NL1006147C2 - Werkwijze voor het bereiden van melamine. - Google Patents

Description

- 1 - PN 9250 WERKWIJZE VOOR HET BEREIDEN VAN MELAMINE 5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van melamine uit ureum via een hogedruk proces waarbij vast melamine wordt verkregen door de uit de reactor komende melaminesmelt 10 over te brengen naar een vat waar de melaminesmelt wordt gekoeld met een verdampend koelmedium.

Een dergelijke werkwijze is beschreven in onder andere EP-A-747366. Hierin wordt een hogedruk proces beschreven voor het bereiden van melamine uit 15 ureum. EP-A-747366 beschrijft met name het pyrolyseren van ureum in een reactor bij een druk van 10,34 tot 24,13 MPa en een temperatuur van 354 tot 454 °C voor het voortbrengen van een reactorprodukt. Dit verkregen reactorprodukt bevat vloeibaar melamine, C02 en NH3 en 20 wordt onder druk overgebracht als een gemengde stroom naar een schelder. In deze scheider, die op nagenoeg dezelfde druk en temperatuur wordt gehouden als de genoemde reactor, wordt het genoemde reactorprodukt gescheiden in een gasvormige stroom en een 25 vloeistofstroom. De gasvormige stroom bevat C02 en NH3 afgassen en tevens melaminedamp. De vloeistofstroom bestaat in hoofdzaak uit vloeibaar melamine. Het gasvormige produkt wordt overgebracht naar een wassereenheid terwijl het vloeibare melamine wordt 30 overgebracht naar een produktkoeleenheid. In de wassereenheid worden de genoemde C02 en NH3 afgassen welke melaminedamp bevatten, bij nagenoeg dezelfde druk en temperatuur als de druk en temperatuur van de reactor, gewassen met gesmolten ureum teneinde het 35 ureum voor te verhitten en de genoemde afgassen te koelen tot een temperatuur van 177-232 °C en het aanwezige melamine uit de afgassen te verwijderen. Vervolgens wordt het voorverhitte gesmolten ureum, dat het genoemde melamine bevat, aan de reactor toegevoerd.

1006147 - 2 -

In de produktkoeleenheid wordt het vloeibare melaminegekoeld met een vloeibaar koelmedium, dat een gas vormt bij de temperatuur van de vloeibare melamine in de produktkoeler, voor het voortbrengen van een vast 5 melamineprodukt zonder wassen of verdere zuivering. Bij voorkeur wordt in EP-A-747366 als vloeibaar koelmedium vloeibare ammoniak gebruikt. De druk in de produktkoeleenheid ligt hierbij boven 41,4 bar. De zuiverheid van het melamine eindprodukt ligt volgens 10 EP-A-747366 boven 99 gew.% maar op commerciële schaal is het moeilijk dit gehalte constant te realiseren. Vooral in melamine-formaldehyde harsen welke toegepast worden in laminaten en/of coatings is dit een nadeel.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het 15 verkrijgen van een verbeterde werkwijze voor de bereiding van melamine uit ureum, waarbij melamine met een hoge graad van zuiverheid als een droog poeder direct uit het reactorprodukt wordt verkregen. Meer in het bijzonder is het doel van de onderhavige uitvinding 20 het verkrijgen van een verbeterd hogedruk proces voor de bereiding van melamine uit ureum waarbij melamine met een hoge graad van zuiverheid als een droog poeder direct uit de vloeibare melaminesmelt via afkoeling wordt verkregen.

25 Aanvrager heeft nu gevonden dat melamine met een constant hoge zuiverheid kan worden geproduceerd door de uit de melaminereactor komende melaminesmelt met een temperatuur gelegen tussen het smeltpunt van melamine en 450 °C via een sproei-inrichting te 30 versproeien en te koelen met een verdampend koelmedium in een vat in een ammoniakomgeving bij een ammoniakdruk van 4,5-25 MPa, waarbij de melaminesmelt wordt omgezet in melaminepoeder met een temperatuur tussen 200 °C en het stolpunt van melamine, waarbij vervolgens het 35 melamine poeder wordt gekoeld tot een temperatuur beneden 200 °C door het poeder mechanisch in beweging te brengen en direct of indirect te koelen, waarna de 1006147 - 3 - ammoniakdruk wordt afgelaten, en het poeder desgewenst verder wordt gekoeld.

