KR20020073571A - 우레아로부터 멜라민의 제조방법 - Google Patents

우레아로부터 멜라민의 제조방법 Download PDF

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Abstract

냉각 영역에서 액체 냉각제와 접촉된 기체 생성물 스트림이 얻어지고 흡수 영역의 농축된 수성 카바메이트 용액이 냉각 영역에 되돌려진 촉매의 존재 및 고온에서 우레아로부터 멜라민의 제조방법.

Description

우레아로부터 멜라민의 제조방법{PROCESS FOR PREPARING MELAMINE FROM UREA}
본 발명은 고온 및 촉매의 존재에서 우레아로부터 멜라민의 제조방법에 관한 것이고, 상기에서 기체 생성물 스트림은 냉각 영역에서 액체 냉각제와 접촉하여 얻어진다.
유사한 방법이 예를 들면 WO-96/20933에 개시되어있다. 상기는 1.4 MPa과 2.0 MPa 사이의 압력 및 촉매 존재시 멜라민으로 우레아의 실제로 완벽한 변환에 충분한 고온에서 반응기에 우레아 및 암모니아를 공급하여 멜라민의 제조를 기술한다. 상기 방법에서 멜라민, 암모니아 및 이산화탄소를 포함하는 기체 스트림이 얻어진다. WO-96/20933에서 상기 기체 스트림은 증기-액체 혼합물의 변화와 냉각 파이프로 공지된 수성 냉각제로 냉각되고, 상기 혼합물은 실제로 고체 성분이 없다. 상기 증기-액체 혼합물은 냉각 파이프에서 수성 멜라민 생성물 스트림 및 증기 스트림으로 분리된다. 냉각 파이프의 증기 스트림은 실제로 우레아 및 멜라민이 없고 본래 암모니아, 이산화탄소 및 수증기로 구성된다. 수성 멜라민 생성물 스트림은 실제로 고체가 없고 용해된 암모니아 및 이산화탄소를 포함한다. 용해된 암모니아 및 이산화탄소가 분해 영역에서 스트림의 도움으로 제거된 후, 수성 멜라민 생성물 스트림은 멜라민이 되돌려지는 멜라민 정제에 통과된다. 상기 분해 영역에서 본래 암모니아, 이산화탄소 및 수증기를 포함하는 증기 스트림이 또한 변화한다. 냉각 파이프의 증기 스트림과 분해 영역의 증기 스트림을 함께 멜라민 정제에서 수용액(모액)과 문지름 영역에서 문질러서 여전히 증기 스트림에 존재하는 멜라민 잔류물을 제거한다. 상기 수용액은 암모니아, 이산화탄소 및 멜라민을 포함한다. 냉각 파이프 및 문지름 영역은 WO-96/20933에 따른 벙법에서 냉각 영역을 만든다. 다음, 문지름 영역의 기체 스트림은 농축 수성 암모니아 및 이산화탄소(카바메이트 용액)의 용액 및 물과 이산화탄소가 실제로 없는 암모니아 증기를 얻는 방법에서 멜라민 정제의 수성 암모니아 스트림 및 액체 암모니아와 접촉된 흡수 영역을 통과한다. WO-96/20933에서, 상기 암모니아 증기는 농축되고, 부분적으로 흡수 영역에 되돌려지고, 증발 후 나머지는 반응기용 유동화 기체로 사용된다. 문지름 영역의 수용액은 냉각 파이프를 통과하고 거기에서 냉각제로 사용된다.
WO-96/20933 기록이 20-35중량%의 물을 포함하는 흡수 영역의 농축된 수성 카바메이트 용액은 예를 들면 우레아 플랜트에 공급된다. 따라서, WO-96/20933에서 반응기에서 나오는 기체 혼합물은 멜라민 정제로부터 모액과 냉각되고, 상기 액체는 문지름 영역을 통해 냉각 파이프를 통과한다.
WO-96/20933에 흡수 영역의 카바메이트 용액의 물 함량이 예를 들면 20-35중량%로 낮아서 물이 카바메이트 용액에서 제거되는 농축 단계가 카바메이트 용액이 우레아 플랜트에 공급되기 전에 필요하지 않다고 기술되어있다.
그러나, WO-96/20933에 기술된 방법에 따라 출원인에 의해 실시된 시험은 목적이 가장 경제적인 방법으로 멜라민 플랜트와 우레아 플랜트의 조합을 이루는 것이라면 카바메이트 용액에서 물을 제거하는 이점이 있다는 것을 나타낸다.
멜라민 플랜트에서 물은 다른 것들 중에서 액체 냉각제의 성분으로 사용된다. 물의 일부는 실제로 예를 들면 우레아 플랜트에 공급된 흡수 영역의 카바메이트 용액으로 된다.
출원인에 의한 시험 및 계산은 WO-96/20933에 따른 방법에서 우레아 플랜트로 이행된 카바메이트 스트림에서 물의 양은 약 멜라민 1톤당 물 2.5톤이다. 경제적으로 최선의 방법에서, 가령 스타미카본(Stamicarbon) 방법은 과량의 물이 농축 단계에서 제거되고, 우레아 플랜트에 공급된 카바메이트 용액내 물의 양이 약 멜라민 1톤당 물 0.5-1.0톤인 Nitrogen No. 139, Sep/Oct 1982, pp 32-39에 기술되었다. 스타미카본 방법에서 멜라민 반응기에서 나오는 기체 혼합물은 냉각 칼럼에서 액체 냉각제로 냉각된다. 증기, 액체 및 가능한 고체 물질의 혼합물은 증기 상 및 액체 상으로 냉각 칼럼에서 분리된다. 증기 상은 흡수 영역을 통과하고 액체 상은 멜라민 회수를 통과한다.
