DE1670126A1 - Verfahren zur Kuehlung der bei der Melaminsynthese erhaltenen Abgase - Google Patents

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BADISCHE ANILIN- & SöDA-FÄBRIK AG

Unser Zeichens O.Z. 2K 4o6 Kl/Wl Ludwigshafen am Rhein, 808_O1966

Verfahren zur Kühlung der bei der Melaminsynthese erhaltenen Abgase

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Es 1st bekannt, Melamin aus melaminhaltigen Reaktionsgasen, die durch Erhitzen von Harnstoff in Gegenwart von Ammoniak und Katalysatoren bei Temperaturen von 320 bis 450°C erhalten werden, dadurch abzuscheiden, daß man diese auf Temperaturen von ISO bis 280°C kühlt. Die Kühlung dieser Gase erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, daß man sie mit einem kälteren Gasstrom vermischt. Als Kühlgase kommen hierbei Ammoniak oder Inertgase in Betracht. "Vorteilhaft werden jedoch als Kühlgase die von Melamin und dem nlchtumgesetzten Harnstoff befreiten Syntheseabgase, die im wesentlichen aus einem Gemisch aus Ammoniak und Kohlend!oxyd bestehen, eingesetzt. Dies hat den Vorteil, daß die Abgase nicht durch Fremdgase verdünnt werden. Die so gekühlten Abgase können daher ohne weitere Aufbereitung erneut als Wirbelgas bzw. Trägergas' für Melamin in die Reaktionszone eingeführt werden, so daß für die Synthese praktisch kein zusätzliches Ammoniak benötigt werden muß.

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Es ist bekannt j, daß man zwecks weiterer Abkühlung der von Melamin befreiten Abgase sowie zwecks Abscheidung und Rückgewinnung des in ihnen enthaltenen, nichtumgesetzten Harnstoffs diese mit einer gegebenenfalls biurethaltigen Harnstoffschmelze bei Temperaturen von etwa 120 bis l40°C in Berührung bringt. Hierdurch werden die Abgase auf 130 bis l40°C abgekühlt. Will man nun dieses von Melamin und Harnstoff befreite Abgas wiederum für die Kühlung des Syntheseabgases awecks Abscheidung des Melamins einsetzen, so erfordert dies* da die Abscheidung des Melamins, um Melaminverluste zu. vermeiden, im allgemeinen bei Temperaturen von etwa 200⁰C durchgeführt wird* wegen der geringen Temperatur di ff er enz bet rächt lleiie Kühlgasmengen. Die Menge des Kühlgases kann selbstverständlieii dadurch erniedrigt werden, daß man seine Temperatur senkt. Prinzipiell läßt sich dies beispielS" weise durch ein nachgeschaltetes System von Kühlern erreichen. Da das Abgas jedoch stets noch geringe Mengen an Harnstoff enthält, würden sich die Kühlflächen im Laufe der Zeit mit Harnstoff belegen, so daß eine periodische Reinigung der Kühler und wegen des schlechten Wärmeübergangs zwischen den heißen Gasen und den mit Harnstoff belegten Kühlflächen große Wärmeaustauschflächen erforderlich wären.

Es wurde gefunden, daß man die bei der Melaminsynthese durch Umsetzung von Harnstoff in Gegenwart von Katalysatoren nach Abscheidung des Melamins durch Kühlung der Synthesegase erhal-

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tenen Abgase durch Behandlung mit harnstoffhaitigen Schmelzen auf einfache Weise -und ohne die oben geschilderten Nachteile auf Temperaturen unterhalb 120⁰C kühlen kann* wenn die Schmelzen neben Harnstoff in geschmolzenem Harnstoff lösliche Ammoniumsalze und/oder Guanidine al se enthalten -and wenn die 'J?eniperatar der Schmelzen knapp oberhalb der Zersetzungstemperatur von Ammoniumcarbaminat gehalten wird«,

Die erfindungsgemäße Kühlung der Abgase läßt sich unmittelbar ä an die Stufe ansehließen, in der das Melamin abgeschieden wird« Man kann aber auch zwischen der Melaminabscheidung und der erfindungsgemäßen Kühlung der Abgase diese in an sich bekannter Weise mit einer Schmelze aus Harnstoff, die gegebenenfalls Biuret enthält, waschen* Bei der letzteren Arbeitsweise werden etwa 90 % des nichtumgesetzten Harnstoffs mit Hilfe der Harn" stoffwasehe zurückgewonnen und können so direkt wieder der Synthese zugeführt werden, während die restlichen 10 % des nichtumgesetzten Harnstoffs bei der erfindungsgemäßen Wäsche anfallen und aus der Schmelze abgetrennt werden.

