KR20010080656A

KR20010080656A - 멜라민 폐가스를 우레아 제조 설비로 도입시키는 방법

Info

Publication number: KR20010080656A
Application number: KR1020017006859A
Authority: KR
Inventors: 코우팔게르하르트
Original assignee: 갈러 롤란트, 가이쓸러 디트프리트; 아그로린츠 멜라민 게엠베하
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2001-08-22
Also published as: AR021529A1; EA200100611A1; BR9915851A; EP1135366B1; WO2000032566A1; SK6202001A3; US6586629B1; CN1329591A; DE59907228D1; TR200101550T2; JP2002531434A; AT411830B; CA2350792A1; ATA203998A; HUP0104551A2; EP1135366A1; AU1557300A; RO119944B1; NO20012679D0; NO20012679L

Abstract

본 발명은 우레아 제조방법에 관한 것이다. 당해 방법에 따라, 멜라민 제조 설비로부터 발생하고 필수적으로 NH₃와 CO₂로 이루어진 폐가스는 방출기를 사용하여 우레아 제조 설비의 고압 영역으로 도입시킨다.

Description

멜라민 폐가스를 우레아 제조 설비로 도입시키는 방법{Method of introducing melamine off-gases into a urea plant}

본 발명은 멜라민 폐가스를, 방출기를 사용하여 우레아 제조 설비로 도입시키는 방법에 관한 것이다.

멜라민 합성에서 수득하고 특히 NH₃와 CO₂를 포함하는 폐가스는 일반적으로 우레아의 제조에 사용된다. 유리하게는, 멜라민 제조 설비로부터의 폐가스를 우레아 제조 설비로 직접 이동시키고, 여기서, 예를 들면, 폐가스는 카바메이트 스트림에서 흡수되며 추가로 반응기로 운반된다. 폐가스를 도입하는, 개선되고 보다 효율적이고 보다 경제적인 방법은 문헌[참조: K. Abe et al., Kagaku Kogaku 40, 298-302(1976)]에 기재되어 있으며, 우레아 스크러버(scrubber)에서 잔류 멜라민을 제거한 후에 임의로 폐가스를 건조 상태로 우레아 제조 설비의 고압 영역으로 직접 도입시키며 변화시키지 않는다. 이러한 공정 변화는 또한 SU 제899538호 또는 WO 제98/08808호에 기재되어 있다. WO 제98/32731호에 따라, 멜라민 폐가스는 첫째 멜라민 반응기의 가압시 농축시킨 다음, 형성된 암모늄 카바메이트를 우레아 제조 설비의 고압 영역으로 운반한다.

공지된 방법의 단점은 특히 몇몇 경우에 있어서 에너지 손실이 압력 방출 또는 폐가스의 냉각 동안 발생하여, 그 결과 부가의 공정 단계 및 장치 부품이 필요하거나, 폐가스가 우레아 제조 설비로 직접 이동하는 경우, 폐가스의 압력 또는 멜라민 반응기에서의 압력은 우레아 반응기에서의 압력보다 더 커야하는 한다는 점이다. 이러한 필요성은 두개의 반응기에서 확실하고 정확하게 명시된 방법을 필요로 하고, 그 결과, 반응기는 종종 각각의 공정에 대해 최적 조건하에 작동할 수 없다.

예상외로, 본 발명에 이르러, 멜라민 폐가스가 방출기를 사용하여 우레아 제조 설비의 고압 영역으로 직접 도입되는 경우, 이들 단점을 제거할 수 있다고 밝혀졌다.

따라서, 본 발명은 멜라민 제조 설비로부터 발생하고 실질적으로 NH₃와 CO₂를 포함하는 기체(멜라민 폐가스)를 하나 이상의 방출기를 사용하여 우레아 제조 설비의 고압 영역으로 직접 도입시키는, 우레아의 제조방법에 관한 것이다. 우레아 제조 설비의 고압 영역은 특히 반응기, 스트리퍼 및 카바메이트 콘덴서 뿐만 아니라, 상기한 설비 영역에 존재하는 라인 및 장치 일부를 포함한다.

