CS241054B2 - Method of melamine production - Google Patents

Description

Vynález se týká zlepšeného způsobu výroby melaminu přeměnou močoviny nebo produktů jejího tepelného rozkladu, při němž se reakční směs vzniklá při přeměně ochladí vodou nebo vodným prostředím za vzniku produktového vodného proudu obsahujícího rozpuštěný nebo suspendovaný melamin. Tuhý melamin se pak izoluje z uvedeného vodného proudu, čímž zbyde zbytkový vodný proud. Poněvadž tento zbytkový vodný proud, zpravidla matečný louh zbývající po vykrystalování melaminu, stále ještě obsahuje určité množství melaminu vzniklého jako produkt, je žádoucí tento produkt recyklovat do výroby melaminu, spíše než jej jednoduše vypustit do odpadu. Tento zbytkový vodný proud však obsahuje též vedlejší reakční produkty, jako je amelin nebo amelid, a jestli že se koncentrace těchto vedlejších produktů v recyklovaném proudu nechá narůst, dochází ke znečištění melaminu při jeho krystalizaci těmito vedlejšími produkty. Je proto nutné tento zbytkový vodný proud v některém místě jeho oběhu čistit, aby se získal melamin uspokojivé čistoty.

Takový způsob je znám z patentového spisu USA č. 3 496 176, při němž se zbytková vodná kapalina, zbývající po vykrystalování a odstranění tuhého melaminu vzniklého jako ·produkt, · nejprve zbaví amoniaku a ochladí·; · načež se vedlejší produkty, jako je amelin a amelid, okyselením vysrážejí za použití kysličníku uhličitého nebo, některé jiné kyseliny. Vysrážený amelin a amelid se odfiltrují, načež se filtrát může recyklovat a použít pro ochlazení dalšího množství reakční směsi.

Ačkoliv· se tímto způsobem může zabránit hromadění vedlejších produktů v recyklovaném proudu, je množství energie spotřebované při provádění tohoto čištění značně veliké. Je proto účelem vynálezu, zabránit hromadění vedlejších reakčních produktů v recyklovaném zbytkovém vodném proudu při výrazně menší spotřebě energie než při dosavadních způsobech,' přičemž se současně zachovává vyhovující stupeň čistoty melaminu získaného jako produkt.

Nyní bylo překvapivě zjištěno, že hromadění nečistot tvořených vedlejšími produkty v recyklovaném proudu je možno stabilizovat tím, že se zpracování za účelem čištění podrobí pouze poměrně malá část tohoto kapalného proudu, čímž se podstatně sníží spotřeba energie, přičemž se současně získá melamin jako finální produkt neobsahující žádné nebo jen velmi malé množství nečistot.

V užším smyslu se vynález týká zlepšeného způsobu výroby melaminu z močoviny nebo z produktů jejího tepelného rozkladu, při němž se reakční směs ochladí vodným prostředím za vzniku produktového vodného proudu obsahujícího melamin a vedlejší reakční produkty. Melamin, vzniklý Jako produkt, se izoluje z tohoto vodného proudu, čímž zbývá zbytkový vodný proud, který se recykluje do výrobního postupu, například jako vodné prostředí používané k ochlazení dalšího množství reakční směsi. Podstata vynálezu spočívá v. tom, že se část zbytkového vodného proudu, stále ještě obsahujícího vedlejší reakční produkty, oddělí od zbývající části tohoto proudu a · oddělená část se zpracuje k odstranění vedlejších produktů, dříve než se recykluje do výrobního postupu.

Zbytkový vodný proud zpravidla stále ještě obsahuje určité množství amoniaku a proto má poměrně vysokou hodnotu pH. Zpracování za účelem čištění s výhodou 'zahrnuje snížení pH oné části volného proudu, která se má zbavit nečistot, na hodnotu v rozmezí od asi 7,5 do 9,0 přidáním kyseliny.

Při této nižší hodnotě pH je rozpustnost nečistot, například amelinu a amelidu, snížena na takovou míru, že se nečistoty vyloučí v podobě sraženiny, která se pak odfiltruje od zpracovávaného zbytkového vodného roztoku před jeho recyklováním do výrobního postupu. Výhodně se okyselení provádí zaváděním kysličníku uhličitého, protože kysličník uhličitý je již v soustavě přítomen, takže se do ní nezavádějí žádné cizí sloučeniny, které by se v ní hromadily nebo by se musely odstraňovat.

