NL1014280C2 - Werkwijze voor de bereiding van melamine uit ureum. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN MELAMINE UIT UREUM 5

De uitvinding betreft een werkwijze voor de bereiding van melamine uit ureum bij verhoogde temperatuur in aanwezigheid van een katalysator waarbij 10 een gasvormige produktstroom wordt verkregen die in een koelzone in contact wordt gebracht met een koelvloeistof.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit WO-96/20933. Hierin wordt de bereiding van melamine 15 beschreven door ureum en ammoniak aan een reactor toe te voeren bij een druk gelegen tussen 1,4 MPa en 2,0 MPa en een temperatuur voldoende hoog voor het nagenoeg volledig omzetten van ureum in melamine in aanwezigheid van een katalysator. Hierbij wordt uit de reactor een 20 gasstroom verkregen welke melamine, ammoniak en kooldioxyde bevat. Deze gasstroom wordt in WO-96/20933 met een waterige koelvloeistof gekoeld in een zogenaamde quenchpijp waarbij een damp-vloeistof mengsel wordt gevormd welk mengsel nagenoeg vrij is van 25 vaste bestanddelen. Dit damp-vloeistof mengsel wordt in deze quenchpijp gescheiden in een waterige melamine produktstroom en een dampstroom. De dampstroom uit de quenchpijp is nagenoeg vrij van ureum en melamine en bestaat in hoofdzaak uit ammoniak, kooldioxyde en 30 waterdamp. De waterige melamine produktstroom is nagenoeg vrij van vaste stoffen en bevat opgelost ammoniak en kooldioxyde. De waterige melamine produktstroom wordt, nadat de opgeloste ammoniak en kooldioxyde met behulp van stoom in een stripsectie 1014288 - 2 - zijn verwijderd, overgebracht naar de melaminezuivering waar de melamine wordt vrijgemaakt. In deze stripsectie ontstaat tevens een dampstroom in hoofdzaak bestaande uit ammoniak, kooldioxyde en waterdamp. De dampstroom 5 uit de quenchpijp wordt tezamen met de dampstroom uit de stripsectie gewassen in een wassectie met een waterige oplossing (moederloog) uit de melaminezuivering om nog aanwezige resten melamine uit de dampstroom te verwijderen. Deze waterige oplossing 10 kan mogelijk ammoniak, kooldioxyde en melamine bevatten. Quenchpijp en wassectie vormen'tezamen de koelzone in het proces volgens WO-96/20933. De gasvormige stroom uit de wassectie wordt vervolgens in een absorptiezone in kontakt gebracht met een waterige 15 ammoniakstroom en vloeibare ammoniak waarbij een geconcentreerde waterige ammoniak en kooldioxyde bevattende oplossing (carbamaatoplossing) wordt verkregen en een nagenoeg water en kooldioxydevrije ammoniak damp. Deze ammoniakdamp wordt in WO-96/20933 20 gecondenseerd en gedeeltelijk geretourneerd naar de absorptiezone terwijl de rest na verdamping wordt gebruikt als fluidisatiegas voor de reactor. De waterige oplossing uit de wassectie wordt overgebracht naar de quenchpijp en daar als koelvloeistof gebruikt. 25 De geconcentreerde waterige carbamaatoplossing uit de absorptiezone, waarvan in W0-96/20933 vermeld wordt dat deze 20-35 gew.% water bevat, wordt overgebracht naar een ureumfabriek. Het uit de reactor komende gasmengsel wordt in WO-96/20933 30 dus gekoeld met uit de melaminezuivering komende moederloog welke via de wassectie naar de quenchpijp wordt overgebracht.

1 0 1 4 2 8 0 - 3 -

In WO-96/20933 wordt vermeld dat het watergehalte in de carbamaatoplossing uit de absorptiezone dermate laag is, te weten 20 - 35 gew.%, dat een concentreringsstap, waarin water uit de 5 carbamaatoplossing wordt verwijderd, overbodig is voordat de carbamaatoplossing naar een ureumfabriek wordt overgebracht.

Uit experimenten van aanvrager en uitgevoerd volgens het proces beschreven in WO-10 96/20933, blijkt echter dat het van voordeel is water uit de carbamaatoplossing te verwijderen, indien men de combinatie van melamine- en ureumfabriek op de meest economische wijze wil bedrijven.

Water wordt in een melaminefabriek onder 15 andere gebruikt als bestanddeel van de koelvloeistof.

Uiteindelijk komt een gedeelte van dit water terecht in de carbamaatoplossing uit de absorptiezone welke bijvoorbeeld overgebracht wordt naar een ureumfabriek.

Uit experimenten en berekeningen van 20 aanvrager blijkt tevens dat de hoeveelheid geëxporteerd water in het proces volgens WO-96/20933 circa 2,5 ton water per ton melamine bedraagt. In een economische optimaal proces, bijvoorbeeld het Stamicarbon proces zoals beschreven in Nitrogen Nr 139, sept/okt 1982, blz 25 32-39, bedraagt de hoeveelheid geexporteerd water circa 0,5 - 1,0 ton water per ton melamine.

