AT378358B - Verfahren zur herstellung eines cyanursaeurearmen isocyansaeure-ammoniak-gasgemisches und wirbelschichtreaktor zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines cyanursäurearmen Isocyansäure-Am- moniak-Gasgemisches durch Erhitzen von geschmolzenem Harnstoff in einer Wirbelschicht aus inertem
Material sowie den Wirbelschichtreaktor hiezu. 



   Aus der DE-PS Nr. 1204643 ist bekannt, dass man ein Cyansäure-Ammoniak-Gasgemisch, das unter anderem als Ausgangsmaterial für die Melaminsynthese dienen kann (AT-PS Nr. 256117), durch thermische Spaltung von in eine Wirbelschicht aus inertem Material eingeblasenem Harnstoff erhalten kann. Dazu ist bereits vorgeschlagen worden, Harnstoff sowohl in fester Form (AT-PS   Nr. 258881),   als auch in geschmolzener Form (AT-PS Nr. 280316) in die Wirbelschicht einzutragen, wobei die letztgenannte Verfahrensweise bevorzugt ist. Allerdings müssen dabei bestimmte Bedingungen einge- halten werden. 



   Für diese Verfahren ist es nämlich wesentlich, dass die Verdampfung des Harnstoffs rest- und rückstandslos gelingt, da sich sonst Cyanursäure bildet, die sich fest auf den inerten Teil- chen des Wirbelbettes niederschlägt und diese zusammenklebt, was zur Funktionsunfähigkeit der
Anlage führt. 



   Um eine einwandfreie Zersetzung des geschmolzenen Harnstoffes auch im grosstechnischen Be- trieb, bei dem die Schwierigkeiten der Cyanursäurebildung im vermehrten Masse auftreten zu er- reichen, muss der Harnstoff extrem rasch eine Mindesttemperatur von 320"C erreichen und die Spal- tung des Harnstoffes muss ebenso rasch vor sich gehen, damit es nicht zur Bildung von Cyanur- säure kommen kann. 



   In der AT-PS Nr. 257621 ist bei einem Verfahren zur Herstellung von Melamin aus Harnstoff in einem Wirbelbett aus hochporösen absorbierenden Feststoffen zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten vorgeschlagen worden, den geschmolzenen Harnstoff mittels vorerhitzte Ammoniaks als Sprühgas, das wenigstens Schallgeschwindigkeit besitzt, in den Wirbelschichtreaktor einzutragen. Das Einsprühen des Harnstoffes erfolgt dabei durch eine Düse, die in der Seitenwand eines zylindrischen Reaktors angebracht ist, der am Boden mit Einlassöffnungen und am Deckel mit   Auslass-   öffnungen für das Wirbelgas versehen ist. Der geschmolzene Harnstoff wird also im rechten Winkel zur Strömungsrichtung des Trägergases eingetragen.

   Die für dieses Verfahren erforderliche hohe Gasgeschwindigkeit bringt aber einerseits einen beträchtlichen Energieaufwand und anderseits einen enormen Abrieb der festen Teilchen in der Wirbelschicht mit sich. 



   In der AT-PS Nr. 280316 wird für ein Verfahren zur Herstellung eines Cyansäure-Ammoniak-Gasgemisches aus Harnstoff darauf hingewiesen, dass diese extrem hohe Gasgeschwindigkeit nicht erforderlich ist, wenn man die Versprühung von geschmolzenem Harnstoff so führt, dass die Harnstoffschmelze nicht mit Flächen in Berührung kommt, die unterhalb der Temperatur von 3300C liegen. 



  Gemäss diesem Verfahren wird empfohlen, den geschmolzenen Harnstoff von unten, also parallel zur Strömungsrichtung des Wirbelgases mittels einer Zweistoffdüse in eine Wirbelschicht aus inertem körnigem Material, z. B. Sand einzutragen, wobei das Blasegas, vor allem Ammoniak, konzentrisch um die Austrittsstelle oder knapp vor der Austrittsstelle des geschmolzenen Harnstoffes austritt und so der Harnstoff stets von einem Mantel an Blasegas umgeben ist und jeder Kontakt mit dom Diisenrand ausgeschlossen ist.

