FI107257B - Menetelmä melamiinin valmistamiseksi - Google Patents

Description

107257

Menetelmä melamiinin valmistamiseksi - Förfarande for framställning av mela-min

Esillä oleva keksintö koskee suurpaineprosessia erittäin puhtaan melamiinin valmis-5 tamiseksi ureasta.

Melamiinia voidaan tunnetusti valmistaa ureasta 390-410 °C:n lämpötilassa seuraa-van reaktiokaavan mukaisesti: 6H2N-CO-NH2 -> C3N3(NH2)3 + 6NH3 + 3C02

Reaktio on voimakkaasti endoterminen. Lämmöntarve on 649 kJ melamiinimoolia ίο kohti, kun lasketaan mukaan mean lämmittäminen 135 °C:sta (mean sulamispisteestä) reaktiolämpötilaan.

Käyttäjät edellyttävät melamiinin olevan erittäin puhdasta; tuoteselosteissa 99,8 % ja 99,9 % ovat tyypillisiä puhtausasteita. Tästä syystä sen valmistusprosesseihin sisältyy usein monimutkainen puhdistusosasto, jossa on paljon laitteistoja.

15 Melamiininvalmistusprosesseja, joissa käytetään meaa raaka-aineena, on kahta perustyyppiä, so. katalyyttisiä pienpaineprosesseja ja suurpaineprosesseja, joissa katalyyttiä ei käytetä. Ensin mainituissa prosesseissa reaktorin paine on korkeintaan noin 1 MPa, jälkimmäisissä yli 8 MPa (Ullmanris Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. painos, voi. A 16, s. 174).

20 Tyypillisissä pienpaineprosesseissa käytetään leijukerrosreaktoria, jossa katalyyttiä leijutetaan ammoniakkikaasun tai ammoniakin ja hiilidioksidin seoksen avulla. Me-lamiini poistuu reaktorista kaasuna. Pienpaineprosessien eräänä etuna on se, että korroosiota tapahtuu vähemmän kuin suurpaineprosesseissa. Tunnetuimpia pienpaineprosessien käyttäjiä ovat BASF (Hydrocarbon Processing, syyskuu 1969, s. 184), 25 Chemie Linz (Hydrocarbon Processing, marraskuu 1966, s. 146) ja DSM/Stami-carbon (Chem. Eng., toukokuu 20, 1968, s. 124), joista kukin on kehittänyt oman prosessiversionsa.

Tyypillisissä suurpaineprosesseissa reaktio tapahtuu nestefaasissa. Tällöin reaktori on täynnä sulaa melamiinia, johon on sekoittunut jonkin verran sulaa raaka-ainetta, 30 so. meaa, ja reaktion välituotteita. Seoksessa on myös kaasukuplia, jotka koostuvat ammoniakista ja hiilidioksidista sekä pienestä määrästä kaasumaista melamiinia. Tarvittava suuri reaktiolämpömäärä muodostetaan yleensä reaktorin sisäpuolella 2 107257 olevilla lämmityselementeillä, joissa lämpö saadaan aikaan sähköllä tai esimerkiksi kiertävällä kuumalla suolasulatteella.

Pienempää laitekokoa voidaan pitää eräänä suurpaineprosessien etuna pienpaine-prosesseihin nähden. Nestefaasissa tapahtuva reaktio vie selvästi vähemmän tilaa.

5 Lisäksi prosessilaite, jossa kaasua käsitellään, on kohtuullisen kokoinen suure i paineen johdosta. Eräs etu on saadun tuotekaasun, ammoniakin ja hiilidioksidin seoksen, suuri paine. Tätä kaasua käytetään usein urean valmistukseen, ja paineistettuna se sopii tähän tarkoitukseen paremmin sellaisenaan.

Montedisonin prosessi (Ausind) on tyypillinen melamiinin suurpainevalmistus-10 prosessi (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. painos, voi. A 16, s. 177). Kuten muissakin melamiiniprosesseissa, ureasulatetta ja kuumaa ammorc äkkiä johdetaan reaktoriin. Reaktorin olosuhteet ovat 7 MPa ja 370 °C. Reaktorista mela-miinisulatteen ja tuotekaasujen seos johdetaan jäähdytyssäiliöön, johon johcetaan myös ammoniakki-ja hiilioksidipitoista vettä. Jäähdytyssäiliön lämpötila on 150 °C 15 ja paine 2,5 MPa. Tästä säiliöstä reaktorin poistokaasut syötetään jatkokäy töön, esimerkiksi urean tai lannoitteiden valmistukseen. Melamiini otetaan talteen lietteestä varsin monivaiheisella jatkokäsittelyllä, joka sisältää ammoniakin ja hiilidioksidin poiston, melamiinin liuotuksen suureen määrään alkalista vettä, värinpoiston aktiivi-hiilellä, kiteytyksen, suodatuksen, kuivauksen ja pakkauksen.

