Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania me- laminy przez ogrzewanie mocznika lub produktów jego rozkladu termicznego w obecnosci katalizatora i amo¬ niaku i urzadzenie do przeprowadzania tego sposobu zawierajace co najmniej dwie warstwy katalizatora utrzy¬ mywane w stanie sfluidyzowanym.Melaimine mozna otrzymac odparowujac ciekly lub staly mocznik i przepuszczajac otrzymane gazy, wraz z gazem nosnym, przez fluidalna warstwe katalizatora utrzymywana w temperaturze 300—450°C, lub tez wpro¬ wadzajac mocznik bezposrednio do warstwy kataliza¬ tora fluidyzowanej gazem obojetnym i/lub amoniakiem.Gazowa mieszanine zawierajaca melamine odprowa¬ dza sie nastepnie i wyodrebnia sie z niej melamine.Zaproponowano uprzednio prowadzenie reakcji w reaktorze zawierajacym dwie oddzielone od siebie war¬ stwy sfluidyzowanego materialu granulowanego. I tak, wedlug opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 3150611, 3095416 i 3152128 mocznik od¬ parowuje w pierwszej warstwie fluidalnej i rozklada sie w obecnosci materialu nie promotorujacego przemiany produktów rozkladu w melamine w warunkach panuja¬ cych w tej warstwie, po czym otrzymane pary kieruje* sie do drugiej strefy zawierfajacej sfluidyzowany katali¬ zator, gdzie ulegaja one przemianie w melamine. We¬ dlug opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ame¬ ryki nr 3332947 zgranulowany katalizator wprowadza sie, wraz z mocznikiem i produktami jego rozkladu, do pierwszej strefy, w której utrzymuje sie stosunkowo nis- 10 15 20 25 30 kq temperature, po czym mieszanine te przemieszcza sie do drugiej strefy, gdzie panuje wyzsza temperatura i tworzy sie melamina. Wydajnosc tych procesów jest znacznie nizsza od 95%.Wedlug holenderskiego opisu patentowego nr 6503913 reakcje prowadzi sie w pierwszej strefie reakcji w tem¬ peraturze 370—450°C, a w drugiej strefie w tempera¬ turze 330—370°C, w obecnosci niewielkich ilosci kata¬ lizatora, okresowo lub ciagle wymienianego miedzy tymi dwoma strefami. Sugerowano wprawdzie, ze tym spo¬ sobem utrzymuje sie w dluzszym okresie czasu aktyw¬ nosc i selektywnosc katalizatora, jednak wydajnosc reakcji nie przekracza 95%.Z polskiego opisu patentowego nr 103473 znany jest sposób wykorzystywania urzadzenia do wtryskiwania w procesie wytwarzania melaminy. Zaleta tego sposo¬ bu jest znacznie nizsza korozja urzadzenia do wtryski¬ wania w porównaniu z korozja, której ulegaja urza¬ dzenia w znanych procesach. Sposób ten moze byc stosowany w kombinacjach ze sposobem wedlug wy¬ nalazku dajac ten sam skutek, jednak w przeciwienst¬ wie do sposobu wedlug wynalazku nie ma wplywu na calkowita wydajnosc procesu. Sposób wedlug omawia¬ nego opisu zwieksza jednak efektywny czas pracy aparatury.Postepujac sposobem wedlug wynalazku uzyskuje sie poprawe selektywnosci katalizatora, a wydajnosc reak¬ cji tworzenia melaminy moze przekroczyc 95% war¬ tosci teoretycznej, zblizajac sie nawet lub osiagajac 116 5471 3 wartosci wynikajace z warunków równowagi termody¬ namicznej, a to wskutek najefektywniejszego wykorzys¬ tania ciepla reakcji.Poprawe wydajnosci w sposobie wedlug wynalazku o- siaga sie zapobiegajac przemieszczaniu sie nierozlozo- nego mocznika do górnej strefy reaktora. Uzyskuje sie to.przez umieszczenie w reaktorze wspomnianej prze¬ grody przepuszczajacej katalizator, na przyklad siatki, plyty perforowanej lub innego równowaznego elementu, który zmniejsza osiowe mieszanie sie katalizatora i roz¬ dziela katalizator na dolna i górna strefe fluidalna.Sposób wytwarzania melaminy przez ogrzewanie mo¬ cznika lub produktów jego rozkladu termicznego w o- becnosci katalizatora i amoniaku w reaktorze z co naj¬ mniej dwoma warstwami katalizatora utrzymanego w slanie fluidalnym wedlug wynalazku polega na tym, ze reakcje prowadzi sie w reaktorze zawierajacym przegro¬ de przepuszczalna