   Um dies zu gewährleisten, wird   für Jene   Variante des Verfahrens, bei der das Blasegas gleichzeitig mit dem geschmolzenen Harnstoff aus der Düse austritt, eine Geschwindigkeit des Blasegases von 40 bis 100 m/s vorgeschrieben, während bei jener Variante, bei der das Blasegas vor dem geschmolzenen Harnstoff aus der Düse austritt, bereits eine Gasgeschwindigkeit ab 20 m/s genügt, um die störende Cyanursäurebildung zu vermeiden. 



   Auch dieses Verfahren erfordert einen relativ hohen wirtschaftlichen Aufwand. Es hat sich nämlich in der Praxis gezeigt, dass das Blasegas mit etwas höherer Geschwindigkeit aus der Düse austreten muss, als das Gas, das die Wirbelschicht aufrecht erhält, um einen wirksamen Schutz darstellen zu können. Der dazu nötige Druckunterschied von etwa 0, 1 bar bedeutet nicht nur einen erhöhten Energiebedarf, sondern bringt ferner mit sich, dass getrennte Zu- und Ableitungen für das Blasegas eine gesonderte Einrichtung zur Erzeugung des höheren Druckes und schliesslich auch Einrichtungen zur Regelung der Geschwindigkeit des Blasegasen benötigt werden. 



   Schliesslich zeigte sich, dass trotz der hohen Gasgeschwindigkeit Störungen durch Verkrustung des Ringspaltes der Düse, aus dem das Blasegas austritt, nicht gänzlich zu vermeiden sind. 



   Völlig überraschend hat sich nun gezeigt, dass diese Schwierigkeiten überwunden werden 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
 EMI2.1 
 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 sich eine regelmässige Anordnung der   Düsen --6-- auf   dem Boden --2--. So können   z. B.   3 Düsen so angeordnet sein, dass sie die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks darstellen, wie dies in
Fig. 2 gezeigt ist, die einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Reaktor knapp oberhalb des Bodens --2-- darstellt. Sind 4 Düsen vorgesehen, ist je nach Dimension des Reaktors sowohl die Anordnung einer vierten Düse im Mittelpunkt des gleichseitigen Dreiecks möglich, als auch eine Anordnung in Form eines Quadrats.

   In gleicher Weise ist auch die Anordnung von 5 und mehr
Düsen denkbar, wobei natürlich ebenfalls auf die Einhaltung des Mindestabstandes zu den beheiz- ten   Reaktorwänden --7-- bzw.   zu eventuell vorhandenen Wärmetauschern zu achten ist. 



   Als Konstruktion für die Düse ist im Prinzip jede Art geeignet, die den Austritt der Schmelze mit der erfindungsgemäss zu wählenden Geschwindigkeit erlaubt. Sie kann beispielsweise als Voll- strahl-, Flachstrahl- oder Rundstrahldüse ausgebildet sein. 



   Die nachfolgenden Beispiele sollen das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutern, ohne die Erfindung darauf beschränken zu wollen. 



   Beispiel 1 : Ein von aussen beheizter Wirbelschichtreaktor von 1200 mm Durchmesser und einer
Höhe der Wirbelschicht von 2000 mm, die mit Sand eines Durchmessers von 0, 1 bis 1 mm befüllt ist, wird durch 450 N   m/h NHs,   die durch Öffnungen im kreisförmigen Boden eintreten, eine Wirbel- schicht aufrecht erhalten. Der Reaktor ist von aussen so beheizt und wird mit Ammoniak als Wirbel- gas einer Temperatur beschickt, dass sich der Sand auf einer Temperatur von   360 C   befindet. Durch eine im Mittelpunkt des kreisförmigen Bodens angebrachte Vollstrahl-Einstoffdüse, mit einem Innen- durchmesser von 1 mm, deren oberes Ende sich 45 mm über dem Boden befindet, werden stündlich
250 kg geschmolzener Harnstoff, entsprechend einer Eintragungsgeschwindigkeit von 7, 25 m/s in die Wirbelschicht eingedüst.