Pro dosažení účelu vynálezu tj. snížení spotřeby energie za současného· udržení uspokojivé čistoty melaminu vzniklého jako produkt bude ona část zbytkového vodného proudu, která se podrobí čištění, obv.ykle činit asi 5 až 50 % z celkového množství zbytkového vodného proudu. Ještě výhodněji se zpracování k odstranění nečistot podrobí 8 až 15 % z celkového množství zbytkového · vodného proudu.

Zlepšení dosažené vynálezem je možno uplatnit u kteréhokoliv známého způsobu pro výrobu melaminu z močoviny nebo z produktů jejího tepelného rozkladu. Tyto způsoby je možno obecně dělit na vysokotlaké, středotlaké a nízkotlaké.

Při vysokotlakých způsobech se melamin vyrábí z močoviny za tlaku vyššího než 5 MPa bez použití katalyzátoru, čímž vznikne reakční směs obsahující roztavený melamin, amoniak a kysličník uhličitý. Tuto reakční směs je možno ochladit vodou nebo vodným roztokem, a to bud současně se snížením tlaku této směsi, nebo až po něm. Za účelem optimalizace celkové tepelné a vodní bilance tohoto způsobu je zpravidla výhodné použít jako prostředí pro ochlazení recyklovaný roztok z pozdější fáze výrobního postupu, napříkla matečný louh zbývající po vykrystalování a izolování melaminu vzniklého jako produkt.

Při středotlakých a nízkotlakých způsobech se melamin vyrábí přeměnou močoviny v přítomnosti katalyzátoru za tlaku zpravidla v rozmezí 0,1 až 2,5 MPa, s výhodou v rozmezí 0,1 až 1 MPa. Alespoň část této přeměny probíhá obvykle ve fluidizovaném loži v přítomnosti amoniaku a popřípadě též kysličníku uhličitého. Katalyzátory obvykle používanými při takovýchto středotlakých nebo nízkotlakých způsobech jscu kysličník křemičitý, kysličník hlinitý, směs kysličníku křemičitého s kysličníkem hlinitým, kysličník titaničitý, kysličník zirkoničitý, fosforečnan boritý, fosforečnan hlinitý nebo směsi alespoň dvou těchto sloučenin.

Reakční směs obsahující melamin, vzniká při nízkotlakých nebo středotlakých způsobech, má plynnou podobu a obsahuje kromě melaminu amoniak, kysličník uhličitý a zpravidla též malé množství plynných nečistot. Tato plynná reakční směs může též obsahovat malé množství katalyzátoru strženého z reaktoru.

Tam, kde se používá mokrého způsobu k izolování melaminu z' reakční směsi, ochladí se plynná směs po výstupu z melaminového reaktoru vodným prostředím, například vodou nebo vodným roztokem. Podle množství použité vody se takto získá buď roztok melaminu, nebo suspenze melaminových částic ve vodě. Následně je možno· provést další čištění melaminu, získaného jako produkt, překrystalováním za vzniku finálního melaminového produktu.

Při výhodném provedení způsobu podle vynálezu se v· soustavě pracující s izolováním za mokra získá koncentrovaná suspenze tuhých částic melaminu v· nasyceném roztoku melaminu zkondenzováním nebo ochlazením reakční směsi . obsahující melamin vodným prostředím. Vzniklá suspenze se pak zředí recyklovanou zbytkovou vodnou kapalinou, například z úseku' krystalizace, která může být buď nezpracovaná, nebo přečištěná v souladu s vynálezem. Následkem tohoto zředění a případného použití tepla, je-li to nutné, se částice melaminu rozpustí za vzniku koncentrovaného roztoku melaminu. Tento roztok je popřípadě možno přefiltrovat k odstranění případně zbylých částic, například katalyzátoru. Roztok se pak odvádí do úseku krystalizace, kde melamin vykrystaluje jako produkt, který se pak izoluje ze zbytkového vodného kapalného proudu. Část tohoto zbytkového vodného proudu se pak podrobí zpracování k odstranění nečistot podle vynálezu. Například je možno výhodně přivádět do čistitího stupně veškeré nebo dílčí množství přetoku z krystalizátoru, který prakticky neobsahuje tuhý melamin.

