FR2557876A1 - Synthese a haute pression de melamine anhydre - Google Patents

Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE A LA PRODUCTION DE MELAMINE. ELLE CONCERNE NOTAMMENT UN PROCEDE SELON LEQUEL ON PYROLYSE L'UREE SOUS PRESSION ET A HAUTE TEMPERATURE DANS UN REACTEUR 29 POUR OBTENIR UN PRODUIT CONTENANT DE LA MELAMINE LIQUIDE, CO ET NH; ON TRANSFERE CE PRODUIT A UN SEPARATEUR 24 OU ON LE SEPARE EN UN GAZ DE DEGAGEMENT FORME DE CO ET NH CONTENANT DES VAPEURS DE MELAMINE ET EN MELAMINE LIQUIDE; ON TRANSFERE LE GAZ DE DEGAGEMENT A UN LAVEUR 22 OU ON LES LAVE AVEC DE L'UREE FONDUE DE FACON A SEPARER LES VAPEURS DE MELAMINE DE CO ET NH ET ON ENVOIE L'UREE FONDUE CONTENANT LA MELAMINE AU REACTEUR; ET ON TRANSFERE LA MELAMINE LIQUIDE A UN REFROIDISSEUR 38 OU ON LA DETEND ET ON LA REFROIDIT AVEC UN MILIEU LIQUIDE POUR OBTENIR DE LA MELAMINE SOUS FORME SOLIDE, DIRECTEMENT UTILE. LA MELAMINE OBTENUE EST UTILE NOTAMMENT COMME ENGRAIS.

Description

L'invention concerne un procédé de préparation

de mélamine et le produit de réaction obtenu. Plus parti-

culièrement, l'invention concerne un procédé non aqueux non catalytique à haute pression pour la préparation de mélamine en partant d'urée, dans lequel on récupère directement la mélamine sous forme d'une poudre sèche

sans lavage ni recristallisation, et le produit de réac-

tion obtenu.

Arrière-plan de l'invention et art antérieur La matière première préférée pour la préparation

de mélamine est l'urée. L'ammoniac et le dioxyde de car-

bone sont des sous-produits de la réaction qui peut être soit à haute pression etnon catalytique, soit à basse pression et catalytique, avec utilisation d'un catalyseur tel que l'alumine. La réaction fondamentale est:

O N

6NH -C - NH2 * NH -C C-NH +6NH + 3CO

2 2 chaleur 2 il 1 2 3 2

N N

La température de la réaction variera selon les condi-

tions mais elle est habituellement de 350 à 400 C. Les sous-produits, ammoniac et dioxyde de carbone, sont communément renvoyés à une usine d'urée adjacente de

laquelle on tire la matière première destinée à la pré-

paration de mélamine, à savoir de l'urée fondue. On récupère la mélamine soit par refroidissement à l'eau

et recristallisation, soit par refroidissement et fil-

tration successifs de l'effluent gazeux de la réaction.

La mélamine obtenue est habituellement pure à au moins 99%. Quatre procédés industriels illustrent la fabrication de mélamine en partant d'urée, à savoir les

procédés BASF, Chemie Linz, Nissan et Stamicarbon.

Tous les procédés industriels actuellement pratiquése ncessitent une nergie notable sous la forme de vapeur, nécessitent une énergie notable sous la forme de vapeur,

d'électricité et de gaz naturel. L'énergie totale consom-

mée dans ces opérations varie de 25,6 à 53,5 MJ par kilogramme de mélamine obtenue. L'énergie consommée dans la réaction de l'urée pour la formation de mélamnine est d'environ 5,1 MJ/kg. Le reste de l'énergie consommée dans les procédés industriels résulte de la complexité des procédés et de l'quipement utilisé et principalement déga e

de la séparation du g;z/et du produit et de la purifica-

tion du produit qui comprend normalement un refroidisse-

ment par eau et une recristallisation, ou une condensation

fractionnée de la mélamine et des impuretés.

Dans le procédé BASF, on fabrique la mélamine en chauffant l'urée 4 des températures de 350 à 450 C, à de/

la pression atmosphérique ou à basses pressions, c'est-à-

dire jusqu'à environ 10 atmosphères, en présence de catalyseurs et d'ammoniac ajouté. Le réacteur, construit pour contenir le catalyseur aussi bien que l'urée à des pressions seulement légèrement supérieures au niveau atmosphérique, est relativement grand. Les brevets US 4 138 560 et 3 513 167, qui semblent porter sur le procédé BASF, indiquent que l'on sépare la mélamine des gaz de réaction par condensation fractionnée, filtration, et refroidissement des gaz à des températures de 150 à 250 C. On élimine l'urée inaltérée en refroidissant davantage. On élimine du réacteur comme gaz dégagé l'ammoniac formé comme sous-produit et contenant du dioxyde de carbone, légèrement au-dessus de la pression atmosphérique. On comprime nécessairement les gaz dégagés transférés à l'usine de synthèse d'urée à la pression atmosphérique, avant de les utiliser dans la synthèse de l'urée. Il est difficile et coûteux de porter les gaz dégagés à la haute pression de réaction nécessaire à la conversion de l'urée dans la fabrication à-grande échelle, parce qu'il peut se condenser du carbamate si l'on effectue la compression à température relativement basse, ce qui cause un problème de corrosion; et le volume de gaz-manipulé peut être très grand si l'on effectue la

compression à-une température relativement élevée.

