PL207030B1 - Sposób wytwarzania melaminy z mocznika oraz sposób modyfikacji istniejących instalacji do wytwarzania melaminy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania melaminy z mocznika w podwyższonej temperaturze i w obecności katalizatora, w którym otrzymany gazowy strumień produktu kontaktuje się w strefie chł odzenia z ciekł ym ś rodkiem chł odzą cym. Przedmiotem wynalazku jest również sposób modyfikacji istniejących instalacji do wytwarzania melaminy.

Podobny sposób ujawniono np. w publikacji WO 96/20933. Opisano w niej wytwarzanie melaminy przez wprowadzanie mocznika i amoniaku do reaktora pod ciśnieniem 1,4 - 2,0 MPa i w temperaturze dostatecznie wysokiej do cał kowitej konwersji mocznika w melaminę w obecności katalizatora. W procesie tym otrzymuje się strumień gazu zawierającego melaminę, amoniak i dwutlenek węgla. W publikacji WO 96/20933 ten strumień gazu chłodzi się wodnym ś rodkiem chłodzącym w urządzeniu znanym jako rura chłodząca, z wydzieleniem mieszaniny para-ciecz, całkowicie wolnej od stałych składników. Tę mieszaninę para-ciecz rozdziela się w tej rurze chłodzącej na wodny strumień produktu melaminowego i strumień pary. Strumień pary z rury chłodzącej jest całkowicie wolny od mocznika i melaminy, i składa się zasadniczo z amoniaku, dwutlenku węgla i pary wodnej. Wodny strumień produktu melaminowego jest całkowicie wolny od ciał stałych i zawiera rozpuszczony amoniak i dwutlenek węgla. Po usunięciu rozpuszczonego amoniaku i dwutlenku wę gla za pomocą pary w sekcji odpędzania, wodny strumień produktu melaminowego przechodzi do sekcji oczyszczania melaminy, gdzie odzyskuje się melaminę. W sekcji odpędzania wydziela się także strumień pary, składający się zasadniczo z amoniaku, dwutlenku węgla i pary wodnej. Strumień pary z rury chłodzącej, wraz z ze strumieniem pary z sekcji odpędzania, wypłukuje się w sekcji wypłukiwania wodnym roztworem (ług macierzysty) z sekcji oczyszczania melaminy, aby usunąć pozostałości melaminy, ciągle obecnej w strumieniu pary. Ten wodny roztwór może zawierać amoniak, dwutlenek węgla i melaminę. Rura chłodząca i sekcja wypłukiwania w procesie wedł ug publikacji WO 96/20933 uzupełniają strefę chł odzenia. Nastę pnie, strumień gazu z sekcji wypłukiwania przechodzi do strefy absorpcji, gdzie kontaktuje się go ze strumieniem uwodnionego amoniaku z oczyszczania melaminy i ciekłym amoniakiem, w którym to procesie otrzymuje się stężony wodny roztwór amoniaku i dwutlenku węgla (roztwór karbaminianowy) i pary amoniaku cał kowicie wolne od wody i dwutlenku wę gla. W publikacji WO 96/20933 te pary amoniaku skrapla się i częściowo zawraca do strefy absorpcji, a pozostałość po odparowaniu stosuje się jako gaz fluidyzujący w reaktorze. Wodny roztwór z sekcji wypłukiwania przechodzi do rury chłodzącej i stosuje się go tam jako środek chłodzący.

Stężony wodny roztwór karbaminianu ze strefy absorpcji, który według publikacji WO 96/20933 zawiera 20 - 35% wagowych wody, dostarcza się np. do instalacji do wytwarzania mocznika. Tak więc, według publikacji WO 96/20933 mieszaninę gazów wypływających z reaktora chłodzi się ługiem macierzystym pochodzącym z oczyszczania melaminy, przepływającym do rury chłodzącej przez sekcję wypłukiwania.

Publikacja WO 96/20933 stwierdza, że zawartość wody w roztworze karbaminianu, pochodzącym ze strefy absorpcji, jest mała, to znaczy 20 - 35% wagowych, i że nie jest potrzebny etap zatężania, w którym z roztworu karbaminianu usuwa się wodę, przed dostarczeniem roztworu karbaminianu do instalacji mocznika.