20 Montedisonin prosessissa on kaksi merkittävää haittaa. Ensinnäkin tuotekaasu saadaan suhteellisen pienessä paineessa, vain 2,5 MPa:ssa. Toiseksi prosessivaihe ta on lukuisia, koska reaktorista saatu epäpuhdas tuote vaatii perusteellisen puhdistus-. käsittelyn. Lisäksi puhdistuslaitteisto on suhteellisen suurikokoinen, koska sen pai neet ovat jo pienet.

25 Nissanin suurpaineprosessissa (Chemical Economy & Engineering Review, voi. 8, (1976), nro 1, 2, s. 35) on saavutettu etuja Montedisonin prosessiin nähden, ai lakin poistokaasujen suhteen, kuten seuraavasta käy ilmi. Myös Nissanin prosessissa reak-.· toriin syötetään melamiinisulatetta ja kuumaa ammoniakkia. Lämpötila on 400 °C ja paine 10 MPa. Melamiinisulate ja kaasut erotetaan reaktorin yläosassa. Kaasu: joh-30 detaan pesutomiin, jossa ne pestään ureasulatteella. Kaasun sisältämä melamiini liukenee ureasulatteeseen. Samalla kaasut jäähtyvät noin 200 °C:seen. Täten luote-kaasu saadaan 10 MPa:n paineessa ja vedettömänä, mikä voi olla merkittävä etu jatkokäytön kannalta. Raaka-aineena käytettävä ureasulate syötetään pesutomin k rntta. Siellä se kuumenee, ja siitä poistuu vesi (se reagoi urean kanssa). Melamiini: ulate 35 liuotetaan ammoniakin vesiliuokseen. Tätä liuosta pidetään ammoniakkipaineen 3 107257 alaisena 180 °C:ssa tietyn ajanjakson ajan, jonka aikana epäpuhtauksien esitetään poistuvan. Tämän jälkeen sitä jatkokäsitellään monissa laitteistoissa, suodatus ja kiteytys mukaan lukien. Täten yksikköoperaatioita ja laitteistoja on todella paljon, mikä nostaa prosessin kustannuksia.

5 Melamme Chemicals on kehittänyt prosessin (US-patentti nro 4 565 867), jossa laitteistomäärä on melko pieni Montedisonin ja Nissanin prosesseihin verrattuina. Reaktori, johon ureasulatetta ja kuumaa ammoniakkia syötetään, toimii 370-425 °C:n lämpötilassa ja 11-15 MPa:n paineessa. Melamiinisulatteen ja tuotekaasu-jen seos syötetään kaasunerotussäiliöön, jossa tuotekaasut erottuvat. Kaasunerotus-10 säiliö toimii samoissa olosuhteissa kuin reaktori. Ureapesun jälkeen tuotekaasut johdetaan jatkokäyttöön. Kuten Nissanin prosessissa, tuotekaasut saadaan noin 10 MPa:n paineessa ja vedettöminä. Kuten Nissanin prosessissa, ureasulate syötetään reaktoriin ureapesurin kautta. Kaasunerotussäiliöstä melamiinisulate johdetaan jäähdytysyksikköön, jossa se jäähdytetään nopeasti esimerkiksi nesteytetyn ammo-15 niakin tai veden avulla. Saadaan kiteistä melamiinia, joka poistetaan jäähdytysyksi-kön pohjan kautta kuivattavaksi. Mitään varsinaisia puhdistusvaiheita ei ole. Prosessin laitteiston määrä on todella pieni edellä kuvattuihin prosesseihin verrattuna. Tuotteen puhtaus on kuitenkin vain 96-99,5 %. Tässä suhteessa prosessi ei ole kilpailukykyinen edellä kuvattuihin prosesseihin nähden. Jotta Melamine Chemicalsin 20 prosessilla saataisiin aikaan kilpailukykyinen puhtaus, prosessin jälkeen tulisi sijoittaa puhdistusprosessi, joka on esimerkiksi jonkin edellä kuvatuissa prosesseissa olevan kaltainen. Tällöin prosessin edut, so. pieni laitteistomäärä ja näin aikaansaatu kustannustehokkuus, poistuisivat.

