ES2245350T3 - Proceso para preparar melamina a partir de urea. - Google Patents

Proceso para preparar melamina a partir de urea.

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Abstract

Proceso para preparar melamina a partir de urea a temperatura elevada y en presencia de un catalizador, en el que se obtiene una corriente de producto gaseoso que se pone en contacto con un refrigerante líquido en una zona de 5 refrigeración, caracterizado porque una proporción de la disolución acuosa concentrada de carbamato procedente de la zona de absorción se devuelve a la zona de refrigeración.

Description

Proceso para preparar melamina a partir de urea.
El invento se refiere a un proceso para la preparación de melamina a partir de urea a temperatura elevada y en presencia de un catalizador, en el cual se obtiene una corriente de producto gaseoso que se pone en contacto con un refrigerante líquido en una zona de enfriamiento.
Un proceso similar se describe, por ejemplo, en el documento WO-96/20933. Este documento describe la preparación de melamina suministrando urea y amoníaco a un reactor a una presión entre 1,4 MPa y 2,0 MPa y a una temperatura lo suficientemente elevada para una conversión prácticamente completa de urea en melamina en presencia de un catalizador. En el proceso se obtiene una corriente gaseosa que contiene melamina, amoníaco y dióxido de carbono. En el documento WO-96/20933, esta corriente gaseosa se enfría con un refrigerante acuoso en lo que se conoce como tubería de atemperación, con el desprendimiento de una mezcla de líquido-vapor prácticamente libre de constituyentes sólidos. Esta mezcla de líquido-vapor se separa en esta tubería de atemperación en una corriente acuosa del producto de melamina y en una corriente de vapor. La corriente de vapor procedente de la tubería de atemperación está prácticamente libre de urea y melamina y consiste esencialmente en amoníaco, dióxido de carbono y vapor de agua. La corriente acuosa del producto de melamina está prácticamente libre de sólidos y contiene amoníaco disuelto y dióxido de carbono. Después de la eliminación del amoníaco disuelto y del dióxido de carbono con la ayuda de vapor de agua en una sección de arrastre, la corriente acuosa del producto de melamina pasa a la purificación de melamina, donde se recupera la melamina. En esta sección de arrastre se desprende también una corriente de vapor que consiste esencialmente en amoníaco, dióxido de carbono y vapor de agua. La corriente de vapor procedente de la tubería de atemperación, junto con la corriente de vapor de la sección de arrastre, se lava en una sección de lavado con una solución acuosa (líquido madre) procedente de la purificación de melamina, con la finalidad de eliminar los residuos de melamina que pueden estar aún presentes en la corriente de vapor. Esta solución acuosa puede contener amoníaco, dióxido de carbono y melamina. La tubería de atemperación y la sección de lavado reponen producto a la zona de enfriamiento del proceso, de acuerdo con el documento WO-96/209333. A continuación, la corriente gaseosa de la sección de lavado pasa a una zona de absorción, en donde se pone en contacto con una corriente de amoníaco acuoso procedente de la purificación de melamina y amoníaco líquido, proceso en el cual se obtiene una disolución de amoníaco acuoso concentrado y dióxido de carbono (disolución de carbamato) y vapor de amoníaco prácticamente libre de agua y dióxido de carbono. En el documento WO-96/209333, este vapor de amoníaco se condensa y retorna en parte a la zona de absorción, el restante, después de su evaporación, se utiliza como gas de fluidización para el reactor. La solución acuosa procedente de la sección de lavado se hace pasar a la tubería de atemperación y se utiliza allí como refrigerante.
La disolución acuosa concentrada de carbamato procedente de la sección de absorción que, de acuerdo con el documento WO-96/20933, contiene un 25-30% en peso de agua, se alimenta, por ejemplo, a una planta de urea. Así, según el documento WO-96/20933, la mezcla gaseosa efluente del reactor se enfría con el líquido madre procedente de la purificación de melamina, líquido que se hace pasar a la tubería de atemperación a través de la sección de
lavado.
En el documento WO-96/20933 se afirma que el contenido en agua de la disolución de carbamato procedente de la zona de absorción es tan bajo, esto es, 20-35% en peso, que no es necesaria una etapa de concentración en la que se elimine el agua de la disolución de carbamato, antes de que dicha disolución de carbamato se suministre a una planta de urea.
Los experimentos llevados a cabo por la solicitante de acuerdo con el proceso descrito en el documento WO-96/20933 indican, sin embargo, que la eliminación del agua de la disolución de carbamato puede tener ventajas si el objetivo es la operación combinada de la planta de melamina y de la planta de urea de la forma más económica.
