NO312194B1 - Fremgangsmåte ved fremstilling av melamin - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av melamin fra urea via an høytrykksprosess i hvilken det faste melaminprodukt erholdes ved overføring av melaminsmelten fra reaktoren inn i et produkt-kjøle-kammer, hvori melaminsmelten avkjøles med ammoniakk.

En slik fremgangsmåte er bl.a. vist i EP-A-747366 som beskriver en høytrykksprosess for fremstillling av melamin fra urea. Mere spesielt beskriver EP-A-747366 hvorledes urea pyrolyseres i en reaktor som arbeider ved et trykk i området 10,34 - 24,13 MPa og en temperatur i området 354 - 454°C, til å gi et reaktorprodukt. Dette reaktorprodukt inneholdende flytende melamin, C02 og NH3 overføres under trykk som en blandet strøm til en separator.

I denne separator, som holdes ved i det vesentlige det samme trykk og den samme temperatur som i reaktoren, blir reaktorproduktet separert i en gass-strøm og i en væs-kestrøm. Gass-strømmen inneholder hovedsakelig C02 og NH3 avgasser og en mindre andel av melamindamp. Væskestrømmen omfatter hovedsakelig en melaminsmelte. Gass-strømmen overføres til en vaskeenhet, mens væskestrømmen overføres til en produkt-kjøleenhet.

I vaskeenheten, som arbeider ved de samme temperatur- og trykkbetingelser som er nær identiske med betingelsene i reaktoren, blir gass-strømmen vasket med smeltet urea. Varmeoverføringen som oppnås i vaskeenheten vil både forvarme den smeltede urea og avkjøle gass-strømmen til en temperaturen i området 177 - 232°C. Den smeltede urea vasker også gass-strømmen for å fjerne melamindampen fra avgassene. Forvarmet smeltet urea, sammen med melamin som ble vasket ut fra C02 og NH3 avgassene innmates deretter til reaktoren.

I produkt-kjøleenheten blir melaminsmelten avkjølt og størknet med et flytende kjølemedium til å gi et fast, høyrent melaminprodukt uten behov for ytterligere rens-ning. Det foretrukne flytende kjølemedium er ett som dan-ner en gass ved melaminsmeltens temperatur og ved trykket i produkt-kjøleenheten. EP-A-747366 identifiserer flytende ammoniakk som det foretrukne flytende kjølemedium og med et trykk i produkt-kjøleenheten overstigende 41,4 bar. Selv om det i henhold til EP-A-747366 oppnås en renhet i det faste melaminprodukt ved å anvende den viste fremgangsmåte som var større enn 99 vekt%, så har denne ren-hetsgrad vist seg vanskelig å bibeholde kontinuerlig i en kommersiell skala. Den manglende evne til å bibeholde en renhet større enn 99 vekt% er en ulempe som gjør det pro-duserte melamin mindre velegnet for mere krevende anven-delser, spesielt melamin-formaldehydharpikser anvendt i laminater og/eller belegg.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte ved fremstilling av melamin fra urea som muliggjør kontinuerlig fremstilling av høyrent melamin i form av et tørt pulver direkte fra reaktorproduktet. Mere spesielt er hensikten med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret høytrykksprosess for fremstilling av melamin fra urea, hvor høyrent melamin erholdes som et tørt pulver direkte fra melaminsmelten ved avkjøling av melaminsmelten med et flytende kjølemedium.

Det er funnet at høyrent melamin kan kontinuerlig fremstilles direkte fra melaminsmelten som kommer fra separatoren. Melaminsmelten, som har en temperatur mellom melaminets smeltepunkt og ca. 450°C sprøytes via sprøytemidler inn i et størknekammer. En ammoniakkatmosfære bibeholdes i størknekammeret med et ammoniakktrykk som er over 1 MPa, fortrinnsvis over 1,5 MPa, mere foretrukket over 4,5 MPa og ytterligere mere foretrukket over 6 MPa. Den øvre grense for ammoniakktrykket er under 4 0 MPa, fortrinnsvis under 25 MPa og mere foretrukket under 11 MPa. Når melamin-smeiten innføres i størknekammeret blir den avkjølt og størkner ved kontakt med væskeformig og gassformig ammoniakk til å gi melaminpulver med en temperatur i området 200°C og størknepunktet for melamin, fortrinnsvis mellom 240°C og størknepunktet og mere foretrukket mellom 270°C og størknepunktet. Etter størkning blir melaminpulveret holdt under ammoniakktrykk med en kont akt tid i området 6 s

- 5 timer, fortrinnsvis"'mellom 3 0 s og 2 timer.