dla katalizatora, dzielaca katalizator na dolna, strefe fluidalna utrzymywana w -temperaturze 325—425°C, do której wprowadza sie; surowiec i gdzie wiekszosc surowca ulega przemianie do melaminy, oraz górna strefe fluidalna, utrzymywana w temperaturze nie nizszej niz temperatura w strefie dolnej, przy czym przegroda pozwala na przeplyw katalizatora miedzy tymi sitrelami w ilosci 5—75% w stosunku do ilosci przemiesz¬ czajacej sie miedzy tymi strefami przy braku przegrody w reaktorze.Przeplyw katalizatora wyraza sie wagowa Iloscia ka¬ talizatora przemieszczajacego sie przez plaszczyzne w dowolnym kierunku na jednostke czasu i jednostke po¬ wierzchni. Sredni czas przebywania katalizatora w gór¬ nej strefie wynosi 5—2000 sekund, w stosowanych zwy¬ kle warunkach reakcji.Przy prowadzeniu reakcji sposobem wedlug wynalaz¬ ku wiekszosc melaminy tworzy sie w dolnej strefie. Ga¬ zy wyplywajace z tej strefy zawieraja jeszcze produkty rozkladu mocznika, ulegajace egzotermicznej przemianie do melaminy w górnej strefie, bedacej jak gdyby „post- reaktorem". Dzieki obecnosci przegrody przepuszczaja-, cej katalizator, ograniczajacej wprawdzie jego mieszanie osiowe lecz umozliwiajace w pewnym stopniu wymiane katalizatora miedzy obiema strefami, cieplo wydzielone w górnej strefie moze byc zaabsorbowane przez kataliza¬ tor i przeniesione do dolnej strefy, gdzie jest wykorzy¬ stywane do termicznego rozkladu mocznika. Jezeli jed¬ nak wymiana bylaby zbyt szybka, do górnej strefy przedostawalaby sie znaczna ilosc katalizatora z nie- przereagawanym mocznikiem, wskutek czego w celu o- siagniecia pozadanej wydajnosci trzeba by w górnej strefie stosowac wanstwe o duzej, nie do przyjecia wy¬ sokosci. Jezeli natomiast wymiana jest za mala, niewiel¬ ka ilosc katalizatora ogrzana cieplem egzotermicznej reakcji przebiegajacej w górnej strefie, przeplywa do dolnej strefy i czesc tego ciepla reakcji jest stracona z mieszanina poreakcyjna.Jezeli zastosuje sie przegrode o zbyt malej powierz¬ chni przekroju swobodnego, tzn, mala bedzie ilosc prze¬ plywajacego katalizatora, wówczas mniej korzystny be¬ dzie bilans cieplny i nastapi spadek cisnienia. Jezeli natomiast uzyje sie siatkUo zbyt duzej powerzchni prze¬ kroju swobodnego, czyli ilosc przeplywajacego kataliza¬ tora bedzie duza, to poprawa wydajnosci bedzje nie¬ wielka.Szczególnie odpowiednie sa przegrody pozwalajace na , przeplyw 10-^50% ilosci katalizatora przemieszczajace- « 547 4 go sie miedzy strefami bez iprzegrody w warunkach re¬ akcji. Czas przebywania katalizatora w górnej strefie wy¬ nosi wówczas 10—200 sekund.Jako przegrode miedzy dwoma strefdmi, w których 5 znajduja sie warstwy fluidalne, stosuje sie korzystnie s siatke plaska, zebrowana lub falista. Mozna stosowac inne, równowazne tym elementy, takie jak równolegle -prety lub rury, szykany lub plyty perforowane. Wymia¬ na katalizatora miedzy strefa dolna i górna zalezy nie 10 tylko od rodzaju przegrody, ale takze od typu kataliza¬ tora i szybkosci przeplywu gazu przez reaktor.Melamina powstaje glównie w dolnej strefie fluidal¬ nej, która moze byc skonstruowana jak znane urza¬ dzenia tego typu, Reakcje mozna w niej prowadzic 15 w znanych warunkacji. Na przyklad czas przebywania reagentów w tej strefie moze wynosic 5—300 sekund, Temperature nizszej warstwy fluidalnej utrzymuje sie w okreslonym zakresie przy uzyciu wymiennika ciepla, którego elementy umieszczone sa w reaktorze i przez 20 które przeplywa nosnik ciepla, na przyklad stopione sole. W dolnej strefie utrzymuje sie temperature 325— 425°C, korzystnie 350—380°C. Temperatura reakcji za¬ lezy od cisnienia w reaktorze; zwiekszeniu cisnienia po¬ winno towarzyszyc korzystnie podwyzszenie tempera- 25 tury. - Dobre rezultaty uzyskuje sie wstrzykujac stopiony mo¬ cznik bezposrednio do warstwy fluidalnej w dowolnym miejscu. Mozna