JP2587201B2 - 高圧メラミン反応器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野及び従来の技術】尿素から出発して
メラミンを製造する合成工程は、通常、メラム−メレム
−メラノのような脱アンモニア産物の形成を制限するた
めに過剰のＮＨ₃ の存在下で実施され、包括的には次の
吸熱反応により表すことができる： 6 CO(NH₂)₂ ＋ n NH₃ ＝ C₃N₃(NH₂)₃ ＋ 3 CO₂ ＋ 6 NH₃ ＋ n NH₃ この工程の化学現象から、メラミン１モルを得るごと
に、過剰に導入したｎＮＨ₃ と一緒に３モルのＣＯ₂ と
６モルのＮＨ₃ が生成する。

【０００２】この反応の吸熱性は工業的には 400℃程度
の温度で実施され、メラミン１モルあたり649 KJのエネ
ルギー供給を必要とし（135 ℃の溶融尿素から出発し
て）、通常は反応区画中に設置されたコイルまたは差し
込みチューブ中を循環する溶融塩からの熱伝達により実
行される。工業的応用のレベルでは、尿素からのメラミ
ンの製造法は一般に次のように分類される： ─ 低圧：ｐ≦１ MPaでの触媒法 ─ 高圧：ｐ≧５ MPaでの無触媒法

【０００３】高圧での無触媒法、特に粗製溶融メラミン
とスクラビングされた反応排ガスを得るのに必要な作業
段階について下記に言及する。粗製メラミンの純度は、
例えば米国特許第3,484,440 号に記載の通り、温度、圧
力、滞留時間および過剰量のアンモニアといった一連の
作業パラメーターに依存し、通常は95％を上回る。精製
や結晶化の後処理は、例えば米国特許第3,454,571 号に
記載されるように、≧99.9％の純度への到達を可能にす
る。

【０００４】反応により生成する粗製排ガスの組成も同
様に、上述の作業パラメーターの選択に依存する。液相
中の粗製メラミンから分離されたそのようなガスは、例
えば米国特許第3,700,672 号に記載され該明細書の表１
と２に示されたように、相当量のメラミン、尿素および
他の副産物を含んでいる。

【０００５】それらを尿素プラントにリサイクルする前
またはそれらが含有するアンモニアの回収工程に入る前
に、メラミンと尿素の回収のためおよび最大可能なエネ
ルギー回収のためにそれらを適切に洗浄しなければなら
ない。現時点で通常工業的に使われている高圧無触媒法
は、135 ℃〜160 ℃の温度の加圧された溶融尿素から出
発し、そして 5〜20 MPaの圧力範囲と 370〜430 ℃の温
度範囲において実施される。

【０００６】作業設計、設備工学、装置および工場の操
業の観点から、メラミン工場の合成部門は概略的に次の
３段階に細分することができる： − 尿素からメラミンへの反応 − 残留ガスの分離／メラミンの熟成 − 残留ガスの洗浄

【０００７】これらは、装置設計や作業操作条件の相当
な差により、互いに違った特殊装置において実施され、
Applied Chemical, Nissan, MCI およびMontecatini (A
usind)から採用された操作の場合もそうである。（Ulma
nn's Encyclopedia of Industrial Chemistruy, 第５
版）（Nitrogen No139, 1982 年９月／10月）。

【０００８】液相中でメラミンを製造する高圧法は、尿
素合成工場において容易にリサイクルすることができる
高圧の残留ガスが得られるという利点も有する。高圧法
は、低圧触媒法に比べて、小さい容器、配管および装置
設計という特色を与えるが、処理液の腐食性により"Has
telloy" やチタンのような高価で且つ精巧な耐蝕性材料
の使用を必要とする。

【０００９】もし、今たまたま、この方法の上記段階を
工業的に特殊装置中で段階的に実行するならば、処理液
を搬送するための複雑な配管系統、遮断および制御弁、
パージおよび排水管、洗浄装置、外被、特殊計器等を工
場に装備することが必要である。これらは工場を複雑に
し、運転始動および運転停止を困難にする。このような
多数の高圧管路、弁、フランジおよび継手の存在は、漏
出物による塞栓や材料の腐食の危険性を更に高め、工場
の安全性と信頼性、環境上のルールの尊重並びに生成物
の品質管理に悪影響を及ぼす。

