DE4211763A1 - Vorrichtung zur Abscheidung von Melamin - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Melamin aus den heißen Reaktionsgasen.

Aus der AT-PS 244.345 ist bekannt, das bei der katalytischen Melaminsynthese erhaltene Melamin aus den heißen Reaktionsga­ sen beispielsweise durch Abkühlung an gekühlten Metallwänden oder in einer Wirbelschicht von Melaminkristallen abzuschei­ den. Das erhaltene Rohmelamin ist dabei sehr verunreinigt und muß durch aufwendiges Umkristallisieren gereinigt werden. Rei­ nes Melamin ohne zusätzliches Umkristallisieren kann gemäß der in der AT-PS 244.345 beschriebenen Erfindung dadurch erhalten werden, daß die heißen, Melamin enthaltenden Reaktionsgase zur Vermeidung von Zersetzungsreaktionen und Verunreinigungen nach der Synthese direkt in einer Waschflüssigkeit abgeschieden werden. Bei diesem Verfahren wird zwar reines Melamin in sehr einfacher Weise erhalten, es besitzt jedoch den Nachteil, daß an der Eintrittsstelle der Reaktionsgase in die Abscheide­ vorrichtung sehr hohe Reaktionsgastemperaturen von etwa 440°C erforderlich sind, um Ablagerungen von Melamin bzw. ein Ver­ stopfen der Apparatur mit festem Melamin zu verhindern.

Die Aufgabe der Erfindung war es, eine Vorrichtung zu finden, mit der die Melaminabscheidung auch bei niedrigeren Reaktions­ gastemperaturen möglich ist. Es wurde unerwarteterweise gefun­ den, daß diese Aufgabe durch eine Kombination verschiedener Konstruktionsmaßnahmen gelöst werden kann, bei der einerseits beheizbare Apparateteile und andererseits Apparateteile, die ein Zurückströmen der Reaktionsgase aus dem Absorptionsbehäl­ ter erschweren, verwendet werden.

Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Vorrichtung zur Ab­ scheidung von Melamin aus heißen Reaktionsgasen in eine Wasch­ flüssigkeit, bestehend aus einem unten offenen Gaszuführungs­ rohr (1) für die heißen Reaktionsgase (7), das mit dem unteren Ende in ein koaxiales Absorptionsrohr (2) mündet und einem, den oberen Teil des Absorptionsrohres (2) und das Gaszufüh­ rungsrohr (1) umgebenden geschlossenen Behälter (3), der als Vorrats- und Überlaufgefäß für die Waschflüssigkeit (10) dient, aus dem die Innenwand des Absorptionsrohres (2) ständig mit nachfließender Waschflüssigkeit (10) bespült wird, wobei der Behälter (3) oberhalb seines Flüssigkeitsspiegels ein Zuführungsrohr (8) für Inertgase und unterhalb des Flüssig­ keitsspiegels ein Zuführungsrohr (9) für die Waschflüssigkeit (10) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaszuführungs­ rohr (1) beheizbar ist und daß am Gaszuführungsrohr (1) eine in das Absorptionsrohr (2) ragende Verlängerungsdüse (4) ange­ ordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausrüstung der Melamin-Abscheide­ vorrichtung mit einer Beheizung und einer Verlängerungsdüse wird das Zurückströmen der Reaktionsgase aus dem Absorptions­ behälter (3) bzw. in dessen obere Teile, die nicht von Wasch­ flüssigkeit (10) bespült sind, erschwert bzw. verhindert. Da­ durch ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, auch bei niedrigeren Reaktionsgastemperaturen von etwa 325-400°C ein Verstopfen der Apparatur mit festem Melamin zu ver­ meiden.

Trotz der beispielsweise aus G. van der Plaats et al, Proc. Second European Symposium on Thermal Analysis (Chem. Abstr. 96 (7): 51647f), Seite 215 bekannten Tatsache, daß sich Melamin bei Temperaturen über 300°C zu zersetzen beginnt, beispiels­ weise zu Melem oder Melam, konnten an den beheizten Teilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine thermischen Zer­ setzungsprodukte des Melamins festgestellt werden.

Die bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mögliche niedrigere Eintrittstemperatur der Reaktionsgase in die Ab­ scheidevorrichtung erlaubt eine wesentlich verbesserte Ener­ gienutzung im Vergleich zu konventionellen Melamin-Abscheide­ vorrichtungen. Die mit etwa 440°C aus dem Kontaktofen austre­ tenden Reaktionsgase können beispielsweise vor dem Eintritt in die Abscheidevorrichtung mit Hilfe eines Wärmetauschers bis etwa 325 bis 400°C abgekühlt werden. Die dabei gewonnene große Wärmemenge kann in den Synthesekreislauf rückgeführt werden, wodurch eine wesentliche Energieeinsparung erzielt wird.