równiez wprowadzac do warstwy mo¬ cznik staly, albo tez przepuszczac go przez warstwe 30 lub. wiele warstw materialu obojetnego.Górna strefa dziala jako strefa poreakcyjna, wskutek •czego jej objetosc moze byc mniejsza niz objetosc górnej strefy . JezeJi srednica obu stref jest taka sama, wysokosc fluidalnej warstwy katalizatora w górnej stre- 35 fie moze wynosic 0,2—5 metrów. W przypadku naj¬ nizszej z tych warstw poprawa wydajnosci jest nieznacz¬ na, przy czym wydajnosc nie musi byc proporcjonalna do ilosci katalizatora w górnej strefie wynoszacej 0,5— —4,0 metrów, korzystnie 1,0—3 metrów. 40 Przegroda jest tak usytuowana, aby przy braku prze¬ plywu gazu znajdowala sie w warstwie katalizatora Lub tuz ponad nia. W stanie fluidyzacji górne warstwy ka¬ talizatora w dolnej strefie prawie siega przegrody, nad która znajduje sie pewna ilosc sfluidyzowanego kata- 45 lizatora. W literaturze mozna znalezc wzory do obli¬ czania wysokosci warstwy fluidalnej w górnej strefie Warstwy katalizatora rozdzielnej na dwie czesci siat¬ ka. Wysokosc ta zalezy, na przyklad, od ksztaltu reak¬ tora, powierzchni przekroju swobodnego, ilosci kata- 50 lizatora, fizycznych wlasnosci katalizatora i predkosci przeplywu gazu w reaktorze; patrz na przyklad, Cana- dian Journal of Chemical Engineering, 51, 573—577 (1973).W razie potrzeby w warstwie fluidalnej w dolnej stre- 55 fie mozna umiescic urzadzenie do rozdzialu gazu. Mo¬ zna takze stosowac reaktor, którego srednica w górnej strefie rózni sie od srednicy strefy dolnej.Sredni czas przebywania reagentów w górnej strefie zalezy od wysokosci wprstwy fluidalnej w tej strefie óo oraz od predkosci przeplywu gazu i wynosi 0,5—20 se- „ kund. Najlepsze rezultaty uzyskuje sie dla czasów prze¬ bywania 1—10 sekund. Temperatura w górnej strefie jest równa lub wyzsza od temperatury w dolnej stre¬ fie i zazwyczaj nie przekracza 450°, a korzystnie wyno¬ si 350—400°C.116 547 W korzystnej realizacji sposobu wytwarzania mela-' miny z mocznika w podwyzszonej temperaturze i pod zwiekszonym cisnieniem (0,490—1,17*103 kPa) we 1lu- idalnej warstwie aktywnego katalitycznego materialu, w obecnosci gazu zawierajacego amoniak stosowane¬ go jako czynnik fluidyzujacy, wedlug wynalazku stopio¬ ny mocznik wtryskuje sie wraz z gazem fluidyzujacym, przez urzadzenie zasilajace w surowiec do naczynia reakcyjnego zawierajacego wspomniana warstwe flui¬ dalna, rozdzielona co najmniej jedna przegroda pio¬ nowa, rozciagajaca sie od poziomu powyzej wlotu su¬ rowców do poziomu ponizej .górnej powierzchni war¬ stwy fluidalnej, dzielaca warstwe na co najmniej dwie strefy, przy czym w co najmniej w jednej z nich czast¬ ki katalizatora wznosza sie do góry razem ze stopionym mocznikiem i w co najmniej jednej z nich czastki ka¬ talizatora opadaja, a w strefie lub w strefach zawiera¬ jacych opadajace czastki katalizatora znajduja sie ele¬ menty wymiennika ciepla dostarczajace cieplo niezbed¬ ne do prowadzenia reakcji.Srodowisko reakcyjne jest silnie korozyjne, zwlaszcza w obszarach gdzie obecny jest nieprzereagowany mo¬ cznik. Poprzednio próby rozwiazania problemu korozji, polegajace na wprowadzanki mocznika do warstwy flu¬ idalnej powyzej wymienników ciepla maja te wade, ze powyzej wlotu mocznika musi znajdowac sie jeszcze dosc duza ilosc katalizatora, co wymaga stosowania duzego naczynia reakcyjnego i malej predkosci prze¬ plywu gazu, w celu osiagniecia zadowalajacej wydaj¬ nosci (holenderski opis patentowy nr 7305960).W korzystnej realizacji sposobu wedlug wynalazku korozja elementów wymiennika ciepla jest znacznie mniejsza niz w konwencjonalnym reaktorze nie zawie¬ rajacym przegród pionowych. Ponadto, zmniejszona jest równiez korozja innych metalowych czesci reaktora, zwlaszcza scian reaktora oraz dystrybutorów gazu za¬ mocowanych na dole reaktora. Umozliwia to uzycie tanszych