L'utilisation d'un catalyseur à l'alumine dans le pro-

cédé BASF peut causer des inconvénients associés à la formation de grumeaux. Des systèmes perfectionnés de thermocouples sont nécessaires à l'intérieur du réacteur pour avertir les opérateurs de points chauds imminents et il faut arrêter les réacteurs pour permettre à la vapeur d'eau amenée d'éliminer les grumeaux. On élimine du produit le catalyseur s'échappant du réacteur au moyen de filtres. Les serpentins chauffants du réacteur sont corrodés par les conditions rudes. Le procédé BASF consomme environ 27,9 MJ par kilogramme de mélamine formée.

Le procédé Chemie Linz est un système catalyti-

que à basse pression à deux stades. Au premier stade, on décompose l'urée dans un lit de sable fluidisé. On fabrique de la mélamine dans un lit fixe de catalyseur à l'alumine au deuxième stade. On récupère la mélamine formée en refroidissant brusquement le gaz de réaction chaud au moyen d'une liqueur de refroidissement aqueuse et en centrifugeant la bouillie obtenue. On récupère de l'ammoniac et du dioxyde de carbone en deux courants

séparés facilement utilisables pour différents procédés.

On récupère du gaz ammoniac dans le gaz dégagé à peu près à la pression atmosphérique. Il se forme du dioxyde de carbone à environ 20 bars. Le procédé Chemie Linz

consomme environ 33,7 MJ par kilogramme de mélamine formée.

Selon l'édition de Novembre 1970 de Hydrocarbon Processing, le procédé Nissan se déroule à 94,5 bars et 400 C en l'absence de catalyseur. On refroidit la mélamine tirée du réacteur, dans un refroidisseur sous pression, en la dissolvant dans de l'ammoniaque. Après avoir séparé une partie de l'ammoniac à pression moyenne, on filtre

cette solution et on la ramène à la pression atmosphéri-

que dans un recristalliseur o l'ammoniac restant se sépare et o la mélamine cristallise. On centrifuge les cristaux de mélamine séparés de la bouillie de mélamine cristallisée, on les sèche et on les pulvérise pour

obtenir le produit final. L'utilisation d'une haute pres-

sion permet de diminuer la taille du réacteur; toutefois, étant donné que le mélange est corrosif, les réacteurs plus petits doivent être formés d'alliages de titane ou d'autres alliages non corrodables. Il faut de l'eau pour préparer la solution d'ammoniaque servant à refroidir le courant de produit du réacteur et il en faut pour laver

les cristaux de mélamine dans le processus de recristalli-

sation. Selon le brevet US 3 454 571, cédé à Nissan Chemical Company, qui semble porter sur le procédé Nissan, il faut un lavage avec une solution alcaline aqueuse pour éliminer les impuretés adhérant à la surface des cristaux

de mélamnine afin d'obtenir de la mélamine de haute qualité.

Le procédé Nissan consomme environ 25,6 MJ par kilogramme

de mélamine formée.

Le procédé Stamicarbon est un système catalyti-

que à basse pression dans lequel on précipite la mélamine du gaz de réaction chaud en le refroidissant rapidement avec une autre liqueur-mère. On purifie la mélamine en la

dissolvant, en la mélangeant à du charbon activé, en fil-

trant et en recristallisant. On élimine l'eau en faisant

passer le produit recristallisé à travers des hydrocyclo-

nes, des centrifugeuses et un séchoir pneumatique. Apres l'achèvement de ces étapes de séchage, on recueille le produit cristallin. Le gaz dégagé est produit sous forme d'une solution concentrée de' carbamate à 1000C et 18 bars

et on le ramène au courant de synthèse de l'urée.

Le recyclage de la solution de carbamate à l'usine d'urée introduit un supplément d'eau dans le processus, ce qui

diminue la conversion en urée. Dans ce procédé, le cata-

lyseur doit être maintenu fluidisé et il peut s'agglomé-

rer s'il apparaît des points froids, ce qui cause une

agglomération ou une condensation du catalyseur.

L'utilisation d'un catalyseur à l'alumine oblige à amener au réacteur du catalyseur de complément pour remplacer les fines particules de catalyseur contenues dans le gaz de réaction. Le procédé Stamicarbon consomme environ 53,5 MJ par kilogramme de mélamine formée. Ainsi qu'il est évident, chacun des procédés

susdits présente des inconvénients du point de vue prati-

que. Dans le système à basse pression o la mélamine passe directement à l'état de vapeur sans passer par un stade liquide, il y a peu d'impuretés. Cependant, le réacteur à basse pression et le système de récupération sont complexes, nécessitent beaucoup d'équipement et de place, et consomment de grandes quantités d'énergie, y compris par suite de la manipulation de grands volumes de gaz. En outre, étant donné qu'on utilise un catalyseur,

des problèmes séparés se posent lorsqu'il s'agit de sépa-

rer le produit du catalyseur. Dans les systèmes à haute pression connus o la mélamine se forme d'abord à l'état liquide, on trouve normalement des quantités notables

d'impuretés dans la mélamine formée, y compris des quan-

tités notables de mélam et de mélem qui sont nuisibles à l'usage final de la mélamine. En conséquence, dans les systèmes à haute pression connus, il est nécessaire

d'utiliser un refroidissement à l'eau, une recristallisa-

tion et ensuite un séchage de la mélamine formée pour obtenir le degré nécessaire de pureté, ce qui nécessite un équipement complexe et encombrant ainsi qu'une grande

consommation d'énergie.