Es erweist sich als vorteilhaft, auch den Raum um das Gaszu­ führungsrohr (1) im oberen Teil des Behälters (3) mit Hilfe einer Heizvorrichtung (6) beheizbar auszurüsten. Die Heiz­ vorrichtung (6) ragt bevorzugt in den oberen Teil des Behäl­ ters (3). Als Heizvorrichtungen (6) kommen beispielsweise Heizdrähte, Heizstäbe, Heizspiralen oder anders geformte be­ heizbare Einbauten in Frage. Bevorzugt ist die Heizvorrichtung (6) in Form eines am oberen Teil des Gaszuführungsrohres (1) angeordneten, nach unten in den Behälter (3) ragenden, beheiz­ baren Mantelrohres (6′) ausgeführt.

Das Gaszuführungsrohr (1) und die Heizvorrichtung (6) können beispielsweise elektrisch oder mit Heizmedien beheizt werden. Bevorzugt erfolgt die Beheizung elektrisch oder mit einer Heizflüssigkeit wie z. B. Silikonölen, Diphyl oder Salz­ schmelzen.

Um das Zurückströmen der Reaktionsgase aus dem Absorptionsrohr (2) zusätzlich zu erschweren bzw. zu verhindern, erweist es sich weiter als vorteilhaft, im Absorptionsrohr (2) im Bereich der Verlängerungsdüse (4) eine Verengung (5) des Querschnittes anzuordnen. Die Verengung (5) im Absorptionsrohr (2) erfolgt beispielsweise durch Einschieben eines entsprechend dimensionierten Ringes in das Absorptionsrohr (2), das z. B. wie in Fig. 1 gezeigt, im oberen Teil trichterförmig erwei­ tert sein kann. Es ist auch möglich, innerhalb des Absorpti­ onsrohres (2) zur Verengung des Querschnittes einen ringförmi­ gen Wulst anzuschweißen oder das Absorptionsrohr (2) entspre­ chend dieser Form auszubilden. Bevorzugt ist der Querschnitt des Absorptionsrohres (2) durch die Verengung (5) um etwa 50- 80% vermindert.

In Fig. 1 ist eine mögliche Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Melaminabscheidevorrichtung dargestellt, in der (1) ein beheizbares Gaszuführungsrohr für die heißen Reaktionsgase (7) darstellt, das in das Absorptionsrohr (2) hineinragt. (3) stellt den Vorratsbehälter für die Waschflüssigkeit (10) dar. (4) ist eine am Gaszuführungsrohr (1) angebrachte Verlänge­ rungsdüse, (5) eine Engstelle im Absorptionsrohr (2) und (6′) ein im oberen Teil des Behälters (2) am Gaszuführungsrohr (1) angeordnetes, beheizbares Mantelrohr. (8) stellt ein Zufüh­ rungsrohr für Inertgase und (9) ein Zuführungsrohr für die Waschflüssigkeit (10) dar.

Die in den Behälter (3) gepumpte Waschflüssigkeit (10) fließt über den oberen Rand des Absorptionsohres (2) und weiter, die Innenwände des Absorptionsrohres (2) bespülend, abwärts in einen - hier nicht gezeigten - Abscheidebehälter. Die Wasch­ flüssigkeit wird im Kreislauf wieder in den Vorratsbehälter (3) zurückgeführt. Das mit den heißen Reaktionsgasen (7) ein­ gebrachte Melamin wird in die an den Innenwänden des Absorpti­ onsrohres (2) herabfließende Waschflüssigkeit (10) abgeschie­ den und gelangt mit der Waschflüssigkeit (10) in den - hier nicht gezeigten - Abscheidebehälter, wo Melamin und sonstige Anteile des Reaktionsgases, beispielsweise Ammoniak und CO₂ abgeschieden werden.

Die Verlängerungsdüse (4) ragt bevorzugt etwa bis in den Be­ reich der Verengung (5) in das Absorptionsrohr (2). Je weiter die Verlängerungsdüse (4) in das Absorptionsrohr (2) hinein­ ragt, desto geringer ist der Rückstrom der Reaktionsgase in die oberen, nicht von Waschflüssigkeit (10) bespülten und nicht beheizten Teile der Apparatur, und desto geringer ist die Gefahr des Verstopfens der Apparatur an diesen Teilen durch festes Melamin. Andererseits darf die Verlängerungsdüse (4) jedoch maximal nur so weit in das Absorptionsrohr (2) hineinragen, daß es sich an seiner Spitze aufgrund des Kühlef­ fektes durch die umgebende, am Absorptionsrohr herabfließende Waschflüssigkeit (10) mit einer Temperatur von etwa 50-100°C nicht unter etwa 320°C abkühlt, da ansonsten die Gefahr des Verstopfens mit festem Melamin besteht.

