PL189706B1

PL189706B1 - Sposób wytwarzania melaminy

Info

Publication number: PL189706B1
Application number: PL98337652A
Authority: PL
Inventors: Sergio Noe'
Original assignee: Eurotecnica Group Sa Swiss Bra
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 2005-09-30
Also published as: KR100529856B1; EP0991629B1; AR010422A1; ITMI971524A1; CA2293801A1; DE69823824T2; CA2293801C; TW531535B; ITMI971524A0; BR9810348A; EP0991629A1; KR20010020534A; ES2224409T3; AU7930898A; WO1999000374A1; CN1130354C; MY122135A; ID26902A; SA98190278B1; EA200000072A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania melaminy, obejmujacy nastepujace etapy, w których: a) wpro- wadza sie mocznik do reaktora, zawierajacego stopiona melamine, który to reaktor pracu- je w sposób ciagly i przy stosowaniu temperatur w zakresie od 360 do 420°C, pod cisnie- niem wyzszym niz 7x103 kPa, korzystnie 8x103 do 9x103 kPa, przy czym reaktanty miesza sie intensywnie za pomoca wydzielajacych sie gazów, b) odzyskuje sie ciekly produkt reakcji, zawierajacy od 85 do 95%, korzystnie 88 do 93% melaminy i usuwa faze gazowa, zawierajaca CO2 i NH3, przy czym c) faze ciekla, zebrana w etapie b) wprowadza sie w sposób ciagly, razem ze swiezym amoniakiem do drugiego etapu reakcji dla dokoncze- nia reakcji, oraz d) na wyjsciu wymienionej strefy reakcji zbiera sie melamine o wysokim stopniu czystosci, znamienny tym, ze etap c) reakcji przeprowadza sie w reaktorze ruro- wym, w którym zasadniczo cala objetosc zajmowana jest przez faze ciekla, korzystnie w reaktorze przeplywowym, w temperaturze od 360 do 450°C i pod cisnieniem wyzszym niz 7x103 kPa, przez czas wystarczajacy do zakonczenia reakcji i do otrzymania melaminy o stopniu czystosci wyzszym niz 99,5%, przy czym ilosc swiezego amoniaku, który wpro- wadza sie do reaktora rurowego razem z ciekla mieszanina reakcyjna z etapu b) stosuje sie wieksza niz suma ilosci odpowiadajacej nasyceniu cieklej mieszaniny plus stechiome- tryczna ilosc konieczna do konwersji calosci oksyaminotriazyny i wszystkich polikonden- satów w melamine, przy czym stosuje sie ilosc amoniaku zapewniajaca nadmiar amonia- ku wewnatrz fazy cieklej. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania melaminy w procesie wysokociśnieniowym.

Obecnie melaminę wytwarza się z mocznika według następującego uproszczonego schematu reakcji:

mocznik

6CO(NH₂)2 —> NH₂Z\

C-NH₂ + 6NH3 + 3CO₂ (A)

melamina

Reakcja jest bardzo endotermiczna, ciepło reakcji w temperaturze od 360 do 420°C wynosi około 93000 Kcal na kilomol melaminy.

Proces prowadzić można przy niskim ciśnieniu w obecności katalizatora lub przy ciśnieniu wysokim bez jakiegokolwiek katalizatora.

Uważa się, że oba sposoby wytwarzania melaminy przy niskim ciśnieniu, jak i przy wysokim z wyjściowego mocznika zachodzą przez szereg reakcji pośrednich, prowadzących do, odpowiednio, kwasu izocyjanowego, cyjanomoczowego, amelidu, ameliny i w końcu melaminy. Wydaje się, że zachodzą następujące reakcje:

3CO(NH₂)₂ mocznik	->	3HOCN + 3NH₃kwas izocyjanowy	(1)
3HOCN	->	C₃N₃(OH)₃ kwas cyjanomoczowy	(2)
C₃N₃(OH)₃+NH3	->	C₃N₃(OH)₂NH₂ + H₂O amelid	(3)
C₃N3(OH)₂NH₂+NH₃	->	C₃N₃ (OH) (NH₂)₂ + H₂O amelina	(4)
C₃N₃(OH) (NH₂)₂ + NH₃	->	C₃N₃(NH₂)₃ + H₂O melamina	(5)
3CO(NH₂)₂ + 3H₂O	->	6NH3 + 3CO₂	(6)

Przez zsumowanie równań 1 do 6 otrzymuje się wypadkowe równanie (A). Niektóre z tych produktów pośrednich, konkretnie - amelina i amelid - nazywane dalej razem OAT (oksyaminotriazyna) wykrywano w produktach reakcji.

