DE1443632A1

DE1443632A1 - Melaminsynthese

Info

Publication number: DE1443632A1
Application number: DE19641443632
Authority: DE
Inventors: Cook Lucien Harry
Original assignee: Chemical Construction Corp
Current assignee: Chemical Construction Corp
Priority date: 1963-03-12
Filing date: 1964-03-02
Publication date: 1968-10-31
Also published as: NL6402306A; GB1043466A; US3239522A

Description

XJR. F. ΖΜΜ8ΤΕΙΝ - OR. E. Α88MANN - DR. R. KOENIQSBEROER

· ν /1-.,V^ PATENTANWÄLTE

1Λ-Α3632

V - TEUEeRAMME: TUMW.T 8MONCHEN₂.

-* 8ANKKONTO:

;. BANKHAU·

75 733'-' i

OHBKICAi CONSSRUCSIOH COHPORATION, Hew York, U.Y., USA

Melaminsyntheße

Die vorliegende Erfindung besieht sich s.ui die Herstellung von Melamin aus Harnstoff. Es wird eine kombinierte Yerfehrensfolge, bei der das iielaminsyntheseabgas in ei:ie:i vo-"..j.5-öändi_c;er;. iCreisprosess dein Harnstoffsyntheseverfp.hren zugefvihrt '.viro., geschaffen.

Die Lie i amine yn the se axis Harnstoff wira lurch iirhxtzey. von geschmolzenem Harnstoff bei erhöhter Temperatur laid orr.br,te':. Druck, gewöhnlich in Gegenwart überschüssigen Αϊγ.·εοϊ".1*^:·.".-γ3 dur "Lrerführt. Die Hes.ktiori des Verfahrens kann allrer^m yrrrss beschrieben werden:

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3 dos AnderunOiQ.Jii. v. *· S. :t"s» t

■ fÖrmigem Zustand. ^r^eugtr^^^JIi^
prο dulrten ":ÄiöBioni.ak .iMd Eöhlen"dlox5"d - .in fester .3* des Gasstromes .^

muss, zur Wiedergewi:mung- ili^s ^mop±fi^e&äl1;eB ;±ä3;

-Sine Mögliätutelt äBß Selainin sii -Meiiätiä&lB,7 "bestelili' ift;Wai<äi®p: mit eineitr fliissigeii örggüisGlien IiösiiM^säiittBl-e -ta? i

gebt festet temooiiiiHicsa^aJaat IK (ä^©^fä,IJseige während eine 'sns ;:eeiiieia wssserfEele.iiFlimadn phase- auriiclrtxleifet«, 3aa 'ÄüöriiBmcaajfeamEt lcarm. .in Hß3?ns.1i&iff.:-^:iv;T?er geführt werden, das Jririoiiiafe wird ä?e"ö]£mäs_B±ger^eise :sur- il synthese .wieder Verwendeΐ._Ο; liiie andere Terwenöung--Xur- -das Ä abgas besteht in der. Herstellu;<ig"^:.irö£L" ^BfflOni-umsiilfa-fc«- oder umnitraticxaistaöiger, durch Biiile-i ten ..des A~Qge.ses_ "in Sefewe fels au "bsw. Salpetersäure^ -. .'-_ . ; .--. _:. ^: .-"■."·■-. .-. -.; ;

In der vorliegenden Srfiriatmg wird- aas J'IelamiKaagas ±L· feiner' neuen ^r/eis-e--durch-" Siifülirimg in eiüen;yollst-^n-äi'girn Es^nitoff·« syntheselcreisproseBs eus^enütstc D&s. Llplarrn.riaßg&e wird ^r:it je— neris, welohes durch fiie^ Zersetsung ύοώ. immciiiiavrOi-.^szrj-.t "bei d-S:* Hr:?n3toffB_{yr..these entpt-ebt_s Trereinigt»" worauf äi= beiieii Jbgs& einen Kreislauf zut Hfirro.H.toffer/nthese auge führt werd

^g -wird; ein Terfahren. der Melamin synthese aus;

Harnstofi Torgeleg"fe_s iij weiches Harnstoff 'bei srhöhxer iempera-tur-.,

-^{7 v} * * BAD ORIGINAL·

aus Ammoniak» > Kohlendicxyd und einem im Er-eilauf rüekgeführten Strom von Ammoniak und Kohlendioxid hergestellt v*drd₉ wobei mit dem Harnstoffsynthesestrom so verfahren wird» dass er ein erstes Abgas aus Ammoniak und Kohlendioxyd, welches wenigstens . Teil des rücklaufenden Kreislaufstrones int, ersengt, einen : ubrigblei."bend#n Harnstoffsynthesestroa bildet _s aus dem v/asserfreier Harnstoff"hergestellt wird, worauf der Harnstoff bei erhöhten Drüek erhitzt, vird, I.Ieleiiiin und ein sweites Abgas aus Ammoniak-and Kohlendioxy.d bildet, wobei d?s sweite Abgas mit dem erstfn Yereinigt. wird, um-, den SückstroH für das Hern^toffverfahren zu bilden. ..

