KR920001740B1 - 멜라민을 제조하는 연속법 및 이를 위한 플랜트 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

멜라민을 제조하는 연속법 및 이를 위한 플랜트 시스템

제1도는 요소로부터 멜라민 생성물을 제조하는 종래 기술의 고압 시스템의 흐름도이다.

제2도는 요소로부터 멜라민 생성물을 제조하는 본 발명에 따른 완전한 플랜트 시스템의 흐름도이다.

제3도는 본 발명에 따라 사용하기 적합한 세척탑(scrubber) 유니트를 나타낸 부분적으로 절단된 부분 단면도이다.

제4도는 본 발명에 사용하기 적합한 반응탑을 나타낸 부분적으로 절단된 부분 단면도이다.

제5도는 본 발명에 따라 사용하기 적합한 기체분리탑을 나타낸 부분적으로 절단된 부분 단면도이다.

제6도는 생성물 냉각 유니트의 수집탱크를 나타낸 부분적으로 절단된 부분 종단면도이다.

제7도 및 제6도의 수집탱크를 7-7선을 따라 자른 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

22 : 세척탑 24 : 분리탑

29 : 반응탑 38 : 생성물 냉각 유니트

46 : 탱크

본 발명은 멜렘을 제조하는 방법 및 얻어진 반응생성물에 관한 것이다. 좀 더 특히 본 발명은, 멜라민을 세척이나 재결정없이 건조분말로 직접 전환시키는 것으로 구성된 요소로부터 멜라민을 제조하는 고압, 비촉매, 비수법에 관한 것 및 얻어진 반응 생성물에 관한 것이다.

멜라민을 생성하는 원료 물질로는 요소가 바람직하다. 암모니아와 이산화탄소는 고압 비촉매법이나 알루미나 같은 촉매를 사용한 저압촉매법에서의 반응 부산물이다. 기본 반응은 하기와 같다.

반응온도는 조건에 따라 다르나 일반적으로 약 350~400℃이다. 부산물인 암모니아와 이산화탄소는 인접한 요소플랜트로 보통 회송되며, 요소플랜트로부터는 멜라민 반응의 출발물질인 요소용융물이 얻어진다. 멜라민 생성물은 물에서 급냉한 후 재결정하거나 또는 반응으로부터 나온 유출 기체를 연속적으로 냉각한 후 여과하여 회수한다. 멜라민 생성물은 보통 적어도 99%이상 순수하다.

요소로부터 멜라민을 제조하는 통상적인 방법에는 4가지 즉 BASF법, 캐미린츠법(chemie Linz), 니싼법(Nissan) 및 스태미카본법(stami carbon)이 있다. 현재 실시되고 있는 통상적인 방법들은 모두 증기, 전기 및 천연가스 형태의 실질적인 에너지를 필요로 한다. 이 조작에서 소비된 총에너지는 멜라민 생성물 파운드 당 11,000BTU-23,000BTU로 다양하다. 요소로부터 멜라민을 제조하는 반응에 소비되는 에너지는 약 2200BTU/1b이다. 통상적인 방법에서 소비되는 나머지 에너지는 사용된 장치 및 공정의 복잡성의 결과에 의한 것으로, 주로 생성물로부터 배기가스를 분리하고, 수냉 및 재결정 또는 멜라민과 불순물의 분별응축과정을 보통 포함한 생성물의 정체과정의 결과 생긴 것이다.

BASF법에서, 멜라민은 요소를 대기압이나 예컨대 약 10기압이하의 저압하에 촉매 및 첨가된 암모니아 존재하에 350~450℃온도로 가열함으로써 제조된다. 대기압보다 약간 높은 압력에서 요소는 물론 촉매를 함유하도록 설비된 반응탑은 비교적 크다. 미국특허 번호 4,138,560 및 3,513,167에 언급된 BASF법에는, 분별응축, 여과, 및 기체를 150~250℃로 냉각하여 반응기체로부터 멜라민을 분리시키는 것이 설명되어 있다. 미반응 요소는 또다른 냉각에 의해 제거된다. 부산물인 암모니아는 대기압보다 약간 높은 압력에서 이산화탄소를 함유하는 반응기로부터 배기가스로서 제거된다. 대기압하에 요소합성 플랜트내로 이송된 배기가스는 요소합성에 사용되기 전에 반드시 압축해야 한다. 압축이 비교적 저온에서 수행되는 경우 카바메이트가 응축되어 부식문제를 야기할 수 있으며, 만일 압축이 비교적 고온에서 수행되는 경우엔 처리할 기체 용량이 너무 많아질 수 있기 때문에, 대규모 생산에서 배기가스를 요소전환에 요구되는 높은 반응압력이 되도록 하는 것은 힘들며, 비용이 많이 든다. BASF법에서 알루미나 촉매의 사용은 덩어리(lumps)생성과 관련된 문제를 야기할 수 있다. 뜨거운 지점의 오퍼레이터에게 미리 경고를 주기 위해선 반응기 내부에 정교한 열전대 시스템이 필요하며, 증기 공급물에서 이런 덩어리가 제거되도록 하기 위해선 반응기 가동을 정지시켜야 한다. 반응기를 빠져나온 촉매는 여과기를 이용하여 생성기체에서 제거한다. 반응기내의 가열코일은 심한 조건에 의해 부식된다. BASF법은 생성된 멜라민 파운드당 약 12000BTU의 에너지를 소모한다.