tworzyw konstrukcyjnych na sciany reaktora i elementy wnetrza reaktora.Ponownego podziala naczynia reakcyjnego, zgodnie ze sposobem wedlug wynalzku, mozna dokonac na przyklad umieszczajac w naczyniu reakcyjnym piono¬ wa, otwarta obustronnie rure, lub co najmniej jedna plyte pionowa u osi srednicy naczynia. Naczynie to mozna podzielic na wiecej niz dwie strefy stosujac prze¬ cinajace sie plyty lub wiele elementów rurowych, tak ze utworzona zostaje co najmniej jedna strefa, w któ¬ rej wznosza sie czastki katalizatora i wiele stref, w których nastepuje opadanie czastek katalizatora, czy tez, w razie potrzeby, jednakowa ilosc stref wznosze¬ nia i opadania katalizatora. W razie potrzeby elemen¬ ty przegród mozna tak zaprojektowac, aby mogly one jednoczesnie sluzyc jako elementy wymiennika ciepla.Korzystna przegroda pionowa jest rura o jednako¬ wej srednicy od wlotu do wylotu, dzielaca warstwe flu¬ idalna na dnie wspólsrodkowej strefy. Strefa central¬ na zawiera wówczas elementy potrzebne do doprowa¬ dzenia ciepla i w niej wznosi sie katalizator. Uzycie stre¬ fy centralnej jako strefy wznoszenia katalizatora ma te zalete, ze latwo jest umiescic wymiennik ciepla w warstwie katalizatora i korozja reaktora jest znacznie slabsza bowiem strefa wznoszenia, gdzie jest najbar- "" dziej agresywne srodowisko otoczona jest rurowa prze¬ groda. Dysze wprowadzajace mocznik do reaktora pro- motuja wówczas przeplyw czastek katalizatora ze strefy opadania ziarn do strefy wznoszenia. Konstrukcja prze- grody, zwlaszcza rurowej, moze byc lekka ze wzgledu na to, ze nie przenosi ona zadnych obciazen, a róznica cisnien miedzy strefami jest niewielka. 5 Przegrode mozna zamocowac w reaktorze na stale lub tak, aby mozna ja bylo zdemontowac, jezeli prze¬ szkadza przeplywowi katalizatora. Przegroda moze na przyklad spoczywac na podporze znajdujacej sie na plycie rozdzielajacej adz lub moze byc polaczona z 10 pokrywa naczynia reakcynego, albo przytwierdzona do wewnetrznej sciany naczynia reakcyjnego elementami rozlacznymi, czy tez moze spoczywac na wystepach wy¬ stajacych z tej sciany. Tworzywem konstrukcyjnym na te przegrode moze byc na przyklad stal nierdzewna w 15 rozmaitych gatunkach.Dól przegrody lub przegród znajduje sie powyzej wlo¬ tu surowców, w odleglosci zaleznej od rodzaju dysz mocznikowych do wprowadzania surowca, wynoszacej zazwyczaj 10—100 cm, korzystnie 25—60 cm. 20 Górna przegroda lub przegrody znajduja sie ponizej górnej powierzchni warstwy fluidalnej, tak ze czastki katalizatora moga latwo przemieszczac sie z jednej strefy do drugiej. Odleglosc miedzy góra przegrody i górna powierzchnia warstwy fluidalnej wynosi zwykle 25 co najmniej 10 cm. Dlugosc przegrody wynosi co naj¬ mniej 1 metr.Przegroda pionowa calkowicie znajduje sie w warst¬ wie fluidalnej w dolnej strefie. Nie powinna ona wy¬ stawac ponad przegrode rozdzielajaca warstwe kata- 30 lizatora na strefe dolna i górna, gdyz utracona by zu¬ pelnie korzysci wynikajace z wynalazku.W konsekwencji zmniejszaloby sie wydajnosc mela- miny, a ponadto zniknalby pozytywny wplyw pionowej przegrody na howanie korozji. Ponadto, znikneloby sy- 35 nergistyczne dzialanie kombinacji, przegród pionowych i poziomych. Efekt ten polega na tym, ze taka kom¬ binacja umozliwia wprowadzanie wiekszych ilosci surow- * ca niz te, które mozna by ipodac w obecnosci jednego tylko rodzaju iprzegród, przy zachowaniu co najmniej w takiej sumy /wydajnosci i braku wiaocznej korozji.Zastosowanie przegrody pionowej powoduje miesza¬ nie w warstwie fluidalnej, wskutek czego od elementów wymiennika ciepla przejmowane sa wystarczajace ilosci • ciepla. 