De bovengenoemde tonnen water per ton melamine kunnen omgerekend worden naar een waterconcentratie in de carbamaatoplossing uit de 30 absorptiezone, als de verhouding NH3 / CO2 in de carbamaatoplossing die wordt geëxporteerd, wordt vastgelegd. Als de fabriek volgens WO-96/20933 *10 14 2 3 0 - 4 - economisch optimaal bedreven wordt is deze verhouding minimaal, bijvoorbeeld 1,3 kg NH3 per kg C02. Dit betekent dat de waterconcentratie in de carbamaatoplossing uit de absorptiezone in het proces 5 volgens WO-96/20933 45 - 50 gew.% bedraagt. In het bovengenemde Stamicarbon proces is dit slechts 20 - 25 gew.%.

Voor overbrenging van deze 45-50 gew.% water bevattende carbamaat-stroom naar een ureumfabriek 10 is een verdere concentrering van de carbamaatoplossing, door water uit deze oplossing te verwijderen, economisch aantrekkelijk. Het nadeel hiervan is dat dit extra investeringen met zich meebrengt en het proces duurder wordt door een toename van het gebruik aan 15 stoom, koelwater en elektriciteit.

Gevonden werd dat dit nadeel kan worden opgeheven door de temperatuur in de wassectie te verlagen door een extra koelstap toe te passen. De . carbamaatoplossing uit de absorptiezone krijgt hierdoor 20 een lager watergehalte dan de carbamaatoplossing uit de absorptiezone zoals beschreven in WO 96/20933.

De in de koelzone toegepaste koelvloeistof bestaat bij voorkeur uit een waterige carbamaatoplossing welke is samengesteld uit moederloog 25 uit de melaminezuivering (natrein) waaraan kan zijn toegevoegd in de koelzone gecondenseerde ammoniak, kooldioxyde en water.

Door koeling in de wassectie wordt de waterconcentratie in de koelvloeistof verlaagd. Door de 30 daling van het watergehalte in de koelvloeistof wordt in de absorptiezone een meer geconcentreerde carbamaatoplossing verkregen die wel geschikt is voor 1014280 - 5 - gebruik in een ureumfabriek zonder gebruik te hoeven maken van een extra concentreerstap.

Tevens werd gevonden dat met de werkwijze volgens de uitvinding het watergehalte in de 5 geconcentreerde carbamaatoplossing uit de absorptiezone uiteindelijk 20-35 gew.% bedraagt.

In een eerste uitvoeringsvorm wordt de temperatuur in de wassectie verlaagd door de vloeistof uit de wassectie over te brengen naar een 10 warmtewisselaar, de vloeistof in de warmtewisselaar te koelen meteen koelvloeistof, bijvoorbeeld koelwater, en vervolgens de gekoelde vloeistof te retourneren naar de koelzone. Het is ook mogelijk zowel de uit de wassectie komende vloeistofstroom als de gasstroom te koelen en 15 een deel van de gecondenseerde gasfase te retourneren naar de koelzone. Ook dan wordt uit de absorptiezone een geconcentreerde waterige carbamaatoplossing verkregen met een laag watergehalte. De hierbij verkregen verdunde carbamaatoplossing uit de voor de 20 absorptiezone geplaatste condensor wordt daarna eventueel gebruikt als koelvloeistof in de koelzone.

In een tweede uitvoeringsvorm wordt een gedeelte van de warmte afgevoerd door de moederloog uit de melaminezuivering te koelen alvorens deze naar de 25 wassectie over te brengen. Verdere temperatuurverlaging kan worden verkregen door toepassing van de eerste uitvoeringsvorm.

De vloeistof uit de wassectie wordt gekoeld waardoor de temperatuur in de wassectie met ten minste 30 5 °C wordt verlaagd, in het bijzonder met tenminste 10 °C. Hierdoor daalt de temperatuur in de wassectie tot i ü 1 4 2 8 0 - 6 - 100-150 °C. Verlaging van de temperatuur in de wassectie kan eveneens gerealiseerd worden door de moederloog uit de melaminezuivering in temperatuur te verlagen alvorens deze naar de koelzone wordt geretourneerd. Ook 5 dit resulteert na de absorptiestap in een geconcentreerde waterige carbamaatoplossing die direct naar een ureumfabriek gestuurd kan worden.

Verder werd gevonden dat de werkwijze volgens de uitvinding bijzonder geschikt is in 10 zogenaamde gasfase melaminefabrieken welke werken bij een druk van 0,6-2,5 MPa, meer in het bijzonder bij drukken tussen 0,7 MPa en 2,2 Mpa.

De uitvinding kan verder worden toegepast voor het modificeren van bestaande melaminefabrieken.

