Procédé de fabrication de la mélamine. La présente invention se rapporte à un perfectionnement aux procédés connus de préparation de la mélamine par chauffage, en présence d'ammoniaque, d'une substance propre à engendrer de la mélamine dans ces conditions, par exemple la dicyanamide, l'urée, la cyanamide, etc.
Le brevet américain No 164705 de Fisch, du 4 juillet 1939, indique que, dans ces pro cédés classiques de préparation de la mél- amine, on éprouve souvent des difficulté, con sidérables provenant de l'accumulation de dépôts durs de mélamine cristallisée dans les tuyaux et vannes au cours de l'extraction de celle-ci sous forme de suspension liquide de cristaux.
Bien qu'on sache que la mélamine se décompose à des températures voisines ou supérieures à son point de fusion, c'est-à-dire environ 350 C, on propose cependant dans ce brevet de produire la mélamine à. l'état fondu et de l'extraire de l'appareil de réaction par une vanne, à l'état liquide, à une tempéra ture supérieure à son point de fusion. On évite la décomposition de la mélamine en maintenant la mélamine fondue sous une atmosphère d'ammoniaque. Dans ces conditions la mélamine fondue peut être manipulée sans décomposition sérieuse.
Bien que le procédé décrit et revendiqué par Fisch représente un progrès notable dans le métier, on a découvert que les inconvénients surmontés par ce procédé peuvent être sur montés également par un procédé tout à fait différent, qui évite de ce fait certaines des difficultés rencontrées par le procédé de Fisch.
D'après le procédé selon la présente inven tion, on opère dans des conditions de tempé rature et de pression telles que la mélamine formée passe à l'état de vapeur et ne subisse, dans cet état, aucune décomposition notable, et on extrait la mélamine formée de l'appa reil de réaction, à l'état de vapeur également.
On a découvert. que dans ces conditions de température et de pression et de préférence en maintenant également entre certaines limites les proportions relatives de mélamine et d'ammoniaque, il est possible de faire pas ser pratiquement la totalité de la mélamine formée dans l'appareil de réaction en phase vapeur, d'enlever la mélamine sous cette forme sans difficulté et de l'obtenir à un degré de pureté exceptionnellement élevé.
Obtenir la mélamine à l'état de vapeurs et l'enlever sous cette forme de l'appareil de réaction présente nombre d'importants avan tages par rapport aux procédés dans lesquels la mélamine est extraite à l'état liquide et par rapport. aux procédés dans lesquels la mél- amine est. éliminée en phase solide ou en sus pension dans un liquide ou à l'état dissous dans un solvant.
On a découvert par exemple que, dans les conditions particulières à la présente inven tion, la vapeur de mélamine est plus stable que la. mélamine fondue, et a une tempéra- ture comparativement plus élevée. La décom position des vapeurs de mélamine en mélam, mélem et autres produits de décomposition de la mélamine est beaucoup moins importante que dans le cas où la mélamine est produite et manipulée à l'état fondu.
Il en résulte qu'on obtient un produit plus pur et des ren dements phis élevés qu'il n'avait été jusqu'ici possible d'obtenir. Un autre avantage est que ce produit plus pur peut être utilisé directe ment dans la fabrication des résines et autres produits chimiques, sans purification inter médiaire.
Un avantage également important du pro cédé selon la présente invention sur les autres procédés produisant la mélamine sous forme liquide est la plus grande facilité de l'opé ration. En opérant conformément à l'inven tion on n'extrait pratiquement de l'appareil de réaction que des vapeurs. Il y a donc moins de danger d'obstruction des orifices de sortie.
I1_ y a aussi moins de fluctuations de pression dans l'appareil de réaction, et moins de chan ces de formation de gouttes adhérentes de mélamine fondue qu'au cours de la décharge à l'air libre au-dessus de 350 C, et moins de tendance à la décomposition avec formation de produits indésirables. Les gouttes dures de mélamine impure doivent être séparées de la mélamine pure par tamisage ou d'autre manière, si l'on désire obtenir un produit pur.
Dans le présent procédé, les vapeurs extraites peuvent être condensées à l'état -de poudre fine prête à l'emploi. L'invention permet en outre d'opérer sous une pression de réaction relativement basse, particulièrement dans sa forme de réalisation préférée, ce qui permet de construire l'appareil de réaction d'une manière plus économique et d'opérer avec moins de danger.