케미린츠법은 두단계의 저압촉매법이다. 첫단계에서, 요소가 유동모래상내에서 분해된다. 두 번째 단계에서, 멜라민이 고정 알루미나 촉매상에서 생성된다. 멜라민 생성물은, 뜨거운 반응가스를 냉각된 수성액체로 급냉시킨후, 결과 생성된 슬러리를 원심분리하여 회수한다. 암모니아와 이산화탄소는 두 개의 별도의 흐름으로 회수되며 상이한 공정에 쉽게 이용될 수 있다. 암모니아 기체는 대략 대기압에서 배기가스로부터 회수된다. 이산화탄소는 약 300psig(20atms)에서 생성된다. 케미린츠법은, 생성된 멜라민 생성물 파운드당 약 14500BTU의 에너지를 소모한다.

1970년 11월에 특허된 탄화수소법(Hydrocarbon Processing)에 따르면 니싼케미칼법(Nissn Chemicl process)은 100㎏/㎠(94.5atms), 400℃에서 촉매부재하에 일어난다. 반응기로부터의 멜라민 생성물은 수성 암모니아 용액내의 가압 급냉기내에서 냉각된다. 중압하에 암모니아 일부를 분리한 후, 이용액을 여과하고 재결정기내에서 대기압으로 압력을 낮추면, 남은 암모니아가 분리되고 멜라민이 결정화된다. 결정화된 멜라민 슬러리로부터 분리된 멜라민 결정을 원심분리하고, 건조하고 분쇄하여 최종 생성물을 얻는다. 고압을 사용하면 반응탑의 크기를 줄일 수 있으나, 혼합물이 부식성이기 때문에 더 작은 반응탑은 티탄합금이나 또는 부식성이 아닌 다른 합금으로 만들어져야 한다. 반응탑 생성물 흐름을 급냉하는데 사용될 수성 암모니아 용액을 제조하는데 그리고 재결정 공정에서 멜라민 결정을 세척하는데 물이 필요하다. 미국특허 제3,454,571호(Nissan Chemical Company)의 니싼법에 따르면, 고품질의 멜라민을 얻기 위해 멜라민 결정 표면에 부착된 불순물을 제거하는데 수성 알칼리성 용액으로 된 세척액이 필요하다. 니싼법은 멜라민 생성물 파운드당 약 11000BTU의 에너지를 소모한다.

스태미카본 멜라민법은 저압 촉매시스템으로서, 여기서 멜라민은 수성모액으로 급냉시킴으로써 뜨거운 반응기체로부터 침전된다. 멜라민을 용해하고, 활성탄과 혼합해준 후, 여과하고 재결정하여 정제한다. 물은 재결정된 생성물을 하이드로싸이클론을 통해 보내고, 원심분리한 후 공기 건조기를 통과시켜 제거한다. 건조단계들을 끝낸 후 결정성 생성물을 수거한다. 배기가스는 100℃ 265psing(18atms)에서 농축된 카바메이트 용액으로 생성되며 요소합성류내로 회송된다. 카바메이트 용액이 요소 플랜트내로 재순환되며 요소공정내 물이 더 도입되어 요소로의 전환이 감소된다. 이 공정에서, 촉매는 유동상으로 있어야 하며 만일 덩어리나 촉매의 응축을 야기하는 냉각된 부위가 나타나면 응집될 수 있다. 알루미나 촉매를 사용하면 반응기체내 함유된 촉매입자들을 대신해주는 보충촉매를 반응기내에 공급해 주는 것이 필요하다. 스태미카본법은 생성된 멜라민 생성물 파운드당 약 23000BTU의 에너지를 소모한다.

상기로부터 알 수 있듯이, 상기한 방법들은 모두 실시면에서 불리한 점을 가지고 있다. 멜라민이 액체 멜라민 단계를 거치지 않고 직접 증기로 가는 저압법에서는 불순물이 거의 없게 된다. 그러나 저압 반응기와 회수시스템이 복잡하여 고가의 장치와 공간을 필요로 하며 다량의 기체를 취급해야 하기 때문에 높은 에너지 소모가 있게 된다. 또한, 촉매가 사용되기 때문에, 생성물을 촉매로부터 분리 또는 여과하는 별도의 문제가 존재하게 된다. 멜라민이 우선 액체로서 형성되는 공지된 고압법들에서는, 멜라민 생성물내에 멜라민 생성물의 최종용도에 유해한 상당량의 멜라 및 멜렘을 포함한 실질적인 양의 불순물이 보통 존재하게 된다. 따라서, 공지된 고압시스템에서, 필요한 순도를 얻기 위해서 멜라민 생성물을 수냉, 재결정 및 건조하는 것이 필요하며, 높은 에너지 소모는 물론 복잡하고 공간을 소요하는 장치가 필요하게 된다.

