MXPA01008898A - Metodo para preparar melamina - Google Patents

Abstract

Un método para preparar melamina a partir de urea por medio de un procedimiento de alta presión en el cual se obtiene melamina só1ida transfiriendo el material fundido de melamina a un recipiente de expansión en donde el material fundido de melamina se enfría por medio de la incorporación de amoniaco;se añade gas de amoniaco en exceso al material fundido de melamina para producir una mezcla de gas/líquido que tiene una relación de masa de al menos 0.01;esta mezcla de dos fases se asperja entonces a través de un medio de aspersión en el recipiente de expansión, el recipiente de expansión tiene un entorno de amoniaco con una presión de amoniaco reducida;elmaterial fundido de melamina se enfría y solidifica por medio de la expansión y evaporación del amoniaco incorporado para formar polvo de melamina;el material fundido de melamina se convierte por lo tanto directamente en un polvo de melamina después de lo cual el polvo de melamina se enfría adicionalmente y la presión del amoniaco se libera.

Description

MÉTODO PARA PREPARAR MELAMINA MEMORIA DESCRIPTIVA La invención se refiere a un método para preparar melamina a partir de urea por medio de un procedimiento de alta presión en el cual se obtiene melamina sólida transfiriendo un material fundido de melamina a un recipiente en donde se enfría con un medio de enfriamiento tal como amoníaco para producir melamina sólida de alta pureza. Se han descrito varios métodos para la producción de melamina en publicaciones anteriores que incluyen, inter alia, EP-A-747366 que describe un procedimiento de alta presión para preparar melamina a partir de urea. En particular, EP-A-747366 describe cómo la urea se piroliza en un reactor, operando a una presión de 10.34 a 24.13 MPa y a una temperatura de 354 a 454°C, para producir un producto de reactor. Este producto de reactor, que contiene melamina líquida, CO2 y NH3, se transfiere bajo presión como una corriente mixta a un separador. En este separador, el producto de reactor se separa en una corriente gaseosa y una corriente líquida. La corriente gaseosa contiene principalmente gases de desperdicio de CO2 y NH3 y vapor de melamina. La corriente líquida contiene principalmente un material fundido de melamina. La corriente gaseosa se transfiere a una unidad de depuración, mientras que la corriente líquida se transfiere a una unidad de enfriamiento de producto.

En la unidad depuradora, la corriente gaseosa se depura con urea fundida. La transferencia de calor que se logra en la unidad depuradora precalienta la urea fundida y enfría la corriente gaseosa a una temperatura de 177 a 232°C. La urea fundida también depura la corriente gaseosa para remover el vapor de melamina de los gases de desperdicio. La urea fundida, junto con la melamina que se depuró de los gases de desperdicio de CO2 y NH3, se alimenta entonces al reactor. En la unidad de enfriamiento de producto, el material fundido de melamína se enfría y solidifica con un medio de enfriamiento líquido para producir un producto de melamina de alta pureza sin necesidad de purificación adicional. El medio de enfriamiento líquido preferido es uno que forma un gas a la temperatura del material fundido de melamina y a la presión en la unidad de enfriamiento de producto. El documento EP-A-747366 identifica amoníaco líquido como el medio de enfriamiento líquido preferido con la presión en la unidad de enfriamiento de producto estando por arriba de 4.14 MPa. Aunque de acuerdo con el documento EP-A-747366 la pureza del producto de melamina sólido que se obtiene utilizando el procedimiento descrito fue más grande de 99% en peso, se ha probado que este grado de pureza es difícil de mantener de manera continua a escala comercial. La incapacidad para mantener una pureza más grande de 99% en peso es una desventaja que convierte a la melamina producida menos adecuada para aplicaciones más exigentes, particularmente resinas de melamina-formaldehído que se utilizan en laminados y/o recubrimientos.

