BR112012010987B1 - processo para a produção contínua de melamina - Google Patents

Abstract

processo para a produção contínua de melamina. a presente invenção refere-se a um processo para a produção contínua de melamina de ureia por meio de um reator ed leito fluidificado, sendo que como gás de fluidificação é usado o gás de processo conduzido no circuito do processo e sendo que a temperatura do gás de processo na entrada do elemento de transporte para o gás de fluidificação é regulada através do ajuste da relação de mistura de um fluxo de gás de processo conduzido através do equipamento de lavagem e um fluxo de gás de processo conduzido ao largo do equipamento de lavagem.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA A PRODUÇÃO CONTÍNUA DE MELAMINA". A presente invenção refere-se a um processo para a produção contínua de melamina, sendo que a ureia líquida usada como material de partida é transformada em um reator de leito fluidificado na presença de um catalisador, sob adição de calor e adição de amônia, em um gás de processo consistindo principalmente de melamina, amônia, dióxido de carbono, do produto intermediário ácido isociânico e subprodutos, e sendo que este gás de processo, depois de dele serem separados os subprodutos e a melamina, é conduzido para dentro de um equipamento de lavagem, onde é lavado com ureia líquida e liberado do teor de ácido isociânico, sendo que o gás de processo, depois de sair do equipamento de lavagem, é usado em parte como gás de fluidificação no reator de leito fluidificado, em parte como gás de refrigeração no cristalizador e em parte é removido do circuito do processo.

Processos para a produção contínua de melamina de ureia são conhecidos. Um exemplo é o chamado processo de baixa pressão da BASF, como é descrito na Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Chapter 4.1.1, 1998 Electronic Release. O processo de acordo com o estado da técnica trabalha na fase de gás a altas temperaturas. No caso, o material de partida, a ureia, é alimentada em estado líquido em um reator de leito fluidificado, lá entra em fluidificação com uma mistura de processo de NH3 e CO2, é evaporada a temperaturas de 390 até 410°C, na presença de um catalisador de alumínio é transformada em melamina através do produto intermediário ácido isociânico, sendo que como demais produtos de reação surgem amônia e dióxido de carbono, e somo subprodutos melem e melam. Esta mistura de gás, depois de sair do reator de leito fluidificado, primeiro é resfriada para cerca de 340°C em um radiador de gás, a fim de separar por cristalização os subprodutos melem e melam que em um filtro de gás pelo qual passam em seguida são separados do fluxo de gás juntos com partículas de catalisador arrastadas do reator de leito fluidificado. Em seguida, o gás é levado para um cristalizador onde é esfriado para 190 a 220°C para separar por meio de cristali- zação a melamina. A mistura dos componentes gasosos restantes amônia, dióxido de carbono e ácido isociânico e melamina em pó, separada por cristalização, vai do cristalizador para um separador, onde a melamina é separada do gás e removida como produto do processo. Os componentes gasosos saem do separador por meio de um soprador para um equipamento de lavagem, onde o gás é lavado com ureia líquida, sendo que o ácido isociânico contido no gás e outros subprodutos de reação que ocorrem no reator de leito fluidificado são lavados para fora do gás, transformando-se na ureia líquida, assim permanecendo no processo. Do circuito de ureia do equipamento de lavagem é derivado um fluxo parcial, misturado com amônia, alimentado no reator de leito fluidificado como material de partida para a produção de melamina. A mistura de gás de amônia e dióxido de carbono, liberada no equipamento de lavagem de restos de ácido isociânico, em parte, é usada como gás de flui-dização no reator de leito fluidificado e em parte é alimentado no cristalizador como gás de refrigeração para a separação por cristalização.

No equipamento de lavagem, o gás de processo é resfriado para 135 a 143°C, pois uma temperatura baixa que é o menos possível acima da temperatura de fusão da ureia de 130 a 135°C, favorece uma transformação ampla do ácido isociânico em ureia. Além disso, uma temperatura mais baixa possível é vantajosa para o uso com gás de resfriamento no cristalizador.

Para este processo de baixa pressão da BASF é característico que toda a quantidade de gás de processo, depois da separação da melamina, é conduzida através do equipamento de lavagem operado com ureia líquida, onde os restos de produtos e subprodutos gasosos e sólidos se transformam em ureia e são alimentados no reator de leito fluidificado, permanecem no circuito do processo, e, não sendo retirados do processo junto com o gás de excesso, são perdidos. Os restos de produtos e subprodutos, no equipamento de lavagem, na maior parte são novamente transformados em ureia, de modo que se evita que estas substâncias sempre de novo atravessam o reator de leito fluidificado quente e nisso formam compostos químicos que poderíam contaminar a melamina. A deficiência desse processamento de todo o gás de processo no equipamento de lavagem é, que assim também o elemento de transporte do reator de leito fluidificado é abastecido com um gás de processo saturado de ureia, de modo que na sua entrada sempre de novo são formados depósitos de ureia.