【００１０】そのような段階法と工場設計アプローチ
は、作業工程および装置設計の特別且つ項目別の改善、
例えば上述した米国特許第3,454,571 号；第3,484,440
号；第3,700,672 号に記載されたもの、の導入をもたら
した。これは、一連の付属装置および補助ユーティリテ
ィーズを必要とする複雑且つ精巧な工場配置を含み、結
果として投資費の増加とおそらく工場利用率の低下を伴
う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上述の
欠点を克服することである。より詳しくは、主目的は、
無触媒高圧法を使ってメラミンを製造するために単一の
円筒形容器が３つの主段階を行うメラミン製造用の反応
器を得ることである。従って、該目的は、別個であるが
圧力下で単一本体に組み込まれる反応器の部分において
様々な処理段階が実行される単一のメラミン製造用反応
器を実現化することである。

【００１２】メラミン工場における高圧の外部管路の存
在並びにフランジ、弁および継手の存在を大幅に減少さ
せることも意図される。というのは、工場設備工学のそ
れらの要素全てが、一般に塞栓の危険性を大きく増加さ
せ、工場の信頼性を低下させるからである。本発明によ
れば、特に反応器の内部へのチタンやハステロイ(Haste
lloy) のような特殊材料の使用も制限しながら、現在使
われている装置に比べて工場の費用を大幅に減少させる
ことも意図される。

【００１３】上述の目的、並びに後で指摘されるであろ
う他の目的は全て、特許請求の範囲の請求項１の内容に
従った、無触媒高圧法によるメラミン製造用反応器を製
造することにより達成される。前記反応器は、垂直円筒
形をした単一本体の中に、ダイヤフラムによって分離さ
れた３つのセクターを含んで成り、各セクターは互いに
分離された管路を通して他の２セクターと連絡してお
り、ここで

【００１４】溶融尿素を供給し反応ガスを洗浄する上部
セクターには、前記溶融尿素を入れるための少なくとも
１つのノズル、ダイヤフラム中の穴を通して中央セクタ
ーと連絡しているダクトに連結された少なくとも１つの
反応ガス分配器、前記セクターと反応器の下部セクター
とを連結し、それを通して溶融尿素が前記反応セクター
に到達する少なくとも１つの管、残留ガスを取り出しそ
して反応器の作業圧力を調整するための少なくとも１つ
の弁、反応ガスにより加熱された尿素を冷却するための
少なくとも１つの交換器が装備されており；

【００１５】メラミン合成反応が起こる下部セクターに
は、外部管路に連結された少なくとも１つのアンモニア
分配要素、上部セレクターからくる溶融尿素を供給する
ための少なくとも１つの本質的に垂直な管、反応に必要
な熱エネルギーを得るための少なくとも１つの系、前記
中央セクターと前記下部セクターとを分離するダイヤフ
ラム中に作られた、中央セクターに反応生成物を供給す
る少なくとも１つの穴が装備されており；

【００１６】反応物の液相からのガス状生成物の分離が
起こる中央セクターには、下部セクターからくる反応生
成物を供給するための少なくとも１つの管、少なくとも
１つのアンモニア分配器、制御下で前記セクターの温度
を維持するための手段、中央セクターと上部セクターと
を分離するダイヤフラム中に作られており反応ガスを上
部セクターへ輸送するのに適している少なくとも１つの
穴、生成したメラミンを排出するための少なくとも１つ
の管が装備されており、ここで前記中央セクターには上
部セクターと下部セクターとを連結する少なくとも１つ
の管路が横切り、前記セクターの各々はその底部に相応
して、液体の回収と前記セクターの保全のための排出ノ
ズルおよび温度測定手段を提供する、ことにより特徴づ
けられる。

【００１７】本発明によれば有利には、垂直円筒形をし
た単一の圧力容器の中に上述の工程段階を組み込んだメ
ラミン工場の合成部門の設計のための新規理論が開発さ
れる。全ての工程の流れが該装置の内側に維持され、そ
して重力、密度、差異および反応ガスによる浮きが、該
装置を形成する３セクターの１つから他のセクターへ液
体を移動させる原動力である。

【００１８】作業条件および工場設計についてのこの新
規アプローチは、伝統的な設計からくる欠点を全て取り
除き、工場配置を単純化し、投資費と維持費を削減し、
工場の運転を容易にし、そして工場の活動係数を増加さ
せる。更に、運転始動および運転停止操作をかなり単純
化し、従ってそれの休止時間を著しく減少させる。