Bei einer bevorzugten Ausführungshorn vdrd des Hirnstoffsynthese abgas in eitieif■■ Vielzahl von Stufen bei verschiedenen Drucken erzeugt. In 4ie«em Fall wird das Ilelaminabgas in einer Yielsahl von Stufen bei Drucken, die denen des Harnstoffsyntheseabgases entsprechen, entfernt und in den Kreislauf geführt. Auf diese '«eise werden Teilgasströme bei jeder Druokhöhe vereinigt und ηε-chfolgend In den Kreislauf zur Harnst off synthese geführt. Der tatsächliche Kreislauf der vereinigten Gasströme zur Harnstoffsynthese kann in irgendeiner zwecteaiäosigeii Art durohgefiihrt werden, doch werden, wie in foleenden ausgeführt wird, z?/ei bevorzugte Abgaskreialaufmethoden beschrieben.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung .besitzt, einen bemerkens werten Torteil dadurch, dass eine vollständigere Sezyklisierung des Heiaminabgases ohne die .Verwendung von pussen zugefiihrter

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Lösungsmittel erhalten wird« _;Znsätglieii/kann,frisofe^iramoniaic ftii _>; • die Harnstoffsynthese direkt-der-MelaiainByntliese- und^nachfolgend; dem Kreislauf zur Harns tQ.ffsyiith.es e. zugeführt werden;»' "Das'-ist.

. deshalb vorteilhaft.* weil das-, - !antretende,'frische■ ■.-Mmqiiiafc'ge-"·; ■■;-. v/ohnlioh/vollkommen, wasserfrei-xiiid.-von/maximaler Heiiiheif 1st =;■■·· '" Sa "bei der Melaminsynthese die/Abwesenheit -von.Caesar- uner- - "" wünscht - ist,,, stellt die '"1ΓΘ^βηαι^^"';το3ϊ'·ίΓί®ο^βΜ-^:\ΑκΐΕθΑΐο&-'--^:ϊ)-β1:"άβΓ".".'

«mit^ anschliessender^Sackftiiirung des-l^ersoMssi—-'.,- ztxs HarnstoffsjnT&es'e]einen seJar giosseH-Tcirteil' ^K '--da,r₉ ^: Bin. weiterer -Vorteil der vorliegenden Brfindung--&es'teiiⁱf;" v^:. darin,, dass die. Energie im ßelaiain.al5ga&s die von dem. erliöiiten Druck StPHSIt₅ - duröli Sinfiüirung des Abga&es Euxn- Hams-toffkreis-' _t lauf system-in einer- ^;5*i el zsKL von Schritt-'eii'bei¹-" verschiedenen Brucknöhen,,· statt durch-Ausdeiiaung des'-'^esamten- Llelamlnverfah— ronsstroias auf einen niedrigen' 'Dsaökj·'' nicht' verlorin gelite Dieser letztere Vorteil macht sich dann bemerkbar_s wenn das" Harnstoffsynthese abgas in einer Vielzahl von Stufen bei verschiedenen Druckhöhen erzeug't wird. Dies ig τ-im allgemeinen der' Fall _f ob-·.'' ¥/ohl theoretisch die Zersetzung des linaondaaoar-bamats mid die· Erzeugung des Harnstoffsyntheseab'gas-es· lsi rs-ine*r Brückstuf-e durchgeführt werden könnten» Schliesslich ist das Verfahren der vorliegend es, Erfindung wei-tsä'hiir deshalb sehr vorteilhaft ₉ weil es-' wegen der V^ifceinigmig der beiden Abgase einfacher ist und weni-^ gex„Verfahrenseinhelten enthält* .....-· ■·,·''. '. · -"

Ein Gegenstand der vorliegenden ,Erfindung besteht in flor Her-

dn-

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"ι.

fähren mit gemeinsamer Rezyklisierung der Yerfahrensabgase.

Bin anderes Ziel ist die Rückführung in den Kreislauf und Nutzbarmachung des Melaminsyntheseabgases in verbesserter Weise.

Weiterhin hat die vorliegende Erfindung die Erhaltung der Drucke des Melaminsyktheseabgasea durch Rückführung desselben ohne Druckvermindö^ung in einen Kreislauf in einer Vielzahl von Stufen zum !

Ein zusätzliches Ziel des vorliegenden Verfahrens ist die Vereinigung der SEelamin- und Harnstoff synthese unter Verwendung von frisch eintretendem Ammoniak in die Melaminsynthese mit eventueller Rückführung dieses Ammoniaks in einen Kreislauf zur Harnstoff synthese. '

Diese und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ·. werden au6 dea* folgenden Beschreibung offenkundig. Zu den Abbildungen sei folgendes erläutert5

Fig. 1 stellt ein Pliessbild einer mit einer Harnstoffsynthese zusammengefassten Melaminsynthese dar, bei der das Abgas in reines Ammoniak tmd eine wäßrige im Kreislauf rückfliessende Ammoniumcarbamatlösümg aufgeteilt wird.

Pig. 2 ist asm Pliessbild der Harnstoff- und Melaminsynthese mit kombinierten Abgaskreisläufen, in denen die vereinigten Abgas-

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ströme direkt komprimiert und im Kreislauf zur .Harnstoffsynthese.--durch Vielstufenkompression zurückgeführt werden. ·

Zu Hg. 1: '■'?■ ■■■<

Die kombinierte Harnstoff- und Itfelamin'synthese wird gezeigt. " Die Harnstoffsynthese findet im Reaktionsgefäss. 1 statt, während die Melaminsyhtiiese im Reaktionsgefäss 2 durchgeführt wird. Bei' der Harnstoffsynthese wird das zugeführte gasförmige Kohlendioxyd 3 mit Hilfe des Kompressors 4- auf den Druck zur Harnstoffsynthese komprimiert und über die Leitung 5 zum Erhitzer 6 geleitet. Der erhitzte komprimierte Kohlendioxydstrom gelangt nun durch Leitung7 zum Reaktionsgefäss 1.