Se han sugerido otros métodos para superar estas desventajas, incluyendo entre ellos la solicitud inicial del solicitante, WO 98/55466, la cual utiliza una aspersión externa de amoníaco líquido o aspersión de gas de amoníaco frío para enfriar el material fundido de melamina, el cual puede estar mezclado con una cantidad menor de gas de amoníaco, conforme se asperja en el recipiente de enfriamiento. Aunque este método representa una mejora significante sobre los métodos de la técnica antecedente, el método que se describe en WO 98/55466 aún requiere una aspersión externa de un medio de enfriamiento para solidificar la melamina. Sin embargo, el enfriamiento más eficiente del material fundido de melamina con una aspersión externa, depende de la atomización del material fundido de melamina (para maximizar el área de superficie) y mezcla intensiva del material fundido de melamina atomizado y la aspersión del medio de enfriamiento. Una falta de uniformidad en el tamaño de gota de melamina o el patrón de aspersión, y/o mezcla no homogénea de las gotas y el medio de enfriamiento producirá resultados menos óptimos. Sin embargo, se enseña otro método en el documento WO 97/20826 el cual provee la solidificación de la melamina a través de la expansión y evaporación de amoníaco disuelto. El documento WO 97/20826 enseña el uso de presiones relativamente altas, hasta 40 MPa, a temperaturas de hasta 60°C por arriba del punto de fusión de melamina, seguido por expansión del material fundido de melamina a una presión entre 20 MPa y presión atmosférica. Con el fin de obtener una cantidad de amoníaco en solución suficiente para proveer el enfriamiento deseado, las presiones iniciales son preferiblemente altas y la caída de presión durante el paso de relajamiento es grande. Sin embargo, en general, el uso de presiones más altas en una planta comercial requiere incrementos en inversión de capital en recipientes de procesamiento, tubería y bombas, y resulta en costos de operación más altos. Por lo tanto, es preferible operar a la presión más baja posible a la cual se pueden obtener resultados satisfactorios. El objeto de la presente invención es proveer un método mejorado para preparar melamina a partir de urea, en el cual la melamina se obtiene directamente a partir de material fundido de melamina líquido como un polvo seco que tiene un alto grado de pureza mediante enfriamiento y solidificación a través de un medio de enfriamiento incorporado. El solicitante ha descubierto que se puede producir melamina de alta pureza a partir del material fundido de melamina, el cual tiene una temperatura entre el punto de fusión de melamina y 450°C, preferiblemente menos de 45°C, y más preferiblemente menos de 30°C por arriba del punto de fusión, incorporando amoníaco en exceso suficiente en el material fundido de melamina en un recipiente de inyección de amoníaco para formar una mezcla de gas/líquido que tiene una relación de masa de gas/líquido entre 0.01 y 1.0, y preferiblemente entre 0.03 y 0.9. Esta mezcla de gas/líquido se asperja entonces a través de un medio de aspersión en un recipiente de expansión para enfriar y solidificar la melamina expandiendo y evaporando el amoníaco incorporado en el recipiente de expansión de presión reducida. El recipiente de expansión incluye una atmósfera de amoníaco que, aunque preferiblemente se mantiene a una presión entre 0.5 y 60% de la presión del recipiente de inyección de amoníaco, más preferiblemente entre 0.5% y 30% de la presión del recipiente de inyección de amoníaco, aún está por arriba de la presión atmosférica. El polvo de melamina obtenido de esta manera se puede enfriar entonces adicionalmente en el recipiente de expansión, o en un recipiente de enfriamiento separado, y reducirse la presión a presión atmosférica para obtener el producto de melamina en polvo final. En el recipiente de inyección de amoníaco, el amoníaco se inyecta en el material fundido de melamina, siendo la cantidad de amoníaco inyectada más de la necesaria para saturar el material fundido de melamina a equilibrio. El amoníaco en exceso se mantiene en el material fundido de melamina como burbujas de amoníaco, el material fundido de melamina y las burbujas de amoníaco formando una mezcla de gas/líquido de dos fases. En el recipiente de expansión, la mezcla de gas/líquido se descomprime rápidamente para enfriar y solidificar el material fundido de melamina. La expansión y vaporización del exceso de amoníaco en la mezcla de gas/líquido es suficiente para solidificar la melamina sin necesidad de ningún medio de enfriamiento externo tal como aspersión de amoníaco en gas o líquido, soluciones de amoníaco acuosas, u otros medios de enfriamiento. Sin embargo, puede ser deseable el enfriamiento adicional de la melamina sólida y se puede lograr aplicando varias técnicas como se describe en la técnica antecedente, particularmente por medio de la introducción de amoníaco líquido o gas de amoníaco frío en la melamina sólida.

