KR100529856B1

KR100529856B1 - 멜라민 제조방법

Info

Publication number: KR100529856B1
Application number: KR10-1999-7012355A
Authority: KR
Inventors: 노에세르조
Original assignee: 유로테크니카 그룹 에스.에이.(스위스 브랜치)
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 2005-11-22
Also published as: DE69823824D1; KR20010020534A; EA200000072A1; EP0991629B1; AR010422A1; CN1261355A; SA98190278B1; PL189706B1; WO1999000374A1; EA002194B1; CN1130354C; MY122135A; AU7930898A; BR9810348A; IT1292427B1; PL337652A1; ES2224409T3; ITMI971524A1; TW531535B; ID26902A

Abstract

요소로부터 출발하여 높은 수율 및 전환 비율로 멜라민을 고압 제조하는 방법으로서, (a) 방출 가스에 의해 활발한 혼합이 제공되면서, 7×10³ kPa보다 높은 압력, 바람긱하게는 8×10³∼9×10³kPa의 압력 하에 360∼420℃ 범위의 온도로 유지되고, 연속적으로 작동하며, 용해된 멜라민을 수용하는 반응기에 요소를 공급하는 단계; (b) 85∼95%, 바람직하게는 88∼93%의 멜라민을 함유하는 액체 반응 생성물을 회수하고, CO₂ 및 NH₃를 함유하는 기상(氣相)을 제거하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 수집된 액상(液相)을 신선한 NH₃와 함께, 반응 생성물과 반응물의 혼합 없이 그리고 중간 생성물 없이 액상이 전체 용적을 차지하고, 반응을 완료하기에 충분한 체류 시간 동안 7×10³ kPa보다 높은 압력 하에 360∼450℃의 온도로 유지되는 관형 반응기에 연속적으로 공급하는 단계; 및 (d) 상기 관형 반응기의 출구에서 고순도의 멜라민을 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멜라민 제조방법이다.

Description

멜라민 제조방법{Process for melamine manufacture}

본 발명은 고순도 멜라민을 고수율로 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 본 발명은 고압 공정에 의해 요소(urea)로부터 출발하여 멜라민을 제조하는 것에 관한 것이다.

현재, 멜라민은 이하의 간단한 반응식에 따라 효소로부터 제조되고 있다.

반응은 매우 흡열적이고, 360∼420℃의 온도에서의 반응열은 멜라민 K몰당 대략 93,000 K칼로리이다.

이 공정은 촉매의 존재 하에서는 저압으로, 촉매 없이는 고압으로 행해질 수 있다.

요소로부터 출발하는 저압 및 고압 멜라민 제조공정 모두는, 각각 이소시안산, 시아누르산, 아멜라이드, 아멜라인 및 마지막으로 멜라민을 유도하는 일련의 중간 반응을 통해 진행하는 것으로 믿어진다.

이하의 반응이 수반되는 것으로 보인다.

식 1 내지 6을 합함으로써, 상기한 식 (A)의 전체 반응이 얻어진다.

이들 중간 생성물 중 일부, 즉, 아멜라인과 아멜라이드(이하, 총괄적으로 OAT(OxyAmino Triazine)라 칭한다)가 반응 생성물에서 검출된다.

또한, 위와 같이 얻어진 멜라민은 반응 온도 및 압력 하에 자체 반응하여, 소위 중축합물(polycondensate)을 생성하고 암모니아를 방출한다. 중축합물은, 멜라민 순도를 감소시키는 불순물이고, 전체 반응 수율을 감소시킨다.

중축합물은 멜라민 분자의 아민기(-NH₂) 암모놀리시스(ammonolysis)부터 발생되며, 예를 들어, 이하의 식에 따라 형성된다.

