<B>Procédé de</B> fabrication <B>de</B> mélamine La présente invention, faite avec la colla boration de M. André Vialaron, a pour objet un procédé de fabrication de mélamine à par tir de solutions aqueuses de cyanamide et (ou) de dicyandiamide.
L'invention permet de fabriquer de la mé- lamine rigoureusement exempte de produits de condensation tels que mélam, mélem, et de produits de substitution tels que amméline, ammélide, avec un excellent rendement en mélamine propre à la fabrication des matiè res plastiques, en particulier des matières plas tiques formolées et à partir de solutions pro venant du traitement aqueux de la cyanamide calcique industrielle.
Il est connu de fabriquer la mélamine par polymérisation de la cyanamide ou de la di- cyandiamide. Toutefois, cette polymérisation par simple action de la chaleur sèche présente un caractère explosif du fait de la grande exothermicité de la réaction. Il est alors pra tiquement impossible d'arrêter la polymérisa tion au terme de la mélamine, et il se forme une grande quantité des produits secondaires, ci-dessus mentionnés.
Aussi met-on généralement la chaleur en aeuvre sur une dispersion ou une solution de ces produits dans un fluide exempt d'eauP la dilution dans un milieu inerte permettant de modérer la réaction. Pratiquement, seuls les procédés de poly mérisation sous pression dans des milieux à forte teneur en ammoniac anhydre, conduisent à de la mélamine assez pure, l'ammonolyse des produits secondaires limitant la proportion de ces derniers dans le produit fabriqué.
Par contre, la dispersion de la dynamide ou de la dicyandiamide dans un liquide bouil lant de préférence aux environs de la tempé rature de réaction conduit à un produit moins pur.
Quant à la polymérisation d'une solution de cyanamide ou de dicyandiamide dans un solvant comme l'aniline, elle s'opère avec for mation abondante de produits d'addition du type mélamine substituée.
Le procédé selon l'invention permet de re médier à ces inconvénients. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on disperse finement une solution aqueuse de cyanamide et (ou) de dicyandiamide dans une atmosphère gazeuse qui est portée à une température de 200 à 300o C.
On constate qu'en présence de vapeur d'eau sèche à une température de' 200 à 3000C, les produits de départ ainsi que la mélamine formée ne subissent aucune hydro lyse sensible, contrairement à ce qui se passe lorsque ces mêmes produits sont en présence d'eau liquide ou de vapeur saturante à ces mêmes températures.
Par contre,<B>la</B> vapeur d'eau constituant un volant thermique important, du fait de sa cha leur spécifique relativement -élevée, la poly mérisation d'une dispersion suffisamment fine de cyanamide et (ou) de dicyandiamide dans un milieu gazeux qui en<B>-</B>est chargé conduit à de la mélamine exempte de produits de condensation, la chaleur de polymérisation étant facilement éliminée au' fur et à mesure de l'avancement de la réaction.
Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans une chambre de réaction uni que où l'on introduit simultanément et conti nûment, d'une part, une solution aqueuse fi nement dispersée de cyanamide et (ou) de dicyandiamide, et, d'autre part, des gaz de chauffage éventuellement chargés de vapeur d'eau, l'apport de calories de ces gaz devant être tel qu'il porte la dispersion à polyméri ser à la température requise, comprise entre 200 et 3000 C.
On peut aussi, avec avantage, opérer le traitement en deux stades distincts, savoir un stade de dispersion et de séchage dans une première chambre où l'on introduit continû ment une solution aqueuse finement dispersée de dyanamide et (ou) de dicyandiamide ainsi que des gaz de chauffage propres à maintenir la température de ladite chambre entre 100 et 200o C, et un stade de réactions dans une se conde chambre où l'on introduit continûment et simultanément la dispersion séchée prove nant de la première chambre et des gaz de chauffage propres à porter les produits à une température de 200 à 3000 C.
Dans tous les cas, la concentration de la solution aqueuse de cyanamide et (ou) de di- cyandiamide utilisée peut varier depuis la di lution extrême jusqu'à la saturation et sa température de 0 à 70o C, suivant la concen tration désirée.
On peut avantageusement employer no tamment des lessives cyanamidiques prove nant de l'attaque carbonique de solutions aqueuses de cyanamide calcique, lessives industriellement préparées pour la fabrication de la dicyandiamide. Ces lessives peuvent être utilisées directement, ou après transformation en lessives dicyandiamidiques par polymérisa tion alcaline.
La dispersion de la solution aqueuse de cyanamide et (ou) de dicyandiamide peut être obtenue par tous les moyens connus tels que : pulvérisation, atomisation, avec ou sans pression. Un moyen avantageux d'opérer consiste à pulvériser le liquide contenant les produits polymérisables à l'aide d'air ou de gaz com primés à la température ordinaire. Ce fluide auxiliaire maintient alors la pipe de pulvérisa tion du liquide relativement froide, ce qui prévient les cristallisations et obturations qui pourraient se produire par un échauffement anormal de cette pipe.