본 발명의 첫 번째 목적은 요소로부터 멜라민을 생성하는 에너지 효율이 높은 진보된 연속법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 액체 멜라민 용융물로부터 직접 건조분말로서 고품질(96~99.5% 순도)의 멜라민을 생성하고 회수하는 놀라울 정도로 간단한 방법을 이용한다.

본 발명의 상기한 목적 및 그밖의 목적은, 요소를 액체멜라민 및 이산화탄소와 암모니아를 함유하는 배기가스 부산물로 전환시키는 현재 공지된 연속, 고압, 비촉매, 비수공정 및 플랜트 시스템에 의해 이루어지며, 여기서는 플랜트시스템의 필수부품은 오직 배기가스 세척탑 유니트, 반응탑 유니트, 분리탑 유니트 및 생성물 냉각탑 유니트이다.

본 공정은 하기 (1)~(5)에 따라 수행된다.

(1) 요소 용융물을 약 1500~2500psig, 바람직하게는 약 1700~2200psing 압력하에 요소의 융점 이상의 온도에서 세척탑내로 공급해준다. 세척탑내에서 액체요소는 주로 CO₂와 NH₃로 구성된 멜라민을 함유하는 반응배기가스와 접촉된다. 요소는 용융된 상태에서 배기가스로부터 멜라민을 세척해 준다. 세척공정에서 배기가스는 대략 반응탑 온도 즉 354℃~427℃에서 177℃~232℃로 냉각되며 요소는 177℃232℃로 예열된다. 온도와 압력은 상호관계가 있다. 만약 압력이 압력범위의 하한선 즉 1500~1700psig에 있는 경우 세척탑의 최저온도는 약 177~182℃이며 세척탑의 압력의 상한선 즉 2000~2200psng에 있는 경우, 최저온도는 약 182~193℃로 올라가게 된다. 상기한 최저온도치 이하에서는, 암모니아와 CO₂가 세척탑 바닥에 응축되어 유해할지도 모르는 카바메이트를 형성할 수 있다. 일반적으로, 압력이 더 높을수록 더 높은 최저 온도가 필요하게 된다. 약 260℃이상에서는, 요소가 반응되어 중간생성물을 형성할 수 있다. 이들 중간생성물도 유해할 수 있다.

배기가스는 세척탑 상부로부터 제거되어, 바람직하게는 요소로 전환되기 위해 요소플랜트로 재순환될 수 있다. 미리 가열된 요소는 소량의 멜라민과 함께 세척탑 바닥으로부터 제거되어 약 1500~2500psig에서 반응탑내로 도입된다. 구체예에서 나타낸 세척탑은 온도조절을 위해 세척탑에 추가로 보충냉각을 제공하기 위해 쟈켓으로 싸여져 있다. 세척탑내에 코일과 같은 다른 열-전달장치를 제공하여 세척탑의 온도를 조절해 주는 것이 바람직할 수 있다.

따라서, 세척탑은, 용융 요소 공급물내에 존재할지도 모르는 물을 제거하고 ; 용융요소를 배기가스로 예열하고 ; 배기가스로부터 멜라민을 제거하여 바람직하게는 조절된 압력 및 온도에서 요소플랜트에 재순환되는, 멜라민이 제거된 CO₂와 NH₃를 얻고 ; 재순환 및 뒤이은 사용을 위해 과도한 열에너지를 회수하는 것을 포함한 각종 기능을 수행한다.

(2) 세척탑 바닥으로부터 나온 요소를 바람직하게는 고압펌프를 이용하여 반응탑내 도입해준다. 바람직한 구체예에서, 펌프의 하류가 반응탑내로 들어오기전 소량의 암모니아를 액체나 뜨거운 증기로서 세척탑 바닥과 연결되는 라인내에 주입해 준다. 바람직하게는 뜨거운 증기로서 주입된 암모니아는, 반응탑 바닥이 막히는 것을 막아주는 정화제 역할을 함과 동시에 존재할지도 모르는 어떤 탈암모니아생성물과 반응될 과량의 암모니아를 공급해 준다. 고압펌프는 예컨대 세척탑을 반응탑위로 올려줌으로써 제거할 수 있다.

(3) 반응탑내에서, 용융요소를 약 1500~2500psig 바람직하게는 약 1700~200psig에서 요소가 반응하여 멜라민과 암모니아 및 이산화탄소를 형성하는 조건하에 약 354~427℃, 바람직하게는 약 371~427℃에서 가열해준다. 반응탑은 미국 특허 제3,470,163호에 나타난 바와 같은 종래 기술의 임의 고압반응탑일 수 있다. 반응탑은 액체멜라민 충만하에 조작되며, 액체멜라민, 암모니아 및 이산화탄소로 구성된 반응탑으로부터의 생성물은 혼합류로서 연속적으로 기체분리탑내로 공급된다.