당해 방법은 목적하는 멜라민 제조 설비 및 우레아 제조 설비에 적합하다. 이러한 설비는 공지되어 있으며, 예를 들면, 문헌[참조: "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 5th ed., vol. A16(1990), pages 171-185(Melamine) and vol. A27(1996), pages 333-365(Urea), and from K. Abe et al., Kaguku kogaku40(1976), pages 298-302, and from EP-727,414 A, WO 98/08808 and WO 98/32731]에 공지되어 있다.

본 발명에 사용된 멜라민 폐가스는, 멜라민이 NH₃와 CO₂를 제거하면서 우레아로부터 약 300 내지 500℃의 온도 및 약 80 내지 800bar의 압력에서 수득되는, 멜라민 고압 설비로부터 발생하는 것이 바람직하다. 제거된 것으로서 실질적으로 NH₃와 CO₂를 포함하는 폐가스를, 본 발명에 따라 우레아 제조 설비로 직접 통과시킨 후, 바람직하게는 잔류 멜라민을 제거하기 위해, 예를 들면, 울만(Ullmann)의 문헌에 기재되어 있는 바와 같이 용융 우레아(우레아 스크러버)를 통해 통과시킨다. 특히 적합한 우레아 제조 설비는 "우레아-스트리핑 방법"을 기본으로 하며, 기체는 약 150 내지 350℃, 바람직하게는 약 170 내지 200℃에서 약 125 내지 350bar, 바람직하게는 약 140 내지 200bar에서 우레아로 전환된다. 우레아로 전환되지 않는 NH₃와 CO₂를 하부스트림 스트리퍼에서 방출시킨 다음, 콘덴서에서 농축시키고, 우레아 반응기로 재순환되는 NH₃및 CO₂함유 암모늄 카바메이트가 형성된다. 스트리퍼로부터 빠져나온 우레아 용액을 감소 압력에서 추가의 하부스트림 분해기, 예를 들면, 중간 압력 분해기에서 농축시키고, 저압 분해기 및 진공 증발기에서 농축시킨 다음, 존재하는 카바메이트 및 카보네이트를 추가로 분해시키고, NH₃및 CO₂를 방출시킨다. 농축 동안 수득한 기체를 농축시킨 다음, 우레아 공정으로 재순환시킨다.

본 발명에 따르는 바람직한 방법에 있어서, 멜라민 폐가스를 우레아 제조 설비의 고압 영역으로 운반시키는 방출기는 구동 수단으로서 다음 스트림을 하나 이상 사용하여 작동한다:

a) 액상 NH₃,

b) 기체상 NH₃또는 CO₂및

c) 실질적으로 NH₃와 CO₂를 함유하는 수용액.

실질적으로 NH₃와 CO₂를 함유하는 수용액은 바람직하게는 우레아 제조 설비에서 수득되지만, NH₃와 CO₂가 수득되는 기타 공정, 예를 들면, 멜라민 제조 설비에서 발생할 수도 있다. 우레아 제조시, 특히 작업시 발생하고 실질적으로 NH₃와 CO₂를 함유하고, 예를 들면, 카바메이트 콘덴서 또는 우레아 제조 설비의 저압 영역, 예를 들면, 중간 압력 흡수기로부터 발생하는 수용액은, 멜라민 폐가스를 우레아 제조 설비의 고압 영역으로 도입시키기 위한 방출기용 구동 매질로서 본 발명에 따라 사용될 수 있다.

중간 압력 흡수기의 하부에서 발생하고 NH₃, CO₂, H₂O 및 카바메이트 이외에 카보네이트를 함유하는 용액을 사용할때의 특정 이점은, 당해 용액이 용해된 기체의 낮은 방출 압력을 갖는다는 점이다. 사실, 추진제의 기체 방출 압력, 임의로 온도가, 도입될 멜라민 폐가스의 압력 및 임의로 온도보다 낮은 경우, 유리하다고 입증된다. 이것은 방출기에서 용해된 기체의 방출을 방지한다.