Próby przeprowadzone przez zgłaszającego zgodnie z procesem opisanym w publikacji WO 96/20933 wykazały jednak, że korzystne jest usuwanie wody z roztworu karbaminianu, jeśli celem jest prowadzenie w najbardziej ekonomiczny sposób połączonych instalacji do wytwarzania melaminy i do wytwarzania mocznika.

W instalacji do wytwarzania melaminy wodę stosuje się mię dzy innymi jako składnik ciekł ego środka chłodzącego. Część wody rzeczywiście pozostaje w roztworze karbaminianu pochodzącego ze strefy absorpcji, który dostarcza się np. do instalacji do wytwarzania mocznika.

Próby i obliczenia dokonane przez zgłaszającego wskazują, że w sposobie według publikacji WO 96/20933 ilość wody wyładowywanej w strumieniu karbaminianu do instalacji do wytwarzania mocznika wynosi około 2,5 tony wody na tonę melaminy. W ekonomicznie optymalnym procesie, takim jak proces Stamicarbon, opisany w Nitrogen No. 139, wrzesień/październik 1982, strony 32-39, w którym nadmiar wody usuwa się w etapie zatężania, ilość wody dostarczanej w roztworze karbaminianu do instalacji do wytwarzania mocznika wynosi około 0,5 - 1,0 tony wody na tonę melaminy. W procesie Stamicarbon mieszaninę gazów wychodzących z reaktora melaminy ochładza się ciekłym środkiem chłodzącym w kolumnach chłodzących. Mieszaninę par,

PL 207 030 B1 cieczy, i ewentualnie stałych substancji rozdziela się w kolumnach chłodzących na fazę parową i fazę ciekłą. Fazę parową przesyła się do strefy absorpcji, a fazę ciekłą do odzyskiwania melaminy.

Wspomnianą wyżej ilość ton wody na tonę melaminy można przeliczyć na stężenie wody w stężonym roztworze karbaminianu ze strefy absorpcji, jeś li okreś lony jest stosunek NH3/CO2 w eksportowanym roztworze karbaminianu. Jeśli instalacja wedł ug publikacji WO-96/20933 pracuje w sposób ekonomicznie optymalny, stosunek ten jest minimalny, np. 1,3 kg NH3 na kg CO2. Oznacza to, że stężenie wody w roztworze karbaminianu ze strefy absorpcji w sposobie według publikacji WO-96/20933 wynosi 45 - 50% wagowych. We wspomnianym procesie Stamicarbon wynosi ono 20 - 25% wagowych.

Aby dostarczyć ten strumień karbaminianu zawierający 45 - 50% wagowych wody do instalacji do wytwarzania mocznika, ekonomicznie atrakcyjne jest dalsze zatężenie roztworu karbaminianu przez usuwanie z tego roztworu wody. Wadą tego jest to, że wymagane są dodatkowe nakłady inwestycyjne i że sposób staje się droższy ze względu na zwiększone zużycie pary wodnej, wody chłodzącej i energii elektrycznej.

Stwierdzono, że wad tych można uniknąć, zawracając część stężonego wodnego roztworu karbaminianu ze strefy absorpcji do strefy chłodzenia. Zwłaszcza, część stężonego wodnego roztworu karbaminianu z dennej części strefy absorpcji zawraca się do strefy chłodzenia.

Według publikacji WO-96/20933 strefa chłodzenia składa się z rury do chłodzenia i sekcji wypłukiwania; w procesie Stamicarbon ta strefa chłodzenia składa się z kolumn chłodzących. W obu procesach, pozostał o ść stężonego wodnego roztworu karbaminianu ze strefy absorpcji jest dostarczana np. do instalacji do wytwarzania mocznika, korzystnie do wysokociśnieniowej sekcji instalacji do wytwarzania mocznika, bez żadnego dalszego przetwarzania.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania melaminy z mocznika w podwyższonej temperaturze i w obecności katalizatora, w którym otrzymany gazowy strumień produktu kontaktuje się w strefie chłodzenia z ciekłym środkiem chłodzącym, i w którym część stężonego wodnego roztworu karbaminianu ze strefy absorpcji zawraca się do strefy chłodzenia.