Ein aufgegebener Ammoniakbeschickungsstrom 8 wird* geteilt, wobei der eine Teil durch Zuleitung 9 zur Melaminsynthese und der Rest durch Leitung 10 zur Harnstoffsynthese geleitet wird. Der Strom 10 wird mit dem flüssigen Ammoniakkreislauf strom T1 vereinigt und über Leitung 12 zur Pumpe 13 geführt» Das flüssige
Ammoniak wird auf den Harnstoffsynthesedruck gepumpt und ,über
Zuleitung 14 dein Erhitzer 15 zugeführt. Der erhitzte und unter Druck stehende; flüssige\ Ammoniakstrom 16 fliesst nun in das Reaktionsgefäss 1. Als letzter Bestandteil der Harnstoffsynthese
fliesst eine ruckgeführte wäßrige Ammohiumcarbamatlösung durch Zuführung 17 in das Reaktionsgefäss 1.

Die zugeführten Grasströme 7, 16 und 17 reagieren innerhalb des Reaktionsgefässes T unter dem Druck der Harnstoffsynthese, ge-

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v/chnlich im Bereich zwischen-141 bis 422 atü (2C^r0 "bis 6000 psig.). Harnstoff wird durch ISntwäaserung von Annoniumc&rbf-me.t gebildet. Der erhaltene ausfliessende HarnstoffDynthesestroifi 18 enthält . Harnstoff j AamoniuMcrirtamat». überi-chüssi^es Ammoniak und "^?ässer. Dieser Strom 18 wird" nun- zum Druei-credusiarventil 19 geleitet und verlässt dieses als Strom 20. unter vermindertem.Druck zwischen 14,1 und 28,1 atü (200 bis 400 psig.)· 3er Strom 20 wird in einen Syklonschnellabscheider 21 geleitet, in- dem des Abgas, ass durch die Druckminderung erhalten wird, von dem flüssigen Ve rf ahrens strom, abgetrennt wird. Das Abgas wird--'durch Leitung 22 entfernt, während der flüssige Strom über die Zuführung 23 dem

24 augeführt wird»

Der flüssige Strom wird in dem unteren feil des Zersetsers 24 erhitzt, wodurch weitere Zersetzung von Ammoniumcarbsiaat ersxelt wird. Die Einheit 24 wird durch den Dampfmantel 25 erhit-zt, wobei der Dampf über die Zuführung 26 eingelassen und das Kondenswasser durch Leitung 27 entfernt \/ird/ Die Abtrennung des Abgases aus dem flüssigen Verfahrensstrom-findet im oberen Teil der Einheit 24 statt» Der erhaltene Abgasstrom 28 wird mit dem Gasstrom 22 zur Bildung des kombinierten Abgasstroms 29 bei einem

•■,■..^;*-;»£ vi:.'■ '- ■■■■ ■■·■ - * - _^:-:r?.J;-r,;.^- ■'■ ;^:-.."'. '■■■-- * \. ■-..-..'- ■ .^; Druck im Bereich.zwischen 14,1 bis 28,1 atü (200 bis 400 psig«)

vereinigt.

Der zuriißkbleibende llüssigkeitsstronL wird aus-"-dem-Zersetzer 24 duroh die Leitung 30 entfernt, wobei er das Druckreduzierventil

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31 passiert» Darauf gelangt der "Flüssigkeitsstromdurch Leitung

32 in einen „liederdruckzersetzer 33 unter einem Druck zwischen C,35 Ms 3,52 atü (5 bis 50 psig*}■· In der Einheit 33 wird die Zersetzung des übriggebliebenen- Immoniumcarbamats durch wei- . teres Erhitzen.des Flüssigkeits-stromes durchgeführt »Das Er- !litzenwird auf die !"eise durchgeführt_s dass ein Hochdruaka"bgas~ strom 29 mit einer verdünnten "wäßrigen A^oniumcarbamatlösung 34, die .aus einer, späteren Stufe des Verfahrens staiiipitj in Berührung gebracht v;irdo Diese Gas-Plüssigkeitsmischung findet im Mantel 35 .stattj der um den kleineren Teil der Einheit 33 herum angeordnet ist» Die sich ergebenden Reaktionenj einschliesslißh Rückbildung von iümaoniumearbamat und Lösung τοη ^Bmoniak und Eohlendioxyd in der flüssigen Phase, dienen dazu. Hitze zu erzeugen_s die die. Zersetzung von Ämmoniurnearbaiaat innerhalb der Einheit 33 bewirkte. Die Abtrennung des Mederdruekabgases aus dem zurückbleibenden flüssigen .Verfahrensstrom findet im Oberen Seil der Einheit 33 ■statt. Der entstehende Abgasstrom 36 wird zu· weiteren Behandlungen, die im folgenden beschrieben werden sollen, weitergelei— tet, während der zurückbleibende flüssigkeitsstrom 37» der aus einer wäßrigen Harnstofflösung "besteht, den'letzten Verfahrensschritten der Harnstoff erzeugung, wie weiter unten besehrieben -d.rdj zugeführt wird- ."."-.. ",,..«- -'■'

Der durch· die Mischung der Ströme 29 und 34 gebildete ilüssigkeitsstrom wird aus dem Hantel 35 durch die Leitung38 entfernt und in einen Hochdruckkondenser-Abstreifer 39 -unterhalb •des !füllkörper-Abschnitts 40 eingeleitet.- Die Einheit 39 dient ·

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dazu, das reine Ammoniak aus dem Strom 38-zu entfernen, wobei reines ,Ammoniak und eine konzentrierte wäßrige Ammoniumcarbamatlösung erhalten werden,, Der gasförmige Teil des Stroms 28 wird mit dem Äbgasstrom 41 vereinigt, der von der Melaminsynthese, wie weiter unten beschrieben wird, stammt. Die vereinigte Gasphase steigt durch die Rillkörper-Zone 40 in die ."Einheit 39* im Gegenstrom zu einer herabfliessenden wäßrigen Ammoniumcarbamatlösung, die in die Einheit 39 durch die Zuführung 42 zugegeben wird ο Die Lösung wird so erhitzt und an Ammoniumcarbariat angereichert. &±e wird aus der Einheit 39 durch leitung 43 abgezogen, läuft durch eine Umlaufpumpe 44 und wird durch Leitung entfernt. Der Strom 45 wird in einen grösseren Teil» cLer durch Leitung 46 und Kühler 47 als Kreislaufstrom 42 der Einheit 39 zugeleitet wird und in einen kleineren, der durch Leitung 48 und. Pumpe 49 der Harnstoffsynthese als Strom 17 zugeführt wird, geteilt.