15 De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden.

Voorbeelden I t/m III: 20

De melaminebereiding vond plaats in een cilindrisch gefluidiseerd bed met een inwendige diameter van 1 meter en een hoogte van 15 m. De katalysator werd gefluidiseerd door invoer van ammoniak via een 25 gasverdeelplaat en werd verwarmd door in de reaktor aangebrachte warmtewisselaarspijpen waardoor gesmolten zout stroomde. Vloeibare ureum werd aan de reaktor gedoseerd met behulp van een tweefasensproeier met ammoniak als verstuivingsgas. De reaktor werd bedreven 30 bij 390 °C en een totaaldruk van 0,7 MPa (Voorbeeld I), 1,7 MPa (Voorbeeld II) en 2,0 MPa (Voorbeeld III). De ureumdosering bedroeg 1,4 ton/uur met 0,7 ton/uur 1014280 - 7 - ammoniak via de tweefasensproeiers. De- ammoniaktoevoer via de fluidisatieplaat bedroeg 0,7 ton/uur. De conversie van watervrije ureum naar melamine t.o.v. het evenwicht was meer dan 98%. De gasstroom uit de reaktor 5 bevatte NH3/ C02, melaminedamp en sporen bijprodukten en werd in de quenchpijp gekoeld met koelvloeistof. Het watergehalte in de koelvloeistof werd verlaagd door een verdunde waterige carbamaatoplossing uit de wassectie te koelen. De temperatuur in de wassectie werd hierbij 10 verlaagd tot de temperatuur genoemd in tabel 1. Dit koelen werd uitgevoerd in een warmtewisselaar met behulp van koelwater en waarna de gekoelde vloeistof werd geretourneerd naar de wassectie. De uit de absorptiezone komende carbamaatstroom kon rechtstreeks 15 .overgebracht worden naar de. aangrenzende ureumfabriek. De waterconcentratie in deze carbamaatstroom staat vermeld in tabel 1.

20 Vergelijkend voorbeeld A:

Analoog aan voorbeelden I t/m III werd melamine gemaakt met dit verschil dat de temperatuur in de wassectie niet werd verlaagd. De uit de absorptiezone komende 25 carbamaatstroom was daarna te verdund om zonder tussenstap naar een ureumfabriek te worden overgebracht. Zie tabel 1.

U 14 210 - 8 -Tabel 1 I " Voorbeeld ' ï ïï ïïï A ~j

Druk in Mpa — o,7 1,7 2,0 1,7

Temperatuur in de 110 130 135 158

wassectie in °C

Watergehalte in carbamaat 29 26 25 49 uit absorptiezone in gew.% — Hoeveelheid geëxporteerd 0,95 0,77 0,74 2,5 water in kg per kg melamine 1 0 14 2 80

Claims (8)

1. Werkwijze voor de bereiding van melamine uit ureum 5 bij verhoogde temperatuur in aanwezigheid van een katalysator waarbij een gasvormige produktstroom wordt verkregen die in een koelzone in contact wordt gebracht met een koelvloeistof, met het kenmerk, dat de temperatuur in de wassectie wordt 10 verlaagd door een extra koelstap toe te passen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de temperatuur in de wassectie verlaagd wordt door de vloeistof uit de wassectie over te brengen naar een warmtewisselaar, de vloeistof in de 15 warmtewisselaar te koelen meteen koelvloeistof en vervolgens de gekoelde vloeistof te retourneren naar de.koelzone.

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de temperatuur in de wassectie met ten minste 20 5 °C wordt verlaagd,

4. Werkwijze volgens conclusies 3, met het kenmerk, dat de temperatuur in de wassectie met ten minste 10 °C wordt verlaagd.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, 25 dat het uit de reactor komende gas een druk heeft tussen 0,6 en 2,5 MPa.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het uit de reactor komende gas een druk heeft tussen 0,7 en 2,2 Mpa.

7. Methode voor het modificeren van bestaande melaminefabrieken door toepassing van de werkwijze volgens conclusies 1-6. 014280 - 10 -

8. Werkwijze zoals deze volgt aan de hand van de beschrijving en de voorbeelden. 014280 ;>HlVlCNTf»Er\WHUJ Vt.nun/»»u irv.1 I RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IOENTIFIKATIE VAN OE NATIONALE AANVRAGE Kenmerk wan da aanvrager of van de gemachtigde __4093 NL_, Nederlandse aanvrage nr. Indieningsdatum 1014280 3 februari 2000 Ingeroepen voorrangsdatum Aanvrager (Naam) DSM N.V. Datum van tiet verzoek voor een onderzoek van internationaal type Ooor de Instantie voor Internationaal Onderzoek USA) aan het ver· zoek voor een onderzoek van internationaal type toegekend'nr. SN 34407 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassing van verschillende classificaties, aHe classificatiesymbolen opgeven) Volgens de Internationale classificatie (IRC) lnt.CI.7: C07D251/60 C07B63/00 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN OE TECHNIEK __Onderzochte minimum documentatie_ Classificatiesysteem__ClassificatiesymOoten___ lnt.CI.7: C07D C07B Onderzochte andere documentatie dan da minimum documentatie voor zover dergeiiike documenten in de onderzochte gebieden zijn opgenomen O ***· I I GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen op aanvullingsblad) W· | | GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsblad) | f Perm f>CT/ISA/201<«> 07.1979