구동 매질의 유형 및 양에 따라, 사용된 구동 매질의 압력은 흡인 조건 및 운반될 폐가스의 양, 및 우레아 제조 설비의 고압 영역에서 각각의 반대 압력에 따라, 수득한 폐가스의 전체 양을 운반할 수 있을 압력이다. 따라서, 구동 매질의압력 및 양은, 운반될 폐가스가 우레아 제조 설비의 고압 영역에서 각각의 압력에서 각각의 양으로 도입될 수 있도록 상응하게 높아야 한다. 구동 매질의 압력은 우레아 제조 설비의 고압 영역에서의 압력보다 높으며, 우레아 제조 설비의 고압 영역에서의 압력의, 바람직하게는 1.1 내지 3배, 특히 바람직하게는 1.3 내지 2.5배 정도로 높다. 구동 매질의 온도는 특히 각각의 공정에 좌우되며, 바람직하게는 약 10 내지 200℃의 범위이다. NH₃를 사용하는 경우, 예를 들면, 우레아를 제조하기 위해 NH₃합성 온도는 약 10 내지 80℃, 특히 바람직하게는 약 20 내지 65℃가 유리하다고 증명되었다. CO₂를 합성하는 경우, 온도는 바람직하게는 약 115 내지 140℃로 약간 높다. 예를 들면, 우레아 제조 설비의 카바메이트 콘덴서로부터, 예를 들면, 3 내지 4bar의 증기로부터 발생하는, 구동 매질로서의 NH₃및 CO₂함유 수용액은 동시에 발생되며, 바람직하게는 이의 온도는 약 150 내지 160℃이다. 예를 들면, 우레아 제조 설비의 중간 압력 흡수기로부터 재순환된 카보네이트 용액은 온도가 약 65 내지 100℃, 바람직하게는 약 65 내지 70℃일 수 있다.

멜라민 제조 설비로부터 도입되고 발생될 멜라민 폐가스중의 NH₃대 CO₂의 몰 비는 사용된 멜라민 공정의 유형에 따라 좌우되며, 바람직하게는 약 2.5 내지 5이다. 멜라민 제조 설비로부터 발생하는 멜라민 폐가스의 압력은 실질적으로 멜라민 반응기에서의 압력에 상응하며, 바람직하게는 약 50 내지 250bar, 특히 바람직하게는 약 70 내지 200bar이다. 멜라민 폐가스의 온도는 바람직하게는 약 175 내지250℃, 특히 바람직하게는 약 180 내지 210℃이다.

따라서, 본 발명에 따르는 공정의 특정 이점은, 특히 재순환될 생성물 스트림이 방출기 구동 매질로서 사용되고, 또한 출발 물질로서 사용된 NH₃및 CO₂가 방출기 구동 매질로도 사용된다는 점이다. 그 결과, 한편, 경제적인 방법이 달성되고, 반면, 우레아 및 멜라민 생성물을 융통성 있는 방식으로, 그리고 각각의 경우 최적 조건하에 작동시킬 수 있고, 우레아 반응기 압력보다 낮은 멜라민 반응기 압력도 가능하다.

도 1 내지 4는 멜라민 폐가스를, 방출기를 사용하여 우레아 반응기로 도입시키기 위한 본 발명에 따르는 가능한 4가지 변수를 실시예를 통해 나타낸다. 도 1 내지 4는 다음과 같은 우레아 제조 설비 및 멜라민 제조 설비의 실질적인 부분을 나타낸다:

우레아 제조 설비:

R-1: 우레아 반응기

C: 카바메이트 콘덴서

ST-1: 우레아 스트리퍼

Z-1: 분해기/분리기

K-1: 콘덴서(1)

K-2: 콘덴서(2)

K O-1: 중간 압력 흡수기

E-1: 방출기(1)

E-2: 방출기(2)

E-3: 방출기(3)

P-1: 카바메이트 펌프

P-2: 카바메이트 펌프

P-3: NH₃펌프

멜라민 제조 설비:

R-2: 멜라민 반응기

ST-2: 멜라민 스트리퍼

W: 우레아 스크러버

VZ: 드웰 탱크

PK: 생성물 냉각기

실시예 1

도 1에 개략적으로 나타낸 설비에서, 반응 생성물을 우레아 반응기(R-1)의 상부로부터 증기 가열된 유하막 스트리퍼(ST-1)로 공급하고, 여기서, 도입되는 용액의 CO₂함량은 NH₃을 비등시킴으로써 용액으로부터 스트리핑된다. 흡수 컬럼(KO-1)(중간 압력 흡수기)으로부터 재순환된 용액을 사용하여 스트리핑된 기체를 카바메이트 콘덴서(C)로 공급하고, 거기서 농축시킨다. 농축물의 압력을 펌프(P-1)를 사용하여 증가시킨 다음, 멜라민 제조 설비로부터 발생하는 폐가스를 우레아 반응기(R-1)로 운반할 수 있게 하기 위해, 농축물을 방출기(E1)용 구동 매질로서 사용한다. CO₂함량이 낮은 용액은 하부에서 스트리퍼(ST-1)를 통과하여, 스트리퍼(ST-1)로부터 분리기내로 내려간다. 그 후, 잔류 카바메이트의 대부분은 분리기, 유하막 분해기(Z-1)의 증기 가열된 하부 영역에서 분해되고, NH₃및 CO₂가 풍부한 기체는 우레아 제조 설비의 저압 영역으로부터 L-1을 통해 발생하는 카보네이트 수용액으로 중간 압력 콘덴서(K-1)에서 부분적으로 흡수된다. 콘덴서(K-1)로부터의 기체/액체 혼합물은 중간 압력 흡수기(KO-1)내로 공급되고, 잔류하는 CO₂및 H₂O는 액상 NH₃로 세척한다. KO-1의 하부에서 용액을 제거하고, 펌프(P-2)를 사용하여 카바메이트 콘덴서(C)내로 재순환시킨다. KO-1의 상부 생성물인 순수한 NH₃기체를 콘덴서(K-2)에서 농축시키고, 임시 NH₃저장 탱크내로 공급한다.

실시예 2

도 2에 개략적으로 나타낸 설비에서, 반응 생성물을 우레아 반응기(R-1)의 상부로부터 증기 가열된 유하막 스트리퍼(ST-1)로 공급하고, 여기서, 도입 용액의 CO₂함량은 NH₃을 비등시킴으로써 용액으로부터 스트리핑된다. 스트리핑된 기체를카바메이트 콘덴서(C)로 공급한다. 재순환되며 흡수 칼럼(KO-1)으로부터 발생하는 용액의 압력을 펌프(P-2)를 사용하여 증가시킨 다음, 멜라민 제조 설비로부터 발생하는 폐가스를 카바메이트 콘덴서(C)내로 운반할 수 있게 하기 위해, 방출기(E-2)용 구동 매질로서 사용한다. 카바메이트 콘덴서에 있어서, 폐가스는 스트리퍼(ST-1)로부터 도달하는 기체와 함께 농축된다. 이 후, CO₂함량이 낮은 용액은 하부에서 스트리퍼(ST-1)를 통과하고, 스트리퍼(ST-1)로부터 분리기내로 내려간다. 잔류 카바메이트 대부분은 유하막 분해기(Z-1)의 증기 가열된 하부 영역에서 분해되고, NH₃및 CO₂가 풍부한 기체는 우레아 제조 설비의 저압 영역으로부터 L-1을 통해 발생하는 카보네이트 수용액으로 중간 압력 콘덴서(K-1)에서 부분적으로 흡수된다. K-1로부터의 기체-액체 혼합물은 중간 압력 흡수기(KO-1)내로 공급되고, 잔류하는 CO₂및 H₂O는 액상 NH₃로 세척한다. KO-1의 하부에서 용액을 제거하고, 펌프(P-2) 및 방출기(E-2)를 사용하여 카바메이트 콘덴서(C)내로 재순환시킨다. KO-1의 상부 생성물인 순수한 NH₃기체를 콘덴서(K-2)에서 농축시키고, 임시 NH₃저장 탱크내로 공급한다. 액상 NH₃를 임시 저장 탱크로부터 회수하고, 이의 압력을 펌프(P-3)을 사용하여 증가시킨 다음, 방출기(E-1)용 구동 매질로서 사용하여, 그 결과 카바메이트 콘덴서(C)로부터 우레아 반응기로 도달하는 콘덴서를 운반할 수 있게 된다.