Die aufsteigende Gasphase in der Einheit 39 entweicht in der Füllkörperzone 40 mit wesentlich verringertem Kohlendicxydgehalt, Das noch vorhandene Kohlendioxyd v/ird aus der Gasphase in dem aus Kondensierlamellen bestehenden oberen Teil 5^₅ in dem weitere Kühlung, Kondensation und Rückfluss der Gasphase stattfindet, entfernt. Der schliesslich gereinigte Gasstrom aus reinem Aiancniak wird aus dem Oberteil der Einlieit 39 durch Leitung 51

28,1 bei einem Druck zwischen 14»"? und £%!%£ atü (2CO bis 400 psig.) entfernt, mit dem Ammonielrkreislc-.uf strom 52 ve^einig-i und im Kreislauf der Harnstoffsynthese über leimung 53 zugeführt ο Der

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Strom 53 wird im Kühler 54 zu ."flüssigem Ammoniak kondensiert und als solches in den flüssigen Ammoniakkreislaufstrom 11 abgelassen. ' . ■ "---;. ■■ . ■ "■-■-■-■■ ----...

Zur Beschickung des Niederdruekcarbamatzersetzers 33 wird folgendermassen verfahren: Ein gemischter Abgasstrom von niederem Druck wird in einen. Biederdruckkondensor 55 geleitet. Dieser ähnelt in Funktion und Arbeitsmethode der oben beschriebenen Einheit 39j mit der Ausnahme, dass er "bei einem niedrigeren Druck zwischen 0,35 und 3»52 atü (5 bis 50 psig.) betrieben wird. Der Abgasstrom 36 wird mit dem Melaminabgasstrom 56 vereinigt, der aus einer'im folgenden noch zu beschreibenden Heiaminsynthese stammt« Der vereinigte Gasstrom 57 wird nun in die Einheit 55 unterhalb der- !Füllkörperzone 58 geleitet, gekühlt und teilweise ' in der Zone 58 durch Berührung mit einer absteigenden Ammoniumcarbamatlösung kondensiert» Der aufsteigende G-asstrom wird weiter in einem oberen aus Ifondensierlamellen bestehenden. Teil 59-p:ekühlt und toiter Sückflusf? gehalten und die übrigbleibende■■ Gasphase, die nun aus reinem Ammoniak besteht, v/ird über Leitung entfernt, im Kompressor 61 auf einen Druck zvisclien 14» 1- und 28,1 atü (200 bis 400 psig„) komprimiert und über Leitung. 52 dem Kreislauf zur Harnstoffsynthese zugeführt„

Die Axuiüoniuncarbanatlösung am Boden der Einheit 55 wird durch Leitung 62 durch eine umlaufpumpe 63 abgezogen und über Leitung 64 abgeleitet» Der ütroia 64 wird geteilt., wobei der eine Seil über Leitung 65, Kühler 66 und Leitung 67 der Einheit 55 im

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bad

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Kreislauf zugeführt wird, der andere durch Leitung 58 der Pumpe .69 zugeführt wird, τοπ der er auf einen. Druck zwischen 14,1 und 28,1 atü (200 bis 400 psig„) gebracht wird, worauf er durch Leitung 34 der Umhüllung 35 der Einheit 33 zugeführt wird,

!Die. im Niederdruckcarbamatzersetzer 33 erhaltene Harnstofflösung wird über Leitung 37 abgezogen und den letzten Herfahren der Harnstofferzeugung zugeführt*. Dazu wird der Strom 37 einem Bindampfer 70 zugeführt, aus dem das Wasser über Leitung 71 entfernt wirdο Im wesentlichen wasserfreier geschmolzener Harnstoff wird aus dem Verdampfer 70 über Leitung 72 abgeführte Der Strom 72 wird nun in gewohnter Weise geteilt, wobei ein Teil durch Leitung '73 den üblichen Verfahren zur endgültigen Aufarbeitung zugeführt wird. Der andere Teil oder auch der ganze Strom 72 wird über Leitung 74 der llelaminsynthese in Form von geschmolzenem Harnstoff zugeleitet. Der Strom 74 wird durch Pumpe 75 auf den Lielaminsyn the sedruck gebracht und als Strom 76 weitergeleitet»

Vom eingesetzten Ainmoniakstrom 8 wird ein Teil 9 desselben durch Pumpe 77 über Leitung 78 zur Vereinigung mit Strom 76 geleitet« Der dadurch erhaltene vereinigte Harnstoff-Ammoniakstrom 79 wird nun erhitzt, wenigstens teilweise in einem Vorerhitzer 80 verdampft und über Leitung 81 in eine Windung 82 in einem Strahlungsheizungsreaktionsgefäss 2 zur I!e 1 aminsyntliese eingeleitet. Der Strom im Inneren der Windung 82 wird den zweckmässigsten Bedingungen der Me!aminsynthese unterworfen, so einem Druck zwi-