상기 전술된 멜라민 1톤당 물의 톤 수는 보내진 카바메이트 용액의 NH3/CO2의 비가 결정되면, 흡수 영역의 카바메이트 용액내 물 농도에 변환된다. WO-96/20933에 따른 플랜트가 경제적으로 최선의 방법으로 작동되면, 상기 비율은 예를 들면 CO21㎏당 NH31.3㎏으로 최소이다. 상기 방법은 WO-96/20933에 따른 방법에서 흡수 영역의 카바메이트 용액내 물 농도가 45-50중량%이다. 전술된 스타미카본 방법에서 상기는 20-25중량%이다.
상기 45-50중량%의 물-함유 카바메이트 스트림을 우레아 플랜트에 공급하는 것에 대해, 상기 용액에서 물의 제거로 카바메이트 용액을 추가로 농축하는 것이 경제적으로 관심을 끈다. 이것의 결점은 추가의 투자를 일으키고 방법이 스팀, 냉각수 및 전기의 사용이 증가하여 더 많은 비용이 든다는 것이다.
상기 결점은 흡수 영역에서 냉각 영역까지 농축된 수성 카바메이트 용액의 일부를 되돌려서 극복할 수 있다고 알려져왔다. 특히, 흡수 영역 바닥에서 농축된 수성 카바메이트 용액의 일부는 냉각 영역에 되돌려진다.
WO-96/20933에서 상기 냉각 영역은 냉각 파이프 및 문지름 영역으로 이루어지고; 스타미카본 방법에서 상기 냉각 영역은 냉각 칼럼으로 구성된다. 두가지 방법 모두에서, 흡수 영역의 농축된 수성 카바메이트의 나머지는 예를 들면 우레아 플랜트, 바람직하게 우레아 플랜트의 고압 영역에 추가의 특정 처리 없이 공급된다.
발명의 구체예에서 냉각 칼럼 또는 문지름 영역에서 나오는 기체 스트림은 흡수 영역의 콘덴서 앞쪽에서 냉각된다. 여기서, 기체 스트림은 적어도 5℃, 바람직하게는 적어도 10℃ 및 특히 바람직하게는 적어도 15℃로 냉각된다. 흡수 영역의 콘덴서 앞쪽에서 나오는 희석 카바메이트 용액은 냉각 영역을 통과한다. 상기 콘덴서에서 암모니아 및 이산화탄소가 풍부하고 흡수 영역을 통과하는 기체가 변화한다. 그후 흡수 영역에서 물을 포함하지 않고 부분적으로 냉각 영역으로 되돌아온 농축된 수성 카바메이트 용액이 변화한다.
액체 냉각제는 바람직하게 흡수 영역의 농축된 수성 카바메이트 용액으로부터 멜라민 정제의 모액이 첨가된 것의 일부로 구성된 수성 카바메이트 용액 및 암모니아, 냉각 영역에서 농축된 이산화탄소 및 물로 구성된다.
흡수 영역으로 가는 20-40중량%의 기체는 냉각 영역에서 농축된 형태로 회복된다. 흡수 영역의 바닥 생성물이 되돌려지는 특별한 경우에, 상기는 흡수 영역의 30-70중량% 및 바람직하게는 35-65중량%의 농축된 카바메이트 용액이 반응기로부터 나오는 기체 스트림 냉각에 사용되는 것을 의미한다. 너머지는 예를 들면 우레아 플랜트에 공급되지만 비료 플랜트 또는 암모니아 제조와 같은 다른 목적으로 또한 사용된다.
본 발명의 방법에서 흡수 영역의 농축된 카바메이트 용액의 물 함량이 실제로 20-35중량%임이 알려져왔다. 이는 우레아 플랜트로 되돌려지는 상기 카바메이트 용액의 일부가 직접 처리에 적당하게 한다. 상기는 농축 단계가 불필요함을 의미한다.
또한, 본 발명의 방법은 0.6-2.5MPa, 더 바람직하게는 0.5MPa와 2.2MPa 사이의 압력에서 작용하는 소위 기체-상 멜라민 플랜트에 특히 적당하다는 것이 알려졌다.
본 발명의 방법은 WO-96/20933에 기술된 것과 같은 존재하는 멜라민 방법 및 전술된 Nitrogen 공개에 기술된 스타미카본 방법을 변형하는데 특히 적당하다.
본 발명은 하기 실시예로 설명된다.
실시예 Ⅰ-Ⅲ
멜라민을 내부 직경이 1미터 및 높이가 15m인 원통형 유동화된 베드에서 제조하였다. 촉매를 기체 분포 플레이트를 통해 암모니아를 주입하여 유동화하였고 염 흐름 주물을 통해 반응기에서 열 교환기 튜브로 가열하였다. 액체 우레아를 분무 기체로 암모니아를 사용하여 2-상 분무기의 도움으로 반응기에 분무하였다. 반응기를 390℃ 및 전체 압력 0.7MPa(실시예 Ⅰ), 1.7MPa(실시예 Ⅱ) 및 2.0MPa(실시예 Ⅲ)에서 작동하였다. 우레아를 2-상 분무기를 통해 시간당 0.7톤의 암모니아로 1.4톤/시의 속도에 계량하였다. 암모니아를 0.7톤/시의 속도로 유동화 플레이트를 통해 공급하였다. 평형에 비해 무수 우레아의 멜라민 변환은 98%보다 더 높았다. 반응기의 기체 스트림은 NH3, CO2, 멜라민 증기 및 부산물의 흔적을 포함하고 액체 냉각제로 냉각 영역에서 냉각하였다. 흡수 영역의 농축된 수성 카바메이트 용액의 일부가 냉각 영역에서 되돌려졌다. 농축된 카바메이트 용액의 나머지를 근접한 우레아 플랜트에 공급하였다. 냉각 영역에 되돌려진 흡수 영역의 카바메이트와 흡수 영역의 카바메이트 스트림내 물 양의 비율은 표 1에 기술되어있다.
비교 실시예 A
실시예 Ⅰ-Ⅲ과 비슷하게, 멜라민을 흡수 영역의 카바메이트가 냉각 영역에 되돌려지지 않는 것을 제외하고 제조하였다. 그후 흡수 영역에서 나오는 카바메이트 스트림을 희석하여 중간 단계 없이 우레아 플랜트에 공급하였다. 표 1에 언급되어있다.
실시예 Ⅰ Ⅱ Ⅲ A
압력(MPa) 0.7 1.7 2.0 1.7
냉각 영역에 되돌려진 흡수 영역의 카바메이트의 비율(중량%) 28 25 24 49
흡수 영역의 카바메이트의 물의 양(중량%) 0.89 0.74 0.70 2.5
멜라민 1㎏당 보내진 물의 양(㎏) 0.89 0.74 0.70 2.5

