DE2461676A1

DE2461676A1 - Verfahren zur herstellung von cyansaeure

Info

Publication number: DE2461676A1
Application number: DE19742461676
Authority: DE
Inventors: Johannes Dieudonne M Verstegen
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1973-12-27
Filing date: 1974-12-27
Publication date: 1975-07-10
Also published as: ATA1034774A; BE823825A; NL175515B; CA1039926A; NL7317668A; GB1483749A; FR2256109A1; NL175515C; AT339877B; FR2256109B1; US3970742A; IT1026164B

Description

Kennzeichen: 2656 "~** '

Patentanwalt·
8 München 2_f Bräuhauiitraß· 4/IH

STAMICARBON B.V. GEIGEN (Niederlande) Verfahren zur Herstellung von Cyansäure

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cyansäure aus Harnstoff, wobei Harnstoff innerhalb von wenigen Sekunden mittels Erhitzung in einem Rohrreaktor verdampft wird.

Im nachstehenden gilt Cyansäure mit als Bezeichnung für Isocyansäure.

Nach der britischen Patentschrift 908.609 wurde bereits versucht, Harnstoff in Cyansäure umzusetzen, indem eine Harnstoffschmelze durch ein stark erhitztes Rohr gepumpt und auf diese Weise verdampft wird. Es gelang jedoch nicht, auf der Basis dieser Versuche ein,technisch anwendbares Verfahren zu entwickeln, da das Rohr sich allmählich mit Cyanursäure verstopft, die sich unmittelbar nach der Zerlegung des ersten Harnstoffes in Cyansäure und Ammoniak an der inneren Rohrwand abzusetzen beginnt. Die Cyanursäureschicht verhindert die Übertragung von Wärme von der Rohrwand zur Harnstoffschmelze, so dass nach einiger Zeit keine Verdampfung, sondern bloss eine Erhitzung der Harnstoffschmelze stattfindet; dies führt zu einer weiteren Bildung von Cyanursäure, die sich ebenfalls absetzt.

Der Bildung und Ablagerung fester Nebenprodukte kann vorgebeugt werden, indem man auf die in der amerikanischen Patentschrift 3.300.492 beschriebene Weise Harnstoff in feinverteilter Form,durch unmittelbaren.Wärmeaustausch mit einem erhitzten Gasgemisch verdampft, das- anfällt, wenn durch

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thermisches Cracken von Harnstoff erhaltene Cyansäure in Melamin umgesetzt und dieses Melamin von den restlichen Crackgasen getrennt wird. Das Cracken des Harnstoffs kann in diesem Fall in einer senkrechten Kolonne erfolgen, wobei gegebenenfalls ein Teil der erforderlichen Wärme über die Kqlonnenwand zugeführt wird. Ein Nachteil des Verfahrens gemäss der amerikanischen Patentschrift 3.300.492 ist, dass ein separater Erhitzer erforderlich ist, der das z.urückgewälzte Gasgemisch auf die für das Cracken benötigte

Temperatur bringen muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nunmehr ein Verfahren, bei dem die für das Cracken des Harnstoffs benötigte Wärme Über die Wand eines Rohrreaktors zugeführt wird, ohne dass die Gefahr der Bildung und Ablagerung von Nebenprodukten an der Innenwand des Rohrreaktors besteht. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass man flüssigen Harnstoff in eiriem Traggasstrom zerstäubt und das auf diese Weise erhaltene Gemisch in den Rohrreaktor leitet unter Bedingungen, bei denen Nebelströmung (mist flow) auftritt, wobei man darauf achtet, dass die Temperatur des aus dem Rohrreaktor austretenden Gasgemisches zumindest 250°b ist.

Unter Nebelströmung (mist flow)' wirdt hier die Strömung eines Gas-FlUssigkeit-Gemisches in einem Rohr verstanden,,wobei die Flüssigkeit sich feinverteilt in der Gasphase befindet und als solche von der Gasphase mitgeführt wird, so dass sich an der Innenwand des Rohres kein Flüssigkeitsfilm bildet.

Die minimale Oberflächengeschwindigkeit des Traggases, welche zum Erzielen der Nebelströmung erforderlich ist, lässt sich aus nachstehender Formel errechnen:

V > 2,8 a⁰'¹ p;⁰'⁴ Cf)⁰'⁵ (^)⁰'¹ (1 ₊ a P^"¹ " .

Es bedeuten:

V = Oberflächengeschwindigkeit des Gases am Anfang des Rohrreaktors in m/sec.

3
Traggasmenge . Nm

~ Harnstoffmenge kg
P = Dichte des Traggases bei 0 C und 1 ata in kg/m

T = Temperatur des Traggases in K

2 ■-

ρ = Zufuhrdruck des Traggases in kg/cm abs η = Viskosität des Traggases in Centipoise.

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Bei Geschwindigkeiten, höher als die vorgenannte, besteht keine Gefahr, . dass die feinen Tröpfchen des Harnstoffnebels an der Innenwand des- Rohrreaktors einen Flussigkeitsfilm bilden, in dem infolge der längeren Aufenthaltszeit- feste Cyanursäure und andere feste Tri azoverbindungen, wie Ammelin und Ammelid, entstehen.