Ponadto melamina otrzymana w powyższy sposób, sama reaguje w temperaturze i przy ciśnieniu reakcji, dając tak zwane polikondensaty i uwalniając amoniak. Polikondensaty, poza tym, że są zanieczyszczeniami obniżającymi stopień czystości melaminy, obniżają również całkowitą wydajność procesu.

Polikondensaty powstają na skutek amonolizy grupy aminowej (-NH₂) cząsteczki melaminy i tworzą się na przykład według następujących reakcji:

189 706

ΧΝΗχ-C C.NH_ł > HHfC li

N

H \ Λ Λ

C C OKHj.

V

I

NHt

I 11 N N

V i

ΝΗχ

MELAM

NH_t

Z\

IKHrC C-NHi θ

J u

N W

V i

Z\ wvę c

’ 1

N N

V

I

K

V

Ahi c

Ji

H

C*NHi

II

N /

*XNHi

K£L£M

Powyższe reakcje preferowane są w warunkach niskiego lub zerowego ciśnienia cząstkowego amoniaku i długiego czasu pozostawania melaminy w fazie ciekłej (>355°C). W warunkach syntezy melaminy polikondensaty powstają w niewielkich ilościach, jednakże ilości te nie są zaniedbywalne ze względu na czystość produktu końcowego. Niemalże całkowite przekształcenie polikondensatów w melaminę uzyskuje się przez zwiększenie ciśnienia cząstkowego amoniaku. We współczesnym procesie syntezy melaminy, konwersja polikondensatów w melaminę odbywa się w etapie oczyszczania melaminy, w którym to, między innymi, zapewnia się traktowanie produktu reakcji amoniakiem.

W procesie wysokociśnieniowym, wprowadza się stopiony mocznik w temperaturze od 140 do 150°C do reaktora, utrzymywanego w temperaturze od 360 do 420°C za pomocą odpowiednich urządzeń grzewczych. W reaktorze tym miesza się stopiony mocznik z melaminą i mieszany jest ciągle przez wydzielające się gazy przez określony czas. Surowy produkt melaminy poddawany jest procesowi oczyszczania, na przykład przez rozpuszczenie w wodzie i następującą rekrystalizację, w celu eliminacji nie przereagowanego mocznika i usunięcia produktów ubocznych reakcji, zasadniczo składających się z gazowych produktów reakcji (amoniaku i dwutlenku węgla), ciekłych produktów reakcji, zasadniczo zawierających OAT (oksyaminotriazynę, głównie amelinę) oraz polikondensatów.

W przemysłowych wariantach procesu, reakcję prowadzi się w reaktorze ciągłym, zwyczajowo pojedynczym, składającym się z cylindrycznego zbiornika (reaktor zbiornikowy), w którym reaktanty intensywnie miesza się przez wytwarzanie i wydzielanie gazowych produktów reakcji. Ciepło reakcji dostarcza się do reaktantów przez rury odpowiedniego wymiennika ciepła, w których sole stopione cyrkulują w temperaturze wyższej niż temperatura reakcji.

189 706

Wewnątrz reaktora stężenie każdego indywiduum chemicznego jest na stałym poziomie niemal w każdym punkcie ciekłej mieszaniny reakcyjnej. Stopiony mocznik, stale podawany do strefy reakcji, natychmiast miesza się z cyrkułującą mieszaniną reakcyjną. Produkt reakcji usuwa się w sposób ciągły i ma on takie samo stężenie jak mieszanina reakcyjna w reaktorze. W wymienionej wersji prowadzenia reakcji, im wyższa jest pożądana szybkość konwersji, tym niższa jest szybkość produkcji melaminy. Dlatego potrzebne są duże objętości reakcyjne, co powoduje bardzo kosztowne działanie, w którym reaktor musi być odporny na korodujące oddziaływanie reaktantów i produktów reakcji w bardzo wymagających warunkach temperatury i ciśnienia. W konsekwencji koszty materiału reaktora i jego pracy są bardzo wysokie.

