NO323867B1 - Fremgangsmate ved fremstilling av melamin fra urea - Google Patents

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 modifisere eksisterende melaminfabrikker.

En liknende fremgangsmåte er beskrevet for eksempel i WO-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 melaminproduktstrøm 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 oppløst 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 melaminrensingen for å fjerne melaminrester som fremdeles er til stede i dampstrømmen. 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 absorp-sjonssone der den kontaktes med en vandig ammoniakkstørm fra melaminrensingen og flytende ammoniakk, i hvilken prosess det oppnås en løsning av konsentrert vandig ammoniakk og karbondioksid (karbamat-oppløsning) og ammoniakkdamp som er nesten fri for vann og karbondioksid. I WO-96/20933 blir denne ammoniakkdamp kondensert 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 fr melaminrensingen, 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 vekr%, at et konsentrasjonstrinn, hvor vann blir fjernet fra karbama-toppløsningen, 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 betjene 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 karabamatoppløsningen fra absorpsjonssonen som blir tilført for eksempel en ureafabrikk.

Forsøk og beregninger foretatt av søker indikerer også at ved fremgangsmåten 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-prosessen beskrevet i Nitrogen Nr. 139, sept./okt. 1982, s. 32-39, hvor det overskytende vann blir fjernet i et konsentrasjonstrinn, er mengden vann i den tilførte karbamatoppløsningen til ureafabrikken omkring 0,5-1,0 tonn vann per tonn melamin. I Stamicarbonprosessen blir gassblandingen som kommer fra melaminreaktoren, avkjølt med et flytende kjøle-medium i kjølekolonnene. Blandingen av damp, væske og eventuelt faststoff, separeres i kjølekolonnene til en dampfase og en flytende fase. Dampfasen passeres til en absorpsjonssone og den flytende fasen til melamingjenvinningen.

De ovenfor nevnte tonn vann per tonn melamin kan bli omdannet til en vannkonsentrasjon i karbamatoppløsningen fra absorpsjonssonen, dersom NH3/CO2-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 NH3per kg CO2. 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 tilføre denne 45-50 vekt% vanninneholdende karbamatstrøm 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 økede anvendelse av damp, kjølevann og elektrisitet.

Det har blitt funnet at denne ulempe kan bli overvunnet ved å returnere en del av den konsentrerte vandige karbamatoppløsningen fra absorpsjonssonen til avkjølingssonen. Spesielt blir en del av den konsentrerte vandige karbamatoppløsningen fra bunnen av absorpsjonssonen returnert til avkjølingssonen.

I WO-96/20933 er denne avkjølingssonen dannet av kjølerøret og skrubbeseksjonen; i Stamicarbon-prosessen består denne kjølesone av kjølekolonner. I begge prosesser blir det gjenværende av den konsentrerte vandige karbamatoppløsning fra absorpsjonssonen tilført til for eksempel en ureafabrikk, fortrinnsvis en høytrykksdel av en ureafabrikk, uten noen ytterligere behandling.

I en utførelsesform av oppfinnelsen blir gasstrømmen som kommer fra kjølekolonnene eller skrubbeseksjonen avkjølt i en kondensator før absorpsjonssonen. Her blir gasstrømmen avkjølt med minst 5°C, fortrinnsvis minst 10°C og spesielt minst 15°C. Den forttynnete karbamatoppløsning som kommer fra kondensatoren forut for absorpsjonssonen, passeres til avkjølingssonen. I denne kondensator utvikles det en gass som er anriket med ammoniakk og karbondioksid og som passeres til absorpsjonssonen. I absorpsjonssonen utvikler det seg så en konsentrert vandig karbamatoppløsning som inneholder mindre vann og som blir delvis returnert til avkjø-lingssonen.

Det flytende kjølemiddel utgjøres fortrinnsvis av en vandig karbamatoppløsning som består av en del av den konsentrerte vandige karbamatoppløsning fra absorpsjonssonen til hvilken moderluten fra melaminrensingen (siste seksjon) kan bli tilsatt, og ammoniakk, karbondioksid og vann kondensert i avkjølingssonen.

20-40 vekt% av gassen som går til absorpsjonssonen, returneres i kondensert form til avkjølingssonen. I det spesielle tilfelle hvor bunnproduktet fra absorpsjonssonen blir returnert, betyr dette at 30-70 vekt% av den konsentrerte karbamatoppløsningen fra absorpsjonssonen blir brukt for avkjøling av gasstrømmen som kommer fra reaktoren, og fortrinnsvis 35-65 vekt%. Det gjenværende tilføres for eksempel en ureafabrikk,

men kan også bli benyttet for andre formål så som en gjødslingsmiddelfabrikk eller produksjon av ammoniakk.

Det har blitt funnet at i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir vanninnholdet av den konsentrerte karbamatoppløsningen fra absorpsjonssonen til slutt 20-35 vekt%. Dette gjør den delen av denne karbamatoppløsningen som returneres til ureafabrikken, egnet for direkte behandling. Dette betyr at konsentrasjonstrinnet er overflødig.

Videre ble det funnet at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er spesielt egnet for såkalte gassfasemelaminfabrikker som drives ved et trykk på 0,6-2,5 MPa, mer spesielt ved trykk mellom 0,7 MPa og 2,2 MPa.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for å modifisere eksisterende melaminprosesser så som de beskrevet i WO-96/20933 og Stamicarbon-prosessen som beskrevet i den tidligere nevnte Nitrogen-publikasjon.

Oppfinnelsen illustreres ved de følgende eksempler.

Eksempler I - III

Melamin ble fremstilt i et sylindrisk fluidisert sjikt med en innvendig diameter på 1 m 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 tilført 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, CO2, melamindamp og spor av biprodukter, og ble avkjølt i et kjølerør med flytende kjølemiddel. En del av den konsentrerte vandige karbamatoppløsningen fra absorpsjonssonen ble returnert til avkjølingssonen. Det gjenværende av den konsentrerte karbamatoppløsningen ble tilført til den tilstøtende ureafabrikk. Delen av karbamatet fra absorpsjonssonen som ble returnert til avkjølingssonen samt mengden av vann i karbamatstrømmen fra absorpsjonssonen er angitt i Tabell 1.

Sammenligningseksempel A

Analogt med Eksempler I - HI ble melamin fremstilt, bortsett fra at ingen karbamat fra absorpsjonssonen ble returnert til avkjølingssonen. 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 vedat en del av den konsentrerte vandige karbamatoppløsning fra absorpsjonssonen returneres til avkjølingssonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den gassformige produktstrøm som kommer fra reaktoren, avkjøles med en del av karbamatoppløsningen fra absorpsjonssonen, til hvilken oppløsningsmoderlut fra melaminrensingen og ammoniakk, karbondioksid og vann kondensert i avkjølingssonen, kan bli tilsatt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert vedat 30-70 vekt% av den konsentrerte vandige ammoniumkarbamatstrøm fra bunnen av absorpsjonssonen anvendes for avkjøling av gasstrømmen som kommer fra reaktoren.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert vedat gasstrømmen som kommer fra kjølekolonnene eller skrubbeseksjonen, avkjøles i en kondensator før absorpsjonssonen.

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

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert vedat 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.