Die Traggasmenge beträgt vorzugsweise 5 bis 180 Nm ■ je kMol zugeführter Harnstoff. Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens optimale Temperatur des aus dem Rohrreaktor austretenden Gasgemisches liegt zwischen 350 und 500 C. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Druck von 1 ata, einer Traggasmenge grosser als 0,3 Nm je kg Harnstoff und einer GasOberflächengeschwindigkeit in der Grössendrdnung von 100 m/sec. eine vollständige Umsetzung von Harnstoff in Cyansäure und Ammoniak erreicht wird. Als Traggas kann ein Inertgas oder ein Gemisch von Inertgasen benutzt werden. Bevorzugt wird jedoch ammoniak oder ein Gemisch von Ammoniak und Cyansäure, da das Traggas in diesem Fall nicht separat abgetrennt zu werden braucht.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich in einer Reihe von Stufen durchführen, wobei das in einer vorangehenden Stufe aus einer Menge Harnstoff gebildete Gemisch von Cyansäure und Ammoniak als Traggas für die Umsetzung der nächsten Harnstoffmenge in einer nachfolgenden Stufe benutzt wird. In der ersten Stufe kann man dann zum Beispiel Ammoniak als Traggas verwenden. In diesem Fall braucht man also nur eine geringe Menge Ammoniak im Verhältnis zur Gesamtmenge des umzusetzenden Harnstoffs. Man kann allerdings auch einen Teil des in einer der Stufen hergestellten. Gemisches von Cyansäure und Ammoniak zur ersten Stufe zurUckwälzen, um es in dieser Stufe als Traggas zu benutzen, so dass also überhaupt kein Traggas von aussen her. zugeführt werden muss.

Die vorliegende Erfindung wird im nachstehenden anhand einiger Beispiele erläutert.

Beispiel 1 · . .

Einem Rohrofen, der ein Schlangenrohr mit einer Lange von 170 m

und einem Durchmesser von 75 mm enthält, werden pro Stunde 1000 kg Harn-

stoffschmelze zugeführt. Ausserdem werden stündlich 1000 Nm gasförmiges Ammoniak in das Rohr eingeleitet. Die Gasgeschwindigkeit am Rohreintritt beträgt 79 m/sec. Der Eintrittsdruck des Ammoniaks beträgt etwa 2 ata, der Druck am Rohraustritt ist 1 ata. Das Schlangenrohr wird durch Ver-

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brennung von 135 Nm Erdgas pro Stunde erhitzt. Die mittlere Gastemperatur

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des Gasgemisches 'im Rohr ist etwa 400 C: Die Temperatur des austretenden Gasgemisches liegt Über 400 C. Nach 1500 Betriebsstunden werden an der Rohrwand keine Ablagerungen festgestellt. -Der zugeführte Harnstoff ist völlig in Cyansäure und Ammoniak umgesetzt, worden. ·

Beispiel 2

Einem Ofen vom gleichen Typ werden wiederum 1000 kg Harnstoff pro Stunde zugeführt. Die Länge des Schlangenrohrs beträgt nun 250 m, der innere Durchmesser ist 50 mm. Die stündlich zugeführte Ammoniak-

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menge ist 500 Nm . Auch diesmal beträgt der Eintrittsdruck des Ammoniaks etwa 2 ata, während der Austrittsdruck 1 ata ist. Die Gasgeschwindigkext

3 am Anfang des Schlangenrohrs beträgt 86 m/sec. Der Ofen wird mit 125 Nm

Erdgas pro Stunde erhitzt. Die mittlere Temperatur des Gasgemisches im " Schlangenrohr ist etwa 400 C, die Austrittstemperatur des Gasgemisches liegt über 400 °C.

Der Harnstoff wird völlig in Cyansäure und Ammoniak umgesetzt. Nach 1500 Betriebsstunden werden keine Ablagerungen an der Rohrwand festgestellt·

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung von Cyansäure aus Harnstoff, wobei Harnstoff innerhalb von wenigen Sekunden mittels Erhitzung in einem Rohrreaktor verdampft wird, dadurch gekennzejchnet, dass man flüssigen Harnstoff in einem Traggasstrom zerstäubt und das auf diese Weise erhaltene Gemisch in den Rohrreaktor leitet unter Bedingungen, bei denen Nebelströmung (mist flow) auftritt, wobei man darauf achtet, dass die Temperatur des aus dem Rohrreaktor austretenden Gasgemisches zumindest 250 C ist.
2. Verfahren gemäss Anspruch !,.dadurch gekennzeichnet, dass man dem Rohr-

reaktor 5 bis 180 Nm Traggas je kMol Harnstoff zuführt.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man darauf achtet, dass die Temperatur des aus dem Rohrreaktor austretenden Gasgemisches zwischen 350 .und 500 C liegt.
4. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Traggas Ammoniak verwendet wird. * ·
5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Traggas ein Gemisch von Cyansäure und Ammoniak verwendet wird.
6. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man in einer Reaktionszone eine Menge in einem Traggas zerstäubten Harnstoffs in gasförmige Cyansäure und gasförmiges Ammoniak umsetzt, in dem erhaltenen Gasgemisch eine nächste Harnstoffmenge zerstäubt und das auf diese Weise anfallende Gemisch von Harnstoff, Cyansäure und Ammoniak in eine nächste Reaktionszone leitet.

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