Nawet jeżeli reaktor ma objętość wystarczającą do uzyskania w przybliżeniu 100% konwersji, znacząco podnosząc w ten sposób koszty reaktora, nie jest możliwe wytwarzanie melaminy o stopniu czystości wymaganym przez rynek. W zasadzie, z jednej strony, nawet optymalizacja mieszania mieszaniny reakcyjnej nie zapobiega wydostawaniu się części reaktantów (mocznika) z reaktora przed upływem właściwego czasu przebywania w reaktorze, który umożliwiłby całkowite rozpuszczenie w ciekłą masę i jego całkowitą konwersję w melaminę. Im mniejsza jest objętość reakcyjna, tym większa jest zawartość nie przereagowanych składników w mieszaninie reakcyjnej. Ponadto zawartość nie przereagowanych składników wzrasta w zależności od tego, jak bardzo mieszanina reakcyjna odbiega od warunków idealnego mieszania. Z drugiej strony, rozkład czasu przebywania w reaktorze w trakcie reakcji jest taki, że z grubsza połowa mieszaniny reaktantów przebywa w reaktorze dłużej niż średni czas pobytu w reaktorze, to znaczy, że stosunek między objętością reaktora a szybkością objętościowego przepływu reaktantów. Ponieważ mieszanina reakcyjna zawiera praktycznie tylko melaminę, poddawana jest przez długi czas reakcji amonolizy, powodującej wzrost ilości polikondensatów. Dlatego też, proces wytwarzania melaminy z zastosowaniem pojedynczego reaktora daje melaminę o niskiej czystości (mniejszej niż 97-98%), odpowiednią. do marginalnego zastosowania, o ile nie podda się produktu reakcji traktowaniu oczyszczającemu, wpływającemu na całkowitą ekonomię procesu, w celu uzyskania melaminy o wysokiej czystości (wyższej niż 99,5%).

Proponowano wieloetapowe procesy syntezy melaminy, które pozwalaj ą na zwiększenie czystości melaminy. Na przykład, dwuetapowy proces syntezy melaminy ujawniony jest w US-A-3116294. Jednakże, ponieważ drugi reaktor stosowany w etapie drugim jest analogiczny do pierwszego, to znaczy, że oba są reaktorami zbiornikowymi, mają te same problemy, chociażby nawet mniejszej wagi niż proces z jednym reaktorem.

Niezwykle pożądany byłby sposób wytwarzania melaminy o wysokiej wydajności konwersji i wysokiej czystości, który nie wymaga kosztownej aparatury.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania melaminy, wychodzący z mocznika, obejmujący następujące etapy, w których: a) wprowadza się mocznik do reaktora, zasadniczo zawierającego stopioną melaminę, który to reaktor pracuje w sposób ciągły i przy stosowaniu temperatur w zakresie od 360 do 420°C, pod ciśnieniem wyższym niż 7x10³ kPa, korzystnie 8x10³ do 9x10³ kPa, przy czym reaktanty miesza się intensywnie za pomocą wydzielających się gazów, b) odzyskuje się ciekły produkt reakcji, zawierający od 85 do 95%, korzystnie 88 do 93% melaminy i usuwa się fazę gazową, zawierającą CO2 i NH3, przy czym c) fazę ciekłą, zebraną w etapie b) wprowadza się w sposób ciągły, razem ze świeżym amoniakiem do drugiego etapu reakcji dla dokończenia reakcji, oraz d) na wyjściu wymienionej strefy reakcji zbiera się melaminę o wysokim stopniu czystości.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że etap c) reakcji przeprowadza się w reaktorze rurowym, w którym zasadniczo cała objętość zajmowana jest przez fazę ciekłą, korzystnie w reaktorze przepływowym, w temperaturze od 360 do 450°C i pod ciśnieniem wyższym niż 7x10³kPa, przez czas wystarczający do zakończenia reakcji i do otrzymania melaminy o stopniu czystości wyższym niż 99,5%, przy czym ilość świeżego amoniaku, który wprowadza się do reaktora rurowego razem z ciekłą mieszaniną reakcyjną z etapu b) stosuje się większą niż suma ilości odpowiadającej nasyceniu ciekłej mieszaniny plus stechiometryczna ilość konieczna do konwersji całości wszystkich polikondensatów w melaminę, przy czym stosuje się ilość amoniaku zapewniającą nadmiar amoniaku wewnątrz fazy ciekłej.

189 706

Korzystnie, dzieli się etap reakcji b) na dwie sekcje, przy czym na końcu pierwszej sekcji usuwa się fazę gazową zawierającą amoniak, dwutlenek węgla i śladowe ilości par melaminy, a stopioną melaminę wprowadza się wraz ze świeżym amoniakiem i po usunięciu rozpuszczonego dwutlenku węgla, do drugiej sekcji, składającej się z reaktora rurowego, podobnego do pierwszej sekcji, przy czym ciśnienie w reaktorze rurowym sekcji drugiej stosuje się wyższe niż ciśnienie zarówno w pierwszym reaktorze korzystnie reaktorze zbiornikowym, jak i w reaktorze rurowym pierwszej sekcji.

Korzystnie stosuje się ciśnienie w drugiej sekcji reaktora rurowego w granicach od 8x10³ do 30x10³ kPa.

Korzystnie do drugiego etapu reakcji dodaje się trzecią sekcję reaktora rurowego, podobną do sekcji pierwszej.

W etapie drugim, korzystnie w sekcjach etapu drugiego stosuje się reaktor rurowy o wymiarach geometrycznych zapewniających liczbę Reynoldsa w zakresie od 5000 do wartości wystarczającej do zakończenia reakcji i otrzymaniu meleminy o stopniu czystości wyższym niż 99,5%.

