PL189141B1 - Sposób wytwarzania melaminy - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania melaminy z mocznika w procesie wysokocisnieniowym, w którym wytwarza sie stala melamine z melaminy pochodzacej z reaktora przetranspor- towanej do zbiornika, gdzie stopiona melamine chlodzi sie za pom oca amoniaku, zna- mienny tym, ze stopiona melamine pochodzaca z reaktora melaminy i m ajaca temperatu- re pomiedzy temperatura topnienia melaminy i 450°C rozpyla sie za pom oca srodków rozpylajacych do zbiornika do srodowiska amoniaku przy cisnieniu powyzej 1 MPa, przez co stopiona melamina przeksztalca sie w proszek melaminowy o temperaturze po- miedzy 200°C i temperatura zestalania sie melaminy, proszek pozostawia sie w kontakcie z amoniakiem w czasie 6 sekund do 5 godzin pod cisnieniem powyzej 1 MPa, produkt ma zasadniczo te sama temperature w trakcie czasu kontaktowania sie lub chlodzi sie go w taki sposób, ze produkt ma temperature powyzej 200°C w ciagu czasu od 6 sekund do 5 godzin, a chlodzenie przebiega w tym samym zbiorniku lub w oddzielnym zbiorniku chlodzacym. PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania melaminy z mocznika w procesie wysokociśnieniowym, w którym stały produkt melaminowy wytwarza się przenosząc stopioną melaminę z reaktora do zbiornika chłodzącego produkt, w którym stopioną melaminę chłodzi się amoniakiem.

Taki sposób ujawniony jest, między innymi, w europejskim zgłoszeniu patentowym EP-A-747366, w którym opisany jest wysokociśnieniowy proces wytwarzania melaminy z mocznika. W szczególności, w europejskim opisie zgłoszeniowym EP-A-747366 opisane jest w jaki sposób mocznik poddawany jest pirolizie w reaktorze, który pracuje przy ciśnieniu od 10,34 do 24,13 MPa i w temperaturze od 354 do 454°C, z wytworzeniem produktu reaktora. Ten produkt reaktora, zawierający ciekłą melaminę, CO2 i NH3 przenosi się pod ciśnieniem jako mieszany strumień do separatora. W separatorze tym, w którym utrzymuje się zasadniczo to samo ciśnienie i tę samą temperaturę co w reaktorze, produkt reaktora rozdziela się na strumień gazowy i strumień ciekły. Strumień gazowy zawiera głównie gazy odlotowe CO2 i NH3 oraz jako składnik drugorzędny pary melaminy. Strumień ciekły zawiera głównie stopioną melaminę. Strumień gazowy przenosi się do skrubera, a strumień ciekły przenosi się do jednostki chłodzącej produkt.

W skruberze, pracującym w temperaturze i pod ciśnieniem prawie takim samym jak warunki reaktora, strumień gazowy przemywa się stopionym mocznikiem. Ciepło uzyskane w skruberze zarówno podgrzewa wstępnie stopiony mocznik, jak i chłodzi strumień gazowy

189 141 do temperatury od 177 do 232°C. Stopiony mocznik przemywa również strumień gazowy usuwając pary melaminy z gazów odlotowych. Wstępnie ogrzany stopiony mocznik, razem z melaminą wymytą z gazów odlotowych CO2 i NH3 wprowadza się następnie do reaktora.

W jednostce chłodzącej produkt, stopioną melaminę schładza się i zestala się za pomocą ciekłego czynnika chłodzącego z wytworzeniem stałego produktu melaminowego o wysokiej czystości bez potrzeby dalszego oczyszczania. Korzystnie, ciekłym czynnikiem chłodzącym jest czynnik, który stanowi gaz w temperaturze stopionej melaminy i ciśnieniu w jednostce chłodzącej produkt. Europejski opis EP-A-747366 wskazuje jako korzystny czynnik chłodzący ciekły amoniak pod ciśnieniem w jednostce chłodzącej produkt wynoszącym powyżej 41,4 bara. Pomimo, że zgodnie z opisem EP-A-747366 czystość stałego produktu melaminowego otrzymanego w ujawnionym procesie wynosi 99% wagowych, to jednakże taki stopień czystości trudno jest utrzymać na skalę produkcyjną. Niemożność utrzymania czystości większej niż 99% wagowych ma tę wadę, że wytworzona melamina jest mniej odpowiednia dla bardziej wymagających zastosowań, zwłaszcza żywic melaminowo-formaldehydowych stosowanych w laminatach i/lub powłokach.