La ventaja del método de acuerdo con la presente invención es la producción continua, en una escala comercial, de polvo de melamina seco con una pureza por arriba de 98.5% en peso, y generalmente por arriba de 99% en peso, que tiene características de color muy buenas. La melamina de alta pureza producida de acuerdo con la presente invención es adecuada para virtualmente cualquier aplicación de melamina, incluyendo resinas de melamina-formaldehído que se utilizan en laminados y/o recubrimientos. En condiciones de operación similares, la melamina producida de acuerdo con la presente invención provee otras ventajas sobre la melamina producida mediante los procedimientos de la técnica anterior incluyendo tamaño de partícula reducido, área de superficie incrementada, y porosidad incrementada. La preparación de melamina utiliza preferiblemente urea como el material en bruto, alimentando la urea en el reactor como material fundido y hecho reaccionar a temperatura y presión elevadas. La urea reacciona para formar melamina, y los sub productos NH3 y CO2, de acuerdo con la siguiente ecuación de reacción: 6 CO(NH2) 2 ® C3N6H8 + 6 NH3 + 3 CO2 La producción de melamina a partir de urea se puede llevar a cabo a alta presión, preferiblemente entre 5 y 25 MPa, sin la presencia de un catalizador, a temperaturas de reacción entre 325 y 450°C, y preferiblemente entre 350 y 425°C. Los sub productos de NH3 y CO2 normalmente son recirculados a una fábrica de urea adjunta.