Die erfindungsgemäßen Mischungen aus Harnstoff und in geschmolzenem Harnstoff löslichen Ammonium- bzw. öuanidinsalzen bilden Eutektika mit sehr niedrigen Schmelzpunkten. Als Salze kommen beispielsweise die Ammonium- oder öuanidinsalze der Salpeter— _s Rhodanwasserstofi'-i, Ameisen- und Essigsäure lh Betracht. Mit besonderem Vorteil setzt man die Salze der Salpeter- und Rhodanwasserstoffsäure ein.

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Beispielsweise schmilzt das bisher unbekannte Eutektikurn aus 55 Gewichtsprozent Harnstoff und 45 Gewichtsprozent Ammoniumrhodanid bei 29°C und das bisher ebenfalls unbekannte Gemisch aus 25 Gewichtsprozent Ammoniumnitrat, J>0 Gewichtsprozent Ammoniumrhodanid und 45 Gewichtsprozent Harnstoff bereits bei 11°C und ist somit bei Raumtemperatur in weiten Konzentrationsbereichen flüssig» Für ein Gemisch" von 55 Gewichtsprozent Ammoniumacetat und 45 Gewichtsprozent Harnstoff wird ein Schmelzpunkt von 60°C gemessen. Das eutektische Gemisch von 55 Gewichts-

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Prozent Guanidinrhodanid und 45 Gewichtsprozent Harnstoff besitzt einen Schmelzpunkt von 47⁰Ge Geringe Anteile an Biuret,'..Gyänursäure, Thioharnstoff, Substanzen, die entweder in den Abgasen enthalten sind oder sich aus diesen mit den erfindungsgemäßen Schmelzen bilden, stören nicht, ·

Die untere Grenze der erreichbaren Kühlgastemperatur ist nicht durch die Erstarrungstemperaturen der genannten Schmelzen gegeben, sondern durch die Temperatur, bei der sich festes ) Ammoniumcarbaminat aus diesen abscheidet. Diese Temperatur liegt " bei Normaldruck bei etwa 60°C. Um die Abscheidung dieser Substanz zu verhindern, muß die Temperatur der Schmelze immer oberhalb des Zersetzungspunktes von Ammoniumcarbaminat liegen, d.h., daß man beim Arbeiten unter Atmosphärendruck vorteilhaft Temperaturen von etwa 60 bis 75°Q einstellt. Beim Arbeiten unter erhöhtem Druck muß die Temperatur entsprechend angehoben werden.

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damit der Zersetzungsdruck: des Carbaminats den angewandten Arbeitsdruck: übersteigt. Durch Behandlung der Gase mit den erfindungsgemäßen Schmelzen bei niedrigem Druck ist es selbstverständlich möglich, eine weitere Absenkung der Kühlgastemperatur zu erzielen» ■

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Schmelzen als'Waschflüssigkeit en hat den großen Vorteil, daß diese in den angegebenen Temperaturbereichen praktisch keinen Dampfdruck besitzen. Das λ Abgas wird daher nicht durch Fremdsubstanzen verunreinigt und kann ohne weitere Aufbereitung erneut der Synthese zugeführt werden.

Um Korrosionen in der Apparatur zu vermeiden, kann diese gummiert oder mit einem korrosionsbeständigen Kunststoff beschichtet werden oder man verwendet von vornherein korrosionsbeständige Werkstoffe,' wie Aluminium, Aluminium-Magnesium-Legierungen, Titan, Perrosilicium oder Kohlenstoff-Werkstoffe.