Em um outro processo para a produção de melamina que é apresentado no documento chinês CN 1188761A, Jiang Dazhou e outros, evita-se esta desvantagem, isto é, a tendência para depósitos de ureia, pelo fato de que o gás de processo usado como gás de fluidificação é completamente conduzido ao largo do equipamento de lavagem da ureia. Neste processo, o gás de processo, depois de sair do equipamento de lavagem de ureia, é completamente conduzido como gás de resfriamento através do cris-talizador de melamina, é aquecido, e com a temperatura alcançada desse modo é levado para o elemento de transporte do reator de leito fluidificado. A deficiência desse processo é que a temperatura do gás de processo necessariamente corresponde à temperatura de gás reinante no cristalizador e não pode ser regulada, independentemente disso, para a temperatura mais bem apropriada para o compressor ou o soprador. A princípio, a limitação da temperatura do gás para cima é muito importante para os custos de produção e para a segurança de operação de um compressor ou soprador. Uma temperatura de gás de cerca de 200°C não deveria ser ultrapassada, uma vez que com temperaturas mais altas as exigências e assim os custos, para o elemento de transporte aumentam.

Portanto, a presente invenção tem a tarefa de aprimorar o processo no sentido de que a temperatura do gás na entrada do compressor ou do soprador do reator de leito fluidificado possa ser regulada de tal modo que são evitados tanto depósitos de ureia como também uma solicitação excessiva por temperatura do elemento de transporte. A tarefa é solucionada pelo fato de que no sentido do fluxo, antes do equipamento de lavagem, um fluxo parcial é derivado do fluxo do gás de processo e conduzido ao largo do equipamento de lavagem, e em sentido do fluxo, antes do reator de leito fluidificado, é juntado ao fluxo de gás de processo que serve para a fluidificação, e processado no equipamento de lavagem. Uma vantagem desse método é que através da regulação da relação de mistura dos fluxos de gás pode ser regulada uma temperatura de gás, através da qual são evitados depósitos de ureia na entrada do elemento de transporte e que não expõe o elemento de transporte a nenhuma solicitação por temperatura alta demais.

Uma outra vantagem da presente invenção em comparação com o processo de baixa pressão da BASF é que o calor não é retirado desnecessariamente do gás de processo conduzido ao largo do equipamento de lavagem que precisaria novamente ser adicionado no reator de leito fluidifi-cado. O teor de ácido isociânico desse fluxo parcial não é retransformado em ureia no equipamento de lavagem, mas sim, pode ser transformado em melamina diretamente no reator de leito fluidificado. Uma outra vantagem da presente invenção consiste no fato de que o equipamento de lavagem de ureia pode ser menor e ser construído de modo mais barato, já que é solicitado com menos gás de processo.

Uma realização vantajosa da presente invenção é caracterizada pelo fato de que na tubulação do fluxo parcial conduzido ao largo do equipamento de lavagem, é instalado um trocador de calor indireto para seu resfriamento. Através do seu resfriamento pode ser elevada sua parte de gás de fluidização em comparação com a parte do gás processado no equipamento de lavagem, sem alterar a temperatura da mistura. Desse modo pode ser efetivado um ajuste fino da mistura para a otimização do processo no que se refere ao consumo de energia, rendimento de produto e pureza e depósitos nos equipamentos.

Uma outra realização vantajosa do processo é caracterizada pelo fato de que na tubulação do fluxo parcial é alimentada amônia. Esta alimentação acontece como alternativa ou em complementação do uso de um trocador de calor, e serve para o mesmo objetivo. Dessa forma pode ser reduzida a alimentação de amônia, diretamente ou junto com a ureia, no reator de leito fluidificado.

Uma outra realização vantajosa do processo é caracterizada pelo fato de que no sentido do fluxo, antes do elemento de transporte do gás de fluidização, um misturador estático é instalado na tubulação, a fim de se obter uma boa mistura do gás tratado no equipamento de lavagem e do gás conduzido ao largo do equipamento de lavagem. A seguir, o processo de acordo com a presente invenção é explicado com um exemplo, com a ajuda do desenho da figura 1 e da tabela de fluxo de matéria.