Výhodně se jak přečištěný, tak nezpracovaný zbytkový vodný proud recyklují do výrobního postupu, a to buď odděleně, nebo společně. Obvykle se tento recyklovaný zbytkový vodný proud používá k ochlazení reakční směsi obsahující melamin. Je však též možno vracet dílčí množství tohoto zbytkového vodného proudu do jednotlivých různých úseků výrobního postupu.

Prováděním takto zlepšeného způsobu, tak jak byl výše popsán, je možno udržet v roztoku melaminu nebo v suspenzi melaminových částic vysokou hodnotu pH do té doby. dokud se tuhý melaminový produkt ne-, vyloučí. Při těchto vysokých hodnotách pH zůstávají hlavní nečistoty rozpuštěny v roz toku, takže se neobjevují ve výsledném produktu. Následně stačí snížit hodnotu pH k vysrážení nečistot pouze v menší části zbytkového vodného proudu nebo matečného louhu, takže se pH přečištěného proudu nemusí po odfiltrování nečistot upravovat před recyklováním proudu do výrobního postupu. Přesto však je takto možno odstranit dostatečné množství nečistot, aby se jejich množství v cirkulujícím kapalném proudu ustálilo na dostatečně nízké hodnotě, stále ještě umožňující vykrystalování a izolování· prakticky čistého melaminu.

Způsob podle vynálezu je v dalším blíže objasněn s přihlédnutím k přiloženému výkresu, na němž je schematicky znázorněno jedno výhodné provedení způsobu podle vynálezu.

Do melamlnového reaktoru 1 se prvním přívodním potrubím 2 přivádí kapalná močovina. Melaminový reaktor 1 obsahuje fluidizované lože částic katalyzátoru, například kysličníku křemičitého, kteréžto lože se udržuje ve fluidizovaném stavu plynným amoniakem přiváděným amoniakovým přívodním potrubím 3. Druhým přívodním potrubím 4 se do tepného hadu 5 přivádí horká tavenina soli, čímž se teplota fluidizovaného lože udržuje na dostatečně vysokém stupni, aby proběhla přeměna močoviny v melamin. Tato tavenina soli se zahřívá v peci 9 a přivádí druhým přívodním potrubím 4 do topného hadu 5 uloženého· uvnitř fluidizovaného lože. Když předala část svého tepla fluidizovanému loži, vrací se ochlazená tavenina soli prvním vratným potrubím 6 přes nádrž 7 a druhé vratné potrubí 8 do pece 9, kde se znovu ohřívá.

Reakční směs obsahující melamin, amoniak a kysličník uhličitý odchází z melaminového reaktoru 1 prvním odváděcím potrubím 10 a vede se do kolon 11 a 12, kde se směs horkých plynů zkondenzuje a ochladí vodnými roztoky, přiváděnými třetím přívodním potrubím 13, čtvrtým přívodním potrubím 14 a pátým vratným potrubím 77, za vzniku vcdné suspenze tuhých částic melaminu. Tato vodná suspenze se odčerpává ze spodku kolony 12 prvním čerpadlem 15 přes druhé odváděči potrubí 16 a vede do prvního hydrocyklonu 17, kde se zahustí. Řídká suspenze melaminu, odcházející z prvního hydrocyklonu 17 třetím přívodním potrubím 13, se vrací do kolon 11 a 12, zatímco koncentrovanější suspenze melaminu, vzniká v prvním hydrocyklonu 17, se odvádí třetím odváděcím potrubím 18 do desorpční kolony 19.

V desorpční koloně 19 se část amoniaku a kysličníku uhličitého, rozpuštěných v suspenzi, působením tepla uvolní a takto vzniklá směs plynů se vrací třetím vratným potrubím 20 do kolony 12.

Suspenze, odcházející ze spodku desorpční kolony 19 čtvrtým odváděcím potrubím 21, se vede do první rozpouštěcí nádoby 22, kde se mísí s pomocným filtračním prostředkem, přiváděným pátým přívodním potrubím 23, a s matečným louhem, přiváděným šestým přívodním potrubím 24. Vzniklá směs se odvádí do druhé rozpouštěcí nádoby 30 (pátým oodváděcím potrubím 2S přes druhé čerpadlo 26, první ohřívač 28 a sedmé přívodní potrubí 29), kde se melamin rozpouští v kapalině za vzniku koncentrovaného roztoku melaminu. Tento roztok melaminu se pak přivádí osmým přívodním potrubím 31 do prvního filtru 32, kde se odfiltrují nečistoty a částice katalyzátoru, popřípadě stále ještě přítomné v kapalině. Zflltrovaný roztok melaminu se pak odvádí šestým odváděcím potrubím 33 do recirkulačního potrubí 34 krystalizátoru 35. Část obsahu krystalizátoru se nepřetržitě recykluje sedmým odváděcím potrubím 36 přes třetí čerpadlo 37 _do recirkulačního potrubí 34.

