NO323864B1 - Fremgangsmate ved fremstilling av melamin fra urea - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte ved fremstilling av melamin fra urea ved høy temperatur og ved nærvær av en katalysator, hvor en gassformig produktstrøm blir dannet og som blir satt i kontakt med et flytende kjølemedium i en avkjølingssone og hvor temperaturen i skrubbeseksjonen er senket ved å anvende et ekstra kjøletrinn.

Description

FREMGANGSMÅTE VED FREMSTILLING AV MELAMIN FRA UREA

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling av melamin fra urea ved høy temperatur og ved nærvær av en katalysator hvor en gassformig produktstrøm blir dannet som settes i kontakt med et flytende kjølemiddel i en avkjølingssone, samt en teknikk for å modernisere eksisterende melaminfabrikker.

En liknende fremgangsmåte er beskrevet for eksempel i W0-96/20933. Denne beskriver fremstillingen av melamin ved å tilføre urea og ammoniakk til en reaktor ved et trykk mellom 1,4 MPa og 2,0 MPa og en temperatur som er høy nok til nesten fullstendig omdannelse av urea til melamin ved nærvær av en katalysator. Ved fremgangsmåten blir det dannet en gasstrøm inneholdende melamin, ammoniakk og karbondioksid. I WO-96/20933 blir denne gasstrømmen avkjølt med et vandig kjølemiddel i hva som er kjent som et kjølerør under utvikling av en damp-væske-blanding, hvilken blanding er nesten fri for faste bestanddeler. Denne damp-væske-blanding blir atskilt i dette kjølerøret til en vandig melamin-produktstrøm og en dampstrøm. Dampstrømmen fra kjølerøret er nesten fri for urea og melamin og består i hovedsak av ammoniakk, karbondioksid og vanndamp. Den vandige melamin-produktstrøm er nesten fri for faststoff og inneholder opp-løst ammoniakk og karbondioksid. Etter at den oppløste ammoniakk og karbondioksid er fjernet ved hjelp av damp i en strippeseksjon, blir den vandige melaminproduktstrøm passert til melaminrensing hvor melaminet blir gjenvunnet. I denne strippeseksjon utvikler det seg også en dampstrøm som i hovedsak består av ammoniakk, karbondioksid og vanndamp. Dampstrømmen fra kjølerøret, sammen med dampstrømmen fra strippeseksjonen, skrubbes i en skrubbeseksjon med en vandig oppløsning (moderlut) fra melaminopprensingen for å fjerne melaminrester som fremdeles er tilstede i dampstrøm-men. Denne vandige oppløsningen kan inneholde ammoniakk, karbondioksid og melamin. Kjølerøret og skrubbeseksjonen utgjør kjølesonen i prosessen ifølge WO-96/20933. Dernest blir gasstrømmen fra skrubbeseksjonen passert til en ab-sorpsjonssone der den kontaktes med en vandig ammoniakkstrøm og flytende ammoniakk, i hvilken prosess det oppnås en løsning av konsentrere vandig ammoniakk og karbondioksid (karbamatoppløsning) og ammoniakkdamp som er nesten fri for vann og karbondioksid. I WO-96/20933 blir denne ammoniakkdamp kondensert og delvis returnert til absorpsjonssonen, hvor det gjenværende etter inndamping blir brukt som fluidiseringsgass for reaktoren. Den vandige oppløsning fra skrubbeseksjonen passeres til kjølerøret og benyttes der som kjølemiddel.

Den konsentrerte vandige karbamatoppløsning fra absorpsjonssonen, som WO-96/20933 angir å inneholde 20-35 vekt% vann, blir for eksempel tilført en ureafabrikk. Således blir gassblandingen i WO-96/20933 som kommer fra reaktoren, avkjølt med moderluten fra melaminopprensingen, hvilken væske passeres til kjølerøret via skrubbeseksjonen.

WO-96/20933 angir at vanninnholdet av karbamatoppløsningen fra absorpsjonssonen er så lav, d.v.s. 20-35 vekt%, at et konsentrasjonstrinn, hvor vann blir fjernet fra karbamat-oppløsningen, ikke er nødvendig før karbamatoppløsningen tilføres til en ureafabrikk.

Forsøk utført av søker i samsvar med prosessen beskrevet i WO-96/20933, indikerer imidlertid at det er fordelaktig å fjerne vann fra karbamatoppløsningen dersom målet er å be-tjene kombinasjonen melaminfabrikk og ureafabrikk på den mest økonomiske måte.

