las membranas microporosas por medio de un dispositivo MO que genera un haz de microondas a una frecuencia dentro del rango de 2.300 a 2.700 MHz, preferiblemente de 2.400 a 2.600 MHz. Las frecuencias mas adecuadas para una absorcion optima de las moleculas polares presentes en la solucion tratada, pueden seleccionarse facilmente por los expertos en el campo en relacion a la composicion y la temperatura de la solucion, en base a las caractensticas de absorcion indicadas en la literatura o simples pruebas de exploracion preliminares. En este caso, los materiales ngidos que forman el aparato (manta y posibles soportes cilmdricos hechos de material permeable a los vapores), deben seleccionarse a partir de los transparentes a microondas dentro del rango de frecuencia usado.
La seccion MD tambien devuelve una solucion de lavado regenerada, que tiene un contenido mas alto de fosfato diacido con respecto a la solucion acuosa de entrada, pero un pH sustancialmente identico, debido a la alta concentracion general de las especies HPO42- y H2PO4- y al alto efecto tampon consiguiente. Esta solucion es reciclada a la seccion de lavado acido S, a traves de las lmeas 16, 16a y 5a. Si es necesario, se puede anadir acido fosforico o fosfato de amonio a esta solucion para compensar posibles perdidas de solucion tampon, por ejemplo, debido al arrastre de microgotitas de lfquido en la fase de lavado (a) de la corriente gaseosa.
El ejemplo de realizacion siguiente se ofrece para fines puramente ilustrativos de la presente invencion y no debera considerarse de ninguna forma como limitacion del alcance de proteccion definido por las reivindicaciones anexas.
Ejemplo 1
Una corriente de purga gaseosa procedente de una planta de urea de produccion, que constaba de aire contaminado por amomaco (94 mg/Nm3 aire), urea (185 mg/Nm3 aire) y trazas de formaldelmdo, se sometio al proceso segun la presente invencion. Funcionando la planta en condiciones de regimen, 300.000 Nm3 /h de la corriente anterior se enviaron directamente a un depurador que operaba con una solucion de lavado que constaba de una solucion tampon de (NH4)2HPO4 y (NH4)H2PO4 con un pH igual a aproximadamente 5,3.
Asf se obtuvieron los productos siguientes del depurador:
- una corriente gaseosa purificada (300.000 Nm3/h) que tiene una concentracion de amomaco igual a aproximadamente 9,4 mg/Nm3 (eficiencia de reduccion del depurador igual a aproximadamente 90%) y una concentracion de urea igual a aproximadamente 27,8 mg/Nm3 (eficiencia de reduccion del depurador igual a aproximadamente 85%);
- una corriente de 607.381 kg/h de solucion acuosa conteniendo la sal de amonio que consta de agua (323.944 kg/h), iones H2PO4-/HPO42- (221, 129 kg/h), amomaco en forma de NH3 y NH4+ (52.638 kg/h) y urea (10, 120 kg/h).
La solucion acuosa que salfa del depurador se alimento despues a un deposito de acumulacion (SA) del que se extrajo en continuo una corriente que tema la misma composicion, y luego se alimento a una unidad de destilacion por membrana hidrofoba (unidad MD) con un caudal de 2,34 m3/h, igual a 2831,4 kg/h (densidad de la solucion 1210 Kg/m3). La corriente que entraba en la unidad de destilacion por membrana, que tema un pH igual a 5,3, constaba de agua (1509,0 kg/h), iones H2PO4-/HPO42- (1030,1 kg/h), amomaco en forma de NH3 y NH4' (245,2 kg/h) y urea (47,1 kg/h).
La unidad MD se mantuvo a una temperatura de 150°C y una presion de 0,3 MPa. Asf se separaron los productos siguientes en la unidad MD:
- una corriente gaseosa (196,6 kg/h), conteniendo amomaco y con la composicion siguiente Agua (vapor) = 123,2 kg/h
NH3 = 38,8 kg/h CO2 = 34,6 kg/h
- una solucion de lavado regenerada (2635,6 kg/h) con un pH igual a 5,3 y la composicion siguiente Agua (vapor) = 1385,8 kg/h
H2PO4-/HPO42- = 1030,0 kg/h NH3/NH4+ =219,8 kg/h
Al comparar la cantidad de amomaco presente en la corriente gaseosa 18 que salfa de la unidad MD (38,8 kg/h) con el contenido de amonio (NH4+) en la corriente que entraba en la unidad mD (245,2 kg/h), se observo una eficiencia de separacion del paso (b) de la presente invencion igual a 15,5% en peso de amomaco.