Objets et description générale de l'invention

Un but principal de l'invention est de fournir un procédé continu très économe en énergie et perfectionné pour la préparation de mélamine en partant d'urée, qui met en oeuvre un processus étonnamment simplifié pour préparer et récupérer une mélamine de haute qualité (pureté de 96 à 99,5%) sous forme de poudre sèche,

directement à partir de la mélamine fondue liquide.

Les buts ci-dessus et d'autres buts de l'inven-

tion sont atteints par un procédé anhydre, non catalyti-

que, continu, à haute pression et par une installation

pour la conversion d'urée en mélamine liquide et en sous-

produit gazeux contenant du dioxyde de carbone et de

l'ammoniac, les seuls composants essentiels de l'installa-

tion étant un laveur de gaz dégagé, un réacteur, un sépa-

rateur et un refroidisseur de produit. Dans la mise en oeuvre du procédé, (1) On amène de l'urée fondue au laveur à une

pression relative d'environ 10,3 à 17,2 MPa, de préfé-

rence d'environ 11,7 à 15,2 MPa et à une température supérieure au point de fusion de l'urée. Dans le laveur, l'urée liquide entre en contact avec des gaz dégagés principalement composés de Co et NH et contenant de la

2 3

mélamine. L'urée, à l'état fondu, retire la mélamine du gaz dégagé par lavage. Dans le processus de lavage, on refroidit les gaz dégagés, d'à peu près de la température du réacteur, c'est-à-dire environ 354 à 427 C, à environ

177 à 232 C, et on préchauffe l'urée à 177 à 232 C.

La température et la pression sont liées entre elles.

Si la pression est à l'extrémité inférieure de la gamme, c'est-à-dire 10, 3 à 11,7 MPa, la température minimale du laveur variera d'environ 177 à 182 C, tandis que si le

laveur est à l'extrémité supérieure de la gamme de pres-

sion, c'est-à-dire 13,8 à 15,2 MPa, la température mini-

male peut être portée à environ 182 à 193 C. En dessous des températures minimales ci-dessus, l'ammoniac et CO2 se condensent au fond du laveur et risquent de former du carbamate, ce qui peut être nuisible. A titre de règle

empirique, plus la pression est élevée, plus la tempéra-

ture minimale nécessaire est élevée. Au-dessus d'environ

260 C, l'urée peut réagir en formant des produits inter-

médiaires. Ces produits intermédiaires peuvent être

nuisibles.

On évacue les gaz dégagés du haut du laveur et, de préférence, on les recycle à une installation de fabrication d'urée pour la conversion en urée. On retire l'urée préchauffée du bas du laveur en même temps que la quantité minoritaire de mélamine et on les amène au réacteur à environ 10, 3 à 17,2 MPa. Le laveur, dans le mode de réalisation représenté, est chemisé de manière à assurer un refroidissement supplémentaire dans le laveur pour le réglage de température. Il est parfois désirable de régler la température du laveur par quelque

autre moyen de transfert de chaleur, tel que des serpen-

tins à l'intérieur du laveur.

ÉEn conséquence, le laveur accomplit diverses fonctions, y compris l'élimination de l'eau qui peut être présente dans l'urée fondue amenée; le préchauffage de l'urée fondue au moyen de gaz dégagés; le retrait de la mélamine des gaz dégagés pour l'obtention de CO2 et NH3 exempts de mélamine, de préférence pour le recyclage à une installation de fabrication d'urée, à une pression et à une température réglées; et la récupération de l'énergie thermique en excès pour le recyclage et l'usage ultérieur. (2) On amène au réacteur l'urée tirée du bas du laveur, de préférence au moyen d'une pompe à haute pression. Dans un mode de réalisation préféré, en aval de la pompe mais avant l'entrée dans le réacteur, on injecte une petite quantité d'ammoniac, sous forme de

liquide ou de vapeur chaude, dans la canalisation véhicu-

lant les queues du laveur. L'ammoniac, injecté de préfé-

rence sous forme de vapeur chaude, joue le rôle de purge empêchant l'obstruction du bas du réacteur et, en même temps, constitue un excès d'ammoniac pouvant réagir sur

tout produit de désammoniation éventuellement présent.

On peut éliminer la pompe à haute pression, par exemple

en élevant le laveur au-dessus du réacteur.

(3) Dans le réacteur, on chauffe l'urée fondue à une température de 354 à 427WC, de préférence d'environ 371 à 427 C, à une pression d'environ 10,3 à 17,2 MPa, de préférence. d'environ 11,7 à 15,2 MPa, conditions dans lesquelles l'urée réagit en formant de

la mélamine, de l'ammoniac et du dioxyde de carbone.

Le réacteur peut être n'importe quel réacteur à haute pression connu, tel que celui qui est décrit dans le brevet US 3 470 163. Le réacteur fonctionne à l'état plein de mélamine liquide et les produits sortant du réacteur sont formés de mélamine liquide, d'ammoniac et de dioxyde de carbone amenés de façon continue, en un

courant mixte, au séparateur de gaz.

