DE102006055571B4 - Process and device for working up a melamine melt - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Aufarbeitung einer Melaminschmelze aus einem in mindestens einem Synthesereaktor (5) bei einem Synthesedruck von über 550 bardurchgeführten Melaminhochdruckverfahren, dadurch gekennzeichnet, dassa) das Melamin und Offgase aufweisende Reaktionsgemisch nach Austritt aus dem Synthesereaktor (5) in mindestens einem dem Synthesereaktor (5) nachgeschalteten zweiten Reaktor (6) eingeführt wird, undb) dem Melamin und Offgase aufweisende Reaktionsgemisch im zweiten Reaktor (6) Wasser in einer Menge von mindestens 0,1 mol pro mol Melamin unter Druck, welcher dem Synthesedruck entspricht, zugemischt wird, wobei das im zweiten Reaktor (6) gebildete Gemisch auf eine Temperatur zwischen 420 bis 490°C eingestellt wird.Process for working up a melamine melt from a melamine high-pressure process conducted in at least one synthesis reactor (5) at a synthesis pressure of more than 550, characterized in thata) the reaction mixture comprising melamine and offgas exits the synthesis reactor (5) in at least one synthesis reactor (5). and the reaction mixture comprising melamine and offgas in the second reactor (6) is admixed with water in an amount of at least 0.1 mol per mol of melamine under pressure corresponding to the synthesis pressure; second reactor (6) is adjusted to a temperature between 420 to 490 ° C.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung einer Melaminschmelze aus einem Melaminhochdruckverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 18 und Melaminpulver nach Anspruch 23.The present invention relates to a process for working up a melamine melt from a melamine high pressure process according to the preamble of
Verschiedene Verfahren zur Herstellung von Melamin aus Harnstoff und der Aufarbeitung des gebildeten Rohmelamins sind bekannt. Hierbei haben sich in den letzten Jahrzehnten insbesondere Hochdruckverfahren zur Melaminherstellung gekoppelt mit einer nassen Aufarbeitung der Melaminschmelze durchgesetzt.Various processes for the production of melamine from urea and the processing of the crude melamine formed are known. Here, in particular, high-pressure processes for producing melamine coupled with a wet work-up of the melamine melt have prevailed in recent decades.
Melamin kann in einem einphasigen Rohrreaktor unter überkritischen Reaktionsbedingungen hergestellt werden (
Das hergestellte Melamin weist jedoch je nach der Reinheit des eingesetzten Harnstoffes, Anlagenmaterial, Synthesetemperatur und Verweilzeit, noch eine große Menge an nicht-umgesetzten Harnstoff und weiteren Nebenprodukten, wie vor allem Ureidomelamin, Ammelin und Melam sowie Farbstoffe auf. Diese müssen aufwendig abgetrennt werden, um eine im Markt geforderte Qualität zu erreichen.However, the melamine produced, depending on the purity of the urea used, plant material, synthesis temperature and residence time, nor a large amount of unreacted urea and other by-products, such as ureidomelamine, ammeline and melam and dyes. These must be separated consuming to achieve the quality required in the market.
Die Reinigung des Rohmelamins kann auf verschieden Weise durchgeführt werden. So kann die Melaminschmelze z.B. in einem Quencher direkt in eine wässrige Lösung überführt werden. Die Reinigung von in einer wässrigen Lösung gequenchten Melamin wird üblicherweise bei Temperaturen bis zu etwa 200 °C durchgeführt. Bei einer wässrigen Aufarbeitung kommt es zur Hydrolyse von Nebenprodukten, die nachfolgend durch Umkristallisation abgetrennt werden.The purification of the crude melamine can be carried out in various ways. Thus, the melamine melt may e.g. be transferred directly into an aqueous solution in a quencher. The purification of melamine quenched in an aqueous solution is usually carried out at temperatures up to about 200 ° C. In an aqueous workup, there is the hydrolysis of by-products, which are subsequently separated by recrystallization.