Un autre avantage supplémentaire de la présente invention est qu'elle permet de n'em ployer que des quantités d'ammoniaque rela tivement petites, ,d.e telle sorte que la récupéra tion de ce produit et sa remise en circuit favorisent une exécution simple et économique du procédé. Pour la description plus détaillée de l'in vention, on se rapportera au dessin ci-joint qui montre, en élévation, avec des portions partiellement coupées, un appareil convenant à l'application du procédé selon l'invention.
L'appareil de réaction dans lequel la mél- amine est formée et convertie en vapeur est formé d'un tube 1 en acier inoxydable ou autre matière résistant à la corrosion et qui peut supporter la température et la pression utilisées dans le procédé. Ce tube est muni d'un dispositif de chauffage; par exemple une chemise 2 dans laquelle on peut introduire un fluide chauffé par le tuyau 3 et le soutirer par le tuyau 4.
Le processus opératoire comprend le pas sage de l'ammoniaque et d'une substance apte à former de la mélamine dans la zone chauffée du tube 1 dans des conditions telles que la mélamine se forme. Une des matières premières préférées est la dicyanamide en raison de la vitesse avec laquelle elle est transformée en mélamine dans les conditions où l'on opère.
L'urée, produit un peu meilleur marché, peut être employée à la place de la dicyanamide. Dans ce cas, la zone du tube chauffée doit être quelque peu plus longue en raison de ce que la transformation de l'urée en mélamine exige une plus longue durée.
On peut employer pour former de la mél- a.mine, comme il est connu, d'autres substances que la dicyanamide et l'urée, à savoir la cy an- amide, la guanylurée, la. cyanurée, le biuret, la guanidine, l'acide cyanurique, l'ammélide, l'amméline, le mélam, le mélem, le mélon, d'autres encore.
La grandeur du diamètre du tube de réac tion variera naturellement avec la nature de la substance engendrant la mélamine et la capacité demandée à l'installation. Quand on utilise des matières premières comme la di- cyanamide, qui sont transformées presque ins tantanément en mélamine à la température élevée utilisée dans le procédé, le tube peut être assez court, une longueur satisfaisante étant 75 cm. Le tube peut cependant être phis long, les vapeurs de mélamine étant tout à fait. stables dans les conditions opératoires.
Quand on emploie l'urée, la mélam et autres substances qui donnent plus lentement nais sance à la mélamine et à des températures plus élevées, le tube peut être plus long ou la vitesse de passage des matières dans ce tube moins grande. Quelques expériences simples indiqueront la longueur minimum du tube dans chacun des cas sans grande difficulté. Dans les conditions préférées, la majeure par tie de l'urée est transformée en mélamine en moins de cinq minutes.
Ainsi que le montre le dessin, le tube est disposé verticalement. Quand on utilise la di- cyanamide ou d'autres substances qui sont rapidement transformées en mélamine à la température du procédé, la disposition v er- ticale du tube a été trouvée préférable, en raison de ce qu'elle présente moins de risques d'obstruction par la mélamine solide qui peut se former au-dessous de 350 C, au moment où la dicy anamide par exemple est. introduite dans la zone chauffée.
Quand on emploie comme substance engendrant la mélamine de l'urée ou autres produits donnant plus lente ment naissance à la mélamine, à des tempé ratures plus élevées, le tube de réaction peut être disposé horizontalement ou incliné. Si on le désire, il peut être courbé de manière à. affecter la forme d'un (J.
Dans les conditions utilisées ici et. qui seront précisées dans la suite, la mélamine qui se trouve dans la zone chauffée du tube, qu'elle ait été formée dans cette zone même ou dans une zone antérieure, passe presque instantanément à l'état. de vapeur. La mél- amine, l'ammoniaque à l'état de vapeur et d'autres gaz inertes qui peuvent avoir été in troduits accidentellement ou délibérément dans le tube, sont extraits de l'appareil de réaction par L'orifice d'une valve 5. La valve particulière représentée comporte une tige de valve conique 6 qui s'ajuste dans un siège conique 7.
L'application d'une pression suffi sante dans l'appareil de réaction entraîne l'ou verture de la valve d'une manière suffisante pour permettre aux vapeurs de s'échapper de l'appareil de réaction tout en conservant dans celui-ci la pression nécessaire pour maintenir la mélamine indemne de toute décomposition. Le fonctionnement de 1a valve à la pression désirée peut. être déterminé par un ressort réglable 8. L'orifice de sortie 9 est de préfé- r enee conique, ainsi qu'il est représenté, bien que cela ne soit pas nécessaire. Les valves de ce type étant, bien connues dans le métier, une description complète n'en est pas nécessaire.