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sehen 52,7 und 1050 atü (750 "bis 15000 psig,„ )■ und einer Temperatur zwischen 250⁰C und 600 C-. Der erhaltene austretende Melamin— synthesestrom wird über Leitung 83 abgeleitet; er enthält hauptsächlich Melamin,. Ammoniak und Kohlendioxyd* Der Strom 83 passiert nun ein Druckreduzierventil 84 und wird über Leitung 85 bei einem Druck zwischen 14»1 und 28,1 atü (200 bis 400 psig.) weiterge3,eitet. Der Strom 85" .wird im Kühler 86 zur Kondensation des Melamins in fester Form gekühlt, worauf der nun erhaltene Strom 87 in einen Zyklonabscheider 88 geführt wirdo Die Melaminmasse wird über 89 abgetrennt, das Abgas wird teilweise über 41 in einen Kreislauf nach einer oben beschriebenen Methode geführt. Der noch übrigbleibende Strom 90 durchläuft nun ein Druckreduzierventil 91 und wird bei einem Druck zwischen 0,35 und 3,52 atü C5 bis 50 psig.) als ,Strom 92 weitergeführt, der nun in einen letzten Zyklonabscheider 93 eingeleitet wird. Hier wird das zurückbleibende\Melämin über'94 entfernt und das Abgas wird über Leitung 56 in den Kreislauf zur Hernstoffsynthese nach ei- . ner oben beschriebenen Methode eingeführt.

Fig. 2 zeigt .eine andere Ausführung des erfindungsgemäss vorliegenden Verfahrens. Hier findet die Vereinigung der Harnstoff- und Melaminsynthese über die Vereinigung der Abgasströme statt. ^l Die Harnst off synthe se wird im Eeaktionsgefäss 100, die Melaminsynthese im Reaktionsgefäss 101 durchgeführt. Zunächst zur Harn-*· Stoffsynthese: Der aufgegebene flüssige Ammoniakstrom 102 wird üurch Pumpen auf den, Harnstoff synthe sedruck durch Pumpe 105 gebracht, über Leitung 104 weitergeführt-und im Erhitzer 105 ver-

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dampft. Der verdampfte Ammonialestrom 106 wird mit dem komprimierten Kreislaufabgasstrom 107 zur Bildung des Stroms 108 vereinigt. Ein gasförmiger Eohlenlioxydbe^chickungsstrom 109 wird im Kompressor 110 auf den" Harnstoffsynthesedruck komprimiert, über Leitung 111 weitergeführt und mit Strom 108 zur Bildung eines gasförmigen Harnstoffsynthesebeschickungsstroris 112 vereinigt. Der Strom 112 wird nun durch die Hochdruckwindung innerhalb des Reaktionsgefässes 1C0 beim Harnstoffsynthesedruck im Bereich zwischen 141 und 422 atü (2000 bis 6000 psig·) geleitet. Der durch die Harnstoffbildung erzeugte Yerfahrensstrom 113 enthält Harnstoff, Ammoniumcarbamat, überschüssiges Ammoniak und Wasser. Die exotherme Reaktion der Harnstoffsynthese wird durch Wärmeaustausch mit flüssigem Wasser in der Einheit 100 moderiert. Es wird deshalb durch die Leitung 114 Kondenswasser in die Einheit 100 zugeführt, der entstehende Dampf wird durch Leitung 115 entfernt. Die·:·er gesättigte Wasserdampf, der über 115 erzeugt wurde, kann durch Wärmeaustausch mit den heissen Abgasen des Kreislaufstroms 107 überhitzt werden, die dazu verwendeten Mittel werden jedoch im Fliessbild nicht gezeigt»

Der Harnstoffsyntheseabstrom 113 wird nun durch einen Inertgasabscheider 116 geleitet. In der Einheit 116 v/erden Inertgase wie Stickstoff und Argon entfernt, um die Anreicherung dieser Komponenten in dem Umlaufsystem zu unterbinden._a Die Ein heit besteht aus einem Hochdruckkessel, in dem ein Druck aufrechterhalten wird, der entweder gleich oder grosser als der Sigendruck

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des Stroms 1T5 ist. Auf diese Weise entweicht aus der flüssigen Phase in Einheit 116 ein Gasstrom aus Inertgasen, Ammoniak, Kohlendioxyd und ?/ass er dampf. .Dieser aufsteigende Gasstrom wird in der gepackten Zone 117, die mit einem Kühlmantel versehen ist, gekühlt« Ds,s Kühlwasser wird über die Leitung 119 zugegeben und über Leitung 120 abgeführt. Die aufsteigenden Verbindungen Ammoniak, Kohlendioxyd und Wasserdampf werden in der Zone 117 unter Rückfluss gehalten und kondensiert» Die in der oberen Zone der Einheit 116 gebildete Gasphase, die hauptsächlich aus Inertgasen besteht, wird über Leitung =121 entfernt, durch ein Regelventil 122 geleitet und über die Leitung 125 abgeführt„ Das Ventil 122 dient zur Regulierung des-Flüssigkeitsniveaus" in der Einheit 116.

Die nun von Inertgaseii freie flüssige Phase wird aus der Einheit 116 über, die Leitung 124 entfernt» Der Strom 124 wird .nun einem Verfahren zur Abtrennung eines Abgases, das nicht umgewandeltes Ammoniak, und Eohlendioxyd aus der wäßrigen Harns toff lösung enthält, unterworfen. Dazu v»rird der'Strom 124 durch ein Druckreduzierventil 125 geleitet, das er als Strom .T2.6 bei einem Druck-zwischen 84,4 und 120 atu (1200 bis 1700 psig.) verlässt. Der Strom 126. wird zu einem Zyklonschnellabscheider 127 geleitet, der ,. . , irgendein zweckmässiges Gefäss für die physikalische Trennungeines Abgases, das sich aus der zurückbleibenden flüssigenLo- .. sung-entwickelt, darstellt. Bas .-Abgas," das sich-je nach der ·.: Druckverminderung entwickelt, wird, aus .dem> Gefass 127 über die Leitung 12B entfernt» Die zurüQkble4b.ende flüssige Lösung/ v^r^ ^ ;'".·■;■' -λ - · - "--' roiiü .i:.[.i :■:.. ..-.-■..·■ BAD

lässt den Kessel 127 durch die leitung 129, wird durch ein Druckreduzierventil 130 geschickt und verläset dieses als Strom 131 mit einen Druck zwischen 42,2 und 59,8 atü (6CO bis 850 psig.).