In der
In der
Wird hingegen ein Überschuss an Wasser zugegeben, kommt es zwar zur Umsetzung des noch vorhandenen Harnstoffes und der schnell abbaubaren Nebenprodukte, jedoch erfolgt ebenfalls eine Hydrolyse des Melamins. Die wirklich erforderliche und optimale Wassermenge ist nur schwer oder gar nicht on-line bestimmbar, wodurch fast immer zu viel oder zu wenig Wasser zugesetzt wird.If, on the other hand, an excess of water is added, the conversion of the remaining urea and the readily degradable by-products occurs, but hydrolysis of the melamine likewise takes place. The amount of water that is really needed and optimal is difficult or impossible to determine on-line, which almost always adds too much or too little water.
In der
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Nassverfahren zur Aufarbeitung von Melamin zu entwickeln, welches die Herstellung von Melamin mit einem verringerten Anteil an sauerstoffhaltigen Nebenprodukten und somit von nebenproduktarmen und sehr weißem Melaminpulver mit einer geringen Verfärbung in Form eines niedrigen APHA-Wertes in guter Ausbeute ermöglicht.The present invention is therefore based on the object to develop a wet process for working up melamine, which comprises the production of melamine with a reduced proportion of oxygen-containing by-products and thus by-product and very white melamine powder with a slight discoloration in the form of a low APHA value in good yield.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of
Das Verfahren betrifft die Aufarbeitung einer Melaminschmelze, die in einem Melaminhochdruckverfahren in mindestens einem Synthesereaktor bei einem Synthesedruck von über 550 bar, insbesondere zwischen 600 und 800 bar durch Umsetzung von Harnstoff erhalten wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei dadurch charakterisiert, dass in einem ersten Schritt a) das Melamin und Offgase aufweisende Reaktionsgemisch nach Austritt aus dem Synthesereaktor in mindestens einem dem Synthesereaktor nach geschalteten zweiten Reaktor eingeführt wird, in einem zweiten Schritt b) das Melamin und Offgase aufweisende Reaktionsgemisch im zweiten Reaktor Wasser in einer Menge von mindestens 0,1 mol pro mol Melamin unter mit einem dem Synthesedruck entsprechenden Druck, zugemischt wird, wobei das im zweiten Reaktor gebildete Gemisch auf eine Temperatur zwischen 420 bis 490°C, insbesondere zwischen 430 bis 460°C eingestellt wird.The method relates to the workup of a melamine melt, which is obtained in a melamine high pressure process in at least one synthesis reactor at a synthesis pressure of about 550 bar, in particular between 600 and 800 bar by reacting urea. The process according to the invention is characterized in that in a first step a) the reaction mixture containing melamine and offgas is introduced after leaving the synthesis reactor in at least one second reactor connected downstream of the synthesis reactor, in a second step b) the reaction mixture containing melamine and offgas in the second reactor water in an amount of at least 0.1 mol per mol of melamine is added under a pressure corresponding to the synthesis pressure, wherein the mixture formed in the second reactor to a temperature between 420 to 490 ° C, in particular between 430 to 460 ° C is set.
Mit Vorteil werden dem Gemisch im zweiten Reaktor 0,1 bis 3 mol, bevorzugt 0,3 bis 1,3 mol Wasser pro mol Melamin zugemischt. Auch wird vorteilhafterweise das gebildete Gemisch im zweiten Reaktor für einen Zeitraum von maximal 5 Minuten verweilen gelassen.With advantage, 0.1 to 3 mol, preferably 0.3 to 1.3 mol of water per mol of melamine are admixed with the mixture in the second reactor. Also, advantageously, the formed mixture is allowed to stay in the second reactor for a maximum of 5 minutes.
Durch Zumischen des erfindungsgemäßen Überschusses an Wasser in einem dem Synthesereaktor nach geschalteten Reaktor lässt sich die Menge an Farbstoffen und weiteren Nebenprodukten überraschenderweise stark reduzieren, ohne dass eine große Menge an Melamin hydrolysiert wird bzw. es zur starken Bildung von sauerstoffhaltigen Nebenprodukten wie Oxyaminotriazinen kommt. Wichtig ist jedoch, dass das Zumischen des Wassers unter hohem Druck, insbesondere Synthesedruck erfolgt, das gebildete Gemisch aus Melaminschmelze und Wasser im Nachreaktor für einen bestimmten, jedoch kurzen Zeitraum verweilt und die Umsatzgeschwindigkeit im Synthesereaktor hoch genug ist.By admixing the excess of water according to the invention in a downstream of the synthesis reactor reactor, the amount of dyes and other byproducts can surprisingly be greatly reduced without a large amount of melamine is hydrolyzed or it comes to the strong formation of oxygen-containing by-products such as oxyaminotriazines. It is important, however, that the admixing of the water under high pressure, in particular synthesis pressure takes place, the mixture formed melamine melt and water in the secondary reactor dwells for a certain, but short period of time and the turnover rate in the synthesis reactor is high enough.