상기 반응은 암모니아 분압(分壓)이 낮거나 또는 존재하지 않고 액상(液相)(≥355℃)내 멜라민의 체류 시간이 길 때 촉진된다. 멜라민 합성 조건 하에서는, 중축합물이 소량으로 얻어지는데, 그러한 양은 최종 생성물 순도와 관련해서 무시될 수 없다. 어쨌든 거의 모든 중축합물이 멜라민으로 복귀시키는 것은 암모니아 분압을 증가시킴으로써 달성된다. 종래의 멜라민 합성 공정에서는, 멜라민으로의 중축합물의 전환이, 특히 반응 생성물의 암모니아 처리가 제공되는 멜라민 정제 단계에서 일어난다.

고압 공정에서는, 140∼150℃의 용해된 요소가 반응기에 공급되고 적절한 가열장치에 의해 360∼420℃의 온도로 유지된다. 이 반응기에서, 용해된 요소는 멜라민과 혼합되고, 소정 시간동안 방출 반응 가스의 교반 작용 하에 있게 된다. 원(raw) 멜라민 생성물은, 예를 들어, 물에 용해시킴으로써 정제 처리되고, 이어서, 미반응 요소를 제거하는 재결정화와, 본질적으로 기체 상태의 반응 생성물(암모니아 및 이산화탄소)로 이루어진 반응 부산물, 본질적으로 OAT(주로 아멜라인)를 포함하는 액체 반응 생성물, 및 중축합물의 제거가 이루어진다.

공업적 실시에 있어서는, 반응이 전형적으로는 원통형 용기(탱크 반응기)로 구성된 단일 반응기에서 연속적으로 행해지며, 여기서 반응물은 가스 상태의 반응 생성물의 발생 및 방출에 의한 활발한 혼합 상태로 유지된다. 반응열은 용해된 염(salt)이 반응 온도보다 높은 온도로 순환하는 적절한 열교환 튜브를 통해 반응물에 공급된다.

반응기 내부에서, 각각의 화학 종(種) 농도는 액체 반응 혼합물의 어떤 지점에서도 거의 일정한 값을 나타낸다. 반응 구역에 연속적으로 공급된 용해된 요소는 순환하는 혼합물과 즉시 혼합된다. 반응 생성물은 연속적으로 제거되고, 반응기 내의 반응 혼합물과 동일한 농도를 가진다. 상기 반응 장치에서는, 소망하는 전환 비율이 높을수록, 멜라민 생산율이 낮게 된다. 따라서, 큰 반응 용적이 요구되고, 반응기가 매우 가혹한 온도 및 압력 조건 하에 반응물 및 반응 생성물의 높은 부식작용에 견디어야 하는 점에서 작동 비용이 매우 비싸게 된다. 따라서, 반응기의 재료비 및 작업비가 매우 비싸다.

반응기 가격을 현저하게 증가시킴으로써, 반응기가 대략 100% 전환 비율을 달성하기에 충분한 반응기 용적을 가지더라도, 시장에서 요구하는 순도로 멜라민을 제조하는 것이 가능하지 않다. 실제어 있어서, 한편으로는, 반응 혼합물의 혼합을 최적화하여도, 액체에의 완전한 용해와 멜라민으로의 완전한 전환을 가능케하는데 필요한 체류 시간이 경과하기 전에 반응물(요소)의 일부가 반응기로부터 유출되는 것을 방지하는 것이 불가능하다. 반응 용적이 작을수록, 반응 혼합물에 존재하는 미반응 성분의 함량이 커진다. 또한, 미반응 성분 함량은 반응 혼합물이 이상(理想)적인 혼합 조건으로부터 벗어남에 따라 증가한다. 다른 한편으로는, 반응에서의 체류시간 분포는 반응 혼합물의 대략 절반이 평균 체류시간, 즉, 반응기 용적과 반응물 부피 유량과의 비율보다 긴 시간동안 반응기 내에 잔류하도록 정해진다. 반응 혼합물은 사실상 멜라민만으로 이루어져 있기 때문에, 암모놀리시스(ammonolysis) 반응에 긴 시간이 걸려, 중축합물의 양을 증가시킨다.

따라서, 단일 반응기 멜라민 제조공정은, 고순도 멜라민(99.5% 이상)에 이르도록 반응 생성물에 정체 처리(이것을 공정의 전체 경제성에 영향을 미친다)를 행하지 않는 한, 저급 용도에만 적합한 저순도 멜라민(97∼98%보다 낮은)을 생산한다.

