PL193926B1 - Sposób schładzania ciekłej melaminy - Google Patents

Abstract

1. Sposób schladzania cieklej melaminy, która wytwarza sie na drodze syntezy melaminy z mocznika, znamienny tym, ze stop melaminy wprowadza sie pod cisnieniem 0,15-10 MPa w tem- peraturze zloza fluidalnego 100-340°C do reaktora, ze skladajacym sie ze stalych czastek melaminy i za pomoca gazowego amoniaku podtrzymywanym zlozem fluidalnym, a nastepnie rozpreza sie. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób schładzania ciekłej melaminy, którą wytwarza się na drodze syntezy melaminy z mocznika.

Z literatury fachowej znane są już liczne sposoby wytwarzania melaminy (Ullmann's Encyclopediaof Industrial Chemistry, 5^th Edition, tom A-16, strony 174-179). Wszystkie, technicznie istotne sposoby wychodzą z mocznika, który albo pod wysokim ciśnieniem i nie katalitycznie albo pod niskim ciśnieniem i z zastosowaniem katalizatora przereagowuje na melaminę, amoniak i CO2.W przypadku postępowania niskociśnieniowego otrzymuje się gazową melaminę, w przypadku postępowania wysokociśnieniowego zasadniczo otrzymuje się ciekłą melaminę. Obecną, gazową melaminę wraz z gazami odlotowymi CO2 i NH2 prowadzi się przez stopiony mocznik, przy czym gazy odlotowe chłodzą się, melamina rozpuszcza się w moczniku, a mocznik ogrzewa się, i zawraca się do reaktora w celu syntezy mocznika. Gazową melaminę wytwarza się też według procesu wysokociśnieniowego z publikacji WO 95/01345 (Kernira), przy czym ostatnio otrzymany stop melaminy odparowuje się.

Poważny problem w schładzaniu i zestalaniu ciekłej melaminy polega na tym, że musi być przekroczona różnica temperatur powyżej 300°C, a przy tym mogą tworzyć się produkty uboczne. Powszechnie stosowaną metodą schładzania jest schładzanie raptowne („quenchen” - „gaszenie”) za pomocą wody lub za pomocą pary wodnej, przy czym przeważnie musi być prowadzone przekrystalizowanie, by usunąć różne produkty uboczne. Jeśli gaszenie prowadzi się gazem, takim jak gazowy amoniak, to muszą być stosowane bardzo duże ilości gazu i muszą być wprowadzane do obiegu. Jeśli gaszenie prowadzi się ciekłym amoniakiem, tak jak według opisu US-4,565,867, to wprawdzie ciepło odparowania amoniaku wykorzystuje się w celu chłodzenia, jednakże trzeba w obiegu prowadzić również wielkie ilości gazu i zawsze ponownie je sprężać. Nieoczekiwanie udało się opracować prosty sposób, w którym zatrzymuje się tworzenie produktów ubocznych i w którym nie prowadzi się w obiegu żadnych dużych ilości gazu i nie musi się ich ponownie sprężać.

Przedmiotem wynalazku jest zatem sposób schładzania ciekłej melaminy, którą wytwarza się na drodze syntezy melaminy z mocznika, który polega na tym, że stop melaminy wprowadza się pod ciśnieniem 0,15-10 MPa w temperaturze złoża fluidalnego 100-340°C do reaktora, ze składającym się ze stałych cząstek melaminy i za pomocą gazowego amoniaku podtrzymywanym złożem fluidalnym, a następnie rozpręża się.

Poddawana schładzaniu ciekła melamina znajduje się pod pewnym ciśnieniem amoniaku, rzędu około 0,1-100 MPa. Ponieważ ciekła melamina w zależności od ciśnienia i temperatury zawiera produkty uboczne, takie jak np. melam, melem, melon, ureidomelamina, amelina lub amelid, bądź jest skłonna do odszczepienia amoniaku, występuje ona korzystnie pod ciśnieniem amoniaku. Im wyższe jest to ciśnienie amoniaku, tym mniejsza jest zawartość produktów ubocznych. Zależnie od przeprowadzonego sposobu wytwarzania melaminy występuje poddawana schładzaniu, ciekła melamina korzystnie pod ciśnieniem amoniaku rzędu około 4-100 MPa, korzystnie rzędu około 4-40 MPa, szczególnie korzystnie rzędu około 6-30 MPa.