Weitere Ansätze zur Vermeidung von farblichen Verunreinigungen sind die Verwendung von möglichst reinem Harnstoff, oder der Einsatz von aus Titan hergestelltem Anlagenmaterial. Dies betrifft insbesondere alle produktberührenden Teile hinter der Druckerhöhungspumpe bis zum Entspannungsventil, die vorzugsweise aus Titan mit Graden 2 und 5 hergestellt wird.Other approaches to avoiding color contamination are the use of uranium as pure as possible, or the use of titanium-made plant material. This concerns in particular all product-contacting parts behind the booster pump to the expansion valve, which is preferably made of titanium with
Das in den zweiten bzw. Nachreaktor einzuführende Wasser wird vorteilhafterweise mittels mindestens einer Pumpe auf Synthesedruck eingestellt.The water to be introduced into the second or secondary reactor is advantageously set to synthesis pressure by means of at least one pump.
Das einzuführende Wasser enthält auch Ammoniak NH3 oder Ammoniak NH3 und Kohlendioxid CO2 (Ammoncarbonat), so dass damit auch verunreinigtes Prozesswasser verwendbar ist.The water to be introduced also contains ammonia NH 3 or ammonia NH 3 and carbon dioxide CO 2 (ammonium carbonate), so that even contaminated process water can be used.
Die Temperatur im zweiten Reaktor bzw. Nachrektor wird durch das Mischungsverhältnis der Melaminschmelze und Wasser und/oder die Eintrittstemperatur des einzuführenden Wassers bestimmt, wobei die Temperatur des einzuführenden Wassers durch mindestens ein Temperiergerät eingestellt wird. The temperature in the second reactor or post-rector is determined by the mixing ratio of the melamine melt and water and / or the inlet temperature of the water to be introduced, wherein the temperature of the water to be introduced is adjusted by at least one temperature control unit.
Vorteilhafterweise ergibt die Zugabe von 0,1 bis 3 mol, bevorzugt von 0,3 bis 2,3 mol Wasser mit einer Temperatur von 20 bis 70°C, insbesondere von 35°C, pro mol Melamin zu dem Melamin und Offgase aufweisenden Reaktionsgemisch mit einer Temperatur zwischen 300 und 600°C, insbesondere von 400 bis 500°C, eine Temperatur des Gemisches im zweiten Reaktor von 420 bis 490°C, insbesondere 430 bis 460°C.Advantageously, the addition of 0.1 to 3 mol, preferably from 0.3 to 2.3 mol of water at a temperature of 20 to 70 ° C, in particular 35 ° C, per mol of melamine to the melamine and off-gas containing reaction mixture with a temperature between 300 and 600 ° C, in particular from 400 to 500 ° C, a temperature of the mixture in the second reactor of 420 to 490 ° C, in particular 430 to 460 ° C.
Die Temperatur des Gemisches im Nachreaktor beträgt somit mit Vorteil zwischen 420 und 490°C, insbesondere zwischen 430 und 460°C.The temperature of the mixture in the postreactor is thus advantageously between 420 and 490 ° C, in particular between 430 and 460 ° C.
Mit Vorteil wird das Verfahren in einem adiabaten Rohrreaktor als zweiten Reaktor bei Drücken über 550 bar, insbesondere zwischen 600 bis 800 bar durchgeführt.The process is advantageously carried out in an adiabatic tubular reactor as the second reactor at pressures above 550 bar, in particular between 600 and 800 bar.