(4) Dans le séparateur de gaz, la mélamine liquide est séparée du gaz dégagé et la mélamine liquide se rassemble au fond du séparateur. On maintient le séparateur à une température supérieure au point de fusion de la mélamine et, de préférence, à la même

température et à la même pression que le réacteur.

L'ammoniac gazeux et le dioxyde de carbone saturé de vapeur de mélamine sont retirés à la tête et amenés au laveur d'urée. On règle la température et la pression de façon que la concentration de mélamine dans les queues du laveur ne dépasse pas environ 10%. Normalement, plus les pressions de fonctionnement sont basses, plus grande est la quantité de mélamine retirée avec les gaz dégagés. On retire la mélamine liquide du séparateur de gaz par réglage du niveau et on l'injecte dàns

l'unité de refroidissement de produit.

(5) Dans l'unité de refroidissement de produit,

on détend la mélamine liquide et on la refroidit rapide-

ment avec un milieu liquide. On a trouvé que des impure-

tés, particulièrement le mélem et le mélam, ne se forment pas dans le réacteur mais se forment principalement lors de la conversion de la mélamine liquide en un produit solide utilisable. En utilisant pour le refroidissement

un milieu liquide qui est à l'état de vapeur à la tempé-

rature du produit, on forme de la poudre sèche de mélamine sans formation notable d'impuretés. On retire

la mélamine formée du fond de l'unité de refroidissement.

On maintient de préférence l'unité de refroi-

dissement à une température inférieure au point de fusion de l'urée étant donné qu'autrement, s'il y a de l'urée comme impureté dans la mélamnine, l'urée se dégagera avec

le gaz formé par la gazéification de la mélamine, c'est-

à-dire le gaz ammoniac, ou pourrait rendre collante la poudre de mélamnine séparée. La température minimale est la température d'équilibre de vapeur de l'agent de

refroidissement liquide à la pression de travail.

L'agent de refroidissement liquide est un liquide à bas point d'ébullition qui se gazéifie avec le gaz et se sépare facilement de la mélamnine formée. Des agents de refroidissement appropriés sont l'ammoniac, l'eau ou un alcool à bas point d'ébullition. Toutefois, étant donné

ses caractéristiques exceptionnelles, y compris sa capa-

cité de refroidissement et sa tension de vapeur favora-

ble, l'ammoniac liquide est un agent de refroidissement

très préféré. La pression peut être la pression atmosphé-

rique ou atteindre environ 4,1 MPa. Il est préférable d'opérer à une pression d'environ 1,4 à 2,8 MPa et à une

température d'environ 49 à 740C.

Dans le présent procédé, comme indiqué plus

haut, la pression sera la même dans le laveur, le réac-

teur et le séparateur de gaz. La température du réacteur

et celle du séparateur de gaz seront aussi les mêmes.

Les gaz dégagés évacués du séparateur de gaz seront à la même température que le réacteur et le séparateur jusqu'à ce qu'ils atteignent le laveur o ils se refroidissent lors du lavage avec l'urée fondue. La mélamine liquide transférée du séparateur de gaz entre dans l'unité de refroidissement du produit à la même température qui

règne dans le réacteur et le séparateur de gaz.

Dans le présent procédé, il est important que la mélamine liquide et le gaz dégagé sortant du réacteur soient transférés du réacteur au séparateur de gaz en un courant mixte et que les gaz dégagés et la mélamine soient séparés dans le séparateur. Un autre aspect important est l'utilisation d'un milieu liquide pour refroidir la mélamine liquide. Le refroidissement par un milieu liquide aussitôt que la mélamine entre dans

l'unité de refroidissement du produit élimine la forma-

tion d'impuretés notables, telles que le mélem et le mélam.

La poudre sèche de mélamine récupérée directe-

ment à la suite du refroidissement de la mélamine liquide

dans l'unité de refroidissement est de la mélamine prati-

quement pure ayant une pureté d'environ 96 à 99,5% ou

davantage et, en conséquence, on peut l'utiliser directe-

ment dans la plupart des applications de la mélamine sans

purification. La pureté de la mélamine récupérée, parti-

culièrement les faibles taux de mélem et de mélam qui ne

constitue pas plus d'environ 0,5 à 1,5%, est surprenante.

Il n'était pas prévu et on ne pouvait pas prévoir, d'après les procédés antérieurs, qu'un degré de pureté aussi élevé soit possible. En outre, on a déterminé que les particules de mélamine sèche obtenues sont sous la forme de mini-agglomérats. Il apparaît qu'un certain nombre de particules très petites, sous la forme de cristaux imparfaits, sont liées entre elles et forment des particules poreuses plus grosses. En conséquence,

la mélamine sèche récupérée a la grande surface spécifi-

que des petites particules avec les caractéristiques de

manipulation des grosses particules.