Under denne kontakttid vil temperaturen for melaminproduktet forbli i det vesentlige konstant eller kan avkjøles

til en temperatur over 200°C, fortrinnsvis over 240°C, eller mere foretrukket, over 270°C, i løpet av en tidsperiode på 6 s og 5 timer, fortrinnsvis over en periode i området 3 0 s - 2 timer. Melaminproduktet kan avkjøles i størk-nekammeret eller i et separat kjølekammmer.

Fordelen ved foreliggende fremgangsmåte er at ved den kontinuerlig fremstilling, i kommersiell skala, erholdes et tørt melaminpulver med en renhet over 99 vekt%. Det høyre-ne melamin fremstilt i henhold til oppfinnelsen er egnet for i det vesenlige alle melaminanvendelser, innbefattende melaminformaldehydharpikser anvendt i laminater og/eller belegg.

Ved fremstilling av melamin anvendes fortrinnsvis urea som råmateriale, idet ureaen innmates i reaktoren som en smel-te og omsettes ved forhøyet temperatur og trykk. Urea rea-gerer til å gi melamin, og biproduktene NH3 og C02 i henhold til følgende reaksjonsligning:

Fremstillingen av melamin fra urea kan utføres ved høyt trykk, fortrinnsvis i området 5 - 25 MPa uten nærvær av en katalysator, ved reaksjonstemperaturer i området 325 - 450°C og fortrinnsvis 350 - 425°C. Biproduktene NH3 og C02 blir vanligvis resirkulert til en tilstøtende ureafabrikk. Den ovenfor nevnte hensikt med oppfinnelsen oppnås ved å anvende et apparat egnet for fremstillingen av melamin fra urea. Et apparat egnet for utøvelse av foreliggende oppfinnelse kan omfatte en vaskeenhet, en reaktor med enten en integrert gass/væske-separator eller en separat gass/væske-separator, og muligvis en etter-reaktor, et første kjølekammer og muligvis et andre kjølekammmer. Når en separat gass/væske-separator anvendes er trykket og temperaturen i separatoren i det vesentlige identisk med temperatur og trykk i reaktoren.

I en utførelsesform av oppfinnelsen blir melamin fremstilt fra urea i et apparat omfattende en vaskeenhet, en mela-minreaktor med enten en integrert gass/væske-separator eller en separat gass/væske-separator, et første kjøle-kammmer, og et andre kjølekammer. I denne utførelsesform blir ureasmelten innmatet i vaskeenheten som arbeider ved et trykk i området 5-25 MPa, fortrinnsvis 8 - 20 MPa, og ved en temperatur over smeltepunktet for urea. Denne vaskeenhet kan være forsynt med en kjølekappe eller interne kjølelegemer for å gi ytterligere temperaturkontroll.

Når ureasmelten passerer gjennom vaskeenheten bringes den i kontakt med avgassene som stammer fra melaminreaktoren eller den separate gass/væske-separator. Reaksjonsgassene består hovedsakelig av C02 og NH3 og kan innbefatte en mindre mengde melamindamp. Ureasmelten vasker ut melamindamp fra C02 og NH3 avgassene og fører denne melamin tilbake til reaktoren. Under vaskeprosessen blir avgassene avkjølt fra reaktortemperaturen, dvs. 350 - 425°C til 170 - 240°C, i-det ureaen oppvarmes fra 170°C til 240°C. C02 og NH3 avgassene fjernes fra toppen av vaskeenheten og kan eksempelvis resirkuleres til en tilstøtende ureafabrikk, hvor de kan anvendes som råmaterialer for ureafremstillingen.