En una planta de melamina el agua se usa, entre otros, como un componente del refrigerante líquido. Una proporción del agua acaba al final en la disolución de carbamato procedente de la zona de absorción, que se suministra, por ejemplo, a una planta de urea.
Los experimentos y cálculos de la solicitante indican que en el proceso de acuerdo con el documento WO-96/20933, la cantidad de agua en la corriente de carbamato que se descarga a la planta de urea es de alrededor de 2,5 toneladas de agua por tonelada de melamina. En un proceso óptimo económicamente, como el proceso Stamicarbon descrito en el nº 139 de Nitrogen, de septiembre/octubre de 1982, págs. 32-39, en el que el exceso de agua se elimina en una etapa de concentración, la cantidad de agua en la disolución de carbamato que se suministra a la planta de urea es de alrededor de 0,5-1,0 toneladas de agua por tonelada de melamina. En el proceso Stamicarbon la mezcla gaseosa efluente del reactor de melamina se enfría con un refrigerante líquido en las columnas de atemperación. La mezcla de vapor, líquido y, posiblemente, material sólido se separa en las columnas de atemperación en una fase vapor y una fase líquida. La fase vapor se hace pasar a la zona de absorción y la fase líquida a la recuperación de
melamina.
Las anteriormente mencionadas toneladas de agua por tonelada de melamina pueden ser convertidas en una concentración de agua en la disolución de carbamato de la zona de absorción, si se determina la relación NH_{3}/CO_{2} de la disolución de carbamato exportada. Si una planta de acuerdo con el documento WO-96/20933 se hace funcionar de una forma óptima económicamente, esta relación es mínima, por ejemplo, 1,3 kg de NH_{3} por kg de CO_{2}. Esto significa que la concentración de agua en la disolución de carbamato procedente de la zona de absorción en el proceso de acuerdo con el documento WO-96/20933 es de 45-50% en peso. En el anteriormente mencionado proceso Stamicarbon, este valor es de 20-25% en peso.
Para el suministro de esta corriente de carbamato que contiene agua en un 45-50% en peso a una planta de urea, es atractivo económicamente seguir concentrando la disolución de carbamato, por eliminación del agua de esta disolución. La desventaja asociada es que se requieren inversiones adicionales, y que el proceso se hace más gravoso debido al aumento de los usos de vapor de agua, agua de refrigeración y electricidad.
Se ha descubierto que esta desventaja puede contrarrestarse devolviendo una parte de la disolución acuosa concentrada de carbamato desde la zona de absorción a la zona de refrigeración. En concreto, se devuelve una parte de la disolución acuosa concentrada de carbamato desde el fondo de la zona de absorción a la zona de enfriamiento.
En el documento WO-96/20933 la zona de refrigeración está compuesta por la tubería de atemperación y la sección de lavado; en el proceso Stamicarbon esta zona de refrigeración consiste en las columnas de atemperación. En ambos procesos, el resto de la disolución acuosa concentrada de carbamato procedente de la zona de absorción se suministra, por ejemplo, a una planta de urea, preferiblemente a una zona de alta presión de una planta de urea, sin ningún tratamiento adicional.
En una realización del invento, la corriente de gas proveniente de las columnas de atemperación o de la sección de lavado se enfría en un condensador aguas arriba de la sección de absorción. La corriente gaseosa se enfría allí al menos 5ºC, preferiblemente al menos 10ºC, y particularmente al menos 15ºC. La disolución de carbamato diluida que proviene del condensador aguas arriba de la zona de absorción se hace pasar a la zona de enfriamiento. Del condensador se desprende un gas que se enriquece con amoníaco y dióxido de carbono, y que se hace pasar a la zona de absorción. De la zona de absorción se desprende entonces una disolución acuosa concentrada de carbamato que contiene menos agua, y que se devuelve parcialmente a la zona de refrigeración.
El refrigerante líquido consiste preferiblemente en una disolución acuosa de carbamato compuesta de una parte de la disolución acuosa concentrada de carbamato procedente de la zona de absorción a la que se puede añadir líquido madre procedente de la purificación de melamina (sección final), y amoníaco, dióxido de carbono y agua condensada en la zona de enfriamiento.
Un 20-40% en peso del gas que va a la zona de absorción se devuelve en forma condensada a la zona de refrigeración. En el caso específico en el que se devuelva el producto de fondo procedente de la zona de absorción, esto significa que el 30-70% en peso de la disolución de carbamato concentrada procedente de la zona de absorción se usa para el enfriamiento de la corriente de gas que proviene del reactor, y preferiblemente el 35-65% en peso. El resto se suministra, por ejemplo, a una planta de urea, pero también puede usarse para otros fines, tales como una planta de fertilizantes o una planta de producción de amoníaco.