실시예 3

도 3에 개략적으로 나타낸 설비에서, 우레아 반응기(R-1)의 상부로부터의 반응 생성물을 증기 가열된 유하막 스트리퍼(ST-1)로 공급하고, 여기서, 도입되는 용액의 CO₂함량은 NH₃을 비등시킴으로써 용액으로부터 스트리핑된다. P-2를 사용함으로써 흡수 컬럼(KO-1)으로부터 재순환된 용액을 사용하여 스트리핑된 기체를 카바메이트 콘덴서(C)로 공급하고, 거기서 농축시킨다. 농축물의 압력은 펌프(P-1)를 사용하여 콘덴서 후에 증가시킨 다음, 농축물을 우레아 반응기(R-1)로 운반한다. 그 후, CO₂함량이 낮은 용액은 하부에서 스트리퍼(ST-1)를 통과하고, 스트리퍼(ST-1)로부터 분리기내로 내려간다. 분리기, 유하막 분해기(Z-1)의 증기 가열된 하부 영역에서, 잔류하는 카바메이트의 대부분은 부분적으로 분해되고, NH₃및 CO₂가 풍부한 기체는 우레아 제조 설비의 저압 영역으로부터 L-1을 통해 발생하는 카보네이트 수용액으로 중간 압력 콘덴서(K-1)에서 부분적으로 흡수된다. K-1로부터의 기체-액체 혼합물은 중간 압력 흡수기(KO-1)내로 공급되고, 잔류하는 CO₂및 H₂O는 액상 NH₃로 세척한다. 용액을 KO-1의 하부에서 제거하고, 펌프(P-2)를 사용하여 카바메이트 콘덴서(C)내로 재순환시킨다. KO-1의 상부 생성물인 순수한 NH₃기체를 콘덴서(K-2)에서 농축시키고, 임시 NH₃저장 탱크내로 공급한다. 멜라민 제조 설비로부터 발생하는 폐가스는 방출기(E-3)를 통해 우레아 반응기내로 운반된다. E-3용 구동 매질은 NH₃탱크로부터의 액상 NH₃이고, 이의 압력은 펌프(P-3)을 사용하여 증가된다.

실시예 4

도 4에 개략적으로 나타낸 설비에서, 폐가스를 실시예 1 및 3에 기재되어 있는 방법을 혼합하여 2개의 방출기(E-1 및 E-3)를 사용하여 우레아 반응기내로 운반한다. E-1용 구동 매질은 실시예 1과 유사하게 카바메이트 콘덴서로부터 농축되고, E-2용 구동 매질은 실시예 3과 유사하게 NH₃탱크로부터의 액상 NH₃이다.

Claims

멜라민 제조 설비로부터 발생하고, 실질적으로 NH₃및 CO₂를 포함하는 기체를 하나 이상의 방출기를 사용하여 우레아 제조 설비의 고압 영역으로 직접 도입시켜, 우레아를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 액상 NH₃(a), 기체상 NH₃또는 CO₂(b) 및 실질적으로 NH₃와 CO₂를 함유하는 수용액(c) 스트림 중의 하나 이상이 방출기용 구동 매질로서 사용되는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 멜라민 제조 설비로부터 발생하는 기체의 압력이 멜라민 반응기에서의 압력에 실질적으로 상응하는 방법.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 멜라민 제조 설비로부터 발생하는 기체의 압력이 약 50 내지 250bar이고, 온도가 약 175 내지 250℃인 방법.
제4항에 있어서, 멜라민 제조 설비로부터 발생하는 기체의 압력이 약 70 내지 200bar이고, 온도가 약 180 내지 210℃인 방법.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 구동 매질의 압력이 우레아 제조 설비의 고압 영역에서의 압력보다 높은 방법.
제6항에 있어서, 구동 매질의 압력이 실질적으로 우레아 제조 설비의 고압 영역에서의 압력의 약 1.1 내지 3배, 바람직하게는 약 1.3 내지 2.5배 정도로 높은 방법.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 우레아 제조 설비의 고압 영역에서의 압력이 약 125 내지 350bar이고, 온도가 약 150 내지 350℃인 방법.
제8항에 있어서, 우레아 제조 설비의 고압 영역에서의 압력이 실질적으로 약 140 내지 200bar이고, 온도가 약 150 내지 210℃인 방법.