(4) 기체분리탑에서, 액체멜라민이 배기가스로부터 분리되며 액체멜라민은 분리탑기저에 모인다. 분리탑은 멜라민의 융점이상의 온도, 바람직하게는 반응탑과 같은 온도 및 압력하에 있게 된다. 멜라민 증기로 포화된 기체 암모니아와 이산화탄소는 상부로부터 제거되어 요소세척탑내 도입된다. 세척탑 기저의 멜라민의 농도를 멜라민 약 10% 이하로 하기 위해 온도와 압력을 조절해 준다. 보통 작동압력이 낮을수록 더 많은 양의 멜라민이 배기가스와 함께 제거된다. 액체멜라민은 기체분리탑으로부터 조절하에 제거되어 생성물 냉각 유니트내로 주입된다.

(5) 생성물 냉각 유니트에서, 액체멜라민은 감압되고 액체매질에 의해 급속히 냉각된다. 불순물 특히 멜라민과 멜람은 반응탑내에서는 형성되지 않았으나, 액체멜라민을 이용가능한 고체생성물로 전환시키는데 일차적으로 형성되는 것으로 나타났다. 생성물 온도에서 증기인 액체물질을 냉각제로 사용하여 실질적으로 형성된 불순물이 제거된 건조한 멜라민 분말을 생성한다. 멜라민 생성물은 냉각단위의 바닥으로부터 제거된다.

생성물 냉각 유니트는 요소의 융점이하의 온도로 유지하는 것이 바람직하며, 그렇지 않으면, 멜라민내 요소불순물이 있는 경우, 요소가 액체멜라민의 기화로부터 생성된 기체 예컨대 암모니아가 기체와 함께 방출되거나 분리된 멜라민 분말에 점착성이 야기될 수 있기 때문이다. 최저 온도는 조작압력하에 액체냉각제와 평형이 되는 증기온도이다. 액체냉각제는 멜라민 생성물로부터 쉽게 분리되는 기체와 함께 기화되는 저비점 액체이다. 적당한 냉각제는 암모니아, 물 및 저비점 알콜이다. 그러나, 그의 냉각 능력 및 적합한 증기압을 포함한 독특한 특성 때문에 액체 암모니아가 아주 바람직한 냉각 매질이다. 압력은 대기압이거나 또는 약 600psig까지의 압력일 수 있다. 압력 약 200~400psig 및 온도 49℃~74℃하에 조작하는 것이 바람직하다.

현재 공지된 방법에서 상기한 바와 같은 압력은 세척탑, 반응탑 및 기체분리탑에서 동일하다. 반응탑 및 기체분리탑의 온도 또한 동일하다. 기체분리탑으로부터 제거된 배기가스는, 이들이 세척탑에 도착하여 거기서 용융요소와 함께 세척되는 과정에서 냉각될 때까지는 반응탑 및 분리탑과 동일한 온도에 있게 될 것이다. 기체분리탑으로부터 이송된 액체멜라민은 반응탑 및 기체부니탑과 동일한 온도에서 생성물 유니트내로 들어온다.

현재 공지된 방법에서 반응탑으로부터 나온 배기가스와 액체멜라민이 반응탑으로부터 기체분리탑내로 혼합류로서 이동되며, 배기가스와 멜라민이 분리탑 유니트내에서 분리된다는 사실은 중요하다. 또 다른 중요한 점은 액체 멜라민을 냉각하는데 액체 매질을 사용한다는 점이다. 액체멜라민이 생성물 냉각 유니트내로 들어오자마자 이것을 액체매질로 급냉시키면 멜렘 및 멜람을 포함한 실질적인 불순물이 형성되지 않는다.

냉각유니트에서 액체멜라민을 급냉하여 직접 회수한 건조 멜라민 분말은 실질적으로 순수한 멜라민으로 약 96~99.5% 또는 그 이상의 순도를 가지고 있어 정제하지 않고 대부분의 멜라민 용도에 직접 사용될 수 있다. 회수된 멜라민의 순도, 특히 멜렘과 멜람의 낮은 농도 즉 약

이하로 구성된 멜람과 멜렘의 농도는 놀라운 것이었다. 이런 고순도가 가능하리란 것은 종래 기술로부터는 예상하지 못했던 사실이다. 더욱이 건조 멜라민 생성물의 입자가 소-응집괴 형태인 것으로 나타났다. 불완전한 결정형태의 수많은 아주 작은 입자들이 함께 결합하여 더 큰 다공성 입자를 형성한다. 따라서, 회수된 건조 멜라민 생성물은 거대한 입자들의 취급특성을 가지고 있으면서 작은 입자들이 큰 표면적을 가진다.

또 명백히 알 수 있듯이, 본 방법은 이제까지 통상적으로 이용되어온 시스템의 높은 에너지를 소모하는 복잡한 공정과는 달리 놀라웁게도 간단하다. 연간 2억 파운드의 멜라민을 생성하도록 디자인된 본 발명에 따라 세워진 플랜트시스템은, 스태미카본 디자인의 저압 멜라민 시스템 면적의

에 해당하는 대지에 세워질 수 있으며, 스태미카본디자인의 저압시스템은 년간 오직 7000만 파운드의 멜라민 용량을 갖도록 디자인된 것이다. 또한 본 발명에 따라 디자인된 시스템의 자본 비용은 상기한 통상적인 설치비의 40% 이하의 비용밖에는 들지 않는다. 고용량의 암모니아를 포함한 고용량의 기체를 취급해야할 필요성이 제거된 것을 포함하여 플랜트시스템내 장치의 수가 제한된데 기인된 단순화된 공정의 결과, 본 발명은 종래 기술의 시스템의 약 29%의 에너지만을 이용한다. 이제까지 언급했던 통상적인 방법들과 비교시 에너지 소모관점에서 본 발명의 경제성을 하기와 같이 표 1에 나타냈다.