Die Heizvorrichtung (6) ragt vorteilhafterweise so weit in den Vorratsbehälter (3), daß sie zum Flüssigkeitsspiegel der Waschflüssigkeit (10) einen Abstand aufweist, der etwa der einfachen bis sechsfachen, bevorzugt der einfachen bis dreifa­ chen Dicke des an der Innenseite des Absorptionsrohres (2) herabfließenden Filmes der Waschflüssigkeit (10) entspricht. Die Dicke des Filmes der Waschflüssigkeit hängt insbesondere von der Größe der Anlage und dem Durchsatz ab, sie beträgt beispielsweise bei der in Fig. 1 gezeigten Laboranlage etwa 1 bis 5 mm. Der Abstand zwischen Gaszuführungsrohr (1) und der innen am Absorptionsrohr (2) herabströmenden Waschflüssigkeit (10) liegt vorteilhafterweise ebenfalls bei etwa der einfachen bis sechsfachen, bevorzugt der einfachen bis dreifachen Dicke der innen am Absorptionsrohr herabströmenden Waschflüssigkeit.

Beispiel 1

Die aus einem Melaminsyntheseofen austretenden Reaktionsgase wurden über einen Wärmetauscher von 440°C auf 380°C abge­ kühlt und über das Gaszuführungsrohr (1) kontinuierlich in die erfindungsgemäße, in Fig. 1 dargestellte Melaminabscheidevor­ richtung (Maßstab 1 : 1) mit einem Durchsatz von 300 l/h ein­ geleitet. Das Gaszuführungsrohr (1) und das Mantelrohr (6′) wurden elektrisch auf 380°C beheizt. Beim Zuführungsrohr (8) wurden 150 l/h Stickstoff als Spülgas mit einer Temperatur von 380°C eingeleitet, beim Zuführungsrohr (9) wurden etwa 160 l/h Waschflüssigkeit (10) in den Behälter (3) gepumpt. Die Temperatur der Waschflüssigkeit im Behälter lag bei etwa 70°C. Die Waschflüssigkeit (10) floß über den oberen Rand des Absorptionsrohres (2) in dieses über und an dessen Innenwand herab. Die Innenwand wurde dabei mit einem etwa 2 mm dicken Film der Waschflüssigkeit benetzt. Das mit den Reaktionsgasen eintretende Melamin wurde in der herabfließenden Waschflüssig­ keit abgeschieden und gelangte mit dieser in einen - hier nicht gezeichneten - Abscheidebehälter, in dem Melamin und sonstige Anteile des Reaktionsgases abgeschieden wurden. Die Waschflüssigkeit wurde dann wieder in den Behälter (3) zurück­ gepumpt.

Die erfindungsgemäße Melaminabscheidevorrichtung konnte ohne Störungen betrieben werden. Der Versuch wurde nach 48 Stunden abgebrochen, wobei nur geringfügige Ablagerungen ohne Einfluß auf den Betrieb der Anlage zu erkennen waren.

Vergleichsbeispiel 2

Analog zu Beispiel 1 wurden die Reaktionsgase mit einer Tem­ peratur von 380°C in eine Melaminabscheidevorrichtung gelei­ tet, die sich von jener gemäß Beispiel 1 dadurch unterschied, daß das Gaszuführungsrohr (1) nicht beheizt wurde, sowie da­ durch, daß die Verlängerungsdüse (4), die Engstelle (5) und das Mantelrohr (6′) fehlten. Die Apparatur wurde nach 2 Stun­ den durch festes Melamin verstopft, so daß der Betrieb der An­ lage unterbrochen werden mußte.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Abscheidung von Melamin aus heißen Reak­ tionsgasen in eine Waschflüssigkeit, bestehend aus einem unten offenen Gaszuführungsrohr (1) für die heißen Reakti­ onsgase (7), das mit dem unteren Ende in ein koaxiales Absorptionsrohr (2) mündet und einem, den oberen Teil des Absorptionsrohres (2) und das Gaszuführungsrohr (1) umgebenden geschlossenen Behälter (3), der als Vorrats- und Überlaufgefäß für die Waschflüssigkeit (10) dient, aus dem die Innenwand des Absorptionsrohres (2) ständig mit nachfließender Waschflüssigkeit (10) bespült wird, wobei der Behälter (3) oberhalb seines Flüssigkeitsspiegels ein Zuführungsrohr (8) für Inertgase und unterhalb des Flüs­ sigkeitsspiegels ein Zuführungsrohr (9) für die Waschflüs­ sigkeit (10) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas­ zuführungsrohr (1) beheizbar ist und daß am Gaszuführungs­ rohr (1) eine in das Absorptionsrohr (2) ragende Verlänge­ rungsdüse (4) angeordnet ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum um das Gaszuführungsrohr (1) im oberen Teil des Behälters (3) mit Hilfe einer Heizvorrichtung (6) beheiz­ bar ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (6) ein am oberen Teil des Gaszufüh­ rungsrohres (1) angeordnetes, nach unten in den Behälter (3) ragendes, beheizbares Mantelrohr (6′) ist.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gaszuführungsrohr (1) und die Heizvorrichtung (6) elektrisch oder mit einer Heizflüssigkeit beheizbar sind.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Absorptionsrohr (2) im Bereich der Verlängerungsdüse (4) eine Verengung (5) des Querschnittes aufweist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Absorptionsrohres (2) durch die Veren­ gung (5) um etwa 50 bis 80% vermindert ist.