Przeto w celu zmniejszenia ilości produktów ubocznych ciekłą melaminę ewentualnie poddaje się przebywaniu w ciągu 1 godziny pod ciśnieniem amoniaku rzędu 4-40 MPa w temperaturze powyżej temperatury topnienia melaminy (do co najwyżej 450°C).

Schładzanie ciekłej melaminy przed wprowadzeniem do złoża fluidalnego może przykładowo następować tak, że temperaturę poddawanej schładzaniu, ciekłej melaminy obniża się tylko do lub do nieco powyżej zależnej od danego ciśnienia amoniaku temperatury zestalenia melaminy, przy czym możliwe jest także dodawanie do stałej melaminy amoniaku, np. w stanie ciekłym, gazowym lub nadkrytycznym, by nasycić amoniakiem ciekłą melaminę, która w niższej temperaturze może wchłaniać więcej amoniaku. Tę drogę postępowania można też przykładowo stosować wtedy, gdy ciekły, amoniakiem nasycony stop melaminy następnie ma być rozprężony i zestalony według publikacji WO 97/20826.

Na początku reakcji stałą melaminę albo rodzajowo obcy materiał w postaci stałych substancji obojętnych albo mieszaninę ze stałej melaminy i stałych substancji obojętnych wprowadza się do reaktora fluidyzacyjnego i stosuje do utworzenia złoża fluidalnego. Jako stałe substancje obojętne stosuje się korzystnie kształtki fluidyzacyjne z metali lub szkła, przykładowo kulki lub pręciki ze stali, zwłaszcza ze stali szlachetnej, stopów stalowych lub tytanowych. Złoże fluidalne utrzymuje się za pomocą gazu, korzystnie za pomocą amoniaku. Temperatury w reaktorze fluidyzacyjnym plasuje się poniżej temperatury topnienia melaminy. Ciekłą melaminę wtryskuje się. Subtelnie rozproszona, ciekła melamina tworzy warstwę na cząstkach stałej melaminy lub substancji obojętnej, umożliwia ich wzrost i zestala się. W wyniku ruchu

PL 193 926 B1 i tarcia tych cząstek w złożu fluidalnym melamina odrywa się na bieżąco od tych cząstek bądź wybija się. Większe a tym samym cięższe cząstki melaminy są wyładowywane za pomocą cyklonu, skoro tylko osiągną one żądaną wielkość ziarna. Po pierwsze można stałą zimną melaminę na bieżąco dodawać w mniejszej ilości, by na niej osadzała i zestalała się ciekła melamina, po drugie w zależności odrodzaju wykonania reaktora fluidyzacyjnego i w zależności od innych warunków panujących w złożu fluidalnym tworzą się już w przestrzeni gazowej stałe cząstki melaminy, które służą jako zarodki krystalizacyjne i powlekają się ciekłą melaminą, która wtedy również krzepnie. W tym przypadku nie trzeba z zewnątrz doprowadzać żadnej bądź prawie żadnej melaminy stałej.

Chłodzenie stałej melaminy i cząstek substancji obojętnych w złożu fluidalnym a zatem nastawienie żądanej temperatury w złożu fluidalnym może następować na wiele sposobów, przykładowo przez wbudowane elementy chłodzące, przez doprowadzenie zimnej stałej melaminy, przez ewentualnie wypuszczone śluzą i po zewnętrznym chłodzeniu ponownie do złoża fluidalnego zawrócone cząstki obojętne, przez doprowadzenie zimnego ciekłego lub gazowego NH3, przez temperaturę i ilość strumienia gazu, za pomocą którego utrzymuje się złoże fluidalne, i przez entalpię odparowania amoniaku zawartego w ciekłej melaminie.

Część tego amoniaku, w celu chłodzenia i w celu utrzymania złoża fluidalnego, prowadzi się w obiegu. Amoniak ten korzystnie przed zawróceniem do złoża fluidalnego chłodzi sięi ewentualnie skrapla. Drugą część tego uwolnionego amoniaku można, w zależności od ciśnienia istniejącego w złożu fluidalnym, zawracać w postaci gazowej lub skroplonej do procesu melamina/mocznik. Tu ukazuje się szczególna zaleta sposobu według wynalazku, gdyż nie jest konieczny dla utrzymania złoża fluidalnego żaden dodatkowy, z procesu melamina/mocznik nie pochodzący gaz bądź amoniak.