   Der Harnstoff wird quantitativ in ein Gemisch aus Isocyansäure und
Ammoniak umgewandelt, das kontinuierlich von oben aus dem Reaktor abgezogen wird. Es wird keinerlei Krustenbildung durch Ablagerung von Cyanursäure festgestellt. 



   Beispiel 2 : Ein von aussen beheizter Wirbelschichtreaktor der gleichen Dimension wie in Bei- spiel 1 angegeben, ist mit einer Zweistoffdüse ausgestattet, die im Mittelpunkt der kreisförmigen Bodenfläche angebracht ist. Zentralrohr und Mantelrohr dieser Düse enden auf gleicher Höhe. 



   Das Zentralrohr der Düse, deren Ende sich 45 mm über dem Boden befindet, besitzt eine lichte Weite von 1 mm. Das Wirbelbett ist mit Sand eines Durchmessers von 0, 1 bis 1 mm befüllt, der durch den durch den Boden des Reaktors mit einer Geschwindigkeit von 70 m/s eintretenden Ammoniak, der als Wirbelgas dient, im Wirbelzustand gehalten wird. Durch den Ringspalt der Düse tritt Ammoniak mit der gleichen Geschwindigkeit als Blasegas aus. Der Sand befindet sich auf einer Temperatur von   360 C.   



   Durch die Düse treten stündlich 250 kg geschmolzener Harnstoff in das Wirbelbett ein, das entspricht einer Eintragungsgeschwindigkeit von 7, 25 m/s. 



   Der Harnstoff wird quantitativ in ein Gemisch aus Isocyansäure und Ammoniak umgewandelt. 



  Es wird keinerlei Verkrustung durch sich bildende Cyanursäure beobachtet. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Herstellung eines cyanursäurearmen   Isocyansäure-Ammoniak-Gasgemisches   durch Erhitzen von in eine Wirbelschicht aus inertem Material eingeblasenem, geschmolzenem Harnstoff auf Temperaturen von 300 bis   480 C   innerhalb von weniger als 1 s, dadurch gekennzeichnet, dass der geschmolzene Harnstoff 35 bis 200 mm, vorzugsweise 45 bis 150 mm oberhalb der Eintrittsstelle des Wirbelgases mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 3 bis 15 m/s, vorzugsweise 3, 5 bis 12 m/s, parallel zur Strömungsrichtung des Wirbelgases und in einem Mindestabstand von 300 mm von Wandflächen und/oder dem Wärmetausch dienenden Flächen in das Wirbelbett eingedüst wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wirbelschichtreaktor unmittelbar um die Eintrittsstelle des geschmolzenen Harnstoffes eine gegenüber den übrigen Bereichen des Reaktors erhöhte Wirbelgasmenge zugeführt wird.

   3. Wirbelschichtreaktor zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, mit einem mit Eintrittsöffnungen für das Wirbelgas versehenen Boden, gekennzeichnet durch eine oder <Desc/Clms Page number 4> mehrere, 35 bis 200 mm über den Boden (2) in den Innenraum des Reaktors (1) hineinragende Einstoffdüsen (6), deren Mindestabstand von der beheizten Reaktorwand (7) mindestens 300 mm beträgt, die im Mittelpunkt des Bodens (2), bzw. in regelmässiger Verteilung auf dem Boden (2) angeordnet sind.

   4. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (2) des Reaktors (1) im Bereich unmittelbar um jene Stelle, an der die zur Einstoffdüse (6) führende Leitung (8) den Boden (2) durchdringt, mit Eintrittsöffnungen (5) für das Wirbelgas in der Weise ausgestattet ist, dass sich gegenüber den übrigen Bereichen des Bodens (2) eine erhöhte Fläche der Öffnungen (5) pro Flächeneinheit ergibt.