Celem wynalazku jest dostarczenie ulepszonego sposobu wytwarzania melaminy z mocznika, w którym można otrzymywać melaminę o wysokiej czystości w sposób stały w postaci suchego proszku bezpośrednio z produktu reaktora. Bardziej dokładnie, celem wynalazku jest dostarczenie ulepszonego procesu wysokociśnieniowego wytwarzania melaminy z mocznika, w którym otrzymywana jest melamina o wysokim stopniu czystości w postaci suchego proszku bezpośrednio ze stopionej melaminy za pomocą chłodzenia stopionej melaminy ciekłym czynnikiem chłodzącym.

Okazało się, że melaminę o wysokiej czystości można otrzymywać w sposób ciągły bezpośrednio ze stopionej melaminy wychodzącej z reaktora. Stopioną melaminę, która ma temperaturę pomiędzy temperaturą topnienia melaminy i około 450°C, rozpyla się za pomocą środków rozpylających do zbiornika zestalającego. W zbiorniku zestalającym utrzymuje się atmosferę amoniaku przy ciśnieniu amoniaku wynoszącym powyżej 1 MPa, korzystnie powyżej 1,5 MPa, jeszcze korzystnie powyżej 4,5 MPa, a najkorzystniej powyżej 6 MPa. Górna granica ciśnienia amoniaku wynosi poniżej 40 MPa, korzystnie poniżej 25 MPa, a jeszcze korzystnie poniżej 11 MPa. Po wprowadzeniu do zbiornika zestalającego stopioną melaminęschładza się i zestala dzięki kontaktowi z ciekłym i gazowym amoniakiem z wytworzeniem proszku melaminowego o temperaturze pomiędzy 200°C i temperaturą zestalania się melaminy, korzystnie pomiędzy 240°C i temperaturą zestalania, a najkorzystniej pomiędzy 270°C i temperaturą zestalania. Po zestaleniu proszek melaminowy utrzymuje się pod ciśnieniem amoniaku w ciągu czasu kontaktowania pomiędzy 6 sekundami i 5 godzinami, korzystnie pomiędzy 30 sekundami i 2 godzinami.

Podczas tego czasu kontaktowania się temperatura produktu melaminowego może pozostawać zasadniczo stała lub produkt melaminowy może być schłodzony do temperatury powyżej 200°C, korzystnie powyżej 240°C, najkorzystniej powyżej 270°C, w okresie od pomiędzy 30 sekundami i 2 godzinami. Produkt melaminowy można schładzać w zbiorniku zestalania lub w oddzielnym zbiorniku chłodzenia.

Zaletą sposobu według wynalazku jest ciągłe wytwarzanie, na skalę produkcyjną, suchego proszku melaminowego o czystości powyżej 99% wagowych. Produkt melaminowy 0 wysokiej czystości wytwarzany zgodnie ze sposobem według wynalazku nadaje się do zasadniczo każdego zastosowania melaminy, włączając w to żywice melamino-formaldehydowe stosowane w laminatach i/lub powłokach.