Reaktor rurowy drugiego etapu, a korzystnie sekcji etapu drugiego ogrzewa się przez zanurzenie reaktora w kąpieli stopionych soli.

Przedmiotem wynalazku jest wysokociśnieniowy sposób wytwarzania melaminy, wychodząc z mocznika, który to sposób pozwala na uzyskanie z wysoką konwersją produktu o wysokiej czystości, który może być użyty dla typowych zastosowań w tej postaci lub po prostym oczyszczaniu.

W szczególności, przedmiotem wynalazku jest system reakcji prowadzonych w dwu lub więcej kolejnych etapach reakcji, w których od etapu pierwszego do ostatniego, parametry reakcyjne, jak całkowite ciśnienie i temperatura oraz ciśnienia cząstkowe produktów gazowych zmienia się progresywnie, czasy przebywania w reaktorze są precyzyjnie kontrolowane, zwłaszcza w ostatnich etapach reakcji, w celu uzyskania całkowitej reakcji i odpowiedniego zaniku produktów ubocznych ze zwiększoną wydajnością.

Faza ciekła, wchodząca do reaktora rurowego według powyższego etapu c), przechodzi przez całą długość reaktora w precyzyjnie dobranym okresie czasu, odpowiadającym czasowi reaktora zdefiniowanemu przez stosunek długości reaktora rurowego i liniowej szybkości przepływu przez reaktor ciekłej mieszaniny reakcyjnej.

Sposób według wynalazku pozwala uzyskać melaminę o dużej czystości z wysoką wydajnością reakcji, przy stosowaniu reaktora zbiornikowego standardowego typu, gdzie przynajmniej jeden reaktor rurowy, jak zdefiniowano powyżej, podłączony jest poza reaktorem standardowym.

Sposób według wynalazku stosowany być może w istniejących fabrykach melaminy w celu uzyskania wyższych wydajności i stopni czystości produktu.

Wydaje się, że sposób według wynalazku zastosowany być może w nowych fabrykach syntezy melaminy. W takich przypadkach sposób według wynalazku pozwala na uzyskanie melaminy z wyższą wydajnością i stopniem czystości, przy stosowaniu reaktora zbiornikowego mniejszych rozmiarów, który jest najdroższym wyposażeniem w całym systemie.

Ilość świeżego amoniaku, którą należy wprowadzać do reaktora rurowego wraz z ciekłą mieszaniną reakcyjną z etapu b) jest wyższa niż sumaryczna ilość odpowiadająca nasyceniu ciekłej mieszaniny plus ilość stechiometryczna, potrzebna do konwersji całego O AT i wstystkich kondensatów melaminy. Ilość amoniaku będzie taka, by zapewniała nadmiar amoniaku wewnątrz fazy ciekłej.

Zgodnie z innym wariantem wynalazku, dzieli się drugi etap reakcji na dwie sekcje. W pierwszej, usuwa się fazę gazową, zawierającą amoniak, dwutlenek węgla i śladowe ilości par melaminy, a stopioną melaminę wprowadza się wraz ze świeżym amoniakiem i po usunięciu rozpuszczonego dwutlenku węgla, do drugiej sekcji reakcji, składającej się z reaktora rurowego, podobnego do sekcji pierwszej. W tej drugiej sekcji reakcji ciśnienie wewnątrz reaktora rurowego jest wyższe niż ciśnienie tak w pierwszym reaktorze (zbiornikowym), jak i w pierwszej sekcji drugiego etapu reakcji.

Inny wariant sposobu wytwarzania melaminy z dużą wydajnością według wynalazku może zawierać dodatkowo trzecią sekcję w drugim etapie reakcji, podobną do sekcji drugiej.

189 706

Jednakże, wymieniona sekcja generalnie nie jest konieczna, ponieważ w sposobie według wynalazku, w którym drugi etap składa się z jednej lub więcej sekcji, uzyskać można bardzo wysoką czystość. Konfiguracja z trzema lub więcej sekcjami w drugim etapie reakcji może być użyteczna tylko w przypadku, gdy wymagana jest czystość melaminy bliska 100%.

Faza gazowa, usunięta z produktu reakcji tak w etapie końcowym, jak i pośrednim, może być wykorzystana w syntezie mocznika, po odzyskaniu gazowej melaminy, alternatywnie, część amoniaku obecnego w tej gazowej fazie może być oddzielona i wykorzystana w procesie.

Parametry geometryczne stosowanego w drugim etapie sposobu według wynalazku reaktora rurowego powinny być takie, by liczba Reynoldsa była wyższa niż 5000, korzystnie wyższa niż 10000.