Se ha descubierto que en el proceso del invento, el contenido en agua de la disolución concentrada de carbamato procedente de la zona de absorción puede llegar a corresponder a 20-35% en peso. Esto realmente asegura que la proporción de esta disolución de carbamato que se devuelve a la planta de urea sea apropiada para un tratamiento directo. Esto significa que la etapa de concentración es superflua.
Además, se ha descubierto que el proceso del invento es particularmente apropiado para las plantas de melamina denominadas de "fase gas", que operan a una presión de 0,6-2,5 MPa, más particularmente a presiones entre 0,7 MPa y 2,2 MPa.
El proceso del presente invento es particularmente apropiado para modificar los procesos existentes de melamina, tales como los descritos en el documento WO-96/20933 y el proceso Stamicarbon, como se ha descrito en la publicación Nitrogen mencionada con anterioridad.
El invento se ilustra por medio de los siguientes ejemplos.
Ejemplos I - III
La melamina se preparó en un lecho fluidizado cilíndrico con una diámetro interior de 1 metro y una altura de 15 m. El catalizador se fluidizó introduciendo amoníaco a través de una placa de distribución de gas, y se calentó por medio de tubos intercambiadores de calor en el reactor, a través de los que fluía sal fundida. Se pulverizó urea líquida al interior del reactor con la ayuda de un pulverizador de dos fases, utilizando amoníaco como gas de atomización. El reactor se hizo funcionar a 390ºC y a una presión total de 0,7 MPa (Ejemplo I), 1,7 MPa (Ejemplo II) y 2,0 MPa (Ejemplo III). La urea se midió a un caudal de 1,4 toneladas/hora con 0,7 toneladas de amoníaco por hora a través de los pulverizadores de dos fases. El amoníaco se suministró a través de la placa de fluidización con un caudal de 0,7 toneladas/hora. La conversión de la urea libre de agua en melamina, relativa al equilibrio, fue superior al 98%. La corriente gaseosa procedente del reactor contenía NH_{3}, CO_{2}, vapor de melamina y trazas de subproductos, y se enfrió en la zona de enfriamiento con un refrigerante líquido. Se devolvió una parte de la disolución acuosa concentrada de carbamato desde la zona de absorción a la zona de refrigeración. El resto de la disolución de carbamato concentrado se alimentó a la planta de urea adyacente. La proporción del carbamato procedente de la zona de absorción que se devolvió a la zona de refrigeración y la cantidad de agua en la corriente de carbamato procedente de la zona de absorción, se presentan en la Tabla 1.
Ejemplo comparativo A
La melamina se preparó de forma análoga a los Ejemplos I-III, con la excepción que no se devolvió carbamato de la zona de absorción a la zona de refrigeración. La corriente de carbamato procedente de la zona de absorción era entonces demasiado diluida para poder suministrarla a una planta de urea sin una etapa intermedia. Véase la Tabla 1.
TABLA 1
Ejemplo I II III A
Presión en MPa 0,7 1,7 2,0 1,7
\begin{minipage}[b]{80mm}Proporción de carbamato procedente de la zona de absorción devuelta a la zona de refrigeración en % en peso\end{minipage} 28 25 24 49
\begin{minipage}[b]{80mm}Contenido en agua del carbamato procedente de la zona de absorción en % en peso\end{minipage} 0,89 0,74 0,70 2,5
\begin{minipage}[b]{80mm}Cantidad de agua exportada en kg por kg de melamina\end{minipage} 0,89 0,74 0,70 2,5

Claims (7)

1. Proceso para preparar melamina a partir de urea a temperatura elevada y en presencia de un catalizador, en el que se obtiene una corriente de producto gaseoso que se pone en contacto con un refrigerante líquido en una zona de refrigeración, caracterizado porque una proporción de la disolución acuosa concentrada de carbamato procedente de la zona de absorción se devuelve a la zona de refrigeración.
2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la corriente de producto gaseoso procedente del reactor se enfría con una parte de la disolución de carbamato procedente de la zona de absorción, disolución a la que se puede añadir líquido madre procedente de la purificación de melamina y amoníaco, dióxido de carbono y agua condensada en la zona de enfriamiento.
3. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el 30-70% en peso de la corriente de disolución acuosa concentrada de carbamato procedente del fondo de la sección de absorción se utiliza para enfriar la corriente de gas procedente del reactor.
4. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la corriente de gas procedente de las columnas de atemperación o de la sección de lavado se enfría en un condensador aguas arriba de la zona de absorción.
5. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el gas procedente del reactor tiene una presión entre 0,6 y 2,5 MPa.
6. Proceso de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el gas procedente del reactor tiene una presión entre 0,7 y 2,2 MPa.
7. Técnica para modificar las plantas de melamina existentes empleando el proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1-6.
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