Melaminepoeder heeft slechte loop- en fluidisatie-eigenschappen en een lage temperatuur-5 vereffeningscoëfficient (slechte warmtegeleiding).

Gangbare koelwerkwijzen zoals een gefluidiseerd bed of een gepakt moving bed zijn daardoor op commerciële schaal moeilijk te realiseren. Het is aanvraagster echter gebleken, dat met name de kleur van het 10 melaminepoeder nadelig wordt beïnvloed indien de melamine een te lange tijd op hoge temperatuur blijft. Het is dus belangrijk gebleken, de verblijftijd bij hoge temperatuur goed te kunnen controleren. Daartoe is het belangrijk het melaminepoeder goed te kunnen 15 koelen.

Verrassenderwijs bleek het mogelijk te zijn melaminepoeder ondanks de slechte loopeigenschappen te koelen door deze mechanisch in beweging te brengen en tegelijkertijd direct of indirect te koelen. Onder 20 indirecte koeling wordt verstaan dat het mechanisch gewervelde bed van melamine poeder in contact wordt gebracht met een koelend oppervlak. Onder directe koeling wordt verstaan, dat het mechanisch gewervelde bed in contact wordt gebracht met een koelmedium, 25 bijvoorbeeld ammoniak of een luchtstroom. Een combinatie van directe en indirecte koeling is uiteraard ook mogelijk.

Het door sproeien verkregen poeder blijft bij voorkeur gedurende 1 min - 5 uur, met bijzondere 30 voorkeur gedurende 5 min - 2 uur in contact met ammoniak bij een druk van 4,5-25 MPa bij een temperatuur boven 200°C.

Het produkt kan tijdens deze contacttijd op nagenoeg dezelfde temperatuur blijven of zodanig 35 afgekoeld worden, dat het produkt gedurende de gewenste tijd een temperatuur heeft groter dan 200 °C, bij voorkeur groter dan 240 °C en in het bijzonder groter 1006147 - 4 - dan 270 °C.

Het voordeel van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is dat een poedervormig melamine wordt verkregen met een zuiverheid welke constant 5 groter is dan 98.5 gew%, of bij voorkeur groter dan 99 gew.% hetgeen voldoende is voor het gebruiken van de op deze wijze verkregen melamine in nagenoeg alle melamine toepassingen. Tevens is het mogelijk melaminepoeder te verkrijgen met zeer goede kleureigenschappen.

10 Bij de bereiding van melamine wordt bij voorkeur uitgegaan van ureum als grondstof in de vorm van een smelt. NH3 en C02 zijn bijprodukten tijdens de melaminebereiding welke volgens de volgende reactievergelijking verloopt: 15 6 CO(NH2)2 -» C3N6H6 + 6 NH3 + 3 C02

De bereiding kan worden uitgevoerd bij hoge druk, bij voorkeur tussen 5 en 25 MPa, zonder 20 aanwezigheid van een katalysator. De temperatuur van de reactie varieert tussen 325 en 450 °C en ligt bij voorkeur tussen 350 en 425 °C. De bijprodukten NH3 en C02 worden gewoonlijk teruggevoerd naar een aangrenzende ureumfabriek.

25 Het eerdergenoemde doel van de uitvinding wordt verkregen in een inrichting geschikt voor de bereiding van melamine uit ureum. Een voor de onderhavige uitvinding geschikte inrichting kan bestaan uit een wassereenheid, een reactor in combinatie met 30 een gas/vloeistofscheider of met een separate gas/vloeistofschelder, eventueel een nareactor , een eerste koelvat en eventueel een tweede koelvat.