멜라민 순도를 증가시킬 수 있는, 다수의 반응 단계를 가지는 멜라민 합성 공정이 제안되었다. 2단계 멜라민 합성 공정의 예가 미국 특허 제3,116,294호에 개시되어 있다. 그러나, 제2 단계에서 사용되는 제2 반응기는 제1 반응기와 유사하기 때문에, 즉, 양쪽 모두 탱크 반응기이기 때문에, 비록 덜 중요하더라도, 단일 반응기 공정에서와 동일한 단점이 발생된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 멜라민 제조 공정의 개략도이다.도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 멜라민 제조 공정의 개략도이다.

값비싼 장치를 요하지 않고 높은 수율과 전환 비율로 고순도 멜라민을 제조하는 방법을 이용하는 것이 매우 바람직하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 대부분의 통상적인 사용을 위해 그대로 또는 간단한 정제 후에 사용될 수 있는 고순도 제품을 높은 전환 비율로 얻을 수 있게 하는, 요소로부터 출발한 고압의 멜라민 제조방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 실행하기 위한 장치를 제공하는데 있다.

특히, 본 발명은, 전체 반응 압력 및 온도와 같은 반응 파라미터와, 기체 생성물의 분압이 제1 단계로부터 후의 단계를 거쳐 점차적으로 변경되도록 된 2개 이상의 연속적인 반응 단계로 행해지는 반응계를 기초로 한다. 높은 수율로 완전한 반응 및 부산물 소멸을 달성하기 위해, 특히 최종 반응 단계에서 체류 시간이 철저히 제어된다.

보다 상세하게는, 본 발명에 따른, 요소로부터 출발하는 고압 멜라민 제조방법은 다음의 단계들, 즉,

(a) 방출 가스에 의해 활발한 혼합이 제공되면서, 7×10³kPa보다 높은 압력, 바람직하게는 7×10³∼9×10³kPa의 압력 하에 360∼420℃ 범위의 온도로 유지되고, 연속적으로 작동하며, 용해된 멜라민을 수용하는 제1 반응 단계의 반응기에 요소를 공급하는 단계;

(b) 85∼95%, 바람직하게는 88∼93%의 멜라민을 함유하는 액체 반응 생성물을 화수하고, CO₂ 및 NH₃를 함유하는 기상(氣相)을 제거하는 단계;

(c) 상기 단계 (b)에서 수집된 액상(液相)을 신선한 NH₃와 함께, 반응 생성물과 반응물의 혼합 없이 그리고 중간 생성물 없이("백 혼합(back mixing)" 없이) 액상이 전체 용적을 차지하고, 반응을 완료하기에 충분한 체류 시간 동안 7×10³ kPa보다 높은 압력 하에 360∼450℃의 온도로 유지되는 제2 반응 단계의 관형 반응기(플러그 흐름(plug flow) 반응기)에 연속적으로 공급하는 단계; 및

(d) 용해된 기상을 포함하지 않고 99.5 이상의 순도를 갖는 멜라민을 상기 관형 반응기의 출구로부터 수집하는 단계를 포함한다.

상기 단계 (c)에서 관형 반응기로 들어가는 액상은, 관형 반응기 길이와 반응기 자체를 통하는 액체 반응 혼합물의 선속도와의 비율에 의해 정해지는 체류 시간에 대응하는 정확하게 정해진 시간내에 전체 반응기 길이를 통과한다.

본 발명에 따른 방법은 상기한 바와 같은 적어도 하나의 관형 반응기가 하류측에 연결되어 있는 표준형 탱크 반응기를 사용함으로써 높은 반응 수율로 고순도 멜라민을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 높은 수율로 고순도의 제품을 얻기 위해 기존의 멜라민 제조 플랜트에 적용될 수 있다.

본 발명의 방법은 새로운 멜라민 합성 플랜트에 적용될 수 있다. 그러한 경우, 본 발명의 방법은 전체 유닛 중 값비싼 장치인 소형 탱크 반응기를 사용하여 고수율 및 고순도의 멜라민을 제조할 수 있다.