On peut également utiliser la pulvérisa tion directe du liquide sous pression, la pipe d'introduction étant alors avantageusement re froidie par un chemisage d'eau, de manière à la maintenir à une température convenable.
Mais tout moyen connu de pulvérisation peut être utilisé, à condition toutefois qu'il réalise une dispersion suffisamment fine (infé rieure à 100 ,u) de la solution aqueuse mise en jeu. Aucune trace de mélam ou mélem ne peut alors être décelée dans la mélamine fa briquée par le procédé décrit.
Les gaz nécessaires tant au chauffage de la chambre de réaction unique, dans le pre mier mode opératoire défini plus haut, qu'au chauffage des deux chambres (chambre de dispersion et de séchage et chambre de réac tion), dans le second mode opératoire, peu vent provenir de toute source. On peut réali ser un. chauffage auxiliaire de la .chambre (ou des chambres) ou encore combiner plusieurs moyens de chauffage. Un moyen avantageux d'opérer consiste à envoyer dans la ou les chambres les gaz issus de la combustion totale du méthane ou d'au- tres combustibles gazeux ou liquides condui sant à des produits de réaction propres.
Les gaz chauds entrant dans la ou les chambres peuvent également tirer une partie de leurs calories d'un échange de température avec les gaz sortants.
Lorsqu'on opère le traitement de la dis persion dans une chambre de réaction unique, l'apport de calories des gaz de chauffage doit être suffisant pour porter la dispersion dans cette chambre à une température de 200 à 300o C. Lorsqu'on opère en deux stades dis tincts, l'apport de calories des gaz de chauf fage dans la chambre de séchage doit être suffisant pour que la dispersion s'y trouve por tée à une température comprise entre 100 et <B>2000C.</B> Dans les deux cas, le brouillard de solution est alors instantanément vaporisé, ce qui évite tout contact prolongé des produits de la réaction avec de l'eau liquide. Il est, d'autre part, transformé en une dispersion so lide d'une grande finesse.
La polymérisation des particules solides ainsi isolées s'effectue en principe très rapide ment. Toutefois, pour obtenir un taux de transformation élevé de la dicyandiamide en mélamine, il convient de tenir compte des con sidérations suivantes a) la vitesse de la polymérisation aug mente en fonction de la température de la chambre de réaction (qu'il s'agisse d'une chambre unique ou d'une chambre distincte de la chambre de dispersion et de séchage) ; cependant, au-dessus de 3000 C, \on peut constater un commencement de décomposition du produit ;
b) à température égale, le taux de poly mérisation de la dicyandiamide en mélamine est très sensiblement proportionnel au temps de séjour du produit dans la chambre de ré action. En général, un temps de passage de l'or dre d'une minute dans la chambre de réaction convient pour obtenir un taux de réaction suffisant.
La récupération des produits s'échappant en continu de la chambre de réaction peut être obtenue par tous les moyens connus de captation d'un solide finement divisé dans un courant gazeux. Il suffit simplement que cette récupération soit conduite à une température supérieure à la température de rosée du cou rant gazeux, de manière à éviter toute con densation de vapeur d'eau; donc tout contact d'eau liquide vers les produits réactionnels chauds. En outre, la réaction pouvant être conduite à une température où la mélamine formée se sublime en grande partie, on peut utiliser tout moyen connu de réception d'une vapeur de-produit sublimé.
Lorsque la température et (ou) le temps de séjour sont insuffisants pour transformer intégralement les produits de départ en méla- mine, mais que le produit issu de la réaction contient une proportion plus ou moins grande de dicyandiamide, on utilise tout moyen connu de séparation de ces deux produits, tels que dissolution dans l'eau et cristallisation frac tionnée.
II est alors avantageux de terminer la ré action par un lavage à chaud de la mélamine et un recyclage de la solution contenant la di- cyandiamide non polymérisée.
On a représenté au dessin ci-annexé, à titre d'exemple et schématiquement, deux ty pes d'appareillages applicables à la mise en aeuvre du procédé objet de l'invention.
Dans l'exemple de la fig. 1, l'appareillage comporte une unique chambre de réaction 1 constituée par un cylindre à axe vertical, calo rifugé, ayant par exemple 1,50 m de diamètre et 2,50 m de hauteur. La solution cyanamidi- que à polymériser est introduite et pulvérisée à la partie supérieure de cette chambre au moyen d'une buse d'atomisation 2 à air com primé, par exemple sous une pression de 700 gr/cm9 ; en 3 est figurée la conduite ame nant la solution à cette buse et en 4 la con duite d'air comprimé.
Les gaz de- chauffage, issus par exemple d'un brûleur à gaz naturel, sont introduits également à la partie supérieure de la chambre 1, d'une manière favorable à la dispersion, par un ventilateur 5.