45 Powierzchnia przekroju poprzecznego strefy lub stref opadania katalizatora moze wynosic 5—35%i korzystnie 10—25% powierzchni calkowitego swobodnego przekroju naczynia reakcyjnego.Stosunek szybkosci do srednicy czesci reaktora mie- 50 szajacej fluidalna warstwe katalizatora podzielona na strefy, moze wynosic 0,5:1 — 10:1, korzystnie 1:1 — 5:1* Stosunek dlugosci do srednicy przegrody rurowej wy* nosi korzystnie 1:1 — 10:1.Korzystne jest prowadzenie procesu w górnej strefie 55 w warunkach praktycznie adiabatycznych: Temperatura w tej strefie wyznaczona jest wówczas stopniem wy- miany katalizatora miedzy strefa górna i izotermicznie - pracujaca strefa dohq oraz iloscia ciepla wydzielona podczas przebiegu egzotermicznej reakcji. Do górnej 60 strefy nie dodaje sie swiezego mocznika. Mozna tez odbierac cieplo z górnej strefy innym sposobem, na przyklad za pomoca wymiennika ciepla.W niektórych przypadkach konieczne moze byc ogra¬ niczenie rozmiarów dolnej strefy, tak ze trudno jest 65 umiescic tam dostatecznie duza powierzchnie grzejna.116 547 8 Mozna wówczas zastosowac czesciowo otwarta prze¬ grode (miedzy strefami i czesc powierzchni wymiany ciepla zainstalowac w górnej strefie. Cieplo dostar¬ czone przez wymiennik w górnej czesci odbierane jest wówczas przez katalizator i z nim przenoszone jest do dolnej strefy. Moze to zmniejszyc nieco wydajnosc lecz ma te zalete, ze ulega zmniejszeniu calkowita wyso¬ kosc 'reaktora i objetosc warstwy katalizatora w dolnej strefie imoze byc mniejsza.Warstwe fluidalna moze obnizyc w stosunku do warstwy w urzadzeniach konwencjonalnych stosujac ele¬ menty rozdzielajace gaz, na przyklad plyte rozdzielaja-* cq gaz, przez która przeplywa gaz fiuidyzujacy warstwe.W razie potrzeby natezenie przeplywu tego gazu moze byc wieksze pod strefa lub strefami wznoszenia czastek katalizatora niz pod strefa lub strefami opadania ziarn katalizatora.Mocznik podaje sie w stanie stopionym jedna lub wieloma dyszami, zwlaszcza przeznaczonymi do przeply¬ wu dwóch faz znajdujacymi sie w urzadzeniach do wprowadzania surowca. Takie dysze korzystnie jest za¬ mocowac w scianie reaktora powyzej plyty rozdziela¬ jacej gaz, a to w celu ulatwienia montazu i eksploata¬ cji oraz w celu unikniecia zatykania ziarnami kataliza¬ tora przy zatrzymaniu przeplywu gazu lub zmniejsze¬ niu ilosci gazu fluidyzujacego. Na ogól dysze umieszcza sie 10—75 cm powyzej dystrybutora gazu, tak ze sto¬ piony mocznik nie jest rozpryskiwany bezposrednio nad dystrybutor gazu. Jezeli w reaktorze znajduje sie przegroda pionowa, korzystnie jest" tak umieszczac dy¬ sze, aby strumien stopionego mocznika skierowany byl poziomo lub byl lekko pochylony ku dolowi i koniec Izw. „plomienia z dyszy" osiagnal punkt pod strefa lub strefami wznoszenia, przy czym „plomien" moze rozpo¬ scierac sie pod strefa lub strefami opadania.Gaz u zawierajacego amoniak, stosowanego jako gaz, syntezowy, uzywa sie równoczesnie w roli gazu fluidy¬ zujacego, a mozna go równiez wykorzystywac jako gaz atomizujacy stopiony mocznik. Stosunek amoniaku do mocznika moze wynosic, na przyklad 1—5 Nm3 amo¬ niaku na 1 kg mocznika, korzystnie 1,5—2 Nm3 na 1 kg dwutlenku wegla w dolnej czesci reaktora. Pred¬ kosc gazu w reaktorze, mierzono powyzej dolnej stre¬ fy, moze zawierac sie w granicach 5—200 cm/s, przy czym w wiekszosci przypadków wynosi 20-—70 om/s.Jako katalizator mozna stosowac kazdy z dobrze znanych katalizatorów stosownaych przy wytwarzaniu melaminy z mocznika, na przyklad tlenek glinowy, tle¬ nek glinowy na krzemionce, krzemionka, tlenek tytanu, tlenek cyrkonu, fosforan boru lub fosforan glinu oraz ich mieszaniny. Stosowane tu terminy: „katalizator" lub „material aktywny katalitycznie" oznacza substancje promotujaca przemiane mocznika w melamine w wa¬ runkach reakcji.Zwykre przy wierzcholku., reaktora znajduje sie cyklon db oddzielania czastek stalego katalizatora od gazów poreakcyjnych, polaczony z rura opadowa, która za¬ wraca sie czastki do warstwy katalizatora. W szczegól¬ nej realizacji sposobu wedlug wynalazku rura ta