Urządzenia grzewcze reaktora w etapie a) są całkiem typowe i mogą składać się ze zwojnic grzewczych ułożonych wewnątrz reaktora, wypełnionych stopioną solą. Reaktor rurowy w etapie c) ogrzewany być może kąpielą stopionej soli.

Temperatura wewnątrz przepływowego reaktora rurowego może być taka sama jak w reaktorze zbiornikowym, korzystnie wyższa od temperatury w reaktorze zbiornikowym, aby skrócić czas przebywania reaktantów w reaktorze i zapewnić całkowity przebieg reakcji.

Odzyskana przy wylocie reaktora rurowego melamina ma czystość większą niż 99,5%, dlatego też może być bezpośrednio użyta po schłodzeniu i usunięciu rozpuszczonej fazy gazowej, bez żadnego dodatkowego traktowania.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat reakcyjny wytwarzania melaminy z mocznika, obejmujący reaktor pierwszego etapu połączony z reaktorem etapu drugiego, fig. 2 - instalację reakcji melaminy począwszy od mocznika, wyposażona w drugi etap reakcji składający się z dwóch części.

Sposób według wynalazku zostanie dalej opisany w odniesieniu do załączonego rysunku, a także poniższych przykładów eksperymentalnych. Przykłady i rysunek mają na celu lepsze wyjaśnienie wynalazku i jego zalet.

Przykład 1

Figura 1 przedstawia schemat reakcyjny wytwarzania melaminy z mocznika, obejmujący reaktor pierwszego etapu 3, połączony z reaktorem etapu drugiego 4.

Reaktor pierwszego etapu 3 utrzymuje się pod ciśnieniem operacyjnym za pomocą regulatora ciśnienia 31, który, działając na zawór kontrolny 32, zapewnia kontrolowane uwalnianie gazowych produktów reakcyjnych przez przewód rurowy 33. Wymienione gazy zawierają amoniak i dwutlenek węgla w przybliżonym stosunku dwu moli amoniaku na mol dwutlenku węgla. Wymienione gazy nasycone są parami melaminy. Pierwszy etap reakcji ładowany jest przewodem 11 w sposób ciągły stopionym mocznikiem, który spręża się do ciśnienia reakcji za pomocą pompy I. Przewodem 21 i pompą 2, do przewodu 11 ładuje się również ciekły amoniak, w celu utrzymania ciągłości ładowania mocznika do reaktora, unikając tym samym możliwości zatykania, wynikającej z rozkładu mocznika w wysokiej temperaturze reaktora.

Właściwa wartość temperatury w pierwszym etapie reakcji, zapewniana jest przez cyrkulację stopionej soli wewnątrz rur wymieniacza 37, zanurzonych do ciekłej mieszaniny reakcyjnej. W tym przykładzie utrzymuje się temperaturę reakcji równą 385°C. Wewnątrz reaktora stopiona mieszanina reakcyjna porusza się szybko wokół centralnej rury przenośnika 38 ze względu na wydzielanie się w trakcie reakcji gazowego amoniaku i dwutlenku węgla. Wymienione gazy są stosunkowo słabo rozpuszczalne w ciekłej masie i dlatego uchodzą do góry wzdłuż reaktora wewnątrz pierścieniowej przestrzeni między rurą przenośnika i ścianą reaktora, gdzie mieszczą się rury grzewcze 37. Wymienione gazy, po osiągnięciu górnej powierzchni ciekłej mieszaniny reakcyjnej ulatniają się i usuwane są poza reaktor przewodem 33 i zaworem 32, którego otwarcie kontrolowane jest przez regulator ciśnienia 31, który utrzymuje reakcję pod zaprogramowanym ciśnieniem operacyjnym.

Czujnik poziomu cieczy 34, umieszczony wewnątrz reaktora, pozwala na utrzymanie stałego poziomu cieczy w reaktorze, przez działanie na zawór 35, przez który przewodem 36 wypływa ilość cieczy odpowiadająca objętości reaktantu ładowanej do reaktora.

189 706

Przewód wylotowy 36 umieszczony jest w części reaktora poniżej poziomu cieczy, dlatego przez niego wypływać może tylko faza ciekła zawierająca zasadniczo melaminę, zawierającą pewną ilość nie przereagowanego mocznika, polikondensatów, OAT oraz bardo małych ilości rozpuszczonego amoniaku i dwutlenku węgla.

Przewód 36 połączony jest do drugiego etapu reakcji, składającego się z reaktora rurowego, całkowicie zanurzonego w kąpieli 41, zawierającej stopioną sól, przez co zapewniona jest jednakowa temperatura na całej długości reaktora.