Do wytwarzania melaminy korzystnie stosuje się jako surowiec mocznik, mocznik dostarcza się do reaktora w postaci stopionej i poddaje reakcji w podwyższonej temperaturze i podwyższonym ciśnieniu. Mocznik reaguje z wytworzeniem melaminy i produktów ubocznych CO2 i NH3, zgodnie z następującym równaniem reakcji:

CO(NHi)2 -» C3N6H6 + 6 NH3 + 3 CO2

Wytwarzanie melaminy z mocznika można prowadzić przy wysokim ciśnieniu, korzystnie pomiędzy 5 i 25 MPa, bez obecności katalizatora, w temperaturze reakcji pomiędzy 325 i 450°C, korzystnie pomiędzy 350 i 425°C. Produkty uboczne, CO2 i NH3, zwykle zawraca się

189 141 do towarzyszących fabryk mocznika. Powyższy cel wynalazku osiąga się stosując aparaty odpowiednie do wytwarzania melaminy z mocznika. Aparatami odpowiednimi mogą być skruber, reaktor mający zarówno zintegrowany separator gaz/ciecz jak i oddzielny separator gaz/ciecz, ewentualnie postreaktor, pierwszy zbiornik chłodzący, ewentualnie drugi zbiornik chłodzący. Gdy stosuje się oddzielny separator gaz/ciecz, ciśnienie i temperatura w separatorze są zasadniczo identyczne jak temperatura i ciśnienie w reaktorze.

W wykonaniu wynalazku melaminę wytwarza się z mocznika w aparacie zawierającym skruber, reaktor melaminowy mający albo zintegrowany separator gaz/ciecz lub oddzielny separator gaz/ciecz, pierwszy zbiornik chłodzący i drugi zbiornik chłodzący. W tym wykonaniu stopiony mocznik wprowadza się do skrubera pracującego pod ciśnieniem od 5 do 25 MPa, korzystnie od 8 do 20 MPa, i w temperaturze powyżej temperatury topnienia mocznika. Skruber może być zaopatrzony w płaszcz chłodzący lub wewnętrzne elementy chłodzące do dodatkowego ustalania temperatury. Po przejściu przez skruber, stopiony mocznik kontaktuje się z gazami odlotowymi pochodzącymi z reaktora melaminy lub oddzielnego separatora gaz/ciecz. Gazy reakcyjne stanowią głównie CO2 i NH3, i mogą zawierać również nieznaczną ilość pary melaminowej. Stopiony mocznik wymywa pary melaminy z CO2 i NH 3, i zawraca tę melaminę do reaktora. W procesie wymywania gazy odlotowe schładza się od temperatury reaktora, to jest od 350 do 425°C, do od 170 do 240°C, mocznik ogrzewa się do od 170 do 240°C. Gazy odlotowe CO2 i NH 3, usuwa się u góry skrubera i, na przykład, mogą być one zawracane do towarzyszącej fabryki mocznika, gdzie mogą stanowić surowiec do wytwarzania mocznika.

Wstępnie ogrzany stopiony mocznik odprowadza się ze skrubera, razem z melaminą wymytą z gazów odlotowych, i przekazuje do wysokociśnieniowego reaktora pracującego pod ciśnieniem pomiędzy 5 i 25 MPa, korzystnie pomiędzy 8 i 20 MPa. Do tego przekazania można zastosować pompy wysokociśnieniowe, lub gdy skruber jest umieszczony powyżej reaktora wykorzystuje się grawitację, lub połączenie pomp i grawitacji.

W reaktorze stopiony mocznik ogrzewa się do temperatury pomiędzy 325 i 450°C, korzystnie pomiędzy 350 i 425°C, pod ciśnieniem pomiędzy 5 i 25 MPa, korzystnie 8 i 20 MPa, konwertując mocznik w melaminę, CO2 i NH3. Do stopionego mocznika może być dodana pewna ilość amoniaku, w postaci na przykład ciekłej lub gorącej pary. Dodatek amoniaku, chociaż tylko ewentualny, może przyczynić się, na przykład, do zapobiegania tworzenia się produktów melaminy, takich jak melam, melem i melon, lub w celu ułatwienia mieszania w reaktorze. Ilość dodawanego dodatkowo amoniaku może wynosić do 10 moli amoniaku na mol mocznika, korzystnie do 5 moli amoniaku na mol mocznika, a najkorzystniej do 2 moli amoniaku na mol mocznika.