Der Strom I3I wird in einen Aranoniuracarbamatzersetzer 132 geleitet, in dem Zersetzung eines Teils des Ammoniumcarbamats im Strom durch zweckmässiges Erhitzen stattfindet. Die Einheit 132 kann aus irgendeiner zweckmässigen Anordnung mit einer typischen Vorrichtung, wie in I¹Ig₀ 2 gezeigt wird, bestehen. Der StroiE

131 wird während seines Aufsteigens durch die untere, von einem Dampfmantel umgebene Zone der Einheit erhitzt, und zwar durch Wasserdampf, der durch Leitung 133 in die Ummantelung eingeführt wird, wobei das Kondenswasser durch Leitung 134 entfernt wird. Ein Teil des vorhandenen Ammoniumcarbamats wird zu Ammoniak und Kohlendioxyd zersetzt; ein weiteres Abgas kann von der zurückbleibenden flüssigen Lösung in der oberen Zone der Einheit

132 abgetrennt werden. Das Abgas wird über Leitung 135 entfernt, während der zurückbleibende Flüssigkeitsstrom mit geringerem Ammoniumcarbamatgehalt durch Leitung 136 abgezogen und durch ein Druckreduzierventil 137 geschickt wird, das er als Strom 138 mit einem Druck zwischen 19,3 und 35,2 a.tü (275 bis 500 p^sig.) verlässt.

Der Strom 138 wird mit dem wäßrigen Kreislauf strom 13,9 vereinigt, der auf eine im folgenden noch zu beschreibende Art erhalten" wird. Der vereinigte Strom HO wird in einen Ammoniumcarbamai;-zersetzer 14-1 geleitet, in dem Zersetzung eines weiteren Teils des Ammoniumcarbamc.ts im Strom durch entsprechendes Erhitzen

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stattfindet. Die Einheit 14-1 ähnelt "der oben" beschriebenen Einheit 132ο Der Strom HO steigt durch die untere, von einem Dampfmantel umgebene Zone der Einheit I4I, die durch Dampf, der durch leitung 142 zugeleitet und dessen Kondenswasser über leitung 143 entfernt wird, erhitzt wird'. Dabei wird die Zersetzung des grössten Teils des im Flüssigkeitsstrom vorhemdenen Ammoniumearbamata erhaltene . - - " . -

Das. in der Einheit Hl erzeugte gemischte Abgas wird-über leitung .144 entfernt, der zurückbleibende Flüssigkeitsstrom mit einem noch geringerem Ammoniunicarbamatgehalt wird über Leitung 145 abgezogen und durch ein Druckreduzier-ventil 146 geleitet, das er als Strom 147 bei einem Druck zwischen 0,35 "und 3,52 ätü (5 bis 50 psigo) verlässt. Der Strom 147 wird nun einem Zyklonabscheider 148 zugeführt, der eine Verfahrenseinheit ähnlich dem oben beschriebenen G-efäss 127 darstellt. Durch den niedrigeren Druck und die erhöhte Temperatur des "VerfahrensStroms in der Einheit I4Ö wird der Airfrei 1 des enthaltenden Ammoniumcarbamats zersetzt und über Leitung 149 als ein gemischtes Abgas abgeführt. Der aus einer wäßrigen Harnstofflösung .bestehende zurückbleibende Flüssigkeitsstrom wird durch Leitung I50 abgezogen und der Verwendung zur Melaminsynthese, wie im folgenden beschrieben wird, zugeführt» ^- ■_

Der Abgasstrom 149 wird nun mit dem Niederdruckabgasstrom 151, der aus der folgenden, noch zujbeschreibenden, Melaminsynthese ■stammt, vereinigt. Der vereinigte Abgasstrom 152 wird nun einem ·

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Absorber 153, der mit einer Füllkörperzone 154 oder einer anderen Vorrichtung, die eine innige Gas-Flüssigkeitsberührung gestattet, ausgerüstet ist, zugeführt. Ein umlaufender Strom 155_f der aus einer wäßrigen Absorbierlösung besteht, wird in die Einheit 153 über die gepackte Zone 154 geschickt und rieselt dem im Gegenstrom aufsteigenden Gas entgegen. Ammoniak und Kohlendioxyd aus dem Strom 152 werden von der flüssigen Lösung absorbiert. Eine kleine Menge aus Leitung 156 frisch zugeführtes Wasser wird oben der Einheit 153 zugeführt, während die Inertgase aus dem System durch die Leitung 157 weggeführt werden«, Der Strom 156 kann in einigen Fällen, je nach dem relativen Wassergehalt im Strom 155, weggelassen werden* Die Waschlösung wird über Leitung 158 vom Boden der Einheit 153 entfernt und über eine Pumpe 159 und eine Leitung 156 dem Kühler 161 zugeführt, in dem der'Strom in einer geeigneten Weise gekühlt wird und dann über Leitung 162 entfernt wird, wobei ein Teil-Strom über Leitung 155 im Kreislauf der Einheit 153 zugeführt wird. Der andere Teil des Stroms 162 wird über Leitung 163 der Pumpe 164 zugeleitet und auf einen Druck zwischen 19,3 und 55,2 atü (275 bis 500 psig.) für den Kreislauf über Leitung komprimiert. Das Ammoniak und Kohlendioxyd des Stroms 139 wird auf diese Weise dem Kreislauf zur Harnstoffsynthese über Leitung 144 zugeführt. Es ist ersichtlich, dass eine Möglichkeit besteht, den Strom 152 im Kreislauf der Harnstoffsynthese durch die Kompression des Gases zuzuführen, wie dies im Fall der Ströme 128, 135 und 144, wie im folgenden noch beschrieben wird, der lall ist. Wegen der anfällenden hohen Kosten für die er«