Il est. évident. que d'autres types de valves de décharge ou de buses d'étranglement peu vent être employées pour régler la pression dans la. zone de réaction et permettre en même temps la décharge continue des vapeurs de mélamine.
Les vapeurs sortant de la buse peuvent être envoyées dans un séparateur du type cyclone ou tout autre dispositif convenable de condensation de vapeurs et de récupéra tion de la mélamine. Le dispositif représenté est formé d'une chambre 7.0 relativement large dans laquelle les vapeurs peuvent être envoyées et la mélamine se condenser à l'état de solide finement divisé. De préférence le collecteur possède une partie inférieure coni que de telle manière que la mélamine en pou dre puisse être facilement enlevée par gravité par la. porte 11.
L'ammoniaque et. autres vapeurs non con densées qui peuvent être présentes dans le collecteur peuvent être séparées de la mél- amine par passage à travers un sac filtrant 12 à mailles suffisamment fines pour retenir la mélamine solide tout en permettant le passage des vapeurs non condensées. On utilise habi tuellement un dispositif vibratoire 13 en rela tion avec les sacs filtrants pour prévenir l'obstruction des pores. L'ammoniaque et autres gaz présents sont éliminés par le tuyau 1.-1 en vue de leur récupération et de leur emploi ou pour tout autre but désiré.
Gomme on l'a indiqué précédemment, il est nécessaire de maintenir des conditions de tem pérature et de pression dans la chambre de réaction propres à amener la transformation de la mélamine en vapeur et à la maintenir en cet état sans décomposition et formation de sous-produits indésirables. On a trouvé par exemple qu'aux températures supérieures à 350 C, il est avantageux d'opérer avec tune pression partielle d'ammoniaque . d'au moins 54,36 kg/cm@. Sous des pressions partielles d'ammoniaque inférieures et particulièrement aux températures élevées, il peut se produire une certaine décomposition de la mélamine.
Ainsi qu'il apparaîtra aux hommes du métier, certains gaz inertes tels que l'an hydride carbonique, l'azote, etc., peuvent être présents dans la chambre de réaction. En fait, quand on utilise l'urée comme matière génératrice de la mélamine, il se forme trois molécules d'anhydride carbonique pour six molécules d'urée utilisées dans le procédé. Ces gaz agissent purement comme diluants des autres vapeurs mais ne modifient pas essentiellement les conditions nécessaires à la conduite satisfaisante du procédé.
La pression totale du système qui comprend la pression d'ammoniaque et la pression de la vapeur de mélamine, qui est relativement faible, peut être augmentée au moyen d'un supplément d'ammoniaque ou d'autre gaz inerte jusqu'à toute limite pratique.
La température opératoire minimum dé pend dans une large mesure -de la pression totale régnant dans l'appareil de réaction et de la. proportion relative des vapeurs de mélamine par rapport aux autres vapeurs en présence.
Si, par exemple, les vapeurs totales dans le système comprennent environ 59-'/0 de vapeurs de mélamine en poids, la température opératoire minimum est d'environ 350 C pour une pression d'environ 54,36 kg/cm=. Si la pression totale du système augmente, il est nécessaire d'augmenter la température mini- miun opératoire pour maintenir la mélamine pratiquement complètement en phase vapeur. A des pressions de 145 kgJcm=,
la température mmimiun opératoire, pour une teneur des vapeurs en mélamine de 5 % - environ, est d'environ 380 C. A une pression opératoire de 217 kg/cm@, la température minimum opé ratoire est aux environs de 400 C. A une pression opératoire de 362 kg/cm@, la tempé rature minimum opératoire sera de l'ordre de 450 C.
Quand la concentration de la vapeur de mélamine augmente, il est. nécessaire d'utiliser des températures minimum opératoires phis élevées, et le minimum augmente également avec Lune augmentation de la pression totale.
Si l'on applique le procédé selon la présente invention dans des conditions comportant une concentration des vapeurs en mélamine d'en viron<B>10%</B> en poids, on préférera employer des températures supérieures à 400 C sous 54,36 kg/cm2, la température minimum aug mentant progressivement jusqu'à 500 C pour une pression de 362 kg/em2.
Quand on emploie des concentrations en core plus élevées dans le système, la tempé rature minimum augmente encore davantage, de telle sorte que quand les conditions sont telles que la concentration des vapeurs en mélamine représente environ 30 % en poids du total, la température minimLun opératoire est. d'environ 500 C pour une pression totale de 54,36 kg;\em@, la température minimum aug mentant progressivement jusqu'à 600 C en viron pour une pression de 124,5 kg/cm.