I en melaminfabrikk blir vann brukt bl.a. som en komponent av det flytende kjølemiddel. En del av vannet ender til slutt opp i karbamatoppløsningen fra absorpsjonssonen som blir tilført for eksempel en ureafabrikk.

Forsøk og beregninger foretatt av søker indikerer også at ved fremgangsmåen ifølge WO-96/20933 er den utførte mengden av vann omkring 2,5 tonn vann per tonn melamin. I en økonomisk optimal prosess så som Stamicarbon-proesessen beskrevet i Nitrogen Nr. 139, sept./okt. 1982, s. 32-39, er den utførte mengde vann omkring 0,5-1,0 tonn vann per tonn melamin.

De ovenfor nevnte tonn vann per tonn melamin kan bli omdan-net til en vannkonsentrasjon i karbamatoppløsningen fra ab-sorpsj onssonen, dersom NH3/C02-forholdet av den utførte karbamatoppløsningen er bestemt. Dersom fabrikken ifølge WO-96/20933 blir drevet på en økonomisk optimal måte, er dette forholdet minst for eksempel 1,3 kg NH3 per kg C02. Dette betyr at vannkonsentrasjonen i karbamatoppløsningen fra absorpsjonssonen i prosessen ifølge WO-96/20933 er 45-50 vekt%. I den tidligere nevnte Stamicarbon-prosess er denne kun 20-25 vekt%.

For å oppnå denne 45-50 vekt% vanninneholdende karbamat-strøm til en ureafabrikk, er det økonomisk attraktivt å ytterligere konsentrere karbamatoppløsningen ved å fjerne vann fra denne oppløsningen. Ulempen med dette er at dette tilsier ytterligere investeringer og at prosessen blir mer kostbar grunnet den øket anvendelse av damp, kjølevann og elektrisitet.

Det har blitt funnet at denne ulempe kan bli overvunnet ved å senke temperaturen i skrubbeseksjonen ved å anvende et ekstra kjøletrinn. Dette resulterer i at karbamatoppløs-ningen fra absorpsjonssonen har et lavere vanninnhold enn karbamatoppløsningen fra absorpsjonssonen beskrevet i WO-96/20933 .

Det flytende kjølemiddel tilført i avkjølingssonen består foretrukket av en vandig karbamatoppløsning som utgjøres av moderlut fra melaminrensingen (siste seksjon) til hvilken det kan tilsettes ammoniakk, karbondioksid og vann kondensert i kjølesonen.

Avkjøling i skrubbeseksjonen reduserer vannkonsentrasjonen i det flytende kjølemiddel. Som et resultat av reduksjonen i vanninnhold i det flytende kjølemiddel, blir det oppnådd en mer konsentrert karbamatoppløsning i absorpsjonssonen, hvilken oppløsning er egnet for bruk i en ureafabrikk uten behov for å anvende et ekstra konsentrasjonstrinn.

Det har også blitt funnet at i prosessen ifølge oppfinnelsen blir vanninnholdet av den konsentrerte karbamatoppløs-ning fra absorpsjonssonen til slutt 20-35 vekt%.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte ved fremstilling av melamin fra urea ved høy temperatur og ved nærvær av en katalysator, hvor en gassformig produktstrøm blir oppnådd som blir satt i kontakt med et flytende kjølemiddel i en avkjølingssone, særpreget ved at temperaturen i skrubbeseksjonen blir senket ved å anvende et ekstra kjøletrinn.

I en første utførelsesform blir temperaturen i skrubbeseksjonen senket ved å passere væsken fra skrubbeseksjonen til en varmeveksler, avkjøle væsken i varmeveksleren ved hjelp av et flytende kjølemiddel, for eksempel kjølevann, og så returnere den avkjølte væsken til kjølesonen. Det er også mulig å avkjøle både væskestrømmen som kommer fra skrubbeseksjonen og gasstrømmen og å returnere en del av den konsentrerte gassfase til kjølesonen. I dettet tilfelle blir også en konsentrert vandig karbamatoppløsning med et lavt vanninnhold oppnådd fra absorpsjonssonen. Den fortynnede karbamatoppløsning som blir oppnådd her fra kondensatoren installert før absorpsjonssonen, kan så valgfritt til slutt bli brukt som kjølevæske i kjølesonen.

I en andre utførelsesform blir en del av varmen trukket ut ved å avkjøle moderluten fra melaminrensingen før moderluten passeres til skrubbeseksjonen. En ytterligere temperatursenkning kan bli oppnådd ved anvendelse av den første utførelsesform.