Istniejąca w złożu fluidalnym i utrzymywana temperatura może w zależności od wybranego sposobu postępowania wahać się w szerokim zakresie od temperatury pokojowej do temperatury nieco poniżej zależnej od ciśnienia temperatury topnienia melaminy. Wynosi ona przykładowo od około 100°C do około 340°C, korzystnie od około 200°C do około 340°C, szczególnie korzystnie od około 280°C do około 320°C.

Istniejące w reaktorze fluidyzacyjnym ciśnienie może w zależności od wybranej drogi postępowania wahać się również w szerokim zakresie. Może ono wynosić od nieco powyżej 0,1 MPa do trochę poniżej ciśnienia chłodzonego stopu melaminy.

Zgodnie z wynalazkiem ciśnienie w reaktorze fluidyzacyjnym wynosi od około 0,15 MPa do 10 MPa, korzystnie od 0,1 MPa do 5 MPa, szczególnie korzystnie od około 0,5 MPa do 2,5 MPa. Pod ciśnieniem powyżej około 1,3 MPa można nadmiar gazu-NH3 łatwo skroplić i zawrócić do syntezy mocznika i melaminy.

Ciśnienie NH3 nad chłodzonym stopem melaminy można również zmieniać w szerokim zakresie. Często plasuje się on przy ciśnieniu syntezy przeprowadzanej w reaktorze. Może on jednak plasować się znacznie wyżej, gdy do syntezy melaminy dołączone jest sezonowanie (Aging). Ciśnienie to zatem może wynosić aż do 100 MPa lub aż do ekonomicznie i materiałowo sensownych i możliwych granic. Podczas wprowadzania stopu melaminy do reaktora fluidyzacyjnego rozpręża się ją do tamże panującego ciśnienia, przy czym ta ciekła melamina chłodzi się i zestala.

Zasadniczo temperaturę schładzanej ciekłej melaminy można zmieniać w szerokim zakresie. Plasuje się ona powyżej zależnej od ciśnienia amoniaku temperatury topnienia melaminy w zakresie aż do około 450°C, korzystnie aż do około 370°C, szczególnie korzystnie aż do około 350°C. Im wyższe jest ciśnienie amoniaku i im niższa jest temperatura stopu melaminy, tym więcej amoniaku jest zawarte w melaminie i tym niższa jest temperatura topnienia. Przy ciśnieniu amoniaku rzędu 30 MPa temperatura topnienia przykładowo plasuje się przy około 300°C, przy ciśnieniu 0,1 MPa zaś plasuje się przy 354°C. Możliwe jest również występowanie i rozprężanie w temperaturze 300°C ciekłej melaminy, dokładniej powiedziawszy, mieszaniny ciekłej melaminy z amoniakiem, jeśli ciśnienie jest dostatecznie wysokie.

Szczególnie korzystnym jest rozprężanie w temperaturze, która plasuje się nieznacznie powyżej danej temperatury topnienia melaminy, i zmieszanie ze stałą melaminą. To schładzanie do temperatury nieco powyżej temperatury topnienia melaminy następuje korzystnie dzięki doprowadzeniu zimnego ciekłego lub gazowego bądź nadkrytycznego amoniaku. Amoniak, zawarty w ciekłej melaminie, podczas kolejno następującego rozprężania również przyczynia się do schładzania i przeciwdziała uwalniającej się podczas krzepnięcia melaminy entalpii stopu.

Jeśli doprowadza się stałą melaminę, to temperatura stałej melaminy może plasować się przy każdej dowolnej wartości poniżej temperatury topnienia melaminy, przy czym większa różnica temperatur między stałą a chłodzoną ciekłą melaminą daje większy efekt chłodzenia. Otrzymaną drobnozianistą część melaminy można korzystnie zawracać do reaktora fluidyzacyjnego i tam wykorzystać jako zarodki krystalizacji.

PL 193 926 B1

Dalsza możliwość sterowania temperaturą polega na wtryskiwaniu ciekłego amoniaku.