siega górnej czesci strefy opadania czastek katalizatora.Jezeli sposób wedlug wynalazku prowodzic zgodnie ze znanymi rozwiazaniami rura opadowa musi siegac dna zloza fluidalnego, bowiem inaczej moga pojawiac sie trudnosci w sfluidyzowaniu materialu. Konsekwencja tego jest jednak koniecznosc umieszczenia cyklonu w 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 znacznej odleglosci ponad zlozem w celu pokonania róznicy cisnien wynikajacej z róznicy gestosci czastek katalizatora w warstwie i w rurze opadowej.W realizacji sposobu wedlug wynalazku problemu tego nie ma, a zatem wystarcza krótsza rura i znacz¬ nie nizszy reaktor.Wynalaze zilustrowano rysunkiem fig., nie stanowiacym jakiegokolwiek jego ograniczenia. Na rysunku fig. przed¬ stawia reaktor do wykonywania sposobu wedlug wyna¬ lazku, przy czym poszczególne symbole oznaczaja: 1 reaktor, 2 — dysza mocznika, 3 — dysza mocznika, 4 — dysza zasilajaca w gaz, fluidyzujacy, 5 — plyta dy¬ strybucyjna gazu fluidyzujacego, 6 — rurowy wymiennik ciepla, 7 — pólka sitowa, 8 — rurowy wymiennik cie¬ pla, 9 — cyklon odpylajacy, 10 — rura opadowa, 11 — wylot gazu syntezowego, 12 — przegroda pionowa.Do reaktora 1 wtryskuje sie dyszami 2 i 3 mocznik wraz z NH3, kierujac te mieszanine do fluidyzowanego zloza czastek katalizatora. Warstwe fluidyzuje sie za pomoca NH3 rozprowadzanego w calym poprzecznym przekroju reaktora dysza zasilajaca w gaz 4 i plyta dy¬ strybucyjna 5. Warstwe fluidalna utrzymuje sie w odpo¬ wiedniej temperaturze za pomoca pokazanego schema¬ tycznie rurowego wymiennika ciepla 6. Rurkf wymien¬ nika ciepla montuje sie wewnatrz pionowej przegrody o ksztalcie rury.Reaktor -1 podzielony jest na dwie sekcje plyta sito¬ wa 7f ponad która znajduje sie rurowy wymiennik cie¬ pla 8- Przy wierzcholku reaktora 1 znajduje sie odpyla¬ jacy cyklon 9 sluzacy do usuwania pylu katalizatora z gazów poreakcyjnych. Odzyskany tam pyl katalizatora zawraca sie do dolnej warstwy katalizatora rura opado¬ wa 10. Gazy poreakcyjne opuszczaja reaktor otworem wylotowym 11.Przyklad I. Melamine wytwarza sie w cylindrycz¬ nym reaktorze fluidalnym o srednicy wewnetrznej 1,45 i calkowitej wysokosci 15 m. Katalizator fluidyzuje sie wprowadzajac amoniak przez plyte rozdzielajaca gaz, zaopatrzona w dysze, i ogrzewa znajdujacym sie w re- / aktorze rurowym wymiennikiem ciepla przez który prze¬ plywaja stopione sole. Ciekly mocznik wprowadza sie do reaktora bezposrednio nad plyta dystrybucyjna gazu, pod wymiennik ciepla, za pomoca dysz przystosowanych do przeplywu dwóch faz, stosujac amoniak jako gaz atomizujacy. Melamine wyodrebnia sie z mieszaniny re¬ akcyjnej znanym sposobem. W odleglosci 6 m od plyty dystrybucyjnej gazu przytwierdzona jest pólka sitowa o przekroju swobodnym wynoszacym 40% calej powierz¬ chni przekroju poprzecznego, tak, ze przeplyw kataliza¬ tora zmniejsza sie* do 10% ilosci wymienionej miedzy górna i dolna czescia reaktora bez pólki sitowej.Przy zaladowaniu 5800 kg katalizatora do reaktora po¬ wyzej pólki sitowej, w „postreaktorze" znajduje sie war¬ stwa o wysokosci 1,7 m. Przez „dwufazowe" dysze po¬ daje sie 644 g mocznika na sekunde i 405 g amoniaku, jako gazu atomizujacego, na sekunde. Jako gaz fluidy¬ zujacy podaje sie amoniak w Mosci 401 g na sekunde, tak ze stosunek amoniaku do mocznika wynosi 1,8 Nm3/ /kg. Obciazenie katalizatora wynosi 0,40 kg mocznika na godzine i kg katalizatora. Cisnienie mierzone w „post¬ reaktorze" wynosi 0,637-103 kPo, a mierzona tempera¬ tura równa jest 390°C. Wskutek przebiegu egzotermicz¬ nej reakcji temperatura w adiabatycznym „postreakto¬ rze" jest o 1,5° wyzsza niz temperatura w dolnej stre-116 547 fie. Wydajnosc przemiany bezwodnego mocznika do melaminy wynosi 98,7% wartosci teoretycznej.Przyklad II. W reaktorze opisanym w przykladzie I przeprowadzono serie doswiadczen, oznaczonych lite¬ rami od A do F, zmieniajac warunki prowadzenia re¬ akcji. Ponadto, przeprowadzono w tym reaktorze dos¬ wiadczenia oznaczone symbolami G i H, umieszczajac nad pólka sitowa wymiennik ciepla, za pomoca któ¬ rego do reaktora dostarczano 25% calej ilosci ciepla.Niewielki wzrost róznicy temperatury w warstwie dol¬ nej i górnej swiadczy o efektywnym przenoszeniu ka¬ talizatora, a zatem i ciepla, miedzy obiema warstwami.Wyniki tych doswiadczen zestawiono w tabeli. 