Bij een uitvoeringsvorm van de werkwijze wordt in een inrichting bestaande uit een 35 wassereenheid, een melaminereactor al dan niet in combinatie met een gas/vloeistofscheider of een separate gas/vloeistofscheider, een eerste koelvat en 1006147 - 5 - een tweede koelvat uit ureum melamine bereid. Hierbij wordt ureumsmelt vanuit een ureumfabriek gevoed aan een wassereenheid bij een druk van 5 tot 25 MPa, bij voorkeur 8 tot 20 MPa, en bij een temperatuur boven het 5 smeltpunt van ureum. Deze wassereenheid kan voorzien zijn van een koelmantel teneinde te zorgen voor extra koeling in de wasser. Ook kan de wassereenheid voorzien zijn van interne koellichamen. In de wassereenheid komt het vloeibare ureum in contact met de reactiegassen uit 10 de melaminereactor of uit een achter de reactor geplaatste separate gas/vloeistofscheider. In geval van een separate gas/vloeistofscheider zijn de druk en temperatuur nagenoeg gelijk aan de temperatuur en druk in de melaminereactor. De reactiegassen bestaan in 15 hoofdzaak uit C02 en NH3 en bevatten tevens een hoeveelheid melaminedamp. Het gesmolten ureum wast de melaminedamp uit het afvalgas en voert deze melamine mee terug naar de reactor. In het wasproces worden de afvalgassen gekoeld van de temperatuur van de reactor, 20 dat wil zeggen van 350 tot 425 °C, tot 170 tot 240 °C waarbij de ureum wordt verhit tot 170 tot 240 °C. De afgassen worden verwijderd uit de top van de wassereenheid en bijvoorbeeld teruggevoerd naar een ureumfabriek om daar als grondstof voor de 25 ureumproduktie te worden gebruikt.

Het voorverhitte ureum wordt tezamen met de uitgewassen melamine onttrokken aan de wassereenheid en via bijvoorbeeld een hogedruk pomp toegevoerd aan de reactor welke een druk heeft van 5 tot 25 MPa en bij 30 voorkeur van 8 tot 20 MPa. Ook kan men bij het overbrengen van de ureumsmelt naar de melaminereactor gebruik maken van de zwaartekracht door de wassereenheid boven de reactor te plaatsen.

In de reactor wordt het gesmolten ureum 35 verhit tot een temperatuur van 325 tot 450 °C, bij voorkeur van ongeveer 350 tot 425 °C bij een druk zoals boven weergegeven, onder welke omstandigheden het ureum 1006147 - 6 - wordt omgezet in melamine, C02 en NH3. Aan de reactor kan een hoeveelheid ammoniak gedoseerd worden bijvoorbeeld in de vorm van een vloeistof of hete damp. De toegevoerde ammoniak kan bijvoorbeeld dienen om te 5 voorkomen dat condensatieprodukten van melamine zoals melam, melem en melon ontstaan of om de menging in de reactor te bevorderen. De hoeveelheid toegevoerde ammoniak aan de reactor bedraagt 0 tot 10 mol per mol ureum, bij voorkeur wordt 0 tot 5 mol ammoniak 10 toegepast en in het bijzonder 0 tot 2 mol ammoniak per mol ureum.

Het bij de reactie ontstane C02 en NH3 alsmede de extra toegevoerde ammoniak verzamelen zich in het scheidingsgedeelte bij voorbeeld in de top van de 15 reactor, maar ook een aparte achter de reactor geplaatste gas/vloeistofscheider is mogelijk, en worden in gasvormige toestand afgescheiden van de vloeibare melamine. Bij gebruik van een aparte achter de reactor geplaatste gas/vloeistofscheider kan het van voordeel 20 zijn aan deze scheider ammoniak te doseren. De hoeveelheid ammoniak bedraagt hierbij 0,01-10 mol ammoniak per mol melamine, bij voorkeur 0,1-5 mol. Het voordeel hiervan is dat het kooldioxyde snel wordt afgescheiden waardoor de vorming van zuurstof 25 bevattende bijproducten wordt tegengegaan.

Het na de gas/vloeistofscheiding ontstane gasmengsel wordt geleid naar de wassereenheid voor het verwijderen van melaminedamp en voor het voorverwarmen van de ureumsmelt.