Ainsi qu'il sera évident, en outre, le pro-

cédé est étonnamment simple, contrairement aux procé-

dés complexes à grande consommation d'énergie des

systèmes industriels antérieurs. Une installation cons-

truite selon l'invention, prévue pour fabriquer 90 000 tonnes de mélamine par an peut occuper un quart de l'espace nécessaire à une installation à basse pression de la conception Stamicarbon o le système à basse pression était conçu pour avoir seulement une capacité de 32 000 tonnes de mélamine par an. En outre, les investissements nécessaires à un système conçu selon l'invention représentent moins d'environ 40% des inves-

tissements de l'une quelconque des installations indus-

trielles susdites. Par suite du procédé simplifié, supprimant notamment la nécessité de manipuler de grands volumes de gaz y compris de grands volumes d'ammoniac et grâce au nombre limité d'appareils de l'installation, le procédé utilise seulement environ 29% de l'énergie

nécessaire à tous les systèmes industriels antérieurs.

Cela représente une réduction de plus de 71% de la consommation d'énergie. L'économie du présent procédé,

-du point de vue de la consommation d'énergie, relative-

ment aux procédés industriels indiqués plus haut, est indiquée au Tableau I ci-après:

TABLEAU I

Consommation d'énergie pour la fabrication de mélamnine, MJ/Kg de mélamine Chemie Procédé de BASF Linz Nissan Stamicarbon l'invention Vapeur d'eau 4,6 15,8 6,0 17,2 0,2 Electricité 4,5 1,8 2,9 1,6 7,4

Gaz naturel 14,0 14,7 16,5 15,8 -

Traitement 4,5 1,6 0,4 19,2 -

CO + NH3

Q 3 _ _ _

TOTAL 27,6 33,9 25,8 53,8 7,6

Par suite de l'économie du système et princi-

palement de la possibilité d'obtenir de la mélamine sans les étapes coûteuses de lavage et de recristallisation, des marchés nouveaux s'ouvrent à la mélamine, par exemple comme engrais riche en azote, à libération étalée. Antérieurement, le coût élevé de la mélamine excluait son application pratique dans beaucoup de domaines, y compris le domaine des engrais. En outre, la mélamine de l'invention a des caractéristiques de libération avantageuses quand on l'utilise comme

engrais, relativement à la mélamine formée par un pro-

cédé dans lequel on lave et on recristallise le produit. Il apparait que cette caractéristique de libération améliorée résulte du fait que la mélamine obtenue forme des mini-agglomérats de nombreuses petites particules

formées à partir de cristaux bruts imparfaits. Les mini-

agglomérats de cristaux imparfaits étant poreux par nature se biodégradent plus facilement et donc, libèrent plus facilement les constituants de la mélamine dans le sol.

L'invention ayant été décrite en termes géné-

raux, on décrira en détail un mode de réalisation pré-

féré à propos des dessins sur lesquels les mêmes réfé-

rences désignent des éléments semblables.

la figure 1 est un organigramme d'un sys-

tème antérieur à haute pression pour la fabrication de mélamine en partant d'urée;

la figure 2, un organigramme d'une instal-

lation complète selon l'invention pour la fabrication de mélamine en partant d'urée; la figure 3, une vue partiellement en coupe et partiellement arrachée d'un laveur pouvant servir dans l'invention; la figure 4, une vue partiellement en coupe et partiellement arrachée d'un réacteur pouvant servir dans l'invention; 30. la figure 5, une vue partiellement en coupe et partiellement arrachée d'un séparateur de gaz pouvant servir dans l'invention; la figure 6, une élévation partiellement arrachée et partiellement en coupe d'un réservoir collecteur de l'unit6 de refroidissement du produit; et la figure 7, une vue suivant la ligne 7- 7

de la figure 6.

L'organigramme de la figure 1 est représentatif d'un système industriel à haute température et à haute pression pour la conversion de l'urée en mélamine et est tiré d'un article paru dans Hydrocarbon Processing, Novembre 1970, pages 156 à 158, intitulé "Total Recycle Process Melamine From Urea", et dont l'auteur est Atsumi Okamoto de Nissan Chemical Industries, Inc., Tokyo, Japon. Dans le procédé, on comprime de l'urée à environ 9,8 MPa (100 bars), on l'amène à la tour de lavage à haute pression, 1, et après absorption de la vapeur de mélamine contenue dans le gaz dégagé (engendré dans le réacteur de synthèse), on l'amène au réacteur 2. On comprime de l'ammoniac liquide à environ 9,8 MPa, on le vaporise à environ 400 C dans le préchauffeur 3 et on l'amène aussi au réacteur 2. La réaction se déroule à environ 400 C et 9,8 MPa et l'urée se décompose en une solution aqueuse de mélamine. On utilise un milieu de

transfert de chaleur formé de sel fondu pour la fourni-

ture de chaleur au réacteur. Le gaz de dégagement prove-

nant de la solution de mélamine, à la partie supérieure

du réacteur, entre dans la tour de lavage à haute pres-

sion à la pression de réaction et après avoir été lavé

avec de l'urée d'alimentation, il estramené à l'installa-

tion de fabrication d'urée à environ 200 C et 9,8 MPa.

La mélamine venant du réacteur 2 est refroidiedans le refroidisseur sous pression 4 dans une solution aqueuse d'ammoniac. Après avoir séparé une partie de l'ammoniac à moyenne pression dans l'épuiseur d'ammoniac 5, on filtre cette solution dans le filtre 6 et on la ramène à la pression atmosphérique dans le cristalliseur 7 o

l'ammoniac restant se sépare et la mélamine cristallise.