상기 단계 (b)로부터의 반응 액체 혼합물과 함께 관형 반응기에 공급되는 신선한 암모니아의 양은 액체 혼합물 포화에 상응하는 양과 모든 OAT 및 모든 중축합물을 멜라민으로의 전환시키는데 필요한 화학량론적 양을 합한 것보다 많다. 그 암모니아 양은 상기 액상 내에 초과 암모니아를 보장하는 양이다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 단계 (c)에서의 제2 반응 단계가 2개의 반응 구간으로 나누어진다. 관형 반응기를 포함하는 제1 반응 구간의 출구에서, 본질적으로 암모니아, 이산화탄소 및 미량의 멜라민 증기를 포함하는 기상이 제거되고, 용해된 멜라민이 용해된 이산화탄소의 제거 후에 신선한 암모니아와 함께, 제1 반응 구간의 것과 유사한 관형 반응기를 포함하는 제2 반응 구간에 공급된다. 이 제2 반응 구간에서의 관형 반응기 내의 압력은 제1 반응 단계의 반응기(탱크 반응기)와 제2 반응 단계의 제1 반응 구간 모두의 압력보다 높다.

본 발명에 따른 고수율 멜라민 제조방법의 또 다른 실시형태는 제2 반응 단계에 제2 반응 구간과 유사한 제3 반응 구간을 추가하는 것을 포함한다. 그러나, 이 추가는, 제2 반응 단계가 하나 또는 2개의 반응 구간을 포함하는 본 발명에 따른 방법에 의해서도 매우 고순도의 멜라민을 생산할 수 있다는 점에서 일반적으로 필요하지 않다. 제2 반응 단계에 3개 이상의 반응 구간을 가지는 구성은 100%에 가까운 멜라민 순도가 요구되는 경우에만 유용할 수 있다.

최종 및 중간 단계에서 반응 생성물로부터 제거된 기상은 기체 멜라민 회수 후에 요소 합성 공정으로 보내지거나, 또는, 상기 기상에 존재하는 암모니아의 일부가 분리되어 이 멜라민 제조공정에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 제2 반응 단계에서 사용되는 관형 반응기는 5,000보다 높은, 바람직하게는 10,000보다 높은 레이놀즈수(Reynolds number)를 보장하는 기하학적 파라미터를 가진다.

단계 (a)의 반응기의 가열 수단은 통상적인 것이고, 반응기 내부에 배치되는 용해된 염(salt) 가열 코일로 이루어질 수 있다. 단계 (c)의 관형 반응기는 용해된 염욕(salt bath)에 의해 가열될 수 있다.

"플러그 흐름"(plug flow) 관형 반응기 내의 온도는 탱크 반응기의 것과 동일할 수 있지만, 반응물 체류 시간을 단축시키고 반응 완성도를 보장하기 위해 그보다 높은 것이 바람직하다.

관형 반응기의 출구에서 회수된 멜라민은 99.5% 이상의 순도를 나타내고, 그 결과, 어떤 추가 처리 없이 냉각 및 용해된 기상으로부터의 스트리핑(stripping) 후에 직접 사용될 수 있다.

[실시예 1]

도 1을 참조하면, 요소로부터의 멜라민 제조를 위한 반응 기구가 제1 단계 반응기(3)와 제2 단계 반응기(4)의 조합으로 이루어져 있다.

제1 단계 반응기(3)는 압력 조절기(31)에 의해 작동 압력 하에 유지된다. 그 압력 조절기(31)는 제어 밸브(32)에 작용하여 반응 가스 생성물이 라인(33)을 통해 제어적으로 방출되게 한다. 이 가스는 대략 이산화탄소 1몰당 암모니아 2몰의 비율로 암모니아와 이산화탄소로 이루어져 있다. 상기 가스는 멜라민 증기로 포화되어 있다. 제1 단계 반응기(3)에는, 펌프(1)에 의해 반응 압력까지 압축된 용해된 요소가 라인(11)을 통해 연속적으로 공급된다. 펌프(2) 및 라인(21)을 통해 액체 암모니아가 라인(11)내로 공급되어, 반응기에의 요소 공급을 일정하게 유지시킴으로써, 반응기의 고온에 의한 요소 분해로 인하여 막힘(plugging)이 발생할 가능성을 제거한다.