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neute Kompression des Niederdruckstromes 152 ist diese Möglichkeit jedoch weniger wünschenswerte

Zur Beschickung des Zersetzers 141 wird zunächst der gemischte Abgasstrom 144 in die Einheit 165 geleitet, die aus einem Axialoder Fliehkraftkompressor konventioneller Bauart besteht. Hier _:. wird das Abgas auf einen erhöhten Druck komprimiert, der dem. des in der nächst höheren Stufe der Oarbamatzersetzung erzeugten Abgase gleich ist. D.er erhaltene komprimierte Abgasstrom 166 wird mit dem Abgasstrom 167 aus der Melaminsynthese bei einem mittleren Druck zwischen 42»2 und 59,8 atü (600 bis 850 psig.) vereinigt, worauf der vereinigte Gasstrom 168 mit dem Abgasstrom 135 aus der Carbamatzersetzung in Einheit 132 kombiniert wird» Der vereinigte Abgasströme 169 wird nun bei einem Druck zwischen 42>2 und 59»8 atü (600 bis 850 psig.) in den Kompressor 170 geleitet, der dem in der Einheit 165 oben be-_: schriebenen ähnlich ist. Der erhaltene komprimierte Abgasstrom 171 entweicht dem Kompressor mit, einem Druck zwischen 84,4 und 120 atü (1200 bis 1700 psig.) und wird mit äem. Abgasstrom 172-.- · aus der Melaminsynthese und auch mit dem Abgasstrom 128 aus der Einheit 127 vereinigt. Der letztlich erhaltene Abgasstrom173 wird nun in den letzten Kompressor T74 -geleitet, der dem bei der Einheit 165 oben beschriebenen ähnlich ist. In Einheit 174 wird der gesamte vereinte Abgasstrom auf den Harnstoffsynthese- ,. enddruck von 141 bis 422 atü (lEOÖÖ^bis -6000 psig,.) ; komprimiert«.·^ Das komprimier te. Abgas, wird über Leitung-10? abgef ührt. undi; dem ΐ-Kreislauf zur Harnst off synthese in oben beschriebener Art zugeführt»

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HinsichtIieh der Beschickung der Einheit 148 wird eine wäßrige Harnstofflösung über Leitung 150 abgezogen und den letzten Verfahren zur Harnstofferzeugung und Melaminsynthese zugeführt_o Dazu wird der Strom 150 in" den Verdampfer 175 eingeleitet, wobei das Wasser über Leitung 176 entfernt wird. Der im wesent·* liehen wasserfreie geschmolzene Harnstoff wird aus der Einheit 175 über Leitung 177 weggeführt. Der Strom 177 wird nun in üblicher Weise geteilt, wobei ein Teil über Leitung 178 dem herkömmlichen abschliessenden Verfahren zugeleitet wird. Der andere Teil und auch der ganze Strom 177 wird über Leitung 179 als geschmolzener Harnstoff der Melaminsynthese zugeführt» Der Strom 179 wird mit Hilfe der Pumpe 180 auf den Melaminsynthesedruck komprimiert und über Leitung 181 weitergeleitet.

Ein zusätzlich zugesetzter Ammoniakstrom wird von der Pumpe 183 chireh Leitung 184 zur Vereinigung mit dem Strom 181 gepumpt» Der sich daraus ergebende Harnstoff-Ammoniakstrom 185 wird nun erhitzt, wenigstens teilweise in einem Vorerhitzer 186 -verdampft und über Leitung 187 in eine Windung 188 in einem Strahlungs« heizungsreaktionsgefäss 101 zur Melaminsynthese geleitet. Der · Verfahrens strom innerhalb der Windung 188 wird den günstigsten Bedingungen der Melaminsynthese unterworfen, so einem Druck zwischen 84,4 und 1050 atü (1200 bis 15000 psig.) und einer Temperatur von 250 bis 600⁰G₀ Der dabei erhaltene Melaminsyntheseabstrom wird über Leitung 189 abgeleitet und enthält in der Hauptsache Melamin, Ammoniak und Kohlendioxyd. Der Strom 189

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durchlaufΐ -nun ein Druckreduzierventil 190 und wird danach mit einem Druck von 84 "bis 120 atü (1200 bis 1700 psig.) durch Leitung 191 weitergeleitet. Der Strom 191 wird in einem Kühler zur Kondensation des Melamins als festes Produkt gekühlt, der dabei zurückbleibende Strom 195 wird in einen Zyklonseparator 194 geleitet. Die Melaminmenge wird über 195 entfernt, wobei ein Teil Abgasstrom über Leitung 142 zum Kreislauf in einer oben bereits beschriebenen Art entfernt wird. Der zurückgSliebene Verfahrensstrom 196 passiert nun ein Druckreduzierventil 197 und wird als Strom 198 bei einem. Druck zwischen 1.9»3 und 35,2 atü (275 bis 500 psig«) als Strom 198 weitergeführt. Der Strom 198 gelangt nun in einen mittleren Zyklonabscheider 199ο Aus ihm wird weiteres Melamin über Leitung 200 entfernt und Abgas über Leitung 167 dem Kreislauf zur Harnstoffsynthese in oben bereits beschriebener Weise zugeführtβ Der zurückbleibende Verfahrensstrom 201 durchläuft nun ein Druckreduzierventil 202 und wird bei einem Druck zwischen 0,3-5 und 3,52 atü (5 bis 50 psig.) als Strom "203 weitergeleitet, der dann in einen letzten Zyklonabscheider 204 gelangt. Hier wird der letzte Teil des festen Melamins über Leitung 205 entfernt und das Abgas über Leitung 151 dem Kreislauf zur Harnstoffsynthese in einer oben beschriebenen Art zugeführt.