Část suspenze krystalů melaminu se odvádí ze sedmého odváděcího potrubí 36 prvním odvětveným potrubím 38 přes čtvrté čerpadlo 39 a osmé odváděči potrubí 40 do druhého hydrocyklónu 41. Přetok z druhého hydrocyklónu 41, prakticky prostý krystalů, se přivádí devátým přívodním potrubím 42 do nádoby 43 na matečný louh. Přetok z krystalizátoru 35, prakticky prostý krystalů, se desátým přívodním potrubím 44 přivádí rovněž do nádoby 43 na matečný louh.

V krystalizátoru 35 se udržuje podtlak pomocí (neznázorněné) vakuové jednotky, která je spojena s krystalizátorem podtlakovým potrubím 45 přes chladič 46 a první spojovací potrubí 48. Kondenzát vzniklý v chladiči 46 se odvádí do čtvrtého vratného potrubí 49, které bude v dalším ještě popsáno.

Koncentrovaná suspenze krystalů melaminu, vzniklá v druhém hydrocyklónu 41, se vede devátým odváděcím potrubím 50 do odstředivky 51, kde se od krystalů melaminu oddělí prakticky veškerá zbylá voda. Krystaly, prakticky zbavené vody, se pak přivádějí jedenáctým přiváděcím potrubím 52 do sušiče 53, kde se suší horkým vzduchem přiváděným horkovzdušným potrubím 54. Suché krystaly melaminu se oddělí od vzduchu ve vzduchovém cyklonu 55, z něhož vzduch odchází prvním vzduchovým potrubím 56 přes pytlový filtr 57, druhé vzduchové potrubí 60. Suchý melaminový produkt, jednak oddělený ve vzduchovém cyklonu 55, jednak zachycený v pytlovém filtru 57 se odvádí do (neznázoriiěného) zásobníku prvním potrubím 62 na odvádění produktu, kterážto potrubí jsou zaústěna do společného potrubí 63 na odvádění produktu.

Matečný louh z nádoby 43 se ' odvádí desátým odváděcím potrubím 64 přes páté čerpadlo 65 a druhé spojovací potrubí 66.

část tohoto matečného louhu se odvádí dru8 hým odvětveným potrubím 67 do úseku čištění matečného louhu začínajícího nádobou 69.

V nádobě 69 se do matečného louhu zavádí kysličník uhličitý z dvanáctého přívodního potrubí 70, aby se snížila hodnota pH matečného louhu. Z nádoby 69 se matečný louh odvádí jedenáctým odváděcím potrubím 71 do druhého ohřívače 72 a třetím spojovacím potrubím 73 do· třetí rozpouštěcí nádoby 74. Z ní odchází matečný louh čtvrtým spojovacím potrubím 75 do druhého filtru 76, kde se odfiltrují vyloučené nečistoty tvořené vedlejšími produkty, a sfiltrovaný matečný louh se pak přivádí pátým vratným potrubím 77 do kolon 11 a 12, kde se reakční směs zkondenzuje a ochladí.

Zbývající část matečného louhu se z nádoby 43 na matečný louh, kterážto část se nepodrobí zpracování v úseku čištění matečného .louhu, bud vede čtvrtým přívodním potrubím 14 přímo do kolon 11 a 12, kde se reakční směs zkondenzuje a ochladí, nebo se zavádí čtvrtým vratným potru- ** bím 49 do první rozpouštěcí nádoby 22 přes výměník 68 tepla a šesté přívodní potrubí 24.

Ve výměníku 68 tepla se matečný louh zahřeje výměnou tepla s horkou směsí plynů přicházející z kolony 12 dvanáctým odváděcím potrubím 78. Během této výměny tepla část plynné směsi zkondenzuje a vzniklý kondenzát a nezkondenzované plyny se přivádějí kondenzátovým potrubím 79, resp. plynovým potrubím 80 do absorpční kolony 81.