As referências para a figura 1: 18 Equipamento de lavagem 19 Separador de gás 20 Bomba 21 Radiador 22 Compressor ou soprador 23 Aquecedor 24 Reator de leito fluidificado com aquecedor 25 Radiador 26 Separador 27 Cristalizador 28 Separador 29 Compressor ou soprador 30 Radiador Ureia líquida como material de partida para a produção de me-lamina é alimentada no separador de gás 19 e é circulada por meio de uma bomba 20 através de um radiador 21 como líquido de lavagem para ser usado no equipamento de lavagem 18. No equipamento de lavagem 18, através de uma reação química exotérmica, os restos de ácido isociânico presentes no fluxo de gás de processo 15 são transformados em ureia. O calor de reação que surge nisso é retirado da ureia em circulação no circuito por meio de um radiador 21. Um fluxo de ureia 2 é derivado do circuito de ureia do equipamento de lavagem, misturado com um fluxo de amônia 3 e alimentado no reator de leito fluidificado 24. Com o fluxo de gás de processo 4 tratado no equipamento de lavagem 18 e o fluxo de gás de processo 16 que foi conduzido ao largo do equipamento de lavagem é formado o fluxo de gás de pro- cesso 5 que é levado ao compressor ou soprador 22. Nisso, a relação de mistura dos fluxos de matéria 4 e 16 é regulada de tal modo que o fluxo de gás de processo 5 chega ao compressor ou soprador 22 com uma temperatura de 200°C. Com essa temperatura não existe nenhum risco de formação de depósitos de ureia ou de solicitação excessiva térmica do elemento de transporte. O fluxo de gás de processo 16 pode esfriar por meio de um radiador 30 e/ou alimentação de amônia fria gasosa ou líquida, o fluxo de matéria 3’, de modo que sua fração de quantidade pode ser aumentada em relação ao fluxo de matéria 4, sem alterar a temperatura da mistura de gás. O gás de processo 5 é transportado através do aquecedor 23 ao reator de leito fluidificado 24 como gás de fluidificação. No reator de leito fluidificado, em um processo químico endotérmico, na presença de um catalisador, via o produto intermediário ácido isociânico, a ureia é transformada em melamina gasosa e subprodutos, principalmente melem e melam. O reator de leito fluidificado é equipado com um aquecedor que fornece o calor de reação necessário. O gás de processo carregado com os produtos de reação sai do reator como fluxo de matéria 7, é resfriado no radiador 25 até tal ponto que os subprodutos são separados por meio de cristalização, de modo que estes podem ser separados no separador 26 seguinte, junto com as partículas de catalisador arrastadas para fora do reator de leito fluidificado. O gás de processo que depois disso ainda é carregado com melamina é conduzido para o cristalizador 27 onde é misturado e resfriado com um gás de processo que sai do equipamento de lavagem 18. Nisso ocorre a cristalização da melamina que no separador 28 seguinte é separado do gás de processo, e depois de sair do separador surge como fluxo de matéria de produto de processo 13. Do separador 29, o gás de processo é conduzido por meio do compressor ou soprador 29 como fluxo de matéria 14 de volta para o inicio do processo, a fim de ser tratado como fluxo de matéria 15 no equipamento de lavagem 18 e como fluxo de matéria 16 ser conduzido ao largo do equipamento de lavagem. Em virtude dessa condução do circuito do gás de processo há gás de processo em excesso, se modo que uma parte precisa ser removida como fluxo de matéria 17 para fora do circuito do processo. *) fl - líquido g - gasoso f- sólido **) Procedimento exemplar, sem utilização de trocador de calor (30) e sem alimentação de amoníaco (3’) no fluxo parcial (16).

REIVINDICAÇÕES

Claims (5)

1. Processo para a produção contínua de melamina, sendo que a ureia líquida usada como material de partida é transformada em um reator de leito fluidificado (24) na presença de um catalisador, sob adição de calor e adição de amônia, em um gás de processo consistindo principalmente de melamina, amônia, dióxido de carbono, do produto intermediário ácido isoci-ânico e subprodutos, e sendo que este gás de processo, depois de dele serem separados os subprodutos e a melamina, é conduzido para dentro de um equipamento de lavagem (18), onde é lavado com ureia líquida e liberado do teor de ácido isociânico, sendo que o gás de processo, depois de sair do equipamento de lavagem (18), é usado em parte como gás de fluidifica-ção (4) no reator de leito fluidificado (24), em parte como gás de refrigeração no cristalizador (27) e em parte é removido do circuito do processo (17), caracterizado pelo fato de que em sentido do fluxo, antes do equipamento de lavagem (18), um fluxo parcial (16) do fluxo de gás de processo (14) é derivado, é conduzido ao largo do equipamento de lavagem (18) e em sentido do fluxo, antes do reator de leito fluidificado (24), é introduzido no fluxo de gás de processo (4) servindo para a fluidificação, e tratado no equipamento de lavagem (18).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na tubulação do fluxo parcial (16) é instalado um trocador de calor (30) indireto para seu resfriamento.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que amônia (3’) é alimentada na tubulação do fluxo parcial (16).

4.

Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que em sentido do fluxo, antes do elemento de transporte (22), um misturador estático é instalado na linha (5).