제1 반응 단계에서의 정확한 온도 값은 액체 반응 혼합물에 완전히 잠긴 열교환 튜브(37)내에서의 용해된 염(salt)의 순환에 의해 보장된다. 이 실시예에서는, 반응 온도가 385℃로 유지된다. 반응기 내부에서는, 용해된 반응 혼합물은 반응 중의 암모니아 가스와 이산화탄소 가스의 방출 때문에 중앙 이송 튜브(38) 주위에서 빠르게 운동한다. 이들 가스는 액체에의 용해성이 비교적 불량하기 때문에 중앙 이송 튜브(38)와 반응기 벽 사이의 환형 공간(용해된 염을 수용한 열교환 튜브(37)가 위치된)내에서 반응기를 따라 상승하게 된다. 이들 가스는 반응 액체 혼합물의 상부 표면에 도달한 후, 라인(33)과 밸브(32)를 통해 외부로 방출된다. 반응기를 프로그램된 작동 압력 하에 유지하기 위해 압력 조절기(31)에 의해 그 밸브(32)의 개방이 제어된다.

반응기 내측에 배치된 액체 레벨 센서(34)는 반응기에 공급되는 반응물 용적에 대응하는 양의 액체를 라인(36)을 통해 배출하도록 밸브(35)에 작용함으로써 반응기의 액체 레벨이 일정하게 유지되게 한다.

라인(36)은 액체 레벨 아래의 반응기 부분에 배치되어 있어, 어떤 양의 미반응 요소를 함유한 멜라민, 중축합물, OAT, 극소량의 용해된 암모니아, 및 이산화탄소로 이루어진 액상(液相)만을 방출할 수 있다.

라인(36)은 관형 반응기로 이루어진 제2 단계 반응기(4)에 연결되어 있다. 이 관형 반응기는 이 관형 반응기 전체에서의 반응 온도를 균일하게 하기 위해, 용해된 염욕(salt bath)(41)에 완전히 잠겨 있다.

라인(22)은 밸브(35)의 하류측에서 라인(36)과 합체되어 있다. 이 라인(22)은 펌프(2)에 의해 제2 단계 반응기(4)인 관형 반응기에 암모니아를 공급하여, 중축합물 및 OAT와 반응기 액체의 반응에 의한 암모니아 소비에도 불구하고 반응기 액체의 암모니아 포화를 일정하게 유지하도록 한다.

라인(21, 22)을 통해 양 반응기로 공급하기 위해 펌프(2)로부터 나오는 암모니아는 기화되고, 적당한 열교환 수단(도시되지 않음)에 의해 반응 온도까지 과열(過熱)된다.

제2 반응 단계를 거치는 반응 혼합물은, 제2 단계 반응기(4)인 관형 반응기의 길이와 액체 선속도에 좌우되는 시간 동안 그 관형 반응기 내측에 정해진 온도 및 압력 조건 하에 존재한다.

제2 단계 반응기(4)의 출구에서 라인(42)을 통과하는 반응 액체 혼합물은 기체/액체 분리기(5)로 들어간다. 이 기체/액체 분리기(5)에서, 액체 멜라민이 소량의 이산화탄소를 함유한 암모니아를 포함하는 가스들로 분리된다. 이들 가스는 라인(53)을 통해 라인(33)으로 이송된다. 압력 조절기(51)에 의해 제어되는 밸브(52)는 기체/액체 분리기(5)를 제1 단계 반응기(3)의 것에 매우 가까운 압력으로 유지한다. 그러나, 기체/액체 분리기(5)내의 압력은, 라인(36)으로부터 들어와서 제2 단계 반응기(4)를 통과하는 액체가 제2 단계 반응기(4), 라인(36, 42) 및 밸브(35)의 마찰 손실을 극복하여 기체/액체 분리기(5)에 도달하도록 제1 단계 반응기(3)의 압력보다 낮다.