Korzystnie strumień gazowego produktu wychodzący z reaktora chłodzi się częścią roztworu karbaminianu ze strefy absorpcji, do której ewentualnie dodaje się roztwór ługu macierzystego pochodzący z oczyszczania melaminy oraz amoniak, dwutlenek węgla i wodę skroploną w strefie chłodzenia.

Korzystnie do chłodzenia strumienia gazu wypływającego z reaktora stosuje się 30 - 70% wagowych stężonego wodnego roztworu karbaminianu z części dennej strefy absorpcji.

Korzystnie strumień gazu wychodzący z kolumn chłodzących lub z sekcji wypłukiwania ochładza się w skraplaczu przed strefą absorpcji.

Korzystnie gaz wypływa z reaktora pod ciśnieniem 0,6 - 2,5 MPa, a korzystniej 0,7 - 2,2 MPa.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób modyfikacji istniejących instalacji do wytwarzania melaminy, w którym stosuje się sposób określony powyżej.

Poniżej przedstawiono wynalazek bardziej szczegółowo.

Strumień gazu wychodzący z kolumn chłodzących lub z sekcji wypłukiwania ochładza się w skraplaczu przed strefą absorpcji o co najmniej 5°C, korzystnie co najmniej o 10°C, a zwłaszcza o co najmniej 15°C. Rozcieńczony roztwór karbaminianu pochodzący ze skraplacza umieszczonego przed strefą absorpcji przepływa do strefy chłodzenia. W skraplaczu uwalnia się gaz, wzbogacony w amoniak i dwutlenek węgla, który przepływa do strefy absorpcji. W strefie absorpcji następnie wydziela się stężony wodny roztwór karbaminianu, zawierający mniej wody i częściowo zawracany do strefy chłodzenia.

Ciekły środek chłodzący korzystnie składa się z wodnego roztworu karbaminianu, stanowiącego część stężonego wodnego roztworu karbaminianu ze strefy absorpcji, do którego można dodawać ług macierzysty z oczyszczania melaminy (sekcja końcowa) i amoniak, dwutlenek węgla i wodę skroploną w strefie chłodzenia.

Do strefy chłodzenia zawraca się 20 - 40% gazu płynącego do strefy absorpcji w postaci skroplonej. W konkretnym przypadku, gdy zawraca się produkt denny ze strefy absorpcji oznacza to, że do chłodzenia gazu pochodzącego z reaktora stosuje się 30 - 70% wagowych stężonego roztworu karbaminianu ze strefy absorpcji, a korzystnie 35 - 65% wagowych. Pozostałość dostarcza się np. do instalacji do wytwarzania mocznika, ale można ją także stosować do innych celów, takich jak instalacja do wytwarzania nawozów sztucznych lub do wytwarzania amoniaku.

PL 207 030 B1

Stwierdzono, że w sposobie według wynalazku zawartość wody w stężonym roztworze karbaminianu pochodzącym ze strefy absorpcji w rzeczywistości wynosi 20 - 35% wagowych. Czyni to tę część tego roztworu karbaminianu, którą zawraca się do instalacji do wytwarzania mocznika odpowiednią do dalszego bezpośredniego przetwarzania. To oznacza, że etap zatężania jest zbędny.

Ponadto stwierdzono, że sposób według wynalazku szczególnie nadaje się do stosowania w tak zwanych instalacjach do wytwarzania melaminy pracują cych w fazie gazowej pod ciś nieniem 0,6 - 2,5 MPa, zwłaszcza pod ciśnieniem 0,7 - 2,2 MPa.

Sposób według wynalazku jest szczególnie przydatny do modyfikowania istniejących procesów wytwarzania melaminy, takich jak proces opisany w publikacji WO-96/20933 i proces Stamicarbon, opisany we wspomnianej publikacji Nitrogen.

Wynalazek ilustrują następujące przykłady.

P r z y k ł a d y I - III.