Das Melamin und Offgase aufweisende Reaktionsgemisch stammt mit Vorteil aus einem in einem Rohrreaktor unter überkritischen Reaktionsbedingungen durchgeführten Verfahren gemäß
Das Gemisch aus dem zweiten Reaktor bzw. Nachreaktor wird anschließend vorteilhafterweise über mindestens ein Ventil in mindestens einen Entspannungsbehälter mit einem Druck unterhalb von 200 bar, insbesondere Atmosphärendruck, zur Verfestigung entspannt. Durch den schlagartigen Druckabfall während der Entspannung kommt es zu einem Temperaturabfall um 100°C und mehr und somit zur Verfestigung der Melaminschmelze. Bevorzugt wird in einen Gas-Festsstoffabscheider entspannt.The mixture from the second reactor or secondary reactor is then advantageously via at least one valve in at least one flash tank with a pressure below 200 bar, in particular atmospheric pressure, relaxed for solidification. The sudden pressure drop during the relaxation leads to a temperature drop of 100 ° C and more, thus solidifying the melamine melt. It is preferred to relax in a gas solids separator.
Im Entspannungsbehälter erfolgt durch die Verfestigung des Melamins eine Abtrennung des Offgases aus Ammoniak NH3, Kohlendioxid CO2 und Wasserdampf vom festen Melamin. Die abgetrennten Offgase werden z.B. gemäß dem Chemie-Linz-Verfahren aufgearbeitet, einer Harnstoffsyntheseanlage zugeführt und somit recycelt.In the flash tank is carried out by the solidification of the melamine, a separation of the off-gas from ammonia NH 3 , carbon dioxide CO 2 and water vapor from the solid melamine. The separated off-gases are worked up, for example, according to the Chemie-Linz-Verfahren, fed to a urea synthesis plant and thus recycled.
Die restlichen Offgase werden bevorzugt mittels Anlegen eines Vakuums an den Entspannungsbehälter aus den Kornzwischenräumen des verfestigten Melamins entfernt und es wird trockenes, feinkörniges, nebenproduktarmes und sehr weißes Melaminpulver isoliert. The remaining off-gases are preferably removed by applying a vacuum to the flash tank from the interstices of the solidified melamine and it is dry, fine-grained, low-by-product and very white melamine powder isolated.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere in einer Vereinfachung gegenüber den bisher üblichen Aufarbeitungsverfahren zu sehen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung von marktfähigem Melamin mit üblichen Verunreinigungen und üblicher Farbzahl ohne aufwendige Nassaufarbeitung oder Sublimation.The advantage of the method according to the invention is to be seen in particular in a simplification compared to the usual processing methods. The inventive method allows the production of marketable melamine with conventional impurities and conventional color without elaborate wet workup or sublimation.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst.The object of the present invention is also achieved by a device having the features of
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens einen Synthesereaktor zur Melaminhochdrucksynthese mit mindestens einer vorgeschalteten Hochdruckpumpe, mindestens einen dem Synthesereaktor nachgeschalteten zweiten Reaktor zur Mischung der im Synthesereaktor gebildeten Melaminschmelze mit Wasser und mindestens einem dem zweiten Reaktor nachgeschaltete Entspannungsvorrichtung mit mindestens einem Entspannungsventil zur Entspannung des Melaminschmelze-Wasser-Gemisches in einen Entspannungsbehälter.The device according to the invention comprises at least one synthesis reactor for high-pressure melamine synthesis with at least one upstream high-pressure pump, at least one second reactor downstream of the synthesis reactor for mixing the melamine melt formed in the synthesis reactor with water and at least one expansion device connected downstream of the second reactor with at least one expansion valve for depressurizing the melamine melt water. Mixture in a relaxation tank.
Dabei ist es von Vorteil wenn der mindestens zweite Reaktor in Form eines adiabaten Rohrreaktors und der Entspannungsbehälter als ein Gas-Feststoffabscheider ausgebildet ist. Das Entspannungsventil der Entspannungsvorrichtung ist bevorzugt mit einer weiteren Regelungsvorrichtung zur Regelung des Synthesedruckes gekoppelt.It is advantageous if the at least second reactor in the form of an adiabatic tubular reactor and the flash tank is designed as a gas-solids separator. The expansion valve of the expansion device is preferably coupled to a further control device for regulating the synthesis pressure.
Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn die das Melamin und Offgase aufweisende Reaktionsgemisch und das im zweiten Reaktor gebildete Gemisch berührenden Vorrichtungsteile, die zwischen der Druckerhöhungspumpe und dem Entspannungsventil angeordnet sind, aus Titan, bevorzugt aus Titan der Grade 2 und Grade 5, hergestellt sind.It is also advantageous if the melamine and off-gas containing reaction mixture and the device contacting the mixture formed in the second reactor disposed between the booster pump and the expansion valve are made of titanium, preferably
Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Melaminpulver weist einen Gehalt an Ammelin unter 0,65 Gew %, bevorzugt unter 0,3 Gew%, und an Ureidomelamin unter 1,5 Gew%, bevorzugt 1,2 Gew%, auf.The melamine powder produced in the process according to the invention has a content of ammeline below 0.65% by weight, preferably below 0.3% by weight, and ureidomelamine below 1.5% by weight, preferably 1.2% by weight.
Bei einem Ammelingehalt von unter 0,25 Gew% liegt die APHA-Zahl des Melaminpulvers vorteilhafter unter 20, bevorzugt unter 17.With an ammeline content of less than 0.25% by weight, the APHA number of the melamine powder is advantageously less than 20, preferably less than 17.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
-
1 ein Verfahrensfließbild für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a process flow diagram for an embodiment of the method according to the invention.
Ausführungsbeispielembodiment
Im Harnstoffbehälter
Im Wasserbehälter
Der Wasserstrom wird am Mischungspunkt zwischen Synthesereaktor
Durch die kurze Verweilzeit von weniger als 5 Minuten im adiabatischen Reaktor
Die Reaktion im adiabatischen Reaktor
Das Entspannungsventil
Durch die Entspannung des im zweiten Reaktor
Wenn man an das Entspannungsventil
Wie der Tabelle zu entnehmen ist, hängt die Produktzusammensetzung stark von der Mischtemperatur ab im zweiten Reaktor
Wird dem Melamin-Offgas-Reaktionsgemisch Wasser- mit einer Temperatur von 200°C bei entsprechend größeren Wasserzugaben unter Ausbildung der in Tabelle 1 genannten Mischtemperaturen zugeführt, zeigt sich, das bei gleicher Mischtemperatur das gleiche Reinheitsoptimum erhalten wird.If the melamine offgas reaction mixture is fed with water at a temperature of 200 ° C. with correspondingly greater additions of water to form the mixing temperatures mentioned in Table 1, it is found that the same purity optimum is obtained at the same mixing temperature.
Es ist ebenfalls möglich, Wasser mit einer Temperatur kurz über dem Gefrierpunkt zuzugeben, wodurch die Menge des zugegebenen Wassers sich leicht verringert.It is also possible to add water at a temperature just above the freezing point, whereby the amount of added water is slightly reduced.
Der APHA-Wert wird nach einer üblichen Methode bestimmt, wobei die Absorption eines aus dem vorliegenden Melamin hergestellten Melamin-Formaldehyd-Harzes bei 380 nm und bei 460 nm gemessen wird. Der APHA-Wert wird dabei durch die Differenz der beiden Absorptionswerte unter Berücksichtigung -eines Kalibrierungsfaktors gemäß
Bei einer bestimmten Melamin-Ausgangsqualität ist ein Optimum der Qualität in Abhängigkeit der Temperatur im Nachreaktor und der Wassermenge zu erkennen. Nur bei ausreichend geringer Ammelinkonzentration, die besonders schwer im Trockenverfahren zu erreichen ist, lässt sich die Farbzahl bestimmen.With a certain melamine starting quality, an optimum of the quality as a function of the temperature in the secondary reactor and the amount of water can be recognized. Only at a sufficiently low concentration of ammeline, which is particularly difficult to achieve in the dry process, can the color number be determined.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Harnstoffbehälterurea tank
- 22
- Wasserbehälterwater tank
- 33
- Harnstoffpumpeurea pump
- 44
- Wasserpumpewater pump
- 55
- Gasbefeuerter Röhrenofen als SynthesereaktorGas-fired tube furnace as a synthesis reactor
- 66
- Adiabater Rohrreaktor als NachreaktorAdiabater tube reactor as a post-reactor
- 77
- Entspannungsventil mit DruckregelungRelaxation valve with pressure control
- 88th
- Feststoffabscheider mit FilterSolids separator with filter
- 99
- Schleuselock
- 1010
- Temperiergerät tempering
- 2121
- Harnstoffurea
- 2222
- Wasserwater
- 2323
- Erdgasnatural gas
- 2424
- Luftair
- 2525
- Abgasexhaust
- 2626
- Offgasoffgas
- 2727
- Melaminpulvermelamine powder
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