10 10 Po 6-miesiecznej eksploatacji, kiedy to natezenie prze¬ plywu mocznika zmienialo sie w granicach 300—950 g/s a stosunek amoniaku ido mocznika wynosi 1,4—3,4 Nm3/ /kg reaktor zatrzymano i oprózniano. t Po sprawdzeniu okazalo sie, ze nie ma oznak znaczacej korozji w po¬ staci zmniejszenia grubosci scian lub wzerów na rur¬ kach wymiennika ciepla i innych metalowych czesciach reaktora, wykonanych ze stali chromowo-niklowej (18—8).W konwencjonalnym, fluidalnym naczyniu reakcyjnym, w którym odleglosc miedzy dyszami mocznika i umiesz¬ czonymi powyzej nich rurkami wymiennika ciepla zaob¬ serwowano wzerowa korozje rurek wykonanych ze stali CrNi (18—8) po uplywie 6 miesiecy.Szarza A B C D E F G H v Mocznik g/ 660 660 660 665 650 652 640 760 g/s.Atomizacja amoniaku 390 395 400 400 352 395 400 400 i g/s Fluidyzacjc 476 480 470 466 571 535 330 420 ^ c N o O D) E^£ x°E zz 1,7 1,7 1,7 1,7 1,9 1,9 1,5 1,4 T O) Katalizator 5600 6100 6800 7400 6800 7000 7800 7000 a b e I a zloza ornej Wysokosc w strefie g m 0,5 1,0 2,0 2,7 1,6 1,6 3,0 1,8 Cisnienie* •103 KPa 0,628 0,617 0,637 0,628 0,628 0,628 0,628 0,637 2'o Temperatui strefy doln °C 390 390 391 391 380 401 390 390 m- refy rnej Róznica tei peratury st dolnej i gó °C 7 5 6 3,5 4 6 7 10 o Wydajnosc 96,0 99,5 99,5 99,0 97,5 98,9 99,0 99,3 "Jz» ¦= *^ 3 Czas pozo; wania kata tora w stre górnej seki 9 20 40 54 31 31 55 34 Przyklad III. Rure o srednicy 1,30 m i dlugosci 5,20 m umocowano wspólsrodkowo z cylindrycznym, flu¬ idalnym naczyniu reakcyjnym zaopatrzonym w umiesz¬ czona na dole plyte rozdzielajaca gaz, pod która do¬ prowadza sie amoniak sluzacy jako gaz fluidyzujacy.Wewnetrzna srednica reaktora wynosi 1,45 m. W scia¬ nie reaktora, w odleglosci 0,20 m powyzej plyty roz¬ dzielajacej gaz i 0,40 m ponizej dolnej krawedzi rury, zamontowano dysze do przeplywu dwóch faz. W warun¬ kach prowadzenia procesu ^plomienie dysz" siegaly punktu znajdujacego sie pod dolnym otworem rury. Ru¬ ra ta otacza wiazke rur wymiennika ciepla dostarczaja¬ cego cieplo.Najnizsze rury znajdua sie 0,8 m powyzej dysz mo¬ cznika. W odleglosci 6,60 m powyzej plyty rozdzielaja¬ cej gaz znajduje sie plyta sitowa o przekroju swobod¬ nym wynoszacym 40% calkowitej powierzchni przekroju poprzecznego. Do reaktora wladowano 6000 kg kataliza¬ tora krzemionka/tlenek glinowy, co daje wysokosc war¬ stwy 9,0 m ponad plyte rozdzielajaca gaz w warunkach reakcji. Mocznik wprowadzano z szybkoscia 940 g7s wraz z 200 g amoniaku jako gazu atomizujacego na sekunde i 1000 g amoniaku jako gazu fluidyzujacego na sekunde.Cisnienie absolutne w reaktorze wynosilo 0,627* 103 kPa a temperatura 385°C.W tych warunkach wydajnosc przemiany bezwodnego mocznika w melamine wynosila 97,5% wartosci teore¬ tycznej. 40 45 50 55 60 65 Postepujac sposobem wedlug wynalazku mocznik wtryskuje sie dyszami dajacymi „plomien" o dlugosci 0,7—1,0 m. W reaktorach konwencjonalnych, stosuje sie setki dysz o dlugosciach „plomienia" 0,2 m, tak ze sto¬ sunek miedzy dlugoscia „plomienia" i odlegloscia do rurek wymiennika ciepla byl taki sam w obu przypad¬ kach.