【００１９】本発明の利用可能性の更なる範囲は、下記
に与えられるメラミン合成装置の詳細な説明から明らか
になるであろう。しかしながら、詳細な説明と特定例は
本発明の好ましい実施態様を示すけれども、単に例示の
目的で与えられる。この詳細な説明と図面から、本発明
の精神と範囲内で様々な変更および改良を行い得ること
は当業者にとって明白であろう。

【００２０】本発明の範囲内では、反応器の名称のもと
に、垂直円筒形を有する圧力容器を構成する３つの部分
または区画が含まれ、それらはＬ（洗浄部）、Ｓ（分離
部）およびＲ（反応部）という文字で表示される。液相
中のメラミンは反応器中で５〜20 MPaの圧力および370
〜430 ℃の温度の下で製造される。

【００２１】洗浄セクター Ｌで示される反応器のこのセクターは、次の機能を果た
す： − 供給された溶融尿素中に含まれる水の除去 − 溶融尿素の予熱 − 粗製残留ガスの洗浄 − 圧力下で蒸気を生成させることによる余分な熱エネ
ルギーの回収。

【００２２】前記反応器の上部または上部セクターＬに
はノズル１が提供され、そこから反応器の上部セクター
に溶融尿素が供給される。上部セクターは、中央の分離
セクターＳからくる反応ガス２を分配するトロイド形を
した分配器３も含んで成る。４で示される管の束から成
る熱交換器（ボイラー）が反応ガス中に含まれる余分な
熱を吸収し、ボイラー水がノズル20を通って入り蒸気と
してノズル21を通って出る。中心部分には、前記Ｌセク
ターから反応器の底部分にある反応セクターＲへと溶融
尿素を搬送するための管７がある。

【００２３】管７と同軸である管６は、反応ガスと尿素
との接触および混合が最も効率的な形で起こるように液
体の循環を引き起こす。前記Ｌセクターの下部は、反応
器の上部セクターと中央セクターとを分離するダイヤフ
ラムＬＳにより形成される。回収されたガスはノズル52
を通って運ばれ、そして外部管路を通って取り出され
る。外部管路の開放は弁15または16により調整される。
上部セクターＬにおいて起こる過程を下記に記載する。

【００２４】135 〜160 ℃の温度を有する鋳造尿素がノ
ズル１を通して反応器の洗浄部Ｌに導入され、分配器３
を通して輸送されたＳ部からの反応ガス２と接触する。
ボイラー４が水を循環させてそれを蒸気に転換させるこ
とにより熱を取り除き、蒸気圧の制御弁（図示せず）を
働かせることにより溶融尿素５の予熱温度を200 〜250
℃に調整する。洗浄セクターの内側の液体の循環は中心
の管６により与えられる。

【００２５】粗製反応ガス中に含まれるメラミン並びに
少量のアンモニアと二酸化炭素が富化された溶融尿素
は、重力により管７を通って反応セクターＲに入り、そ
こでメラミン合成が起こる。反応ガスは、洗浄された
後、洗浄セクターの上部に置かれた液体分離器（図示せ
ず）を通り、反応器の作業圧力を制御する弁15を通って
≧200 ℃の温度で取り出される。

【００２６】反応セクター Ｒで示される反応セクターは、反応器の下部セクターで
ある。このセクターで、メラミンの形成に至る実際の反
応が起こる。前記セクターは、重力により洗浄セクター
から溶融尿素を供給する中心管７、溶融塩の連続供給が
与えられ、ノズル18を通って入りノズル19を通って排出
される、反応熱を供給する交換系８、過剰のアンモニア
を工程に供給するための外部管に連結されたアンモニア
ガス分配用装置10、反応液の循環を改善するための管７
と同軸の管９を含んで成る。反応器の半球形の床には排
出弁17が提供される。

【００２７】下部セクターＲは、必要なら組立ておよび
保全の目的で取り外しすることができるダイヤフラムＳ
Ｒによりその上部が限定されている。このダイヤフラム
中には穴110 があり、これがこのセクターＲを中央セク
ターＳ中に置かれた管11を通して中央分離セクターＳと
連絡した状態にしている。メラミン合成の吸熱反応は、
反応器のこの部分において上述した５〜20 MPaの圧力に
おいて起こる。