El objetivo de la invención mencionado anteriormente se logra utilizando un aparato adecuado para la preparación de melamina a partir de urea. Un aparato adecuado para la presente invención puede comprender una unidad de depuración, un reactor que tiene un separador de gas/líquido integrado o un separador de gas/líquido por separado, un recipiente de inyección de amoníaco, un recipiente de expansión, y posiblemente recipientes de enfriamiento adicionales. Se apreciará que la configuración del recipiente de inyección de amoníaco no está restringida y puede comprender, dependiendo de la configuración de la planta, una porción de la tubería entre el reactor, o el separador de gas/líquido, y el recipiente de expansión. En una modalidad de la invención, la melamina se prepara a partir <de urea en un aparato que comprende una unidad de depuración, un reactor de melamina que tiene un separador de gas/líquido integrado o un separador de gas/líquido por separado, un recipiente de inyección de amoníaco, un recipiente de expansión, y un recipiente de enfriamiento opcional. En esta modalidad, el material fundido de urea se alimenta a la unidad de depuración que opera a una presión de 5 a 25 MPa, preferiblemente de 8 a 20 MPa, y a una temperatura por arriba del punto de fusión de la urea. Esta unidad de depuración puede estar provista con una camisa de enfriamiento o cuerpos de enfriamiento internos para proveer control de temperatura adicional. Conforme pasa a través de la unidad de depuración, el material fundido de urea hace contacto con los gases de desperdicio de reacción que vienen del reactor de melamina o el separador de gas/líquido. Los gases de reacción consisten principalmente de CO2 y NH3 y pueden incluir vapor de melamina. El material fundido de urea depura el vapor de melamina de los gases de desperdicio de CO2 y NH3 y lleva esta melamina consigo de regreso al reactor. En el procedimiento de depuración, los gases de desperdicio se enfrían de la temperatura del reactor, es decir de 350 a 425°C a 170 a 240°C, calentando la urea de 170 a 240°C. Los gases de desperdicio de CO2 y NH3 se remueven de la parte superior de la unidad de depuración y por ejemplo, se pueden recircular a una fábrica de urea adyacente, en donde se pueden utilizar como materiales en bruto para la producción de urea. El material fundido de urea precalentado se extrae de la unidad de depuración, junto con la melamina depurada de los gases de desperdicio, y se transfiere al reactor de alta presión que opera a presiones entre 5 y 25 MPa, y preferiblemente entre 8 y 20 MPa. Esta transferencia se puede lograr utilizando una bomba de alta presión o, en donde el depurador está colocado por arriba del reactor, mediante gravedad, o una combinación de gravedad y bombas. En el reactor, el material fundido de urea se calienta a una temperatura entre 325 y 450°C, preferiblemente entre aproximadamente 350 y 425°C, bajo una presión entre 5 y 25 MPa, preferiblemente entre 8 y 20 MPa, para convertir la urea en melamina, CO2 y NH3. Además del material fundido de urea, se puede dosificar una cierta cantidad de amoníaco en el reactor como, por ejemplo, un líquido o vapor caliente. El amoníaco adicional, aunque opcional, puede servir, por ejemplo, para evitar la formación de productos de condensación de melamina tales como melama, melema y melón, o para promover la mezcla en el reactor. La cantidad de amoníaco adicional suministrado al reactor puede ser de hasta 10 moles de amoníaco por mol de urea, preferiblemente hasta 5 moles de amoníaco por mol de urea, y más preferiblemente, hasta 2 moles de amoníaco por mol de urea. El CO2 y NH3 producidos en la reacción, así como cualquier amoníaco adicional suministrado, se recolectan en la sección de separación, por ejemplo en la parte superior del reactor o en un separador de gas/líquido por separado colocado corriente abajo del reactor, y se separan de la melamina líquida. Si se utiliza un separador de gas/líquido por separado, puede ser ventajoso que se dosifique amoníaco adicional en este separador. La cantidad de amoníaco en este caso es de 0.01-10 moles de amoníaco por mol de melamina, y preferiblemente 0.1-5 moles de amoníaco por mol de melamina. La adición de amoníaco adicional al separador promueve la rápida separación de dióxido de carbono del producto de reacción, evitando de esta manera la formación de sub productos que contienen oxígeno. Como se describe anteriormente, la mezcla de gas removida del separador de gas/líquido se puede hacer pasar a la unidad de depuración con el fin de remover el vapor de melamina y precalentar el material fundido de urea. El material fundido de melamina, que tiene una temperatura entre el punto de fusión de melamina y 450°C, se extrae del reactor, o del separador de gas/líquido corriente abajo, y opcionalmente frío, se alimenta entonces en el