Przewód 22 łączy się z przewodem 36 poza zaworem 35. Przewód 22, przy pomocy pompy 2, zapewnia wlot amoniaku do reaktora 4, celem utrzymania stałego nasycenia amoniakiem ciekłej objętości reaktora, niezależnie od zużywania amoniaku spowodowanego jego reakcją z polikondensatami i OAT.

Wychodzący z pompy 2 amoniak, który zasilać ma oba etapy reakcji przewodami 21 i 22, odparowuje się i przegrzewa do temperatury reakcji w odpowiednim wymienniku ciepła, nie pokazanym na rysunku.

Mieszanina reakcyjna płynąca przez drugi etap reakcji 4, przebywa w reaktorze w zdefiniowanych warunkach temperatury i ciśnienia, przez czas zależny od długości reaktora rurowego i liniowej szybkości cieczy.

Na wylocie reaktora 4 ciekła mieszanina reakcyjna przewodem 42 wchodzi do rozdzielacza cieczy i gazu 5, w którym rozdziela się ciekłą melaminę od gazów, zasadniczo zawierających amoniak z małą ilością dwutlenku węgla; wymienione gazy podaje się przewodem 53 do przewodu 33. Zawór 52, kontrolowany regulatorem ciśnienia 51, utrzymuje rozdzielacz 5 pod ciśnieniem bardzo bliskim ciśnienia pierwszego etapu reakcji 3. Ciśnienie w rozdzielaczu 5 jest jednakże niższe od ciśnienia w pierwszym etapie reakcji 3, aby pozwolić ciekłej masie płynącej z przewodu 36 i przechodzącej przez drugi etap reakcji 4, na osiągnięcie rozdzielacza cieczy i gazu 5, i pokonanie strat tarcia w drugim etapie reakcji 4, przewodach 36 i 42 oraz w zaworze 35.

Ciekłą melaminę odbiera się z rozdzielacza 5 przewodem 56 za pomocą zaworu kontrolnego 55, który uruchamiany jest czujnikiem poziomu 54, co pozwala na utrzymanie stałego poziomu w rozdzielaczu 5.

Do zilustrowanego powyżej reaktora pierwszego etapu ładuje się 8230 kg/godz. mocznika i 410 kg/godz. amoniaku.

Ciśnienie reakcji utrzymuje się na stałej wartości 8x10³ kPa, usuwając w sposób kontrolowany około 5700 kg/godz. gazów wylotowych, zawierających 46% wagowych amoniaku, 50% wagowych dwutlenku węgla i około 4% wagowych par melaminy. Pary melaminy odzyskuje się całkowicie i wprowadza powtórnie do strefy reakcyjnej z pomocą typowej instalacji schładzania gazów wylotowych i adsorpcji melaminy, przy wykorzystaniu strumienia mocznika ładowanego do reaktora; wymieniona instalacja odzyskiwania melaminy nie jest pokazana na rysunku. Odzyskana melamina w ilości około 220 kg/godz. powraca do reaktora przewodem 11, przez co unika się jakichkolwiek strat wydajności.

Temperaturę reakcji utrzymuje się na średniej wartości 385°C wykorzystując cyrkulację stopionych soli, ładowanych do reaktora, przy szybkości przepływu 430 m³/godz. i temperaturze 420°C. Temperatura wylotowa soli stopionych, ze względu na endotermiczność reakcji, wynosi 410°C.

Na wyjściu pierwszego etapu reakcji (przewód 36), otrzymuje się następujące produkty:

melamina 2200 kggggcdz nie przereagowany mocznik 77 kty/ock.

OAT 110 kgg/^od?^.

polikondensaty 60 kgg/^c^i^.

rozpuszczony amoniak 40 kty/gd/.

rozpuszczony dwutlenek węgla 22 kgg/^c^c^.

Konwersja mocznika w melaminę według ogólnej stechiometrii reakcji (patrz równanie 0) wynosi 94%, a stopień czystości melaminy, z wyłączeniem produktów gazowych (amoniak i dwutlenek węgla), wynosi 91,0%.

189 706

Do ciekłej mieszaniny wychodzącej z pierwszego etapu reakcji, przed wejściem w etap drugi, dodaje się 150 kg/godz. amoniaku.

Drugi etap reakcji przeprowadza się w długiej na 234 m rurze o średnicy wewnętrznej 5 cm. Liniowa prędkość płynu wewnątrz rury wynosi 35 cm/sek., liczba Reynoldsa wynosi 17700. Zbiomik termostatujący utrzymuje się w 420°C, stosując te same sole stopione jak w etapie pierwszym, przy czym ilość ciepła związanego z reakcjami chemicznymi, zachodzącymi w reaktorze₃drugiego etapu, jest praktycznie do zaniedbania. Ciśnienie utrzymuje się na wartości 7,5x10 ³ kPa, w celu skompensowania spadku ciśnienia na zaworze 35. W powyższych warunkach otrzymuje się 2880 kg/godz. pozbawionej gazów melaminy o czystości 99,64% (z wyłączeniem produktów gazowych). Całkowita wydajność reakcji wynosi 99,62%.