Den forvarmede ureasmelten trekkes av fra vaskeenheten, sammen med melaminet utvasket fra avgassene, og overføres til høytrykkksreaktoren som arbeider ved et trykk i området 5-25 MPa, fortrinnsvis i området 8-20 MPa. Denne o- verføring oppnåes ved anvendelse av høytrykkspumper, eller skrubberen er plassert over reaktoren ved hjelp av tyngdekraften eller en kombinasjon av tyngdekraft og pum-per .

I reaktoren blir ureasmelten oppvarmet til en temperatur i området 325 - 450°C, fortrinnsvis mellom 350 - 425°C, under et trykk i området 5-25 MPa, fortrinnsvis mellom 8 - 20 MPA, for å omdanne ureaen til melamin, C02 og NH3. I tillegg til ureansmelten kan en viss mengde ammoniakk innmates til reaktoren eksempelvis som væske eller varm damp. Den ytterligere ammoniakkmengde, selv om den er eventuell, kan eksempelvis tjene til å forhindre dannelse av konden-sasjonsprodukter av melamin slik som melam, melem og me-lon, eller for å fremme blanding i reaktoren. Mengden av ytterligere tilført ammoniakk til reaktoren kan være opp til 10 mol ammoniakk pr. mol urea, fortrinnsvis opp til 5 mol ammoniakk pr. mol urea, og mere foretrukketk opp til 2 mol ammoniakk pr. mol urea.

C02 og H3 dannet under reaksjonen, såvel som eventuelt til-satt ammoniakk, oppsamles i separasjonsseksjonen, eksempelvis i toppen av reaktoren eller i en separat gass/væske-separator plassert nedstrøms for reaktoren, og separe-res fra det flytende melamin. Hvis en separat, nedstrøms gass/væske-separator anvendes kan det være fordelaktig å innmate ytterligere ammoniakk til denne separator. Mengden av ammoniakk i dette tilfelle er 0,01 - 10 mol ammoniakk pr. mol melamin, og fortrinnsvis 0,1-5 mol ammoniakk pr. mol melamin. Tilsetning av ytterligere ammoniakk til separatoren fremmer en rask separasjon av karbondioksyd fra reaktorproduktet, og forhindrer således dannelsen av oksy-gen- inneholdende biprodukter. Som beskrevet ovenfor kan gassblandingen som fjernes fra gass/væske-separatoren fø-res til vaskeenheten for å fjerne melamindamp og forvarme ureasmelten.

Melaminsmelten, med en temperatur mellom melaminets smeltepunkt og 450°C trekkes av fra reaktoren eller fra ned-strøms gass/væske-separatoren og sprøytes inn i kjølekam-meret for å gi et fast melaminprodukt. Før innsprøytning kan imidlertid melaminsmelten avkjøles fra reaktortemperaturen til en temperatur nærmere, men dog over melaminets smeltepunkt.

Melaminet vil trekkes av fra reaktoren ved en temperatur fortrinnsvis over 390°C, mere foretrukket over 400°C, og vil avkjøles minst 5°C, og fortrinnsvis minst 15°C før innsprøytning i kjølekammeret. Mest foretrukket blir melaminsmelten avkjølt til en temperatur som er 5-20°C over melaminets størknepunkt. Melaminsmelten kan avkjøles i gass/væske-separatoren eller i et separat apparat ned-strøms for gass/væske-separatoren. Avkjølingen kan finne sted ved injeksjon av et kjølemedium, eksempelvis ammoni-akkgas med en temperatur under melaminsmeltens temperatur eller ved å passere melaminsmelten gjennom en varmeveks-ler .

Ytterligere kan ammoniakk innføres i melaminsmelten på en slik måte at en gass/væske-blanding sprøytes inn i sprøy-teanordningen. I dette tilfelle blir ammoniakken innført ved et trykk over det for melaminsmelten og fortrinnsvis ved et tryk i området 15-45 MPa.

Oppholdstiden for melaminsmelten mellom reaktoren og sprøyteanordningen er fortrinnsvis minst 10 min og mere foretrukket minst 3 0 min og vanligvis mindre enn 4 timer.