recipiente de inyección de amoníaco. En el recipiente de inyección de amoníaco, se añade amoníaco en exceso al material fundido de melamina para producir una mezcla de gas/líquido en la cual el amoníaco está presente en solución y como una fase de gas separada. Se añade suficiente amoníaco para producir una corriente de dos fases en la cual la relación de masa de gas/líquido es de entre 0.01 y 1.0, y preferiblemente entre 0.03 y 0.9. Esta mezcla de gas/líquido se asperja entonces en el recipiente de expansión para obtener el producto de melamina sólido. Sin embargo, antes de la aspersión en el recipiente de expansión, el material fundido de melamina se puede enfriar de la temperatura del reactor o temperatura del separador de gas/líquido a una temperatura más cercana a, pero aún por arriba, del punto de fusión de melamina. El material fundido de melamina, que se extrae del reactor a una temperatura típicamente por arriba de los 380°C, se puede enfriar a una temperatura preferiblemente de no más de 45°C, y más preferiblemente de no más de 30°C, por arriba del punto de fusión de la melamina antes de asperjarse en el recipiente de expansión. Mientras es más baja la temperatura del material fundido antes de la expansión, se requiere menos amoníaco para enfriar y solidificar el material fundido de melamina en el recipiente de expansión. El material fundido de melamina se puede enfriar en el separador de gas/líquido, el recipiente de inyección de amoníaco, o en un aparato adicional colocado corriente abajo del reactor y antes del recipiente de expansión. Está contemplado que el enfriamiento puede tener lugar mediante inyección de un medio de enfriamiento, por ejemplo gas de amoníaco que tiene una temperatura por debajo de la temperatura del material fundido de melamína, o haciendo pasar el'material fundido de melamina a través de un intercambiador de calor. La mezcla de melamina y amoníaco, se transfiere a un medio de aspersión como una mezcla de dos fases y ahí se asperja a través de un medio de aspersión en un recipiente de expansión para solidificar la melamina y formar un polvo de melamina seco. El medio de aspersión es un aparato mediante el cual la mezcla de gas/líquido se convierte en gotas, provocando que el material fundido fluya a alta velocidad en el recipiente de expansión. El medio de aspersión puede ser una boquilla o una válvula. La velocidad de flujo hacia afuera de la mezcla de gas/líquido de los medios de aspersión es, como regla, más grande de 20 m/s, y preferiblemente es más grande de 50 m/s. La velocidad de flujo hacia afuera se define como el flujo volumétrico nominal de la mezcla (en m3/s) dividido por el área de flujo en sección transversal en la boquilla o válvula (en m2). El recipiente de expansión contiene un entorno de amoníaco y opera a una presión de amoníaco incrementada. Las gotas de melamina de los medios de aspersión se enfrían mediante transferencia de energía de la melamina fundida al amoníaco que se expande y se evapora para producir polvo de melamina. El polvo de melamina formado de esta manera puede tener una temperatura entre 100°C y el punto de solidificación de melamina, y preferiblemente por abajo de 300°C. En otra modalidad de la presente invención el polvo de melamina formado asperjando la mezcla de gas/líquido en el recipiente de expansión se mantiene en el recipiente de expansión durante un tiempo de contacto predeterminado bajo una presión de amoníaco incrementada y a una temperatura por arriba de 200°C. La duración de este tiempo de contacto es preferiblemente entre 5 minutos y 2 horas. Durante este tiempo de contacto, la temperatura del producto de melamina puede permanecer virtualmente constante o se puede enfriar a una temperatura por arriba de 200°C. El enfriamiento adicional de la melamina solidificada se puede efectuar a través de la adición de gas de amoníaco o amoníaco líquido frío, por separado o en combinación con agitación mecánica y enfriamiento indirecto por medio de contacto con superficies frías. Los ejemplos de medios para agitar mecánicamente el polvo de melamina incluyen un tornillo y tambor giratorio, un tazón giratorio, discos giratorios, discos segmentados giratorios, tubos giratorios y similares. Una vez que el polvo de melamina se ha enfriado a una temperatura por debajo de 200°C, se puede liberar la presión del amoníaco. Preferiblemente, el gas de amoníaco se elimina completamente ( a una cantidad por debajo de 1000 ppm, preferiblemente por debajo de 300 ppm, y, más preferiblemente, por debajo de 100 ppm) soplando aire a través del polvo de melamina. La presión del amoníaco se puede liberar antes, o en conjunto con, el enfriamiento del polvo de melamina de una temperatura por debajo de 20O°C a temperatura ambiente. La invención se explicará en más detalle con referencia a los siguientes ejemplos y ejemplos comparativos.