Temperatura wyładowywanej stałej melaminy może przybierać każdą wartość poniżej temperatury topnienia melaminy, korzystnie plasuje się ona poniżej około 320°C, szczególnie korzystnie poniżej około 300°C. Tę stałą melaminę, którą ewentualnie poddaje się jeszcze obróbce cieplnej pod ciśnieniem amoniaku (wygrzewanie), następnie rozpręża się w dowolny sposób i chłodzi aż do temperatury pokojowej. Podczas wygrzewania stałą już melaminę poddaje się przebywaniu w temperaturze poniżej zależnej od danego ciśnienia amoniaku temperaturze topnienia, przykładowo w ciągu od około 1 minuty do około 20 godzin, pod ciśnieniem amoniaku około 0,5-100 MPa w temperaturze od około 100°C, korzystnie od około 200°C, do temperatury poniżej zależnej od danego ciśnienia amoniaku temperatury topnienia.

Sposób według wynalazku przeprowadza się korzystnie w dołączeniu do pod ciśnieniem przeprowadzonej syntezy melaminy z mocznika, szczególnie korzystnie w dołączeniu do syntezy melaminy pod ciśnieniem.

P r z y k ł a d. W instalacji pilotowej oddzielono w separatorze melaminę, odprowadzoną z reaktora urządzenia produkcyjnego, od gazów poreakcyjnych (gazów odlotowych) CO2/NH3, w następnie dołączonym naczyniu reakcyjnym odpędzono lotne składniki za pomocą 100 kg amoniaku/godzinę i następnie wprowadzono do zbiornika sezonującego. Pod ciśnieniem rzędu 25 MPa i w temperaturze 330°C nasycono stop melaminy za pomocą NH3 i poddano przebywaniu w ciągu 1 godziny. Ze zbiornika sezonującego następnie wtryskiwano około 11 kg melaminy/godzinę do fluidalnego złoża melaminy. Złoże fluidalne podtrzymywano za pomocą gazu-NH3 i eksploatowano pod ciśnieniem 2,5 MPa i w temperaturze 300°C. Stałą melaminę wyładowywano śluzą, rozprężano i chłodzono do temperatury pokojowej.

Stopień czystości: 99,8% wagowych melaminy.

Claims (8)

1. Sposób schładzania ciekłej melaminy, którą wytwarza się na drodze syntezy melaminy z mocznika, znamienny tym, że stop melaminy wprowadza się pod ciśnieniem 0,15-10 MPa w temperaturze złoża fluidalnego 100-340°C do reaktora, ze składającym się ze stałych cząstek melaminy i za pomocą gazowego amoniaku podtrzymywanym złożem fluidalnym, a następnie rozpręża się.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciekłą melaminę ewentualnie poddaje się przebywaniu w ciągu 1 godziny pod ciśnieniem amoniaku rzędu 4-40 MPa w temperaturze powyżej temperatury topnienia melaminy (do co najwyżej 450°C).

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciekłą melaminę przed wprowadzeniem do złoża fluidalnego schładza się do temperatury nieco powyżej temperatury topnienia melaminy, doprowadzając chłodny, ciekły lub gazowy amoniak albo amoniak w stanie nadkrytycznym.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że chłodzenie w złożu fluidalnym następuje przez wbudowane elementy chłodzące, przez doprowadzenie stałej, chłodnej melaminy, przez ewentualnie spuszczone śluzą i po zewnętrznym chłodzeniu ponownie do złoża fluidalnego zawrócone cząstki obojętne lub przez doprowadzenie chłodnego, ciekłego lub gazowego NH3, przez temperaturę i ilość strumienia gazowego, za pomocą którego podtrzymuje się złoże fluidalne, i przez entalpię odparowania amoniaku zawartego w ciekłej melaminie.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że część obecnego i utworzonego w warstwie fluidalnej amoniaku prowadzi się w obiegu w celu podtrzymania złoża fluidalnego i przed zawróceniem do złoża fluidalnego chłodzi sięi ewentualnie skrapla.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że część obecnego i utworzonego w warstwie fluidalnej amoniaku zawraca się w stanie gazowym lub skroplonym do procesu melamina-mocznik.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że już stałą melaminę poniżej temperatury topnienia poddaje się przebywaniu w ciągu 1 minuty - 20 godzin pod ciśnieniem amoniaku 0,5-100 MPa w temperaturze od 100°C, korzystnie od 200°C, do poniżej temperatury topnienia, zależnej od danego ciśnienia amoniaku.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przeprowadza się go w dołączeniu do pod ciśnieniem przeprowadzonej syntezy melaminy z mocznika.