[표 1]

본 시스템의 경제성 및 주로 비용이 드는 세척 및 재결정 없이 멜라민 생성물을 얻을 수 있는 능력 때문에, 그 결과 질소 함량이 높은 지효성 비료와 같은 멜라민 제품은 새로운 시장에서 구입 가능하다. 이제까지 멜라민의 높은 비용이 비료분야를 포함한 많은 영역에 멜라민의 실질적인 사용을 방해해 왔다. 또한 본 발명의 멜라민 생성물은, 멜라민 생성물을 세척하고 재결정하는 방법에 의해 생성된 멜라민 생성물보다 비료로 사용하였을 때 유리한 방출 특성을 가진다. 이 진보된 방출 특성은 멜라민 생성물이 조제의 불완전한 결정들로부터 형성된 많은 작은 입자들로된 소-응집괴를 형성한 결과에 의한 것으로 나타났다. 불완전한 결정들로 된 소-응집괴는 본래 다공질이기 때문에 좀더 쉽게 미생물에 의해 분해되어 따라서 멜라민 생성물의 성분들이 토양내로 좀더 쉽게 방출된다.

이제까지, 본 발명을 일반적인 면에서 설명하였으며, 바람직한 구체예의 상세한 설명은 도면과 관련하여 설명하고자 한다.

제1도의 흐름도는 요소를 멜라민 생성물로 전환시키는 통상적인 고온, 고압시스템의 대표적인 것으로, 문헌에 실린 내용을 발췌한 것이다(Hydrocarbon Processing, Nov. 1970. pp. 156-158. ″Total Recycle Process Melamine From Urea″, authored by Atsumi Okamoto of Nissan Chemical Industries, Inc., Tokyo, Japan). 이 방법에서, 용융요소는 약 100㎏/㎠으로 압축되어 고압 세척탑(1)로 도입되며 배기가스(합성반응탑에서 생성된 것)내 함유된 멜라민 증기가 흡수된후 반응탑(2)로 공급된다. 액체암모니아는 약 100㎏/㎠로 압축되고, 예열기(3)에서 약 400℃에서 증기화되어 이것 역시 반응탑(2)내로 공급된다. 반응은 약 400℃, 100㎏/㎠에서 일어나며 요소는 수성멜라민 용액내로 분해된다. 용융 염 열-전달매질이 반응기에 열 공급을 위해 사용된다. 반응탑 상부에 있는 멜라민 용액으로부터 나온 멜라민 배기가스는 반응압력에서 고압 세척탑내로 들어가며 공급 요소에 의해 세척된후 약 200℃ 및 100㎏/㎠에서 요소 플랜트내로 다시 회송된다. 반응탑(2)로부터 나온 멜라민은 압력냉각기(4)내에서 냉각되어 수성암모니아 용액으로 된다. 이 용액은 암모니아스트리퍼(5)내에서 중압하에 암모니아가 분리된후, 여과탑 유니트(6)에서 여과된후 결정화 탑(7)내에서 대기압으로 압력이 떨어지면 여기서 남은 암모니아는 분리되고 멜라민은 결정화되어 나온다. 원심분리기(8)내에서 결정화된 멜라민 슬러리로부터 분리된 멜라민 결정은 건조된후 최종 생성물로 분말로 분해된다(10), 분리된 암모니아 기체는 암모니아 흡수탑(11)내에서 회수되어 증류(12)에 의해 정제된후 액화를 통해 액체 암모니아로서 재순환된다. 고온 고압의 멜라민이 제거된 배기가스는 요소플랜트(13)에 모일 수 있다. 이 고압시스템은 반응탑으로부터 나온 멜라민 생성물을 분리하고 정제하는 면에서 볼 때 저압시스템과 유사하다.

제2도의 흐름도는 본 발명을 도식적으로 나타낸 것이다. 요소는 요소 융점 이상의 온도, 바람직하게는 약 138℃에서 약 1700~2200psig의 압력하에 라인(20)을 통해 세척탑 유니트(22)내로 공급된다. 연속법에서 세척탑 유니트(22)에는 또한 분리탑(24)로부터 나온 배기가스가 라인(23)을 통해 공급된다. 주로 암모니아, 이산화탄소 및 멜라민으로 구성된 배기가스는 온도 약 371~427℃, 압력 약 1700~2200psig에 즉 반응탑과 분리탑 유니트의 반응조건하에 있게 된다: 분리탑으로부터 세척탑 유니트로 오는 흐름의 조성은 암모니아 약 45~65%, 이산화탄소 약 30~50%, 및 멜라민 약 3~10%가 된다. 용융요소는 배기가스로부터 멜라민을 ″세척″하는데 사용되며, 요소를 예열하기 위해 열에너지가 방출되며, 배기가스 온도가 약 177℃~232℃로 떨어지게 된다. 멜라민을 함유하는 요소는 세척탑(22)의 저면에 침강되게 된다. 떨어진 온도에서 정제된 암모니아와 이산화탄소기체는 라인(26)을 통해 요소 생성에 이용되기 위해 요소플랜트내로 공급된다.