액체 멜라민은 제어 밸브(55)에 의해 라인(56)을 통해 기체/액체 분리기(5)로부터 수집된다. 이 제어 밸브(55)는 기체/액체 분리기(5)내에 일정한 레벨을 유지하도록 레벨 센서(54)에 의해 제어된다.

요소 8,230 Kg/h와 암모니아 410 Kg/h가 상기한 바와 같이 제1 단계 반응기에 공급된다.

반응 압력은, 암모니아 46 중량%, 이산화탄소 50 중량% 및 멜라민 증기 약 4 중량%로 이루어진 약 5,700 Kg/h의 오프-가스(off-gas)를 압력 제어 하에 방출함으로써 8×10³kPa의 고정된 값으로 유지된다. 멜라민 증기는 완전히 회수되고, 통상의 오프-가스 냉각 유닛에 의해 반응 구역으로 다시 주입되며, 요소 흐름을 사용한 멜라민 흡착이 반응기에 부여된다. 멜라민 회수 유닛은 도면에 도시되지 않았다. 약 220 Kg/h의 회수된 멜라민은 라인(11)을 통해 반응기로 복귀되므로, 어떠한 수율 손실도 방지된다.

반응 온도는, 420℃의 온도와 430 m³/h의 유량으로 반응기에 공급되는 용해된 염의 순환에 의해 385℃의 평균 온도로 유지된다. 제1 단계 반응기(3)의 배출 온도는 흡열 반응 특성으로 인하여 410℃이다.

제1 단계 반응기(3)의 출구(라인 36)에서 이하의 생성물이 얻어진다.

멜라민 2,709 kg/h

미반응 요소 75 kg/h

OAT 110 kg/h

중축합물 60 kg/h

용해된 암모니아 40 kg/h

용해된 이산화탄소 25 kg/h

전체 반응 화학량론(stoichiometry)(식 7 참조)에 따른 요소의 멜라민 전환율은 94%이고, 기체 생성물(암모니아 및 이산화탄소)을 제외한 멜라민 순도는 91.7%이다.

제1 단계 반응기(3)에서 나오는 액체 혼합물에, 제2 단계 반응기(4)에 들어가기 전에 150 kg/h의 암모니아가 첨가된다.

제2 단계 반응기(4)는, 내부 직경이 5 cm이고 길이가 234 m인 튜브로 구성된다. 그 튜브 내에서의 유체 선속도는 레이놀즈수가 17,700인 때 35 cm/sec이다.

삭제

항온 용기는 제1 단계 반응기(3)에서와 동일한 용해된 염을 사용하여 420℃로 유지되고, 제2 단계 반응기(4)에서 일어나는 화학반응과 관련된 열의 양은 실제로는 무시될 수 있다. 밸브(35)로 인한 압력 강하를 보상하기 위해, 압력은 7.5×10³kPa로 고정된다. 상기 조건들 하에, 순도 99.,64%(가스 생성물을 제외하고)의 탈가스된 멜라민 2,880 kg/h가 얻어진다.

전체 반응 수율은 99.62%이다.

[실시예 2]

도 2는 제2 반응 단계가 2개의 반응기로 이루어진, 요소로부터 출발한 멜라민 반응 유닛을 나타낸다.

이 실시예의 관형 반응기(4)는 실시예 1의 제2 반응 단계에서와 동일한 온도 및 압력으로 작동하는 한편, 관형 반응기(9)는 8×10³ kPa∼30×10³ kPa 범위의 고압으로 작동되고, 관형 반응기(4)에서 나오는 반응 혼합물로부터 이산화탄소를 제거하는 것을 포함한다. 이 실시예에서는, 압력이 20×10³ kPa이다.

이 실시예의 제1 단계 반응기(3)는 실시예 1에서와 동이한 조건 하에 유지된다.