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania melaminy przez ogrzewanie mocznika lub produktów jego rozkladu termicznego w obecnosci katalizatora i amoniaku polegajacy na wpro¬ wadzeniu surowca do pierwszej strefy katalizatora i prze¬ mieszczaniu przeksztalconego i nieprzeksztalconego su¬ rowca do drugiej strefy katalizatora, znamienny tym, ze surowiec wprowadza sie do nizszej strefy fluidalnej ka¬ talizatora utrzymywanej w temperaturze 325—425°C, w której wiekszosc surowca ulega przemianie w melami¬ ne, natomiast przeksztalcony i nieprzeksztalcony suro¬ wiec przemieszcza sie do wyzszej strefy fluidalnej kata¬ lizatora utrzymywanej w temperaturze nie nizszej niz temperatura w strefie dolnej, przy czym strefa dolna oddzielona jest od strefy górnej pólprzepuszczalna dla katalizatora przegroda, pozwalajaca na przeplyw katali¬ zatora miedzy tymi strefami w ilosci 5—75% w stosun¬ ku do ilosci katalizatora przemieszczajacego sie miedzy tymi strefami przy braku przegrody.116! 11 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze sto¬ suje sie przegrode, która pozwala na przeplyw kataliza¬ tora w ilosci 10—50% ilosci przemieszczajacej sie mie¬ dzy strefami przy braku przegrody. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym# ze w 5 górnej strefie utrzymuje sie temperature wyzsza od tem¬ peratury w strefie dolnej. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze re¬ akcje w górnej strefie prowadzi sie w warunkach prak¬ tycznie adiabatycznych. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze sred¬ ni czas przebywania reagentów w górnej strefie wynosi 0,5—20 sekund. 6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze sto- 15 suje sie sredni czas (przebywania reagentów w górnej strefie w zakresie 1—10 sekund. 7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w . dolnej strefie utrzymuje sie temperature w zakresie 325— —380°Cr a w górnej strefie temperature w zakresie 350— 20 —400°C. 8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze utrzy¬ muje sie cisnienie 0,490—1,176*103 kPa. 9. Sposób wytwarzania melaminy przez ogrzewanie mocznika lub produktów jego rozkladu termicznego w obecnosci katalizatora i amoniaku polegajacy na wpro¬ wadzaniu surowca do pierwszej strefy katalizatora i prze¬ mieszczaniu przeksztalconego \ nieprzeksztalconego su¬ rowca do drugiej strefy katalizatora, znamienny tym, ze stopiony mocznik tak wtryskuje sie do pierwszej stre¬ fy podzielonej co najmniej na dwie strefy, jedna lub 12 wieksza liczba przegród umozliwiajacych kontaktowa¬ nie sie stref w dolnej i górnej czesci kazdej przegrody, zeby czastki katalizatora wraz z czastkami stopionego mocznika wznosily sie w co najmniej jednej ze stref i opadaly równiez w co najmniej jednej ze stref, przy czym do strefy lub stref wznoszenia sie czastek kata¬ lizatora doprowadza sie cieplo. 10. Sposób wedlug zastrz. 9, znamienny tym, ze sto¬ piony mocznik wtryskuje sie do strefy nizszej podzielo¬ nej co najmniej jedna pionowa przegroda rozciagajaca sie od poziomu ponad punktem doprowadzania surow¬ ca do poziomu ponizej górnej powierzchni sfluidyzowa- nego zloza katalizatora. 11. Urzadzenie do wytwarzania melaminy zawierajace reaktor o wysokosci co najmniej równej srednicy, zaopa¬ trzony w dysze doprowadzajace mocznik i NH3, dysze zasilajaca w gaz fluidyzujacy, wymiennik ciepla i wylot gazu syntezowego, zjiamienne tym, ze reaktor (1) po¬ dzielony jest na strefe nizsza i wyzsza pozioma prze¬ groda (7) pozwalajaca na przeplyw katalizatora miedzy tymi strefami w ilosci 5—75% w stosunku do ilosci przemieszczajacej sie miedzy nimi przy braku przegrody w reaktorze, przy czym nizsza strefa reaktora (1) za¬ opatrzona jest w plyte dystrybucyjna gazu fluidyzujace- go (5), utrzymujacego zloze wewnatrz reaktora (1) w stanie sfluidyzowania, jedna lub kilka dysz (2), (3) do wtryskania 'mocznika umieszczonych ponad plyta (5), rurowy wymiennik ciepla (6) i pionowa przegrode (12), rozciagajaca sie od poziomu znajdujacego sie ponad tymi dyszami do poziomu znajdujacego sie ponizej po¬ ziomej przegrody przepuszczalnej dla katalizatora. r*"116 547 PL PL PL PL PL PL PL