세척탑 저면물질은 세척탑 저면으로부터 제거되어 펌프(28)에 의해 온도 177~232℃, 압력 1700~2200psig에서 라인(27)을 따라 반응탑(29)내로 도입된다. 적당한 암모니아 공급원으로부터 암모니아가 펌프에 의해 라인(32)를 따라 세척탑으로부터 나온 요소흐름내로 도입된다. 세척탑 저면에 연결되어 있는 라인내 도입된 뜨거운 암모니아는 반응탑 바닥이 막히는 것을 막는 정화제 역할을 하며, 존재할지도 모르는 탈암모니아 생성물과 반응될 과량의 암모니아를 공급해준다. 반응탑 또는 약 371~427℃의 조작 온도 및 1700~2200psig의 압력하에 둘 수 있다. 티탄-피복 탄소강과 같은 부식에 저항성인 반응탑은 반응탑내에서 반응체가 순환될 수 있게 해주는 장치를 갖고 있는 것이 바람직하다. 바람직한 반응탑 온도는 약 410℃이며, 압력은 2000psig이다. 반응탑은 열전대를 포함한 통상적인 열조절 시스템을 사용하여 온도를 조절해 준다.

주로 암모니아 이산화탄소 및 멜라민으로 구성된 반응탑 생성물을 기체분리탑(24)내로 공급해준다. 반응생성물은 분리탑 상단으로부터 약

거리에서 분리탑내로 방출된다. 분리탑에서, 라인(23)을 통해 세척탑 유니트(22)에 공급되는 암모니아, 이산화탄소 및 멜라민으로 구성된 기체 부산물은 분리탑 상단으로부터 제거된다. 액체 멜라민은 실질적으로 온도 약 371~427℃, 압력 약 1700~2200psig에서 레벨 지시기(34)에 의해 조절된 분리탑 바닥으로부터

이 되는 위치에서 제거되어, 라인(36)을 통해 생성물 냉각 유니트(38)내로 공급된다. 액체 암모니아는 라인(40)을 통해 냉각 유니트(38)내 공급된다. 액체 멜라민은 배출밸브(44)를 통해 냉각 유니트(38)의 수집 탱크(46)내로 배출된다. 대기압 또는 그보다 높은 압력일 수 있는 탱크(46)에 들어오자마자, 멜라민은 액체 멜라민을 냉각하고 안정화시키는 액체 암모니아와 접촉하여 액체 멜라민이 직접 건조분말로 변하게 된다. 건조분말이 탱크(46)의 바닥에 떨어지게 되면 암모니아가 라인(48)을 통해 방출되어 조절밸브 및 암모니아를 다시 액화시켜 주는 응축기(50)을 통해 순환되며, 이어 액화된 암모니아는 냉각 매질로 재사용된다.

나타난 구체예에서 수집탱크(46)은 압력 약 400psig, 온도 약 66℃하에 유지시킨다. 이 압력 및 온도에서, 액체 암모니아는 이용가능한 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 고체멜라민 생성물은 레벨 조절기(64)에 의해 조절되는 회전밸브(60)을 통해 수집탱크로부터 연속적으로 제거된다. 회전밸브(60)위의 멜라민 분말의 헤드를 약 2~8피트로 유지시킨 결과 회전밸브(60)를 통한 실질적인 압력 손실은 없었다. 멜라민 생성물은 회전밸브(60)을 통해 방출되어 자루에 넣거나 하기 위해 적당한 컨베이어(66)위에 옮겨진다. 회전밸브를 제6도 및 제7도에 확대하여 나타냈다.

본 발명은 특수한 세척탑 유니트, 반응탑, 또는 기체 분리탑에 관한 것은 아니다. 종래 기술의 부품들 어느 것이나 사용될 수 있다. 그러나, 세척탑 유니트는 편리하게는 제3도에 나타난 세척탑 유니트일 수 있으며, 여기서 세척탑 유니트는 요소 공급라인(20)으로부터 세척탑(22)내로 들어가는 요소 도입구(70)가 포함되어 있다. 도입구(70)으로 도입되는 용융요소는 아랫방향으로 흐르며, 아랫방향으로 흐르면서 이것은 분리탑 유니트(24)로부터 나와 라인(23)을 통해 입구(72)로 들어오는 배기가스와 접촉되어 이를 세척해준다. 배기가스로부터 세척된 멜라민 생성물을 함유하는 용융 요소의 레벨은 레벨조절기(74)에 의해 세척탑 저면에서 조절된다. 배기가스는 요소플랜트내로 재순환되기 위해 세척탑 상부로부터 출구(76)을 통해 제거되며, 용융요소는 출구(78)을 통해 세척탑 저면으로부터 제거되어 반응기내에 공급된다.