On préfère appliquer le procédé selon la présente invention dans des conditions telles que les vapeurs extraites de l'appareil de transformation contiennent environ de 10 à 30 % en poids de mélamine. On verra.
toute fois que dans les conditions préférées, la tem pérature minimum de la vapeur est de 400 C sous 54,36 kgfcm@ et augmente jusqu'à 500 C sous une pression de 362 kgJcm@. Il est natu rellement bien entendu qu'on peut utiliser des proportions plus élevées ou moins élevées de mélamine, avec des modifications corres pondantes dans les températures minimum opératoires.
La limite inférieure pratique de la quantité de mélamine dans le système paraît être de l'ordre de 2, ô en poids. Des concentrations inférieures de mélamine ren dent nécessaire de renvoyer dans le circuit de grands volumes d'ammoniaque.
Quand on utilise une très forte propor tion de mélamine dans le système réactionnel, par exemple 50 % environ de vapeurs de mél- amine, la température minimum.
opératoire soLis une pression de 54,36 kg/cm= est beau- coup plus élevée, environ 550 C, et augmente jusqu'à 600 C pour une pression d'environ 108,5 kg/em2. A des pressions opératoires totales plus élevées, par exemple à 124,5 <B>kg</B> lem2, la température à laquelle le procédé est mis en aeuvre est encore plus élevée, géné ralement au-dessus de 600 C.
Comme on l'a précédemment noté, un des avantages du procédé selon la présente inven tion est qu'il peut être exécuté à des pres sions relativement basses. Bien qu'on puisse employer des pressions aussi élevées que 362 kg/cm2, pourvu que la concentration des va peurs en mélamine soit faible et la tempéra ture élevée, on préfère opérer à des pressions comprises entre 54,5 et 124,5 kg/em2 à des températures supérieures à 400 C aux pres sions inférieures et en augmentant jusqu'à 500 C environ pour une pression de 124,5 kg/emz. Dans ces conditions la concentration de la vapeur de mélamine est d'au moins 10,
o' en poids des vapeurs totales présentes.
Pour réaliser la présente invention, on peut dissoudre ou mettre en suspension dans l'ammoniaque liquide une substance génératrice clé mélamine comme la dicyanamide. Cette solution qui peut être au-dessous de la tempé rature requise pour transformer la substance génératrice de mélamine en mélamine est alors soumise à une pression dans les limites ci- dessus établies dans la zone de réaction chauf fée de l'appareil de réaction.
La quantité de dicy anamide sera par exemple comprise entre 2 et 50 J en poids du poids total de la liqueur envoyée dans le tube de réaction. Quand on emploie l'urée, ce qui exige 6 molé cules d'urée pour former une molécule de mél- amine, 3 molécules d'anhydride carbonique et 6 molécules d'ammoniaque, la proportion rela tive de l'urée à l'ammoniaque peut être beau coup plus grande.
Au moment où la substance génératrice de mélamine entre dans la. zone de réaction chauffée, elle est presque immédiatement transformée en mélamine, particulièrement dans le cas de la dicy anamide. Les conditions dans l'appareil de réaction étant telles qu'elles ont été ci-dessus définies, la mélamine sera immédiatement transformée en phase vapeur avant qu'il ne se produise aucune importante décomposition. Les substances se trouvant en phase vapeur dans l'appareil de réaction peu vent alors être déchargées par une valve dans un dispositif collecteur approprié à la pres sion atmosphérique, ainsi que le montre la figure.
La détente des vapeurs dans la chambre collectrice à une pression fortement réduite étant adiabatique, il y a un effet de refroi dissement qui entraîne la condensation de la mélamine à une température inférieure à son point de fusion. En raison de la pression par tielle relativement faible de la mélamine à la pression atmosphérique, la vapeur est direc tement transformée en solide, sans passer par l'état liquide. Cette transformation directe de la mélamine de l'état de vapeur à l'état solide constitue un avantage important.
L'opé ration a pour résultat qu'on évite complète ment la décomposition de la mélamine pen dant son passage à l'état liquide et que le pro duit est obtenu sous forme d'une poudre fine prête pour un emploi immédiat sans broyage intermédiaire, tamisage ou purification.
II est bien entendu que diverses modifi cations peuvent être introduites dans les exemples particuliers décrits sans qu'on sorte pour autant du cadre et de l'esprit de la pré sente invention.