Melaminsmelten, eventuelt sammen med ammoniakkgass, over-føres til sprøyteanordningen hvor smeiten sprøytes inn i et første kjølekammer for å størkne melaminsmelten ved forhøyet trykk for dannelse av et tørt melaminpulver. Det således dannede.melaminpulver har en temperatur mellom 200°C og størknepunktet for melamin, fortrinnsvis mellom 240°C og størknepunktet, og mere foretrukket mellom 270°C og størknepunktet. Et forøket trykk betyr et trykk over 1 MPa, fortrinnsvis over 1,5 MPa, og mere foretrukket over 4,5 MPa og ytterligere mere foretrukket over 6 MPa. Den øvre grense for ammoniakktrykket er under 4 0 MPa, fortrinnsvis under 25 MPa og mere foretrukket under llMPa.

Melaminpulveret blir deretter holdt under et ammoniakk-trykk i en kontakttid mellom 6 s og 5 timer, og fortrinnsvis i en periode mellom 3 0 s og 2 timer. Under denne kontakttid ble melaminpulvere holdt ved temperaturen eller kan avkjøles ytterligere til en temperatur over 200°C, fortrinnsvis over 240°C, og mest foretrukket over 270°C, i en tidsperiode mellom 6 s og 5 timer, fortrinnsvis i en periode mellom 30 s og 2 timer. Om ønsket kan denne ytterligere kjøling finne sted i det første kjølekammer eller et separat, andre kjølekammmer.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til det etterfølgende eksempel.

Eksempel

Melaminsmelte med en temperatur på 402°C ble innført, via en sprøyteanordning inn i et høytrykkskammer og avkjølt med flytende ammoniakk som samtidig ble sprøytet inn i kammeret. Temperaturen i kammeret var 296°C og ammoniakktrykket varierte mellom 6,8 MPa og 9,2 MPa. Etter 2 min ble melaminpulveret avkjølt til omgivelsestemperaturen. Sluttproduktet inneholdt 0,5 vekt% melam og mindre enn 0,2 vekt% melem.

Sammenlianinaseksempel

Melaminsmelte ved 400°C, holdt i et rør under et ammoniakktrykk på 13,6 MPa, ble raskt avkjølt til omgivelsestemperaturen ved å bringe det lukkede rør i kontakt med en

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av melamin fra urea via en høytrykksprosess hvor fast melamin erholdes ved at melaminsmelten fra reaksjon overføres til et kammmer hvor melaminsmelten avkjøles med ammoniakk, karakterisert ved . at. melaminsmelten som kommer fra melaminreaktoren og har en temperatur mellom melaminets smeltepunkt og 450°C, sprøytes via sprøytemid-ler inne i et kammer til et ammoniakkmiljø ved et trykk på over 1 MPa, hvor melaminsmelten omdannes til melaminpulver med en temperatur mellom 200°C og melaminets størknepunkt, idet pulveret deretter holdes i kontakt med ammoniakk i en tidsperiode på 6 s - 5 timer ved et trykk over 1 MPa, hvor produktet enten holdes ved i det vesentlige den samme temperatur under kontakttiden eller avkjøles på en slik måte at produktet har en temperatur over 200°C i en tidsperiode på 6 s - 5 timer, og at avkjøling finner sted i det samme kammmer eller i et separat kjølekammmer.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at melaminsmelten omdannes til melaminpulver med en temperatur mellom 240°C og melaminets størknepunkt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at melaminsmelten omdannes til melaminpulver med en temperatur mellom 270°C og melaminets størknepunkt.

4. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at pulveret holdes i kontakt med ammoniakk i en tidsperiode på 30 s - 2 timer .

5. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at produktet har en temperatur over 240°C i en tidsperiode på 6 s - 5 timer .

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at produktet har en temperatur over 270°C i 6 s - 5 timer.

7. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-6, karakterisert ved at produktet har en temperatur over 240°C i en tidsperiode på 30 s - 2 timer.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at produktet har en temperatur over 270°C i en tidsperiode på 30 s - 2 timer.