30 De vloeibare melamine met een temperatuur gelegen tussen het smeltpunt van melamine en 450 CC wordt onttrokken aan de reactor of aan de achter de reactor geplaatste gas/vloeistofscheider en kan voor het versproeien eventueel gekoeld worden tot een 35 temperatuur gelegen boven het smeltpunt van melamine.

Bij voorkeur wordt de vloeibare melamine met een temperatuur boven 390°C, meer in het bijzonder 100 6Ί 4 7 - 7 - boven 400°C, ten minste 5°C en in het bijzonder ten minste 15°C gekoeld. Meer in het bijzonder wordt de smelt gekoeld tot een temperatuur die 5-20°C ligt boven het stolpunt van melamine. Het koelen kan in de 5 gas/vloeistofscheider plaatsvinden of in een aparte installatie achter de gas/vloeistofscheider. Het koelen kan plaatsvinden door injectie van een koelend medium, bijvoorbeeld ammoniakgas met een temperatuur lager dan de temperatuur van de melaminesmelt, of middels een 10 warmtewisselaar.

Verder kan ammoniak in de vloeibare melamine gebracht worden zodanig dat een gas/vloeistofmengsel versproeid wordt in de sproeiinrichting.

De druk van ingebrachte ammoniak ligt hierbij 15 boven de druk van de melaminesmelt en bij voorkeur tussen 15 en 45 MPa.

De verblijftijd van de vloeibare melamine tussen de reactor en de sproeiinrichting is bij voorkeur meer dan 10 minuten, in het bijzonder meer dan 20 30 minuten. De verblijftijd zal veelal korter zijn dan 4 uur.

De melaminesmelt wordt eventueel tezamen met ammoniakgas, overgebracht naar een eerste vat waarin de vloeibare melaminesmelt via een sproei-inrichting in 25 een ammoniakomgeving wordt versproeid en met een verdampend medium gekoeld bij een ammoniakdruk van 4,5-25 MPa, bij voorkeur 6-11 MPa waarbij een poeder wordt gevormd met een temperatuur tussen 200 °C en het stolpunt van melamine, bij voorkeur tussen 240 °C en 30 het stolpunt en in het bijzonder tussen 270 °C en het stolpunt.

De sproeiinrichting is een apparaat waarmee de melaminesmelt omgezet wordt in druppels of poeder, door de smelt met grote snelheid in het eerste vat te 35 laten stromen. De sproeiinrichting kan een mozzle of klep zijn. De uitstroomsnelheid van de vloeistof uit de sproeiinrichting is in de regel groter dan 20 m/s, bij 1006147 - 8 - voorkeur groter dan 50 m/s. De melamine druppels uit de sproeiinrichting worden gekoeld tot een poeder door een verdampend koelmedium. Dit koelmedium kan bijvoorbeeld vloeibare ammoniak zijn. De vloeibare ammoniak kan (ten 5 dele) in de melaminesmelt reeds aanwezig zijn, en/of in het eerste vat gesproeid worden.

Na versproeien wordt het melaminepoeder gekoeld tot een temperatuur beneden 200 °C door het poeder mechanisch in beweging te brengen en direct of 10 indirect te koelen. Daarna wordt de ammoniakdruk afgelaten en het produkt desgewenst verder gekoeld.

Het door sproeien verkregen poeder blijft bij voorkeur gedurende 1 min - 5 uur, met bijzondere voorkeur gedurende 5 min - 2 uur in contact met 15 ammoniak bij een druk van 4,5-25 MPa, bij voorkeur 6-11 MPa bij een temperatuur boven 200 °C. Het produkt kan tijdens deze contacttijd op nagenoeg dezelfde temperatuur blijven of afgekoeld worden.