CO2 i NH3, wytwarzane w reakcji, oraz dodatkowo dostarczony amoniak, zbiera się w sekcji oddzielania, na przykład na górze reaktora lub w oddzielnym separatorze gaz/ciecz usytuowanym we współprądzie z reaktorem, i oddziela się od ciekłej melaminy. Gdy stosuje się oddzielny, współprądowy separator gaz/ciecz może być korzystnym wprowadzenie dodatkowo amoniaku do separatora. W tym przypadku ilość amoniaku wynosi 0,01-10 moli amoniaku na mol melaminy, korzystnie 0,1-5 moli amoniaku na mol melaminy. Dodanie dodatkowego amoniaku do separatora ułatwia szybką separacje dwutlenku węgla od produktu reakcji, dzięki czemu zapobiega się tworzeniu produktów ubocznych zawierających tlen. Tak jak to opisano wyżej, mieszanina gazowa usunięta z separatora gaz/ciecz może być wprowadzona do skrubera w celu usunięcia par melaminy i wstępnego ogrzania stopionego mocznika.

Stopioną melaminę, o temperaturze pomiędzy temperaturą topnienia melaminy i 450°C, odprowadza się z reaktora lub ze współprądowego separatora gaz/ciecz i rozpyla się w naczyniu chłodzącym otrzymując stały produkt melaminowy. Jednakże, przed rozpyleniem, stopiona melamina może być schłodzona od temperatury reaktora do temperatury bliższej, ale ciągle powyżej, temperatury topnienia melaminy.

Stopioną melaminę odprowadza się z reaktora w temperaturze korzystnie powyżej 390°C, jeszcze korzystnie powyżej 400°C, i schładza się co najmniej o 5°C, korzystnie o co najmniej 15°C, zanim rozpyli się ją w zbiorniku chłodzącym. Najbardziej korzystnie stopioną melaminę schładza się do temperatury wyższej o 5-20°C od temperatury zestalania się melaminy. Stopiona melamina może być schłodzona w separatorze gaz/ciecz lub w oddzielnym aparacie współprądowym z separatorem gaz/ciecz.

189 141

Chłodzenie może być przeprowadzone za pomocą wstrzyknięcia czynnika chłodzącego, na przykład amoniaku o temperaturze poniżej temperatury stopionej melaminy, lub poprzez przejście stopionej melaminy przez wymiennik ciepła.

Ponadto, amoniak może być wprowadzony do stopionej melaminy w taki sposób, że mieszanina gaz/ciecz rozpylana jest za pomocą środków do rozpylania. W tym przypadku amoniak wprowadza się pod ciśnieniem wyższym niż ciśnienie stopionej melaminy i korzystnie pod ciśnieniem pomiędzy 15 i 45 MPa. Czas przebywania stopionej melaminy pomiędzy reaktorem i środkiem rozpylającym wynosi korzystnie co najmniej 10 minut, najkorzystniej co najmniej 30 minut, a zwykle poniżej 4 godzin.

Stopioną melaminę, ewentualnie razem z gazowym amoniakiem, przesyła się do środków rozpylających, gdzie jest rozpyla się ją do pierwszego zbiornika chłodzącego w celu zestalenia stopionej melaminy pod zwiększonym ciśnieniem i wytworzenia suchego proszku melaminowego. W ten sposób wytworzony proszek melaminowy ma temperaturę pomiędzy 200°C i temperaturą zestalania się melaminy, korzystnie pomiędzy 240°C i temperaturą zestalania, najkorzystniej pomiędzy 270°C i temperaturą zestalania. Zwiększone ciśnienie oznacza ciśnienie powyżej 1 MPa, korzystnie powyżej 1,5 MPa, jeszcze korzystnie 4,5 MPa, a najbardziej korzystnie 6 MPa.

Górna granica ciśnienia amoniaku wynosi poniżej 40 MPa, korzystnie poniżej 25 MPa, a najkorzystniej poniżej 11 MPa. Następnie proszek melaminowy utrzymuje się pod ciśnieniem amoniaku w ciągu czasu kontaktowania się pomiędzy 6 sekundami i 5 godzinami, korzystnie w czasie pomiędzy 30 sekundami i 2 godzinami.