【００２８】反応に必要な熱は、反応温度を370 〜430
℃に維持するために、コイル（または差し込み型管系）
８中を循環する溶融塩により供給される。液体の循環は
中心管９により与えられる。脱アンモニア生成物メレム
およびメラムの形成を減らすために、直列に配置された
２つのエバポレーター（図示せず）を通して液体アンモ
ニアがポンプ配送され、そして250 ℃を越える温度、好
ましくは400 ℃の温度で気相状態において、最適な混合
を保証するために供給管７のすぐ近くに分配器10から供
給される。

【００２９】分離セクター 中央セクターＳは、反応の液相からのガス状生成物の分
離が起こるセクターである。前記セクターは、２つのダ
イヤフラム：下側のダイヤフラムＳＲと上側のダイヤフ
ラムＬＳにより境界が決定されており、そして上部洗浄
セクターＬから下部反応セクターＲに溶融尿素を搬送す
る自然落下管７がそれを貫通している。

【００３０】中央セクターＳには、下部セクターからく
る反応生成物の導入のための管11と、洗浄セクター中へ
の反応ガスの通過を可能にするダイヤフラムＬＳ中に設
けられた穴210 も提供される。分配器12がガス状アンモ
ニアを中央セクター中に入れ、そして溶融塩が中を循環
している外部ジャケット14がこのセクターを定温に維持
する。このセクターＳの底の近くに排出管30があり、そ
こから生成した粗製メラミンが取り出される。

【００３１】液相からガス状反応生成物を分離するとい
う上述の機能の他に、反応器のこの部分は、脱アンモニ
ア副産物からメラミンへの部分的再変換（熟成）を可能
にするために、過剰のアンモニアの存在下で粗製メラミ
ンの必要滞留時間を付与するという働きも有する。反応
生成物はガスの分離と熟成のためにセクターＳ中の管11
を通り、その管の中に250 ℃を越える温度に予熱された
ガス状アンモニアが分配器12を経由して入れられる。

【００３２】ガスの分離および生成したメラミンガスの
熟成のために反応セクターＲとセクターＳとの間に置か
れたダイヤフラムは、組立てや保全の目的で取り外すこ
とができる。液相中のメラミンのレベルは、弁13を作動
させるレベル制御器24によって維持される。液体のレベ
ルの大きな変位領域は、20分から１時間以上まで生成物
の滞留および熟成時間を調節することを可能にする。

【００３３】このセクター中の平均温度は、ノズル28か
ら入りノズル29から出る溶融塩を含んでいるジャケット
14により、360 〜400 ℃に調節される。次に全体として
の反応器について記載する。上部セクターＬの中に存在
する残留ガスクッションの圧力は、正常の作業条件の間
は弁15により、そして工場の始動と停止の過渡期の間は
弁16により、調整される。

【００３４】反応器の各セクターには、工場の操業を停
止する時の処理液の回収並びに検査や保全前の反応器の
洗浄と清掃を可能にするために、特別な排出口17が備え
られている。始動および停止期間の間並びに様々な製造
レベルでの正常作業の間の両方において、反応器の１つ
のセクター中の作業温度および圧力の調整に特別な注意
を払わなければならない。

【００３５】作業温度は、反応器全体の高さに沿って反
応器の内側に取り付けられた２つの多重熱電対22のうち
の一方のシグナルを使用する電気装置Ｃにより制御され
る。制御装置Ｃにより適当に合成された前記シグナルは
制御インパルス40, 140 および80として出て、それぞれ
蒸気ボイラー圧４並びに溶融塩入口18および28の温度／
流速に作用する。

【００３６】この単純な解決策は、作業中の容易な検査
および調整、容易な保全並びに信頼できる作業工程のコ
ンピューター制御を可能にする。中央セクターＳ中に
は、工場の始動および停止期間の間に尿素工場の圧縮機
から生成する予熱され加圧された二酸化炭素を導入する
ためのノズル23が提供される。

【００３７】前記期間の間に、起こり得る塞栓を防ぐた
めに分配器10と12からも二酸化炭素が導入される。同じ
目的で、窒素および／または適当に予熱されたガス状ア
ンモニアを使用することも可能である。反応器の寸法は
明らかに工場設計容量や作業圧力に依存するが、無触媒
高圧法の特別な利点を最大にし、且つ例えば隣接する尿
素合成工場の特定の性質に関連して洗浄ガスの回収工程
を最適にするために、作業圧力は10〜20 MPaの圧力の範
囲内で選択すべきである。