Die Abscheidung des von der Schmelze aufgenommenen Harnstoffs gestaltet sich insbesondere dann sehr einfach, wenn man mit Schmelzen arbeitet, die einen das Eutektikum übersteigenden Gehalt an Harnstoff besitzen. Aus diesen Schmelzen kann der Harnstoff durch einfache Kühlung in grobkristalliner, sehr gut zentrifuglörbarer Form abgeschieden werden. Die dem abgeschiedenen Harnstoff anhaftende Schmelze wird durch Waschen mit flüssigem

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Ammoniak oder mit einem Alkanol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen entfernt. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels kann die Schmelze erneut der Wäsche zugeführt werden. Der zurückgewonnene Harnstoff kann nach der Trocknung gegebenenfalls der Synthese wieder zugeführt werden.

Beispiel 1

In einem Wirbelreaktor werden stündlich 100 kg Harnstöffschmelze zusammen mit 551 kg eines Gasgemisches aus 2 Volumenteilen Ammoniak und 1 Volumenteil Kohlend!oxyd in Gegenwart eines Aluminiumoxydkatalysators zu über 95 ^ zu Melamin umgesetzt. Die gefilterten heißen Synthesegase werden durch Zumischen von 70⁰C heißen Gasen, die aus 2 Volumenteilen Ammoniak und 1 Volumenteil Kohlendioxyd bestehen, auf 200⁰C gekühlt, wobei Melamin auskondensiert und abgeschieden wird. Das noch Harnstoff in Form von Ammoniak und isocyansMure enthaltende Abgas wird anschliessend in zwei Stufen durch direkten Wärmeaustausch mit einer .65⁰G warmen Schmelze aus 67 Gewichtsprozent Harnstoff, 28 Gewichtsprozent Ammoniumrhodanid laid 4 Gewichtsprozent Ammoniak gewaschen und auf 7O⁰C gekühlt* Die von der Sohraelze aufgenommene Wärme wird dieser in einem mit Siedekühlung betriebenen Wärmeaustauscher entzogen.

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Aus dem Waschkreislauf werden stündlich 20 kg Schmelze ausgeschleust und auf 35 bis 40°C abgekühlt. Der sich aus der Schmelze zusammen mit seinen Pyrolyseprodukten in grobkristallinen Nadeln ausscheidende Harnstoff wird abzentrifugiert und mit etwa der doppelten Menge Äthanol rhodanidfrei gewaschen. Die durch Abdampfen des Waschalkohols zurückgewonnene Schmelze wird zusammen mit der aus der Zentrifuge ablaufenden Schmelze erneut dem Waschkreislauf zugeführt« Der abgetrennte Harnstoff wird zusammen mit den Pyrolyseprodukten nach seiner Trocknung in geschmolzenem Zustand in den Melaminreaktor eingespeist.

Von den insgesamt- stündlich in einer Menge von 910 kg anfallenden Abgasen, deren Temperatur -JO⁰G- betragt, werden 351 kg als Wirbel- und Spülgas in den Reaktor eingeführt sowie 505 kg als Kühlgas für die Abscheidung des Melamins eingesetzt. Der restliche Anteil des Abgases wird zur Verwertung seines Ammoniak~ anteils beispielsweise auf Düngemittel weiterverarbeitet.

Beispiel 2 (

Wie in Beispiel 1 beschrieben, wird das Synthesegas mit Kühlgas, das aus einem Ammoniak-Kohlend!oxyd-Gemisoh besteht, auf 200⁰C gekühlt und das Melamin ausgeschieden. Das 200°C heiße Abgas wird anschließend durch Wärmeaustausch mit einer biurethaltigen, l;52^uO warmen Harnst off schmelze, wie in dem

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deutschen Patent 1 204 679 beschrieben, auf 135°C abgekühlte Hierbei wird das im Abgas dampfdruckmäßig noch enthaltene Melamin quantitativ und der nichtumgesetzte Harnstoff zu über 90 % abgeschieden und von der Schmelze aufgenommen. Aus dem Harnstoffkreislauf werden stündlich 100 kg Schmelze entnommen und dem Melaminreaktor zugeführt und durch stündlich 96 kg frischen geschmolzenen Harnstoff ergänzt.