Podczas czasu kontaktowania się proszek melaminowy może być utrzymywany w danej temperaturze lub może być schłodzony do temperatury powyżej 200°C, korzystnie powyżej 240°C, a najkorzystniej powyżej 270°C, przez okres czasu pomiędzy 6 sekundami do 5 godzin, korzystnie w czasie pomiędzy 30 sekundami i 2 godzinami. Jeśli to konieczne, może mieć miejsce dodatkowe chłodzenie w pierwszym zbiorniku chłodzącym lub w oddzielnym drugim zbiorniku chłodzącym.

Wynalazek będzie wyjaśniony bardziej szczegółowo w następującym przykładzie.

Przykład

Stopioną melaminę o temperaturze 402°C wprowadzono za pomocą urządzenia rozpylającego do wysokociśnieniowego zbiornika i ochłodzono za pomocą ciekłego amoniaku, to jest jednocześnie rozpylając go do zbiornika. Temperatura w zbiorniku wynosiła 296°C, a ciśnienie amoniaku zmieniało się pomiędzy 6,8 i 9,2 MPa. Po 2 minutach proszek melaminowy oziębiono do temperatury otoczenia. Produkt końcowy zawierał 0,5% wagowych melamu i mniej niż 0,2% wagowych melemu.

Przykład porównawczy

Stopioną melaminę o temperaturze 400°C wprowadzoną do rury pod ciśnieniem amoniaku wynoszącym 13,6 MPa ochłodzono gwałtownie do temperatury pokojowej poprzez kontaktowanie zamkniętej rury z mieszaniną wody i lodu. Produkt końcowy zawierał 1,4% wagowych melamu i 0,4% wagowych melemu.

Claims (8)

1. Sposób wytwarzania melaminy z mocznika w procesie wysokociśnieniowym, w którym wytwarza się stałą melaminę z melaminy pochodzącej z reaktora przetransportowanej do zbiornika, gdzie stopioną melaminę chłodzi się za pomocą amoniaku, znamienny tym, ze stopioną melaminę pochodzącą z reaktora melaminy i mającą temperaturę pomiędzy temperaturą topnienia melaminy i 450°C rozpyla się za pomocą środków rozpylających do zbiornika do środowiska amoniaku przy ciśnieniu powyżej 1 MPa, przez co stopiona melamina przekształca się w proszek melaminowy o temperaturze pomiędzy 200°C i temperaturą zestalania się melaminy, proszek pozostawia się w kontakcie z amoniakiem w czasie 6 sekund do 5 godzin pod ciśnieniem powyżej 1 MPa, produkt ma zasadniczo tę samą temperaturę w trakcie czasu kontaktowania się lub chłodzi się go w taki sposób, że produkt ma temperaturę powyżej 200°C w ciągu czasu od 6 sekund do 5 godzin, a chłodzenie przebiega w tym samym zbiorniku lub w oddzielnym zbiorniku chłodzącym.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stopioną melaminę przekształca się do proszku melaminowego o temperaturze pomiędzy 240°C i temperaturą zestalania się melaminy.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stopioną melaminę przekształca się do proszku melaminowego o temperaturze pomiędzy 270°C i temperaturą zestalania się melaminy.

4. Sposób według zastrz. 1-3, znamienny tym, że proszek pozostaje w kontakcie z amoniakiem w ciągu od 30 sekund do 2godzin.

5. Sposób według zastrz. 1-4, znamienny tym, że produkt ma temperaturę powyżej 240°C w ciągu 6 sekund do 5 godzin.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, ze produkt ma temperaturę powyżej 270°C w ciągu 6 sekund do 5 godzin.

7. Sposób według zastrz. 1-6, znamienny tym, że produkt ma temperaturę powyżej 240°C w ciągu 30 sekund do 2 godzin.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że produkt ma temperaturę powyżej 270°C w ciągu 30 sekund do 2 godzin.