【００３８】反応器を構成している３つのセクターＬ，
ＳおよびＲの個々のサイズは、それらの特殊機能の完全
実施を保証するようなものでなければならず、それは例
えば、容積、交換表面、液体の滞留時間、ガスの分離容
量、循環液体の流速、反応器の正常運転を保証するため
に与えられる最大圧力低下、等を限定する。

【００３９】寸法決定基準および上述の制約の全ての点
において、同一内径を有する反応器の３セクターを実現
することが可能であり得策である。これは、個々のセク
ターの高さ並びに内部装置の型とサイズを適切に選択す
ることにより可能であり、そして反応器の設計、製造、
現場でのそれの組立て並びに点検および保全作業をより
簡単に且つより経済的にする。

【００４０】しかしながら、万が一、例えば配置制限が
あるとすれば、この基準を廃棄して異なる３セクターの
内径を選択することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の反応器の横断面図を表す。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無触媒高圧法に従ったメラミン製造用反
   応器であって、本質的に垂直円筒形をした単一本体の中
   に、ダイヤフラムによって分離された３つのセクター
   （Ｌ，Ｓ，Ｒ）を含んで成り、各セクターは互いに分離
   された管路を通して他の２セクターと連絡しており、こ
   こで溶融尿素を供給し反応ガスを洗浄する上部セクター
   （Ｌ）には、前記溶融尿素を入れるための少なくとも１
   つのノズル（１）、ダイヤフラム（ＬＳ）中の穴（210
   ）を通して中央セクター（Ｓ）と連絡しているダクト
   に連結された少なくとも１つの反応ガス分配器（３）、
   前記セクターと反応器の下部セクター（Ｒ）とを連結
   し、それを通って溶融尿素が前記反応セクターに到達す
   る少なくとも１つの管（７）、残留ガスを取り出しそし
   て反応器の作業圧力を調整するための少なくとも１つの
   弁（15）、反応ガスにより加熱された尿素を冷却するた
   めの少なくとも１つの交換器（４）が装備されており；
   メラミン合成反応が起こる下部セクター（Ｒ）には、外
   部管路に連結された少なくとも１つのアンモニア分配要
   素（10）、上部セレクターからくる溶融尿素を供給する
   ための少なくとも１つの本質的に垂直な管（７）、反応
   に必要な熱エネルギーを得るための少なくとも１つの系
   （８）、前記中央セクターと前記下部セクターとを分離
   するダイヤフラム（ＳＲ）中に作られた、中央セクター
   に反応生成物を供給する少なくとも１つの穴（110 ）が
   装備されており；反応物の液相からのガス状生成物の分
   離が起こる中央セクター（Ｓ）には、下部セクターから
   くる反応生成物を供給するための少なくとも１つの管
   （11）、少なくとも１つのアンモニア分配器（12）、制
   御下で前記セクターの温度を維持するための手段（1
   4）、中央セクターと上部セクターとを分離するダイヤ
   フラム（ＬＳ）中に作られており反応ガスを上部セクタ
   ーへ輸送するのに適している少なくとも１つの穴（210
   ）、生成したメラミンを排出するための少なくとも１
   つの管（30）が装備されており、ここで前記中央セクタ
   ーには上部セクターと下部セクターとを連結する少なく
   とも１つの管路（７）が横切り、前記セクターの各々は
   その底部に相応して、液体の回収と前記セクターの保全
   のための排出ノズル（17）および温度測定手段（22）を
   提供することにより特徴づけられるメラミン製造用反応
   器。
2. 【請求項２】 前記セクターの各横断面が同じ内径を有
   することを特徴とする、請求項１に記載の反応器。
3. 【請求項３】 前記上部セクターと下部セクターとを連
   結する少なくとも１つの管（７）が、反応器の軸と一致
   する軸を有することを特徴とする、請求項１または２に
   記載の反応器。
4. 【請求項４】 前記反応セクター（Ｒ）と分離セクター
   （Ｓ）とを分離する少なくとも１つのダイヤフラム（Ｓ
   Ｒ）が取り外し可能であることを特徴とする、請求項１
   〜３のいずれか一項に記載の反応器。
5. 【請求項５】 前記反応器の各セクターに各セクターの
   内部温度を調節するための多重熱電対（22）が取り付け
   られており、そして電気ユニット（Ｃ）が各部分を冷却
   および加熱する液体の弁の開放および閉鎖を制御するこ
   とを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の
   反応器。