온도 385℃

압력 8×10³ kPa

요소 유량(펌프(1), 라인(11)) 8230 kg/h

암모니아 선속도(펌프(2), 라인(21)) 410 kg/h

제1 단계 반응기(3)의 출구에서는, 이하의 조성을 가지는 액상이 얻어진다:

멜라민 2714 kg/h

미반응 요소 75 kg/h

OAT 110 kg/h

중축합물 60 kg/h

용해된 암모니아 40 kg/h

용해된 이산화탄소 25 kg/h0

상기 액상은 펌프(2)로부터 라인(22)을 통해 공급되는 75 kg/h의 암모니아와 함께 라인(36)을 통해 관형 반응기(4)에 공급된다.

관형 반응기(4)(라인(42))로부터 나오는 흐름은 71 kg/h의 CO₂를 함유하는데, 그 CO₂의 일부, 즉, 25 kg/h는 관형 반응기(4)에 들어가는 액체 반응 혼합물로부터 얻어지고, 다른 일부(46 kg/h)는 요소와 제1 단계 반응기(3)에서 나오는 OAT의 멜라민으로의 전환의 결과로서 얻어진다.

이 실시예에서의 관형 반응기(4)의 압력과 온도는, 실시예 1에서와 같이, 각각 7.5×10³kg/h 및 420℃이다. 관형 반응기(4)는 내부 직경이 5 cm이고 길이가 234 m인 긴 튜브로 이루어져 있고, 여기서, 반응 혼합물은 레이놀즈수가 17,700인 때 35 cm/sec의 선속도로 통과한다. 관형 반응기(4)의 유출물은 순도 99% 이상의 원(raw) 멜라민을 함유하고, 그 외에, 부분적으로 가스 상태이고 또 부분적으로는 용해된 암모니아와, 그 암모니아와 함께 80%가 가스 상태로 존재하는 이산화탄소를 함유한다. 이 유출물은 라인(42)을 통애 스트리핑(stripping) 타워(6)로 들어가고, 여기서, 이산화탄소의 대부분을 포함하는 기상(氣相)을 제거한 후에, 액상이, 펌프(2) 및 라인(23)으로부터 들어오는 420℃, 200 kg/h의 암모니아 가스로 그 액상을 세정(scrubbing)하는 것에 의해, 용해된 이산화탄소이 스트리핑 처리된다.

스트리핑 타워(6) 내의 압력은 압력 조절기(61)에 의해 7.5×10³ kPa로 일정하게 유지된다. 그 압력 조절기(61)는 밸브(62)에 작용하여 라인(63)을 통해 오프-가스 덕트(라인(33))로 가스를 방출한다.

라인(65)을 통해 스트리핑 타워(6)에서 나오는 액상은 순도 99%의 원 멜라민 2935 kg/h와 용해된 암모니아 50 kg/h로 이루어져 있다. 스트리핑 타워(6)로부터의 유출물은 사실상 이산화탄소를 함유하지 않는다.

스트리핑 타워(6)의 액체 레벨은, 추출 유량에 작용하는 레벨 제어기(64)와 압축 펌프(7)에 의해 일정하게 유지된다. 그 압축 펌프(7)는 일측에서는 라인(65)을 통해 스트리핑 타워(6)에 연걸되고, 타측에서는 라인(66)을 통해 관형 반응기(9)에 연결되어 있다. 압축 펌프(7)는 관형 반응기(4)에서 전환되지 않은 중축합물을 멜라민으로 신속하게 전환시키도록 관형 반응기(9)의 압력을 20×10³ kPa로 상승시키도록 설계되어 있다. 이 목적을 위해, 라인(66)으로부터 나오는 과열된 암모니아 가스 250 kg/h가 원 멜라민의 도입 전에 제2 암모니아 펌프(8)에 의해 라인(81)을 통해 관형 반응기(9)에 주입된다. 라인(21, 22, 23) 및 라인(81)내의 암모니아를 기화 및 과열시키는 장치는 전체 반응 기구를 간략화시키기 위해 도면에는 나타내지 않았다.