On sèche et on pulvérise en 10 les cristaux de mélamine séparés de la bouillie de mélamine cristallisée dans la centrifugeuse 8 pour obtenir le produit final. On récupère le gaz ammoniac séparé dans l'absorbeur

d'ammoniac 11 --------------------------------------

à_______________________ et, par liquéfaction après purification par distillation en 12, on le recycle sous

forme d'ammoniac liquide. Le gaz dégagé à haute tempé-

rature et à haute pression, exempt de mélamine, peut être envoyé dans une installation de fabrication d'urée 13. Ce système à haute pression est similaire aux

systèmes à basse pression en ce qui concerne la sépara-

tion et la purification de la mélamine tirée du réacteur.

L'organigramme de la figure 2 illustre sché-

matiquement l'invention. On amène de l'urée par la canalisation 20 au laveur 22 à une température supérieure au point de fusion de l'urée et de préférence à environ

138 C et à une pression d'environ 11,7 à 15,2 MPa.

Dans le procédé continu, le laveur 22 est aussi alimenté par la canalisation 23 en gaz de dégagement venant du séparateur 24. Les gaz de dégagement, principalement formés d'ammoniac, de dioxyde de carbone et de mélamine, seront à une température d'environ 371 à 427 C et à une pression d'environ 11,7 à 15,2 MPa, ce qui correspond

aux conditions de réaction du réacteur et du séparateur.

La composition du courant allant du séparateur au laveur sera d'environ 45 à 65% d'ammoniac, 30 à 50% de dioxyde de carbone et 3 à 10% de mélamine. On utilisera de

l'urée fondue pour libérer par lavage la mélamine conte-

nue dans les gaz de dégagement, fournissant de l'énergie

thermique pour préchauffer l'urée et abaissant la tempé-

rature des gaz de dégagement à environ 177 à 232 C.

L'urée contenant la mélamine se dépose au fond du laveur 22. L'ammoniac et le dioxyde de carbone purifiés,

à la température abaissée, sont amenés par la canalisa-

tion 26 à une installation de fabrication d'urée.

On retire par le fond les queues du laveur et on les amène par lacanalisation 27, au moyen d'une pompe 28, à une température d'environ 177 à 232 C et à

une pression d'environ 11,7 à 15,2 MPa, dans le réac-

teur 29. L'ammoniac venant d'une source appropriée est pompée par la canalisation 32 dans le courant d'urée venant du laveur. L'ammoniac chaud que l'on injecte dans la canalisation véhiculant les queues du laveur joue le rôle de purge pour empêcher le fond du réacteur de se boucher et fournit un excès d'ammoniac

pour réagir sur tout produit de désammoniation éventuel-

lement présent. Le réacteur sera aussi maintenu à une température de fonctionnement d'environ 371 à 427 C et à une pression d'environ 11,7 à 15,2 MPa. Le réacteur, résistant à la corrosion et formé d'acier au carbone plaqué de titane, comprend de préférence des moyens de circulation du réactif à l'intérieur du réacteur. La température préférée du réacteur est d'environ 410 C et la pression préférée est de 13,8 MPa. On règle la température du réacteur en utilisant des systèmes

classiques de réglage de chaleur, y compris des thermo-

couples. - Le produit du réacteur, principalement formé d'ammoniac, de dioxyde de carbone et de mélamine, est amené au séparateur de gaz 24. Le produit de réaction est libéré dans le séparateur à une distance d'environ un tiers du haut du séparateur. Dans le séparateur, les sous- produits gazeux formés d'ammoniac, de dioxyde de carbone et de mélamine, qui sont amenés au laveur 22

par la canalisation 23, sont retirés du haut du sépara-

teur. La mélamine liquide est retirée pratiquement du

tiers inférieur du séparateur, commandé par un indica-

teur de niveau 34, à une température d'environ 371 à 427 C et à une pression d'environ 11,7 à 15,2 MPa et amenée, par la canalisation 36, au refroidisseur du

produit 38. L'ammoniac liquide est amené par la canali-

sation 40 au refroidisseur 38. La mélamine liquide descend, par la vanne de détente 44, dans le réservoir collecteur 46 du refroidisseur 38. Dès son entrée dans le réservoir 46, qui peut être à la pression atmosphérique ou à une pression plus élevée, la mélamine entre en contact avec de l'ammoniac liquide qui refroidit et stabilise la mélamine liquide, la transformant directement en poudre sèche. La poudre

sèche tombe au fond du réservoir 46 tandis que l'ammo-

niac se dégage par la canalisation 48 et est envoyé, pardes vannes de commande, dans un condenseur 50 servant à reliquéfier l'ammoniac qui est alors réutilisé comme

milieu de refroidissement.

Dans le mode de réalisation représenté, le réservoir collecteur 46 est maintenu sous une pression

d'environ 2,8 MPa et à une température d'environ 66 C.

A cette pression et à cette température, l'ammoniac liquide peut être refroidi par de l'eau. On retire continuellement du réservoir collecteur la mélamine solide obtenu comme produit, par une vanne rotative 60 commandée par une commande de niveau 64. Du fait que l'on maintient une hauteur de poudre de mélamine d'environ 0,6 à 2,4 m au-dessus de la vanne rotative 60, il ne se produit pratiquement aucune perte de pression au passage de la vanne rotative 60. La mélamine obtenue comme produit est amenée, par la vanne rotative 60, sur

un transporteur approprié 66, pour l'ensachage ulté-

rieur, etc. La vanne rotative est représentée à plus

granche échelle sur les figures 6 et 7.