본 발명의 플랜트시스템에 사용하기 적합한 반응탑을 제4도에 나타냈다. 반응탑은 라인(32)로부터 나온 도입구(82)를 갖고 있다. 반응탑은 반응탑을 가열해 주기 위한 열 전달물질, 바람직하게는 용융염을 갖고 있는 ″U″자형 도관(84)에 의해 가열된다. 액체 멜라민, CO₂및 암모니아를 포함한 반응탑으로부터 생성된 단일류는 출구(86)을 통해 반응탑으로부터 제거되어 라인(33)을 통해 기체분리탑(24)내로 흘러들어가게 된다.

제5도로 나타낸 분리탑 유니트는, 반응탑(29)로부터 혼합류를 분리탑내로 배출시키는 도입구(90)으로 구성된다. 기체성분은 출구(92)를 통해 제거되어 세척탑 유니트(22)내로 이송되기 위해 라인(23)내로 공급된다. 분리탑 유니트 또한 멜라민을 제거해주는 출구(96)도 갖고 있으며, 이 멜라민은 라인(36)을 따라 생성물 냉각 유니트(38)내로 이송된다. 액체 멜라민의 생성물 냉각 단위로의 이송은 레벨 조절 장치(98)에 의해 조절된다.

본 발명은 공정의 에너지 효율을 나타낸 하기의 상세한 실현 플랜트 조작의 결과 및 조건들에 의해 더 설명된다.

요소는 2000psig 압력 및 약 138℃ 온도에서 인접한 요소 플랜트로부터 라인(20)을 따라 세척탑 유니트(22)내로 공급된다. 용융요소가 분리탑 유니트(24)로부터 나온 배기가스에 의해 약 204℃로 예열된 후, 요소는 반응기(29)의 바닥으로 공급된다. 반응탑을 2000psig의 압력하에 유지시킨 후 요소를 410℃ 온도로 가열한다. 요소는 액체 멜라민, CO₂및 NH₃로 열분해된다. 반응생성물은 혼합류로서 410℃ 2000psig하에 유지된 기체 분리탑(24)내로 이송된다. 분리탑에서, 반응탑 생성물은 CO₂암모니아 및 라인(23)을 따라 세척탑 유니트(22)로 재순환되는 소량의 멜라민을 함유하는 배기가스류로 분리된다. 액체 멜라민은 410℃, 2000psig 압력에서 생성물 냉각 유니트(40)에 공급된 후, 배출밸브(44)를 통해 온도 76℃, 압력 400psig인 수집탱크(46)내로 배출된다. 생성물은 라인(40)을 통해 들어온 액체 암모니아와 즉시 접촉된다. 세척이나 재결정없이 회수된 생성물은 하기와 같은 조성을 갖는다.

생성물에서 요소를 기준으로한 이론적 전환율은 99.19%이다. 생성물은 수집탱크로부터 또다른 세척이나 재결정 단계 없이 건조된 백색 분말로서 회수된다. 생성물에 소모된 총에너지는 하기 표 1에 나타냈으며 즉 멜라민 파운드당 3274BTU이다. 액체 냉각 결과 생긴 멜라민 생성물은 작은 입자들로 되어 있는 높은 표면적을 가지면서도 수많은 작은 입자들이 서로 결합되어 있기 때문에 거대한 입자의 취급특성을 가진다.

이 분야에 숙련된 자라면 알 수 있듯이 상기 설명된 범위내에서 수많은 변경이 이루어질 수 있다. 이 분야 숙련자의 능력 범위내에 있는 그런 변경은 본 발명의 일부를 형성하며, 첨부된 청구범위에 포함된다.

Claims (6)