Przykład 2

Figura 2 przedstawia instalację reakcji melaminy, począwszy od mocznika, wyposażoną w drugi etap reakcji, składający się z dwu części.

Część 2/a funkcjonuje w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia, jak drugi etap reakcji z przykładu 1, podczas gdy sekcja 2/b funkcjonuje pod wyższym ciśnieniem z zakresu między 8x10³ kPa do 30x10³ kPa oraz obejmuje usuwanie dwutlenku węgla z mieszaniny reakcyjnej, wychodzącej z sekcji 2/a. W tym przykładzie ciśnienie wynosi 20x103 kPa. Reaktor pierwszego etapu utrzymuje się w takich samych warunkach jak w przykładzie 1:

temperatura 3 85°C ciśnienie 8x103kPa szybkość przepływu mocznika (pompa 1, przewód 11) 812130 kg/godz.

liniowa szybkość amoniaku (pompa 2, przewód 21) 410 kg/godz.

Na wylocie wymienionego pierwszego etapu reakcji otrzymuje się fazę ciekłą o następującym składzie:

melamina 2714 kg/godz.

nie przereagowany mocznik 7(5 kjggodz.

OAT 110 kg/godz.

polikondensaty 60 kg/godz.

rozpuszczony amoniak 40 kg/godz.

rozpuszczony dwutlenek węgla 215 kg/godz.

Powyższą fazę ciekłą ładuje się przewodem 36 do sekcji 2/a drugiego etapu reakcji razem z 75 kg/godz. amoniaku wychodzącego z pompy 2, przewodem 22.

Strumień wychodzący z sekcji 2/a drugiego etapu reakcji (przewód 42), zawiera 71 kg/godz. CO2, częściowo, w ilości 25 kg/godz. pochodzącego z ciekłej mieszaniny reakcyjnej wchodzącej do reaktora 4, a częściowo (46 kg/godz.), jako wynik konwersji w melaminę mocznika i OAT, wychodzących z pierwszego etapu reakcji.

Ciśnienie i temperatura w reaktorze 4 wynoszą, jak w przykładzie 1, odpowiednio, 7,5x103 kP_a j 420°C. Reaktor 4 składa się z rury długiej na 234 m o średnicy wewnętrznej 5 cm, przez którą mieszanina reakcyjna przepływa z prędkością, liniową 35 cm/sek., przy liczbie Reynoldsa równej 17700. Ciecz wypływająca z reaktora 4 zawiera surową melaminę o stopniu czystości większym niż 99%, oraz amoniak, który jest częściowo w stanie gazowym, a częściowo rozpuszczony, a także dwutlenek węgla, którego 80% jest w fazie gazowej z amoniakiem. Ciecz wypływająca, przewodem 42 wchodzi do wieży odpędzającej 6, gdzie po usunięciu fazy gazowej, zawierającej większość dwutlenku węgla, fazę ciekłą poddaje się odpędzaniu rozpuszczonego dwutlenku węgla przez przepłukanie w 420°C wymienionej fazy ciekłej 200 kg/godz. gazowego amoniaku, który wychodzi z pompy 2 i przewodu 23 .

Ciśnienie w wieży utrzymuje się na stałej wartości 7,5x103 kPa za pomocą regulatora ciśnienia 61, który działając na zawór 62 uwalnia gazy przewodami 52 i 63 do przewodu gazów wylotowych.

189 706

Wychodzący z wieży 6 przewodem 65 strumień fazy ciekłej zawiera 2935 kg/godz. surowej melaminy o czystości 99%, zawierającej 50 kg/godz. amoniaku. Ciecz wychodząca z wieży odpędzającej 6 jest praktycznie wolna od dwutlenku węgla.

Ciecz w wieży 6 utrzymuje się na stałym poziomie za pomocą czujnika poziomu 64, działającego na szybkość przepływu ekstraktu oraz pompę sprężającą 7, która połączona jest z wieżą 6 przewodem 65 z jednej strony, oraz rurowym reaktorem 9 sekcji 2/b przewodem 65 ze strony drugiej. Konstrukcja pompy 7 pozwala na podniesienie ciśnienia w reaktorze 9 do 20x103 kPa, _{w C}elu uzyskania szybkiej konwersji w melaminę nie przekształconych w reaktorze 4 polikondensatów. W tym celu, przed wprowadzeniem surowej melaminy, do reaktora 9 ładuje się przewodem 81 250 kg/godz. przegrzanego gazowego amoniaku, pochodzącego z przewodu 66, za pomocą drugiej pompy amoniaku 8. Urządzenia do odparowania i przegrzewania amoniaku w przewodach 21 do 23 oraz 81 nie są pokazane na rysunku, aby uprościć cały schemat reakcji. Temperaturę reaktora 9 utrzymuje się na wartości 420°C przy pomocy kąpiel soli stopionej 91. Reaktor składa się z długiej na 92 m rury o średnicy wewnętrznej 8 cm, przez którą faza ciekła przepływa z prędkością liniową 14 cm/sek., co odpowiada liczbie Reynoldsa 11000.