La solucion de lavado regenerada anterior se reciclo al depurador para integrar una corriente de solucion procedente del deposito SA (605.000 kg/h). Para este reciclado, hubo que anadir una corriente de agua de relleno de 2123,2 kg/h a la solucion de lavado regenerada, para compensar la cantidad de agua transferida a la corriente gaseosa purificada por evaporacion durante el paso de lavado, y tambien el agua evaporada en el paso de destilacion por 10 membrana.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un proceso para la recuperacion de amomaco y urea contenidos en una corriente gaseosa, incluyendo dicho proceso las fases siguientes:
    (a) someter la corriente gaseosa conteniendo amomaco y urea a un lavado con una solucion acuosa de lavado que tiene un pH del orden de 5 a 6,5, con la formacion de una corriente gaseosa purificada y una solucion acuosa conteniendo una sal de amonio;
    (b) someter la solucion acuosa conteniendo la sal de amonio procedente de la fase (a) a un proceso de destilacion con una membrana microporosa hidrofoba
    - con la formacion de una solucion de lavado regenerada y una corriente gaseosa incluyendo NH3 y H2O, reciclandose dicha corriente gaseosa incluyendo NH3 y H2O a un proceso de smtesis de urea o a un proceso de smtesis de amomaco;
    (c) reciclar dicha solucion de lavado regenerada a la fase (a);
    donde la fase (b) se lleva a cabo a una temperatura del orden de 100 a 200°C y una presion del orden de la presion atmosferica a 2 MPa absoluto.
  2. 2. El proceso segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la corriente gaseosa alimentada a la fase (a) es una corriente de purga gaseosa procedente de un proceso de smtesis de urea, preferiblemente de una seccion de solidificacion, incluso mas preferiblemente de una seccion de granulacion o perlado de urea.
  3. 3. El proceso segun la reivindicacion 2, caracterizado porque dicha corriente de purga gaseosa consta de aire contaminado por amomaco, 50-250 mg/Nm3 aire, urea, 30-200 mg/Nm3 aire, y trazas de formaldelmdo.
  4. 4. El proceso segun la reivindicacion 2 o 3, caracterizado porque dicha corriente de purga gaseosa esta a una temperatura de 45-100°C, y se somete a un lavado preliminar con agua.
  5. 5. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la solucion acuosa de lavado usada en la fase (a) es una solucion tampon que consta de un par acido-base conjugado que deriva de acido ftalico, acido oxalico, acido fosforico, acido dtrico, acidos aril- y alquilfosfonico.
  6. 6. El proceso segun la reivindicacion 5, donde dicha solucion tampon tiene un pH del orden de 5 a 6,5 y una concentracion molar general del par acido-base conjugado del orden de 0,5 M a 5 M, preferiblemente de 1 M a 4 M.
  7. 7. El proceso segun la reivindicacion 5, donde la solucion tampon se compone del par H2PO4-/HPO42- en el que la concentracion general de la especie H2PO4-/HPO42- vana de 20 a 40% en peso, preferiblemente de 30 a 35% en peso.
  8. 8. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la fase (b) se lleva a cabo a una temperatura del orden de 130 a 180°C y una presion del orden de 0,15 a 1,5 MPa absoluto.
  9. 9. El proceso segun la reivindicacion 8, caracterizado porque la fase (b) se lleva a cabo a aproximadamente 0,3 MPa y a una temperatura de aproximadamente 150°C, con la formacion de una corriente gaseosa incluyendo NH3, H2O y CO2 en la que la concentracion de amomaco vana de 5 a 35% en peso, preferiblemente de 10 a 25%.
  10. 10. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha corriente gaseosa purificada que se forma en la fase (a) es liberada a la atmosfera.
  11. 11. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha corriente gaseosa purificada que se forma en la fase (a) consta de aire u otro gas inerte que tiene un contenido de amomaco del orden de 10 a 25 mg/Nm3 aire y mg/Nm3 aire y un contenido de urea del rango de 5 a 30 mg/Nm3 aire.
  12. 12. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fase (b) se lleva a cabo suministrando calor a la fase (b) por medio de ondas electromagneticas, preferiblemente microondas.
  13. 13. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cantidad de agua o acido, necesaria para mantener la concentracion y el pH deseados, se anade a la solucion acuosa de lavado regenerada procedente de la fase (b).
  14. 14. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, en el proceso de destilacion por membrana hidrofoba de la fase (b), se usa una corriente de transporte adicional, preferiblemente una corriente de vapor de agua.
  15. 15. Equipo para llevar a cabo el proceso segun la reivindicacion 1, caracterizado porque incluye:
    - una unidad de lavado (S) en la que una corriente gaseosa conteniendo amomaco y urea se pone en contacto con
    5 una solucion acuosa de lavado,
    - una unidad (MD) para la destilacion con una membrana microporosa hidrofoba de una corriente acuosa de una sal de amonio con la formacion de una corriente gaseosa incluyendo amomaco y H2O y una solucion de lavado regenerada, conectandose dicha unidad de destilacion a la unidad de lavado de la que recibe la corriente acuosa de
    10 una sal de amonio;
    - un medio de calentamiento de la unidad de destilacion por membrana que consta de dispositivos de generacion de microondas (MO).