1. 요소를 압력 약 1500~2500psig, 온도 약 354~427℃하의 반응탑내에서 열분해하여 액체 멜라민, CO₂및 NH₃를 함유하는 반응 생성물을 생성한후; 상기 반응 생성물을 가압하에 혼합류로서 분리탑 유니트내로 이송시키고; 상기 분리탑 유니트를 상기 반응탑에서와 실질적으로 동일한 압력 및 온도하에 유지시키고; 상기 반응 생성물을 상기 분리탑 유니트 내에서 멜라민 증기를 함유하는 CO₂와 NH₃배기가스와 액체 멜라민으로 분리하고; 동시에 (a) 상기 멜라민을 함유하는 CO₂와 NH₃배기가스는, 상기 분리탑 유니트의 압력 및 온도와 실질적으로 같은 온도 및 압력에서 상기 세척탑 유니트로 이송시키고, 상기 배기가스를, 상기 요소를 예열하고, 상기 배기가스를 냉각하고, 그로부터 상기 멜라민을 제거하기 위해 용융 요소로 세척해준 후, 상기 세척탑 유니트로부터 NH3와 CO2 가스를 약 177~232℃에서 제거하고 상기 멜라민을 함유하는 상기 예열된 용융요소를 상기 반응탑내로 공급해주고 (b) 상기 액체멜라민은 생성물 냉각 유니트로 이송시키고; 감압하고, 상기 액체 멜라민을 상기 생성물 냉각 유니트에서 액체 매질로 급냉하여 세척이나 또다른 정제없이 상업적으로 유용한 고체 멜라민 생성물을 생성하는 것으로 구성된 요소로부터 멜라민을 제조하는 연속법.
2. 제1항에 있어서, 상기 반응탑은 압력 1700~2200psig 및 온도 371~427℃이며, 상기 기체 분리탑은 실질적으로 상기 반응탑과 동일한 압력 및 온도로 유지시키며, 상기 세척탑은 상기 반응탑과 실질적으로 동일한 압력 및 약 177~193℃ 온도로 유지시키며; 생성물 냉각 유니트는 약 200~600psig 및 약 49~110℃ 온도로 유지시키며; 상기 액체 멜라민을 급냉해주는 상기 액체는 무수액체 암모니아이며; 상기 고체 멜라민 생성물이 97.5~99.5% 멜라민의 순도를 가지며 약 0.75%이하의 멜람과 멜렘을 함유하는 방법.
3. 반응탑 유니트 ; 분리탑 유니트; 세척탑 유니트 및 생성물 냉각 유니트를 그 필수 구성 요소로 갖고 있는 플랜트 시스템에서; -상기 반응탑 유니트는 상기 반응탑을 약 354~57℃ 온도로 가열하고 유지시키는 장치; 상기 유니트를 약 1500~2500psig로 가압하고 요소를 열분해하여 액체멜라민, CO₂및 NH₃를 생성하는 장치 및 상기 온도 및 압력 조건하에 액체멜라민, CO₂및 NH₃를 혼합류로서 상기 분리탑 유니트내로 연속해서 이송시키는 장치를 포함하며; -상기 분리탑 유니트는 상기 분리탑을 상기 반응탑과 실질적으로 동일한 온도 및 압력하에 유지시키는 장치; 상기 온도 및 압력조건하에 액체 멜라민, NH₃및 CO₂로 된 상기 흐름을 수납하고 분리하는 장치; 멜라민 증기를 함유하는 상기 CO₂및 NH₃배기 가스를 상기 세척탑내로 연속적으로 이송시키는 장치 및 상기 액체 멜라민을 상기 생성물 냉각 유니트내로 연속적으로 이송시키는 장치를 포함하며; -상기 세척탑 유니트는 용융요소를 수낙하는 장치; 상기 분리탑 유니트의 온도 및 압력하에 상기 분리탑 유니트로부터 상기 멜라민을 함유하는 배기가스를 수납하는 장치; 상기 용융요소를 멜라민을 함유하는 상기 배기가스와 접촉시켜 상기 CO₂및 NH₃가스로부터 멜라민을 세척하고, 상기 요소를 예열하는 장치 및 상기 세척된 멜라민을 함유하는 상기 용융 요소를 상기 반응기내로 연속적으로 이송시키는 장치를 포함하며; -상기 생성물 냉각 유니트는 상기 액체멜라민을 상기 분리탑 유니트로부터 수납하는 장치; 감압하고 상기 액체멜라민을 액체매질로 급냉하며, 상기 멜라민을 세척이나 또 다른 정제없이 약 96~99.5% 멜라민이 고체로서 수집하는 장치를 포함하는; 요소로부터 멜라민을 제조하는 플랜트 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 생성물 냉각 유니트는 그 한쪽 말단에 밸브장치를 갖고 있는 가압 생성물 수집탱크를 포함하며, 상기 액체 멜라민은 상기 밸브 장치를 통해 상기 탱크내 수납되며; 상기 수집 탱크에는 배출말단이 포함되며, 상기 배출말단은 밸브장치와 상기 밸브장치와 함께 설치배열된 생성물 레벨지시기를 포함하며; 상기 탱크가 적어도 약 2~8피트의 고체멜라민 생성물 헤드와 상기 레벨 지시기에 따라 반응하여 수집탱크로부터 분말멜라민을 연속적으로 제거해주는 상기 레벨 지시기와 함께 밸브장치를 자동 조절해 주는 장치를 함유하고 있는 플랜트 시스템.
5. 멜라민을 액체 암모니아와 접촉시켜 급냉하여 고체멜라민 생성물을 얻고, 상기 멜라민 생성물을 또 다른 세척이나 정제없이 약 96~99.5% 멜라민, 및 약 1.5%이하의 멜렘과 멜람을 함유하는 고체로서 회수함을 특징으로 하는 요소를 열분해하여 NH₃CO₂및 멜라민을 제조하는, 멜라민 생성물의 연속제조법.
6. 제5항에 있어서, 상기 요소가 온도 약 371~427℃ 압력 약 1700~2200psig하에 유지된 반응기내에서 열분해되며; 상기 멜라민이 액체이며; 상기 액체멜라민을 액체 암모니아로 급냉하는 조작이 압력 약 200~600psig온도 약 49~110℃에서 수행되며; 상기 고체멜라민 생성물이 97.5~99% 멜라민인 순도를 가지고 있으며, 약 0.75% 이하의 멜렘 또는 멜람을 함유하고 있는 방법.

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