L'invention n'a pas pour objet des laveurs, réacteurs ou séparateurs déterminés. On peut utiliser

n'importe quels composants de la technique antérieure.

Toutefois, le laveur peut avantageusement être le laveur 22 représenté sur la figure 3, qui comprend une

entrée d'urée 70 dans le laveur 22 venant d'une canali-

* sation d'amenée d'urée 20. L'urée fondue qui entre par l'entrée 70 s'écoule vers le bas et entre ainsi en contact, en les lavant, avec des gaz de dégagement entrant par l'orifice 72 et venant du séparateur 24

par la canalisation 23. Le niveau d'urée fondue conte-

nant la mélamine retirée par lavage des gaz de dégage-

ment est réglé, dans le bas du laveur, par la commande de niveau 74. Les gaz de dégagement sont retirés en haut du laveur par la sortie 76 pour être recyclés à une installation de fabrication d'urée et l'urée fondue est retirée du bas du laveur par la sortie 78 et amenée au réacteur. Un réacteur pouvant servir dans l'installation

de l'invention est représenté sur la figure 4. Le réac-

teur 29 comporte une entrée 82 reliée à la canalisation 32. Le réacteur est chauffé au moyen d'un conduit en U 84 qui véhicule une matière de transfert de chaleur, de

préférence un sel fondu, pour chauffer le réacteur.

Un courant unique venant du réacteur, qui comprend la mélamine liquide, C02 et de l'ammoniac, est évacué du réacteur par la sortie 86 et afflue par la canalisation

33 au séparateur de gaz 24.

Le séparateur tel qu'il est représenté sur la figure 5 comporte une entrée 90 par laquelle le courant

mixte venant du réacteur 29 tombe dans le séparateur.

Les constituants gazeux sont retirés par la sortie 92 et amenés à la canalisation 23 pour être transférés au laveur 22. Le séparateur comporte aussi une sortie 96 pour le retrait de la mélamine et son transfert, par la canalisation 36, au refroidisseur de produit 38. Le transfert de la mélamine liquide au refroidisseur de

produit est commandé par la commande de niveau 98.

L'invention est illustrée encore par les détails suivants, concernant les conditions et les résultats d'une opération en usine pilote qui illustre

l'économie d'énergie du procédé.

De l'urée est amenée, d'une usine à urée adjacente, par la canalisation 20, au laveur 22, à une

pression de 13,8 MPa et à une température de 138 C.

Après que l'urée fondue ait été préchauffée à une température d'environ 204 C par des gaz de dégagement venant du séparateur 24, elle est amenée au bas du réacteur 29. Dans le réacteur, la pression de 13,8 MPa est maintenue et l'urée est chauffée à une température de 410 C. L'urée se pyrolyse en mélamine liquide, CO2 et NH3. Les produits de réaction sont transférés en un courant mixte au séparateur de gaz 24 maintenu à 410 C et 13,8 MPa. Dans le séparateur, le produit du réacteur est séparé en un courant de gaz de dégagement contenant du CO2, de l'ammoniac et un peu de mélamine et qui est recyclé, par la canalisation 23, au laveur 22. La mélamine liquide est amenée au refroidisseur de produit 40 à une température de 410 C et à une pression de 13,8 MPa et est envoyée par la vanne de détente 44 dans le réservoir collecteur 46 qui est à une température de

76 C et à une pression de 2,8 MPa. Le produit est immé-

diatement mis en contact avec de l'ammoniac liquide par les canalisations 40. Le produit récupéré sans lavage ni recristallisation a la composition suivante: Mélamine 98,0% ve Urée 0,81%

NH3 -

CO2 0,03%

Impuretés (composés apparentés à l'amméline) 0,05% Solides organiques (mélem, mélam et autres) 0,07% La conversion théorique, basée sur l'urée contenue dans le produit, est de 99,19%. On retire le produit du réservoir collecteur sous la forme d'une

poudre blanche, sans lavage ni recristallisation.

L'énergie totale consommée est, comme indiqué au Tableau I, de 7,6 MJ par kilogramme de mélamine. La mélamine obtenue à la suite du refroidissement par liquide a la grande surface spécifique des petites particules, mais, étant donné qu'un certain nombre de petites particules sont liées entre elles, elle a les

caractéristiques de manipulation des grosses particules.