Im Bereich der vorliegenden Erfindung lassen sich für den mann zahlreiche Alternativausführungen finden. So stellen die variierbaren Grossen des Verfahrens, wie der oben angegebene Druck, nur bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen"

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Verfahrens dar. Weiterhin lassen sich zusätzlich zweckmässige Wege zum Abgaskreislauf neben den bereits beschriebenen und in Fig. 1 und Fig. 2 aufgezeichneten finden. In Fig. 2 könnte der eingesetzte Ammoniakstrom in einigen Fällen weggelassen werden, zusammen mit dem ganzen Ammoniak zur Auffrischung, das "dem Harnstoffsyntheseverfahren mit dem Strom 182 und nachfolgendem Ammoniakkreislauf über die Ströme 172, 167 und 151 zugeführt wird.

Die Zahl der Abgaserzeugungsstufen der Melaminsynthese kann variiert werden und hängt nicht von der Zahl der Stufen der Abgaserzeugung aus der Harnsynthese ab. So könnte (siehe Fig. 2) das zurückbleibende Melamin zusammen mit dem Abgasstrom 201 gewünschtenfalls ausgeschieden werden, einschliesslich des gesamten abgezogenen Abgases über leitung T67o

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Melamin aus Harnstoff, bei dem Harnstoff bei erhöhter Temperatur aus Ammoniak, Kohlendioxyd und einem Rezyklisierungsstrom aus Ammoniak und Kohlendioxyd hergestellt wird, wobei mit dem Harnstoffsynthesestrom so verfahren wird, dass er ein erstes Abgas aus Ammoniak und Koh«- lendioxyd erzeugt, welches wenigstens Teil des Kreislaufstromes ist, und dass er einen übrigbleibenden Harnst off synthesestrom, aus dem wasserfreier Harnstoff hergestellt wird, bildet, wobei weiter der Harnstoff bei erhöhtem Druck zur Bildung von-.. Melamin und einem zweiten Abgas, das Ammoniak und Köhlendioxydenthält, erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abgas mit dem ersten zur Bildung eines Rezyklisierungsstroms für das Harnstoffverfahren vereinigt wird,

2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoff in Gegenwart überschüssigen Ammoniaks zur Bildung von Melamin erhitzt wird. ^; '" ' ■ ^f

3 ο Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennze"x^vöh*£· net, dass der Harnstoffsynthesestrom zur Zersetzung des Aramoniumcarbamats und zur Bildung eine.s ersten Abgases unter verminderteto Drück erhitzt wird,, ^r -■. .■ --"■■■-';" . ""■■"-,- '■-*

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Gas komprimiert und im Kreislauf der Harnstoffsynthese zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Harnstoffsynthesestrom in einer Vielzahl von Stufen "bei aufeinanderfolgend verminderten Drucken erhitzt wird, so dass das erste Gas eine Vielzahl von Teilabgasströmen bei verschiedenen Drucken enthält, weiter, dass das Abgas der Melaminsynthese als eine Reihe von Teilströmen einer Vielzahl von Stufen bei aufeinanderfolgend verminderten Druckniveaus abgetrennt wird, und dass der Melaminabgasstrom bei jpem Druck zu dem ersten Teilabgasstrom entsprechenden Druckes zugegeben wird,

6ο Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bei jeder Druckhöhe erzeugte vereinigte Abgasstrom durch Kompression auf den nächst höheren Druck in den Kreislauf übergeführt wird, mit dem bei höheren Drudken erzeugten Abgasstrom vereinigt wird, und dass der gesamte vereinigte Abgasstrom auf das nächst folgende Druckniveau komprimiert wird ο

7« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniak und Kohlendioxyd im Kreislauf in Ammoniumcarbamat vor der Harnstoffsynthese umgewandelt wird.

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8» Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erste und zweite Abgasstrom·gekühlt und mit einer wäßrigen Ammoniumcarbamatlösung gewaschen wird, um Kohlendioxyd als Ammoniumcarbamat zu entfernen, das übrigbleibende erste Abgas weiter gekühlt und unter Rückfluss gehalten wird, tun den noch enthaltenen Anteil an Kohlendioxyd zu kondensieren und einen Gasstrom aus reinem Ammoniak zu erzeugen, und dass der genannte übrigbleibende Ammoniakgasstrom und ein Teil der genannten Waschlösung im Kreislauf der Harnstoffsynthese zurüekeitet werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die teilweise vereinigten Abgasströme getrennt ge-

äk reinigt werden, und dass die· übrigbleibenden Ammonixmgasströme und ein Teil von wenigstens einer der"genannten Reinigungslösungen im Kreislauf der Harnstoffsynthese zugeführt werden.

•1Oo Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Stufen der Oarbamatzersetzung und Teilabgaserzeugung vorliegen, ebenso Melaminabgaserzeugung, wobei die erste Stufe bei einem Druck zwischen 14,1 und 28,1 atü (200 bis 400 psig,) und die zweite Stufe bei ü.,35 bis 3,52 atü (5 bis 50 psigo) durchgeführt wird»

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11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe der Carbamatzersetzung und Abgaserzeugung bei der Harnstoffsynthese durch Druckreduktion ohne äussere Heizung erhalten wird.

ORIGINAL INSPECTED

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