Het door sproeien verkregen poeder kan 20 batchgewijs of continu verwerkt worden. Bij batchgewijze verwerking zal in het algemeen gebruik worden gemaakt van ten minste twee vaten waar de vloeibare melamine versproeid kan worden, waarbij de vaten alternerend gebruikt worden. Als een eerste vat 25 de gewenste hoeveelheid melamine poeder bevat, kan de sproei-installatie afgesloten worden, en kan een volgend vat gevuld gaan worden. In die tijd kan de inhoud van het eerste vat gekoeld worden tot een temperatuur beneden 200 °C. Bij een continue werkwijze, 30 zal in het algemeen de vloeibare melamine versproeid worden in een eerste vat, waarna dit vat geleegd wordt in een tweede vat, waarbij in het tweede vat de koelstap plaats kan vinden. Uiteraard kan een mengvorm van beide methoden toegepast worden.

35 Het melaminepoeder moet worden gekoeld van een temperatuur tussen het smeltpunt van melamine en ongeveer 200 °C, tot een temperatuur beneden 200 °C. De 1006147 - 9 - melaminesraelt wordt bij voorkeur bij het versproeien gekoeld tot een temperatuur van 60 - 10 °C beneden het stolpunt. Het zo verkregen melaminepoeder wordt bij voorkeur ten minste 20 °C, met meer voorkeur ten minste 5 50 °C gekoeld door het poeder mechanisch in beweging te brengen en direct of indirect te koelen.

Het koelen geschiedt met behulp van een apparaat voorzien van middelen om poeder mechanisch te bewegen en voorzien van middelen om poeder direct of 10 indirect te koelen.

De middelen om poeder mechanisch te bewegen zijn bijvoorbeeld een schroef en roterende trommel, een roterende schotel, roterende schijven, roterende segmentschijven, roterende pijpen en dergelijke.

15 Het poeder kan indirect gekoeld worden door het oppervlak van de vaste en/of bewegende delen van het apparaat te koelen, bijvoorbeeld met koelvloeistof zoals water of olie.

De effectieve warmte-overdrachtscoëffient van 20 een geschikt koelapparaat met indirecte koeling is bij voorkeur tussen 10-300 W/m2K, betrokken op het koelend oppervlak van het apparaat.

Bij voorkeur wordt een koelapparaat toegepast dat middelen omvat met een koelend oppervlak van 50 -25 5000 m2.

Het poeder kan direct gekoeld worden door een gasvormig of verdampend koelmedium in het vat te injecteren, bij voorkeur ammoniakgas of -vloeistof.

Bij voorkeur wordt een combinatie van directe 30 en indirecte koeling toegepast.

Dezelfde, of andere koelapparatuur is tevens zeer geschikt om melamine poeder met een temperatuur lager dan 200 °C verder te koelen tot - bij voorkeur -ongeveer omgevingstemperatuur, waarbij tevens de 35 ammoniakdruk afgelaten wordt.

Bij voorkeur wordt ammoniakgas geheel verwijderd (tot een hoeveelheid kleiner dan 1000 ppm, 1006147 - 10 - bij voorkeur kleiner dan 300 ppm en in het bijzonder kleiner dan 100 ppm door lucht door te blazen.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van het volgende voorbeeld.

5

Voorbeeld

Melaminesmelt met een temperatuur van 402 °C wordt via een sproei-installatie in een hogedrukvat gebracht en gekoeld met vloeibare ammoniak dat eveneens 10 in het vat versproeid wordt. De temperatuur in het vat bedraagt 296 °C. Het hogedruk vat is uitgevoerd als roterende trommel voorzien van een wand die gekoeld kan worden en voorzien van een gasinlaatpunt. De ammoniakdruk in het vat varieert tussen 6,8 en 9,2 MPa. 15 Na 1 minuut wordt het produkt gekoeld tot omgevingstemperatuur. De koelstap tot 200 °C duurde 7 minuten. Het eindprodukt bevat 0,4 gew.% melam en minder dan 0,2 gew.% melem.

20 Vergelijkend voorbeeld

Melaminesmelt van 400 °C zich bevindend in een buis waarin een ammoniakdruk heerst van 13,6 MPa wordt snel gekoeld tot omgevingstemperatuur door de gesloten buis in contact te brengen met een mengsel van 25 ijs en water. Het eindprodukt bevat 1,4 gew.% melam en 0,4 gew.% melem.