Claims (8)

  1. 흡수 영역의 농축된 수성 카바메이트 용액의 일부가 냉각 영역으로 되돌려지는 것을 특징으로 하는, 얻어진 기체 생성물 스트림이 냉각 영역에서 액체 냉각제와 접촉하는, 촉매의 존재 및 고온에서 우레아로부터 멜라민의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기로부터 나오는 상기 기체 생성물 스트림이 흡수 영역으로부터의 카바메이트 용액의 일부분으로 냉각되고, 상기 용액에 멜라민 정제로부터의 모액 및 암모니아, 냉각 영역에서 농축된 이산화탄소 및 물이 첨가되어질 수 있는 것을 특징으로 하는 우레아로부터 멜라민의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수 영역 바닥의 농축된 수성 암모늄 카바메이트 스트림의 30-70중량%가 반응기에서 나오는 기체 스트림을 냉각하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 우레아로부터 멜라민의 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 칼럼 또는 문지름 영역에서 나오는 기체 스트림이 흡수 영역의 콘덴서 앞쪽에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 우레아로부터 멜라민의 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기로부터 나오는 기체가 0.6과 2.5MPa 사이의 압력인 것을 특징으로 하는 우레아로부터 멜라민의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 반응기로부터 나오는 기체가 0.7과 2.2MPa 사이의 압력인 것을 특징으로 하는 우레아로부터 멜라민의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항에 따른 방법을 적용하여 존재하는 멜라민 플랜트의 변형 기술.
  8. 명세서 및 실시예로 정의한 방법.
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