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TW (1) TW201032887A (es)
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1395127B1 (it) 2009-07-30 2012-09-05 Saipem Spa Procedimento per il recupero di ammoniaca da una corrente gassosa
IT1395383B1 (it) * 2009-09-09 2012-09-14 Saipem Spa Metodo di separazione di ammoniaca e diossido di carbonio da soluzioni acquose
CN102989319A (zh) * 2011-09-16 2013-03-27 中国科学院生态环境研究中心 一种微波强化膜蒸馏过程的装置及方法
EP2662349A1 (en) 2012-05-08 2013-11-13 Uhde Fertilizer Technology B.V. Urea granulation process with scrubbing system
EP2708277A1 (en) * 2012-09-13 2014-03-19 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Compact membrane gas desorption
RU2675578C2 (ru) * 2014-03-10 2018-12-19 САИПЕМ С.п.А. Система регенерации и способ обработки потока газа из секции отверждения установки по производству мочевины
AU2015327786B2 (en) * 2014-10-03 2021-01-21 William Marsh Rice University Use of surface modified porous membranes for fluid distillation
KR101735529B1 (ko) * 2016-02-24 2017-05-16 한국산업기술시험원 습식 스크러버 세정수 재생장치
KR101896482B1 (ko) * 2017-05-16 2018-09-10 한국과학기술연구원 막증류 처리수의 암모니아 제거장치
CN109260902B (zh) * 2018-10-17 2021-03-19 浙江天采云集科技股份有限公司 Led-mocvd制程尾气膜与吸附耦合提氨再利用的方法
BE1027662B1 (de) * 2019-10-11 2021-05-10 Thyssenkrupp Ind Solutions Ag Abgaswäscher mit Energieintegration
WO2021069334A1 (de) * 2019-10-11 2021-04-15 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Abgaswäscher mit energieintegration
FR3106284B1 (fr) * 2020-01-22 2022-09-30 Centralesupelec Procédé de purification d’un gaz par absorption gaz-liquide
EP3984622A1 (en) * 2020-10-19 2022-04-20 Lenntech B.V. Process for acid washing of a gas comprising ammonia
KR102325892B1 (ko) * 2021-03-03 2021-11-12 한수테크니칼서비스(주) 암모니아를 포함하는 폐수의 처리 방법
CN113230837A (zh) * 2021-06-01 2021-08-10 江苏鸣翔化工有限公司 一种二苯胺生产的氨气回收装置及其回收方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL106294C (es) * 1957-11-21
US3024090A (en) 1960-04-01 1962-03-06 United States Steel Corp Method of recovering ammonia from coke-oven gases
JPS5375168A (en) 1976-12-16 1978-07-04 Asahi Chem Ind Co Ltd Recovering method of ammonia
NO150667C (no) * 1982-01-07 1984-11-28 Norsk Hydro As Fremgangsmaate for rensing av gassblandinger fra ureaproduksjonsanlegg
US4424072A (en) 1982-07-01 1984-01-03 Lerner Bernard J Prilling
GB8410517D0 (en) * 1984-04-25 1984-05-31 Ici Plc Ammonia synthesis
DE3631251C2 (de) 1986-09-13 1995-05-24 Thyssen Still Otto Gmbh Verfahren zur Auswaschung von Schwefelwasserstoff und Ammoniak aus Gasen
IT1249057B (it) 1991-05-22 1995-02-11 Agrimont Spa Processo per abbattere con un liquido l'ammoniaca contenuta in uno sfiato.
US5223238A (en) * 1992-01-16 1993-06-29 The M. W. Kellogg Company Method for treating ammonia and urea condensates
JPH0733253B2 (ja) * 1993-02-09 1995-04-12 東洋エンジニアリング株式会社 アンモニア及びメタノールの併産方法
NL9401233A (nl) * 1994-03-25 1995-11-01 Tno Werkwijze voor membraangasabsorptie.
DE19704508A1 (de) * 1996-09-27 1998-08-13 Gore W L & Ass Gmbh Gasabsorption mit Membrankontaktoren
US20020014154A1 (en) * 1996-09-27 2002-02-07 Richard Witzko Separation of gaseous components from a gas stream with a liquid absorbent
JP2000001466A (ja) * 1998-06-12 2000-01-07 Toyo Eng Corp 排ガス中の尿素ダスト及びアンモニアの回収・利用方法
JP2000159519A (ja) * 1998-11-25 2000-06-13 Chiyoda Corp アンモニア・尿素製造プラントおよび製造方法
JP4975205B2 (ja) * 2000-04-28 2012-07-11 日揮株式会社 ガス状混合物からのアンモニア回収方法
MXPA01005155A (es) * 2000-05-23 2003-08-20 Rohm & Haas Proceso para la recuperacion y el reciclaje de amoniaco proveniente de una corriente efluente de reactor.
EP1344561B1 (en) * 2002-03-16 2007-02-14 Haldor Topsoe A/S Ammonia recovery from purge gas
EP1695755A1 (en) 2005-02-28 2006-08-30 DSM IP Assets B.V. Process and system for the removal of ammonia from an ammonia containing gas stream
ITMI20072206A1 (it) * 2007-11-21 2009-05-22 Snam Progetti Metodo per il recupero di ammoniaca da una corrente gassosa in un processo di sintesi di urea
EP2386346A1 (en) * 2010-05-11 2011-11-16 Stamicarbon B.V. Process for the reduction of ammonia emissions in a urea manufacturing process

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Publication number Publication date
BRPI1006872A2 (pt) 2016-03-15
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