Il va de soi que diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit,

sans pour cela sortir du cadre de l'invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Procédé continu de préparation de mélamnine en partant d'urée, caractérisé en ce que l'on pyrolyse l'urée dans un réacteur (29) à une pression d'environ 10,3 à 17,2 MPa et à une température d'environ 354 à 427 C pour obtenir un produit contenant de la mélamnine

liquide, CO2 et NH3; on transfère ce produit sous pres-

sion, en un courant mixte, à un séparateur (24); on maintient le séparateur pratiquement à la même pression et à la même température que le réacteur; on sépare le produit, dans le séparateur, en un gaz de dégagement formé de CO2 et NH3 contenant des vapeurs de mélamine et en mélamine liquide; on transfère simultanément: (a) les gaz de dégagement formés de CO2 et NH3 contenant de la mélamine, à une température et à une pression qui sont pratiquement celles du séparateur, à un laveur (22), et on lave les gaz de dégagement avec de l'urée fondue pour préchauffer l'urée et refroidir les gaz de dégagement et en séparer la mélamnine, et ensuite on retire NH et CO2 du laveur à une température d'environ 177 à 232 C et on amène au réacteur l'urée fondue préchauffée contenant la mélamine; et (b) la mélamine liquide à un refroidisseur (38) de produit; et on détent et on refroidit rapidement la mélamnine liquide avec un milieu liquide dans le refroidisseur de produit, pour obtenir une mélamine solide commercialement utile, sans lavage ni nouvelle purification.

2. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le réacteur est à une pression de 11,7 à 15,2 MPa et à une température de 371 à 427 C, on

maintient le séparateur de gaz pratiquement à la pres-

sion et à la température du réacteur, on maintient le laveur pratiquement à la même pression que le réacteur et à une température d'environ 177 à 193 C, on maintient le refroidisseur de produit à une pression d'environ 1,4 à 4,1 MPa et à une température d'environ 49 à 110 C; le liquide servant à refroidir la mélamine liquide est de l'ammoniac liquide anhydre et la mélamine solide obtenue comme produit a une pureté de 97,5 à 99,5% et ne contient pas plus d'environ 0,75% de mélam et de mélem.

3. Installation pour la préparation de mélamine en partant d'urée, caractérisée en ce qu'elle comprend, comme composants essentiels, un réacteur, un séparateur, un laveur et un refroidisseur de produit, ledit réacteur comprenant des moyens permettant de le

chauffer et de le maintenir à une température d'envi-

ron 354 à 427 C, des moyens permettant d'y appliquer une pression d'environ 10,3 à 17,2 MPa et de pyrolyser l'urée pour former de la mélamine liquide, CO2 et NH3,

et des moyens permettant de transférer de façon conti-

nue, dans ces conditions de température et de pression, la.mélamine liquide, CO2 et NH3, en un courant mixte, au séparateur; ledit séparateur comprenant des moyens permettant de le maintenir pratiquement à la même température et à la même pression que le réacteur, des moyens permettant de recevoir et de séparer, dans ces mêmes conditions, le courant de mélamine liquide, de NH3 et CO2, des moyens permettant de transférer au laveur, de façon continue, les gaz de dégagement formés de CO2 et NH3 contenant des vapeurs de mélamine, et des moyens permettant de transférer de façon continue la mélamine liquide au refroidisseur de produit, ledit laveur comprenant des moyens destines à recevoir de l'urée fondue, des moyens destinés à recevoir les gaz de dégagement contenant de la mélamine et venant du

séparateur, à la température et à la pression de celui-

ci, des moyens permettant de mettre en contact de l'urée fondue avec les gaz de dégagement contenant de la mélamine pour séparer la mélamine de CO2 et NH3 par lavage et préchauffer l'urée, et des moyens permettant de transférer au réacteur, de façon continue, l'urée fondue contenant la mélamine lavée, ledit refroidisseur de produit comprenant des moyens destinés à recevoir la

mélamine liquide venant du séparateur, des moyens permet-

tant de détendre la mélamine liquide et de la refroidir rapidement avec un milieu liquide et de recueillir la mélamine, sans lavage ni nouvelle purification, sous la forme d'un solide contenant environ 96 à 99,5% de mélamine.

4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le refroidisseur de produit

comprend un réservoir collecteur de produit sous pres-

sion muni d'une vanne à une extrémité, et en ce que la mélamnine liquide arrive à ce réservoir par la vanne,

le réservoir collecteur comportant en outre une extré-

mité de décharge munie d'une vanne et d'un indicateur

de niveau de produit coopérant avec la vanne, le réser-

voir contenant une hauteur d'au moins environ 0,6 à 2,4 m de mélamine solide formée comme produit, et des moyens permettant de commander automatiquement la vanne par le moyen de l'indicateur de niveau pour évacuer de façon continue de la mélamnine en poudre du

réservoir collecteur en réponse à l'indicateur de niveau.

5. Procédé continu de préparation de mélamine par pyrolyse d'urée avec obtention de NH3, de CO2 et de mélamine, caractérisé en ce que l'on refroidit la mélamine en la mettant en contact avec de l'ammoniac liquide pour obtenir comme produit une mélamine solide et en ce que l'on récupère celle-ci sans lavage ni purification, sous la forme d'un solide contenant environ 96 à 99,5% de mélamine et ne contenant pas

plus d'environ 1,5% de mélem et de mélam.

6. Procédé selon la revendication 5, caracté-

risé en ce que l'on pyrolyse l'urée dans un réacteur maintenu à une température d'environ 371 à 427 C et à une pression d'environ 11,7 à 15,2 MPa, en ce que la mélamnine est liquide, en ce que l'on effectue le

refroidissement de la mélamine liquide par de i'ammo-

niac liquide à une pression d'environ 1,4 à 4,1MPa et à une température d'environ 49 à 110 C, et en ce que la mélanmine solide obtenue comme produit a une pureté de 97,5 à 99% et ne contient pas plus d'environ 0,75%

de mélam ou de mélem.