EJEMPLO I' A un material fundido de melamina, que está saturado con amoníaco a una temperatura de 359°C y una presión de 20.4 MPa, se añade gas de amoníaco adicional con la misma temperatura. El flujo de líquido es de 4.8 kg/hora y el flujo de gas de amoníaco adicional es de 1.4 kg/hora. Este flujo de dos fases se despresuriza en un recipiente en el cual se mantiene una presión de amoníaco de 2.5 MPa, lo cual resulta en la solidificación del material fundido de melamina. El material fundido de melamína se enfría adicionalmente con amoníaco líquido y el recipiente se despresuriza. El producto tiene una pureza de melamina de 99.6%.

EJEMPLO II A un material fundido de melamina, que está saturado con amoníaco a una temperatura de 353°C y una presión de 217.9 MPa, se añade gas de amoníaco adicional con la misma temperatura. El flujo de líquido es de 4.8 kg/hora y el flujo de gas de amoníaco adicional es de 0.9 kg/hora. Este flujo de dos fases se despresuriza en un recipiente con una presión de amoníaco de 1.8 MPa, lo cual resulta en la solidificación del material fundido de melamina. El material fundido de melamina se enfría adicionalmente con amoníaco líquido y el recipiente se despresuriza. El producto tiene una pureza de melamina de 99.2%.

EJEMPLO COMPARATIVO A Se realiza el mismo experimento como se mencionó en el Ejemplo I sin el flujo de gas de amoníaco adicional. Por lo tanto se despresuriza un material fundido de melamina de solamente una sola fase en el recipiente de apagado. El producto tiene una pureza de melamina de 98.7%.

EJEMPLO COMPARATIVO B Se realiza el mismo experimento como se mencionó en el Ejemplo II sin el flujo de gas de amoníaco adicional. Por lo tanto se despresuriza un material fundido de melamina de solamente una sola fase en el recipiente de apagado. El producto tiene una pureza de melamina de 98.5%.

Claims (9)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para preparar melamina a partir de urea por medio de un procedimiento de alta presión caracterizado porque se puede producir melamina de alta pureza a partir del material fundido de melamina, el cual tiene una temperatura entre el punto de fusión de melamina y 450°C, incorporando amoníaco en exceso suficiente en el material fundido de melamina en un recipiente de inyección de amoníaco para formar una mezcla de gas/líquido de dos fases, la mezcla de gas/líquido tiene una relación de masa de gas/líquido de entre 0.01 y 1.0, asperjando a continuación la mezcla de gas/líquido a través de un medio de aspersión en un recipiente de expansión para enfriar y solidificar la melamína expandiendo y evaporando el amoníaco incorporado en el recipiente de expansión de presión reducida; el recipiente de expansión incluye una atmósfera de amoníaco que está por arriba de la presión atmosférica.

2.- El método como el que se reclama en la reivindicación 1 , en donde la relación de masa de gas/líquido es entre 0.03 y 0.9.

3.- El método como el que se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde la temperatura del material fundido de melamina que se está asperjando en el recipiente de expansión es de entre el punto de fusión de la melamina y una temperatura de 45°C por arriba del punto de fusión de melamina.

4.- El método como el que se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la temperatura del material fundido de melamina que se está asperjando en el recipiente de expansión es de entre el punto de fusión de la melamina y una temperatura de 30°C por arriba del punto de fusión de melamina.

5.- El método como el que se reclama en las reivindicaciones 1-4, en donde el recipiente de expansión incluye una presión de amoníaco que se mantiene entre 0.5% y 60% de la presión del recipiente de inyección de amoníaco.

6.- El método como el que se reclama en las reivindicaciones 1-4, en donde el recipiente de expansión incluye una presión de amoníaco que se mantiene entre 0.5% y 30% de la presión del recipiente de inyección de amoníaco.

7.- El método como el que se reclama en las reivindicaciones 1-6, en donde la configuración del recipiente de inyección de amoníaco comprende una porción de la tubería entre el reactor o el separador de gas/líquido y el recipiente de expansión.

8.- El método como el que se reclama en las reivindicaciones 1-7, en donde la velocidad de flujo hacia fuera de la mezcla de gas/líquido de los medios de aspersión es más grande de 50 m/seg.

9.- El método como el que se reclama en las reivindicaciones 1-8, en donde la presión del amoníaco se libera si el polvo de melamina tiene una temperatura por debajo de 200°C.