Das von der Harnstoffschmelze getrennte, 135°C heiße Abgas wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit einer 67 C warmen Harnstoff-Ammoniumrhodanid-Ammoniak-Schmelze gewaschen und dabei auf 70⁰C abgekühlt. Hierbei wird der restliche Harnstoff quantitativ abgeschieden. Zur Aufrechterhaltung eines konstanten Harnstoffgehaltes in der- Schmelze werden aus dieser, wie in Beispiel 1 beschrieben, stündlich 0,4 kg Harnstoff abgetrennt ο

Beispiel 3

135 C heiße Abgase, wie sie gemäß Beispiel 2 erhalten werden, werden mit einer 67⁰C warmen Schmelze aus 15,5 Gewichtsteilen Ammoniumnitrat, l8,5 Gewichtsteilen Ammoniumrhodanid, 64 Gewichts teilen Harnstoff und 2 Gewichtsteilen AmmoniaJc auf 7O⁰C abgekühlt und hierbei von ihrem Harnstoffgehalt befreit. Die von der Schmelze aufgenommene Wärme wird in einem mittels Siedekühlung betriebenen Wärmeaustauscher entzogen. Zur Aufreehter-

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haltung eines konstanten Harnstoffgehaltes in der Schmelze werden stündlich aus dem Kreislauf 1,4 kg Schmelze ausgeschleust und auf 20°C abgekühlt. Der ausgeschiedene Harnstoff und seine Pyrolyseprodukte werden abgetrennt, mit Äthanol gewaschen und getrocknet und wieder in den Melaminreaktor zurückgeführt₀ Die von dem Lösungsmittel befreite Schmelze wird dem Waschkreislauf wieder zugeführt.

Beispiel 4 ■

Die 135°C heißen Abgase, wie sie gemäß Beispiel 2 erhalten werden,, werden mit einer 67⁰C warmen Schmelze aus 55 Gewichtsteilen Harnstoff und 45 Gewichtsteilen Ammoniumnitrat auf 70⁰C gekühlt und hierbei von dem restlichen Harnstoff befreit. Die von der Schmelze aufgenommene Wärme wird in einem mittels Siedekühlung betriebenen Wärmeaustauscher entzogen. Zwecks Aufrechterhaltung eines konstanten Harnstoffgehaltes werden aus dem Schmelzekreiölauf stündlich 4 kg Schmelze ausgeschleust und auf 48°C abgekühlt, wobei 0,4 kg Harnstoff abgeschieden werden. Der abgeschiedene Harnstoff wird in den Melaminreaktor und die Schmelze wieder in den Kreislauf zurückgeführt.

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Beispiel 5

Stündlich werden 9 kg der gemäß Beispiel 1 erhaltenen,, Melamin befreiten, 200 C heißen Abgase durch direkten Wärmetausch mit einer 65⁰C warmen Schmelze der Zusammensetzung 52 Gewichtsprozent Harnstoff, 48 Gewichtsprozent Guanidin-

ο rhodanid gewaschen und dabei auf 70 C abgekühlt.

Aus dem Waschkreislauf werden stündlich 0,5 kg Schmelze ausgeschleust und auf 50°C abgekühlt» Der sich aus der Schmelze abscheidende Harnstoff wird abzentrifugiert und mit wenig Alkohol rhodanidfrei gewaschen. Guanidinrhodanid wird aus dem Waschalkohol zurückgewonnen und dem Waschkreislauf wieder zugeführt.

Der zurückgewonnene Harnstoff wird getrocknet, geschmolzen und wieder in den Melaminreaktor eingespeist«

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Claims (4)

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Patentansprüche

.) Verfahren zur Kühlung der bei der Melaminsynthese durch Umsetzung von Harnstoff in Gegenwart von Katalysatoren und nach Abscheidung des Melamins durch Kühlung der Synthesegase erhaltenen Abgase durch Behandlung mit harnstoffhaltigen Schmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzen neben Harnstoff in geschmolzenem Harnstoff lösliche Ammoniumsalze und/oder Guanidinsalze enthalten und daß die Temperatur der Schmelzen knapp oberhalb der Zersetzungstemperatur von Ammoniumcarbaminat gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ammonium- oder Guanidinsalze die Rhodanide und/oder Nitrate verwendet.

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