1006Ί47

Claims (12)

1. Werkwijze voor de bereiding van melamine uit ureum via een hogedruk proces waarbij vast melamine 5 wordt verkregen door de uit de reactor komende melaminesmelt over te brengen naar een vat waar de melaminesmelt wordt gekoeld met een verdampend koelmedium met het kenmerk, dat de uit de melaminereactor komende melaminesmelt met een 10 temperatuur gelegen tussen het smeltpunt van melamine en 450 °C via een sproei-inrichting wordt versproeid en gekoeld met een verdampend koelmedium in een vat in een ammoniakomgeving bij een ammoniakdruk van 4,5-25 MPa, waarbij de 15 melaminesmelt wordt omgezet in melaminepoeder met een temperatuur tussen 200 °C en het stolpunt van melamine, waarbij vervolgens het melamine poeder wordt gekoeld tot een temperatuur beneden 200 °C door het poeder mechanisch in beweging te brengen 20 en direct of indirect te koelen, waarna de ammoniakdruk wordt afgelaten, en het poeder desgewenst verder wordt gekoeld.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het poeder gedurende 1 min - 5 uur, in 25 contact blijft met ammoniak bij een druk van 4,5-

25 MPa, waarbij het produkt tijdens deze contacttijd op nagenoeg dezelfde temperatuur kan blijven of afgekoeld kan worden.

3. Werkwijze volgens een der conclusies 1-2, met het 30 kenmerk, dat de uit de melaminereactor komende smelt via een sproei-inrichting wordt versproeid in een vat in een ammoniakomgeving bij een druk van 6-11 MPa.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, 35 dat de melaminesmelt wordt omgezet in melaminepoeder met een temperatuur tussen 240 °C en het stolpunt van melamine. 1ÜU 6 i47 - 12 -

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de melaminesmelt wordt omgezet in melaminepoeder met een temperatuur tussen 270 °C en het stolpunt van melamine.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het poeder gedurende 5 min - 2 uur in contact blijft met ammoniak.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat het poeder in contact blijft met ammoniak bij 10 een druk van 6-11 MPa.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat het door sproeien verkregen poeder wordt gekoeld met een apparaat voorzien van middelen om poeder mechanisch te bewegen en 15 voorzien van middelen om poeder direct of indirect te koelen.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de middelen om poeder mechanisch te bewegen bestaan uit een roterende schroef, trommel, 20 schotel, schijven, schijfsegmenten, of pijpen.

10. Werkwijze volgens een der conclusies 8-9, met het kenmerk, dat het apparaat een effecieve warmte-overdrachtscoëfficient heeft van 10 - 300 W/m2K, betrokken op het koelend oppervlak.

11. Werkwijze volgens een der conclusies 8-10, met het kenmerk, dat het apparaat een koelend oppervlak heeft van 50-5,000 m2.

12. Werkwijze zoals in hoofdzaak is beschreven aan de hand van de beschrijving en het voorbeeld. 4 0 0 0-1 λ 7 SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDS0NDER20EK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIF1KATIE VAN OE NATIONALE AANVRAGE Kenmerk van oe aanvrager ol van de gemachtigde 9250NL Nederlandse aanvrage nr. Indiermgsdaeum 1006147 . 28 mei 1997 Ingeroepen voorrangsoaum Aanvrager (Naam) DSM N.V. Datum van net verzoek voor een onderzoek van intemasonaai type Door de Instance voor Intemasonaai Onderzoek (ISA) aan net verzoek voor een onderzoek van internationaal type toegekend nr. SN 29395 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassing van verschillende classificaties, alle dassificatiesymboien opgeven) Volgens de Internat» na te classificatie (IPC) Int. Cl.6 : C 07 D 251/60 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK __Onderzochte minimum documentatie_ Classificatiesysteem__ClassilicatiesymDolen_ -_ Int. Cl.6 C 07 D Onderzochte andere documentatie dan ae minimum documentatie voor zover dergelijke documenten in de onderzochte gebieden zijn opgenomen * * III. i I GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen op aanvullingsblad) j j IV.1_1 GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsolad) -orrn PC7/ISA.'201ia) CE 1SS~