Les produits de la réaction s'écoulant à la partie inférieure de la chambre 1 sont col lectés dans un conduit 6 sur lequel est bran ché un conduit 7 d'introduction d'air de. re froidissement destiné à ramener la température des produits à environ 100o C, et ils sont diri gés dans une batterie de cyclones tels que 8 avec filtres à manches tels que 9, les gaz res tants étant envoyés à l'atmosphère par un ventilateur 10. La mélamine formée est recueillie au-des sous des cyclones.
Dans le mode de réalisation de la fig. 2, l'appareillage est destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention en deux stades distincts. Il comprend une chambre de pulvé risation et de séchage 11 constituée par un cylindre à axe vertical, calorifugé, ayant par exemple, comme la chambre 1 de l'exemple précédent, 1,50 m de diamètre et 2,50 m de hauteur.
La solution à polymériser est intro duite et pulvérisée comme précédemment à la partie supérieure de cette chambre au moyen d'une buse d'atomisation 12 à air comprimé, par exemple sous une pression de 700 gr/cm2, cette buse recevant la solution par une con duite 13 et l'air comprimé par une conduite 14. Les gaz de chauffage destinés à assurer le séchage de la solution, issus par exemple d'un brûleur à gaz naturel, sont introduits du même côté de la chambre 11, par un ventilateur 15, d'une manière favorable à la dispersion.
Les produits séchés s'écoulant à la partie inférieure de la chambre 1 sont collectés dans un conduit 16 et envoyés dans une chambre de réaction 17 constituée par un cylindre à axe horizontal, calorifugé, ayant par exemple 2 m de diamètre et 3 m de longueur. Les gaz de chauffage destinés à assurer la polyméri sation sont introduits ici également du même côté de la chambre 17, par un ventilateur 18, et d'une manière favorable à l'équilibre ra pide de la température.
Les produits de la réaction sont enfin col lectés par un conduit 19 sur lequel est bran ché un conduit 20 d'introduction d'air de refroidissement et sont dirigés dans une batte rie de cyclones tels que 21 avec filtres à man ches tels que 22, les gaz restants étant en voyés à l'atmosphère en 23.
En utilisant comme. produits de départ diverses matières premières sous divers débits horaires, à différentes températures, on a obtenu des mélanges ayant les compositions indiquées dans le tableau ci-après
EMI0004.0022
<I>To <SEP> du <SEP> Produit <SEP> obtenu</I>
<tb> <I>produit <SEP> Durée <SEP> Rende-</I>
<tb> <I>Débit <SEP> dans <SEP> la <SEP> ment</I>
<tb> <I>Solution <SEP> traitée <SEP> de</I>
<tb> <I>horaire <SEP> chambre <SEP> méla- <SEP> dicyan-</I>
<tb> <I>de <SEP> séjour <SEP> mine <SEP> diamide <SEP> (1)</I>
<tb> <I>réaction</I> <SEP> <U>o/0 <SEP> /o</U>
<tb> Dicyandiamide <SEP> 100 <SEP> gr/l. <SEP> 30 <SEP> 1. <SEP> 230o <SEP> 10" <SEP> 21,0 <SEP> 78,9 <SEP> 99,9
<tb> <SEP> D <SEP> 40l.
<SEP> 245o <SEP> 16" <SEP> 32,0 <SEP> 68,0 <SEP> 99,9
<tb> Cyanamide <SEP> 351. <SEP> 240o <SEP> 25" <SEP> 40,1 <SEP> 59,9 <SEP> 99,9
<tb> Dicyandiamide <SEP> 100 <SEP> gr/l. <SEP> 25 <SEP> 1. <SEP> 275o <SEP> 50" <SEP> 75,4 <SEP> 24,5 <SEP> 99,9
<tb> <SEP> - <SEP> 200 <SEP> gr/l. <SEP> 50 <SEP> 1. <SEP> 285o <SEP> 2' <SEP> 96,0 <SEP> 4,0 <SEP> 99,9
<tb> Lessive
<tb> cyanamidique <SEP> 120 <SEP> gr/l. <SEP> 60 <SEP> 1. <SEP> 280o <SEP> 3' <SEP> 98,0 <SEP> 1,9 <SEP> 99,9
<tb> (1) <SEP> Définition <SEP> du <SEP> rendement <SEP> :
<SEP> R <SEP> <U>Mélamine</U> <SEP> trou<U>v</U>ée <SEP> Vo <SEP> = <SEP> X <SEP> 100
<tb> Mélamine <SEP> calculée <SEP> o/o
<tb> <U>par <SEP> rapport <SEP> à <SEP> dicyandiamide <SEP> disparue</U>
<tb> Tous <SEP> ces <SEP> mélanges <SEP> sont <SEP> totalement <SEP> solubles <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> et <SEP> le <SEP> formol.
<tb> 4