Wytwarzano melaminę w cylindrycznym złożu fluidalnym o średnicy wewnętrznej 1 metr i o wysokoś ci 15 metrów. Katalizator fluidyzowano, wprowadzają c amoniak przez pł ytkę do dystrybucji gazu i ogrzewając go w rurach wymiennika ciepła w reaktorze, przez który przepływała stopiona sól. Do reaktora rozpylano ciekły mocznik za pomocą dwufazowego rozpylacza, stosując amoniak jako gaz atomizujący. Reaktor pracował w temperaturze 390°C i pod całkowitym ciśnieniem 0,7 MPa (Przykład I), 1,7 MPa (Przykład II) i 2,0 MP (Przykład III). Mocznik dozowano przez dwufazowe rozpylacze z szybkością 1,4 ton/godzinę wraz z 0,7 tony/godzinę amoniaku. Amoniak dostarczano przez płytę fluidyzującą z szybkością 0,7 tony/godzinę. Konwersja bezwodnego mocznika na melaminę w stosunku do stanu równowagi wynosiła powyżej 98%. Strumień gazu z reaktora, zawierają cy NH3, CO2, pary melaminy i ś ladowe iloś ci produktów ubocznych chł odzono w strefie chłodzenia ciekłym środkiem chłodzącym. Część stężonego wodnego roztworu karbaminianu ze strefy absorpcji zawracano do strefy chłodzenia. Pozostałą część stężonego roztworu karbaminianu dostarczano do sąsiadującej instalacji do wytwarzania mocznika. Ilość karbaminianu zawracaną ze strefy absorpcji do strefy chłodzenia i ilość wody w strumieniu karbaminianu wypływającego ze strefy absorpcji podano w tablicy 1.

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y A.

Analogicznie jak w przykładach I - III, wytwarzano melaminę, z tą różnicą, że karbaminianu ze strefy absorpcji nie zawracano do strefy chłodzenia. Strumień karbaminianu pochodzący ze strefy absorpcji był wówczas zbyt rozcieńczony, aby wprowadzać go do instalacji do wytwarzania mocznika bez etapu pośredniego. Patrz tablica 1.

T a b l i c a 1.

Przykład	I	II	III	A
Ciśnienie w MPa	0,7	1,7	2,0	1,7
Ilość karbaminianu zawracanego ze strefy absorpcji do strefy chłodzenia w % wagowych	56	51	50	0
Zawartość wody w karbaminianie ze strefy absorpcji w % wagowych	28	25	24	49
Ilość odprowadzanej wody w kg/kg melaminy	0,89	0,74	0,70	2,5

Zastrzeżenia patentowe

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania melaminy z mocznika w podwyższonej temperaturze i w obecności katalizatora, w którym otrzymany gazowy strumień produktu kontaktuje się w strefie chłodzenia z ciekł ym ś rodkiem chł odzą cym, znamienny tym, ż e część stężonego wodnego roztworu karbaminianu ze strefy absorpcji zawraca się do strefy chłodzenia.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień gazowego produktu wychodzący z reaktora chł odzi się częścią roztworu karbaminianu ze strefy absorpcji, do której ewentualnie dodaje się roztwór ługu macierzystego pochodzący z oczyszczania melaminy oraz amoniak, dwutlenek węgla i wodę skroploną w strefie chłodzenia.

   PL 207 030 B1
3. 3. Sposób według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że do chłodzenia strumienia gazu wypływającego z reaktora stosuje się 30 - 70% wagowych stężonego wodnego roztworu karbaminianu z części dennej strefy absorpcji.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienny tym, że strumień gazu wychodzący z kolumn chł odzą cych lub z sekcji wypł ukiwania ochł adza się w skraplaczu przed strefą absorpcji.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że gaz wypływa z reaktora pod ciśnieniem 0,6 - 2,5 MPa.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że gaz wypływa z reaktora pod ciśnieniem 0,7 - 2,2 MPa.
7. 7. Sposób modyfikacji istniejących instalacji do wytwarzania melaminy, znamienny tym, że stosuje się sposób określony w zastrzeżeniach 1-6.