Væsken fra skrubbeseksjonen avkjøles, og som et resultat av dette blir temperaturen i skrubbeseksjonen redusert med minst 5°C, spesielt minst 10°C. Dette gjør at temperaturen i skrubbeseksjonen minsker til 100-150°C. Tempertursenk-ningen i skrubbeseksjonen kan også bli oppnådd ved å redu-sere temperaturen av moderluten fra melaminrensingen før den returneres til kjølesonen. Dette resulterer også, etter absorpsjonstrinnet, i en konsentrert vandig karbamat-oppløsning som kan bli tilført til en ureafabrikk direkte.

Videre har det blitt funnet at prosessen ifølge oppfinnelsen er spesielt egnet i hva som er kjent som gassfase mela-minf abrikker som drives ved et trykk på 0,6-2,5 MPa, mer spesielt ved trykk mellom 0,7 MPa og 2,2 MPa.

Oppfinnelsen kan også benyttes for å modifisere eksisterende melaminfabrikker.

Oppfinnelsen illustreres ved de følgende eksempler.

Eksempler I - III

Melamin ble fremstilt i et sylindrisk fluidisert sjikt med en innvendig diameter på 1 meter og en høyde på 15 m. Katalysatoren ble fluidisert ved å innføre ammoniakk gjennom en gassfordelingsplate og ble varmet med varmevekslerrør i reaktoren gjennom hvilken det strømmet smeltet salt. Flytende urea ble sprayet inn i reaktoren ved hjelp av en to-fase sprayinnretning ved å bruke ammoniakk som atomiserende gass. Reaktoren ble drevet ved 390°C og et totaltrykk på 0,7 MPa (Eksempel 1), 1,7 MPa (Eksempel II) og 2,0 MPa (Eksempel III). Urea ble sprayet ved en hastighet på 1,4 tonn/time med 0,7 tonn ammoniakk per time via to-fase-sprayinnretningene. Ammoniakk ble tilført gjennom fluidiseringsplaten ved en hastighet på 0,7 tonn/time. Omdannelsen av vannfri urea til melamin i forhold til likevekt, var høyere enn 98%. Gasstrømmen fra reaktoren inneholdt NH3, C02/ melamindamp og spor av biprodukter, og ble avkjølt i et kjølerør med flytende kjølemiddel. Vanninnholdet av det flytende kjølemiddel ble redusert ved å avkjøle en fortynnet karbamatoppløsning fra skrubbeseksjonen. Temperaturen i skrubbeseksjonen ble senket her til temperaturen angitt i Tabell 1. Denne avkjøling ble oppnådd i en varmeveksler ved hjelp av kjølevann, hvorpå den avkjølte væske ble returnert til skrubbeseksjonen. Karbamatstrømmen som kommer fra absorpsjonssonen, ble tilført til den tilstøtende ureafabrikk direkte. Vannkonsentrasjonen i denne karbamatstrømmen er gitt i Tabell 1.

Sammenligningseksempel A

Analogt med Eksempler I - III ble melamin fremstilt, bort-sett fra at temperaturen i skrubbeseksjonen ikke ble senket. Karbamatstrømmen som kommer fra absorpsjonssonen var for tynn til å bli tilført til en ureafabrikk uten et mel-lomliggende trinn. Referer til Tabell 1.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av melamin fra urea ved høy temperatur og ved nærvær av en katalysator, hvor en gassformig produktstrøm blir oppnådd som blir satt i kontakt med et flytende kjølemiddel i en avkjølingssone, karakterisert ved at temperaturen i skrubbeseksjonen blir senket ved å anvende et ekstra kjøle-trinn.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen i skrubbeseksjonen blir senket ved å passere væsken fra skrubbeseksjonen til en varmeveksler, avkjøle væsken i varmeveksleren ved hjelp av et flytende kjølemedium og så returnere den avkjølte væske til kjølesonen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved at temperaturen i skrubbeseksjonen er redusert med minst 5°C.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at temperaturen i skrubbeseksjonen er redusert med minst 10°C.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at gassen som kommer fra reaktoren, har et trykk på mellom 0,6 og 2,5 MPa.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at gassen som kommer fra reaktoren, har et trykk på mellom 0,7 og 2,2 MPa.

7. Teknikk for å modifisere eksisterende melaminfabrikker ved å anvende fremgangsmåten ifølge krav 1-6.