관형 반응기(9)는 용해된 염욕(91)에 의해 420℃로 유지된다. 관형 반응기(9)는 내부 직경이 8 cm이고 길이가 92 m인 긴 튜브로 이루어져 있고, 여기서, 액상은 레이놀즈수 11,000에 상응하는 14 cm/sec의 선속도로 통과한다.

고순도 멜라민이 관형 반응기(9)로부터 라인(92)을 통해 나와, 기체/액체 분리기(5)로 들어간다. 이 기체/액체 분리기(5)에서, 암모니아 가스는 압력 조절기(51)와 밸브(52)에 의해 제공되는 압력 제어 하에 라인(53)을 통해 라인(오프-가스 덕트)(33)으로 보내진다.

2880 kg/h의 순수 멜라민(>99.9%)을 함유한 액체 혼합물이 150∼160 kg/h의 용해된 암모니아와 함께, 레벨 센서(54)와 제어 밸브(55)에 의해 제공되는 레벨 제어 하에 라인(56)을 통해 회수된다.

전체 식(7)을 참조한 반응 수율은 사실상 100%이다.

Claims

요소로부터 출발하여 높은 수율 및 전환 비율로 멜라민을 고압 제조하는 방법으로서,

a) 방출 가스에 의해 활발한 혼합이 제공되면서, 7×10³ kPa보다 높은 압력 하에 360∼420℃ 범위의 온도로 유지되고, 연속적으로 작동하며, 용해된 멜라민을 수용하는 제1 반응 단계의 반응기에 요소를 공급하는 단계;

b) 85∼95%의 멜라민을 함유하는 액체 반응 생성물을 회수하고, CO₂ 및 NH₃를 함유하는 기상(氣相)을 제거하는 단계;

c) 상기 단계 (b)에서 수집된 액상(液相)을 신선한 암모니아와 함께, 반응을 완료하도록 제2 반응 단계에 연속적으로 공급하는 단계; 및

d) 상기 제2 반응 단계의 출구에서 고순도의 멜라민을 수집하는 단계를 포함하고;

상기 단계 (c)가, 360∼450℃의 온도 및 7×10³ kPa보다 높은 압력 하에 전체 용적을 액상이 차지하고 있는 관형 반응기에서 행해지고, 상기 단계 (b)로부터의 액체 반응 생성물과 함께 상기 관형 반응기에 공급되는 신선한 암모니아의 양은 액체 혼합물 포화에 상응하는 양과 모든 OAT 및 모든 중축합물을 멜라민으로 전환시키는데 필요한 화학량론적 양을 합한 것보다 많고, 그 암모니아 양은 상기 액상 내에 초과 암모니아를 보장하는 양인 것을 특징으로 하는 멜라민 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서의 상기 제2 반응 단계가 제1 관형 반응기에서의 단계와 그 제1 관형 반응기와 유사한 제2 관형 반응기에서의 단계의 2단계로 행해지고, 여기서, 상기 제1 관형 반응기의 출구에서, 암모니아, 이산화탄소 및 미량의 멜라민 증기를 포함하는 기상이 제거되고, 용해된 멜라민이, 용해된 이산화탄소의 제거 후에 신선한 암모니아와 함께 상기 제2 관형 반응기에 공급되며, 상기 제2 관형 반응기내의 압력은 상기 제1 반응 단계의 반응기와 상기 제1 관형 반응기 모두의 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 멜라민 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 제2 관형 반응기내의 압력이 8×10³∼30×10³kPa인 것을 특징으로 하는 멜라민 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 제2 반응 단계에 제3 관형 반응기가 추가되는 것을 특징으로 하는 멜라민 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 반응 단계에 사용되는 상기 관형 반응기가, 5,000보다 높은 레이놀즈수(Reynolds number)를 보장하는 기하학적 파라미터를 가지는 것을 특징으로 하는 멜라민 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 반응 단계에 사용되는 상기 관형 반응기가, 용해된 염욕(salt bath)내에 그 반응기를 담금으로써 가열되는 것을 특징으로 하는 멜라민 제조방법.
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