Melamina o wysokiej czystości wychodzi z reaktora 9 przewodem 92, następnie przechodzi przez rozdzielacz gaz/ciecz 5, w którym gazowy amoniak uchodzi przewodem 53 do przewodu gazów wylotowych 33, przy ciśnieniu kontrolowanym przez systemowy regulator ciśnienia 51 i zawór 52.

Z przewodu 56, przy kontroli poziomu zapewnionej przez systemowy czujnik poziomu 54 i zawór 55, odzyskuje się ciekłą mieszaninę zawierającą 2880 kg/godz. czystej melaminy (>99,9%) wraz z 15-160 kg/godz. rozpuszczonego amoniaku.

Wydajność reakcji, odniesionej do ogólnego zbilansowania jest praktycznie 100%.

189 706

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wtwarzania melaminy, obejmujący następujące etapy, w których:

a) wprowadza się mocznik do reaktora, zawierającego stopioną melamine, który to reaktor pracuje w sposób ciągły i przy stosowaiu temperatur w zakresie od 360 do 420°C, pod ciśnieniem wyższym niż 7x10³ kPa, korzystnie 8x10³ do 9x10³kPa, przy czym reaktanty miesza się intensywnie za pomocą wydzielających się gazów, b) odzyskuje się ciekły produkt reakcji, zawierający od 85 do 95%, korzystnie 88 do 93% melaminy i usuwa fazę gazową, zawierającą CO2 i NH 3, przy czym c) fazę ciekłą, zebraną w etapie b) wprowadza się w sposób ciągły, razem ze świeżym amoniakiem do drugiego etapu reakcji dla dokończenia reakcji, oraz d) na wyjściu wymienionej strefy reakcji zbiera się melaminę o wysokim stopniu czystości, znamienny tym, że etap c) reakcji przeprowadza się w reaktorze rurowym, w którym zasadniczo cała objętość zajmowana jest przez fazę ciekłą, korzystnie w reaktorze przepływowym, w temperaturze od 360 do 450°C i pod ciśnieniem wyższym niż 7x103kPa, przez czas wystarczający do zakończenia reakcji i do otrzymania melaminy o stopniu czystości wyższym niż 99,5%, przy czym ilość świeżego amoniaku, który wprowadza się do reaktora rurowego razem z ciekłą mieszaniną reakcyjną z etapu

b) stosuje się większą niż suma ilości odpowiadającej nasyceniu ciekłej mieszaniny plus stechiometryczna ilość konieczna do konwersji całości oksyaminotriazyny i wszystkich polikondensatów w melaminę, przy czym stosuje się ilość amoniaku zapewniającą nadmiar amoniaku wewnątrz fazy ciekłej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dzieli się etap reakcji b) na dwie sekcje, przy czym na końcu pierwszej sekcji usuwa się fazę gazową, zawierającą amoniak, dwutlenek węgla i śladowe ilości par melaminy, a stopioną melaminę ładuje się wraz ze świeżym amoniakiem i po usunięciu rozpuszczonego dwutlenku węgla, do drugiej sekcji, składającej się z reaktora rurowego, podobnego do pierwszej sekcji, przy czym ciśnienie w reaktorze rurowym sekcji drugiej stosuje się wyższe niż ciśnienie zarówno w pierwszym reaktorze, korzystnie reaktorze zbiornikowym, jak i w reaktorze rurowym pierwszej sekcji.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się ciśnienie w drugiej sekcji reaktora rurowego w granicach od 8x103 30_x10³ kPa.
4. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że do drugiego etapu reakcji dodaje się trzecią sekcję reaktora rurowego, podobną do sekcji pierwszej.
5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że w etapie drugim, korzystnie w sekcjach etapu drugiego stosuje się reaktor rurowy o wymiarach geometrycznych zapewniających liczbę Reynoldsa w zakresie od 5000 do wartości wystarczającej do zakończenia reakcji i otrzymaniu melaminy o stopniu czystości wyższym niż 99,5%.
6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że ogrzewa się reaktor rurowy drugiego etapu, korzystnie sekcje etapu drugiego przez zanurzenie reaktora w kąpieli stopionych soli.

189 706