Do hlavy absorpční kolony 81 se přivádí kapalný amoniak z vnějšího (neznázorněného) zdroje amoniakovým potrubím 89, aby se zkondenzoval kysličník uhličitý popřípadě přítomný v prakticky čistém amoniaku, odcházejícím z absorpční kolony 81 třináctým odváděcím potrubím 82. Tento plynný amoniak se vrací do melaminového reaktoru 1 (přes kompresor 83, šesté vratné potrubí 84, třetí ohřívač 85 a amoniakové přívodní potrubí 3), kde se používá jako fluidizační plyn. Ze spodku absorpční kolony 81 se čtrnáctým odváděcím potrubím 88 přes páté čerpadlo 87 a výstupní potrubí 88 odvádí zředěný roztok karbamátu amonného. .

Příklad

V tomto příkladu je popsáno výhodné provedení způsobu podle vynálezu.

V zařízení znázorněném na připojeném výkresu se prvním přívodním potrubím 2 přivádí do melaminového reaktoru 1 24.320 kg/h kapalné močoviny. Z tohoto reaktoru se prvním odváděcím potrubím 10 odvádí plynná reakční směs sestávající v podstatě z melaminu, amoniaku a kysličníku uhličitého.

Po ochlazení plynné směsi v kolonách 11

24105 4 a 12 se vzniklá vodná suspenze tuhého melamínu v nasyceném roztoku melaminu prakticky zbaví amoniaku a kysličníku uhličitého v desorpční koloně 19, načež se zředí matečným louhem v první rozpouštěcí nádobě 22. Pak se zahuštěný roztok melaminu sfiltruje, melamin se nechá vykrystalovat a krystaly melaminu se oddělí od zbylého vadného kapalného proudu. Po vysušení krystalů se tak získá jako produkt 8.000 kg/h melaminu.

Přetok z krystalizátoru 35, odcházející desátým přívodním potrubím 44, a přetok z druhého hydrocyklonu 41, odcházející devátým přívodním potrubím 42, se odvádějí v celkovém množství 359,770 kg/h do nádoby 43 na matečný louh. Tento matečný louh obsahuje melamin v hmotnostní koncentraci 2,0 % a rozpuštěné vedlejší produkty v hmotnostní koncentraci 0,2 °/o. Z tohoto celkového množství matečného louhu se druhým odvětveným potrubím 67 přivádí 9,6 °b do nádoby 69 v úseku pro čištění matečného louhu. Do nádoby 69 se zavádí přibližně kg/h kysličníku uhličitého, čímž se pH matečného louhu sníží z 9,5 na 8,3. Po zahřátí za účelem rozpuštění popřípadě přítomných zbylých tuhých Částí melaminu se část vysrážených nečistot, vzniklých jako vedlejší produkt, odfiltruje. Takto zpracovaný matečný louh se pak recykluje do kolon 11 a 12, kde se použije k ochlazení dalšího množství horké reakční směsi.

Postupuje-li se tímto způsobem, bylo zjištěno, že když se pouze malá část matečného louhu zpracuje za účelem čištění, odstraní se nečistoty, vzniklé . jako vedlejší produkt, z výrobního postupu v dostatečném množství, aby se zabránilo jejich nahromadění v recirkulujících proudech a aby bylo umožněno vykrystalování a izolování prakticky čistého melaminu, získávaného jako produkt. Melamin vyrobený tímto způsobem obsahuje alespoň 99,8 % melaminu a tak malé množství vedlejších produktů, že splňuje požadavky ohledně barvy a reaktivity.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT

   1. Způsob výroby melaminu z močoviny nebo produktů jejího tepelného rozkladu, při němž se reakční směs ochlazuje vodným prostředím za vzniku produktového vodného proudu obsahujícího melamin a vedlejší reakční produkty, načež se melamin separuje z produktového vodného proudu a zbytkový vodný proud se recykluje zpět do výrobního postupu, vyznačující se tím, že z 5 až 50 % hmot, zbytkového proudu se před jeho recyklováním vysrážejí vedlejší reakční produkty snížením pH na hodnotu 7,5 až 9,0, s výhodou přídavkem oxidu . uhličitého, a vzniklá sraženina se pak odstraní filtrací.
2. 2. Způsob podle bodu 2 vyznačující se tím, že ta část uvedeného zbytkového vodného proudu, která se zpracovává k odstranění nečistot, tvoří 8 až 15 % hmot, uvedeného produktu.