Tuotteen puhdistamista haihduttamalla on esitetty aiemminkin. Eräässä varhaisim-25 mistä melamiininvalmistuspatenteista (GB-patentti nro 800 722) on esimerkki, jossa noin 9 kg ammoniakkia yhtä melamiinituotekilogrammaa kohti syötetään reaktoriin, joka toimii 400 °C:n lämpötilassa ja 4-8 MPa:n paineessa. Ammoniakin määrä on tässä tapauksessa niin suuri, että tuotettu melamiini haihtuu kokonaan kaasufaasiin. Ammoniakin melamiinin haihtumista edistävä vaikutus perustuu siihen, että se pie-30 nentää melamiinin osapainetta kaasufaasissa. Kun otetaan huomioon sekä edellä esitetty reaktioyhtälö että lisäammoniakki, stoikiometrisen laskennan mukaan reak-J tiosta poistuvan kaasun koostumus on tilavuusprosentteina seuraava: ammoniakkia 94,8 %, hiilidioksidia 3,9 % ja melamiinia 1,3 %. Täten melamiini pitää ottaa talteen erittäin suuresta kaasumäärästä. Suuresta ammoniakkimäärästä joudutaan li-35 säksi erottamaan hiilidioksidi ennen kuin se voidaan kierrättää uudelleen käytettäväksi reaktoriin. Tällaisella prosessilla voitaisiin todennäköisesti valmistaa varsin 4 107257 puhdasta melaniinia Itse asiassa mainitussa patentissa esitetään, että ainoa tuotteessa oleva epäpuhtaus oli reagoimaton urea. Prosessi on kuitenkin epätaloudellinen, mikä johtuu suurista kaasumääristä ja niihin liittyvistä erotusoperaatioista, jotk i ovat melamiinin erotus erittäin suuresta kaasumäärästä ja hiilidioksidin erotus erittäin 5 suuresta ammoniakkimäärästä.

Edellä kuvatun mukaisessa prosessissa edellytettävää ammoniakkimäärää voitaisiin vähentää alentamalla reaktoripainetta tai nostamalla lämpötilaa. Tällöin melimiini haihtuisi helpommin kaasufaasiin, eikä ammoniakkia tarvittaisi niin paljon sen osa-paineen alentamiseen. Jos reaktorin paine alennetaan alle 5 MPa:n, reaktorissa io muodostuu kiinteää ainetta, joka vaikeuttaa ja lopulta estää reaktorin toiminnan. Tämä on havaittu esimerkiksi patentissa US-3 484 440, palsta 1, rivi 65. Jo; taas lämpötila nostetaan yli 400 °C:seen, korroosio lisääntyy, mikä heikentää reactorin rakennemateriaalej a.

Nissan on tutkinut prosessia (US-patentti nro 3 484 440), joka muistuttaa edel ä ku-15 vattua menetelmää, mutta joka voidaan suorittaa pienemmällä ammoniakkimäi irällä, jolloin poistokaasun melamiinipitoisuus on moninkertainen. Tässä prosessissa reaktoriin syötetään kuumaa ammoniakkia nopeudella 0,2-1,0 g ureagrammaa kohti. Reaktorin olosuhteet ovat 360-400 °C ja 5-15 MPa. Nestemäinen melamiini sulate ja sen joukossa tuotekaasut (ammoniakki ja hiilidioksidi) johdetaan reaktorista läm-20 mittimen kautta haihduttimeen. Haihduttimessa ylläpidetään 4-10 MPa:n painotta ja 420-480 °C:n lämpötilaa. Kun paineja lämpötila valitaan sopivasti esitetyiltä väleiltä, melamiini voidaan saada kokonaan haihtumaan kaasufaasiin. Esimerkiksi kun ammoniakkia syötetään reaktoriin nopeudella 0,2 g ureagrammaa kohti, poistuvan • kaasufaasin melamiinipitoisuus on noin 7 tilavuusprosenttia stoikiometrisesti 1 isket- 25 tuna. Kun ammoniakkia syötetään 1 g ureagrammaa kohti, kaasun melamiinipitoisuus on noin 3,2 tilavuusprosenttia. Ensin mainitussa tapauksessa (melamiini? 7 tilavuusprosenttia) paineen tulee olla esimerkiksi noin 7,2 MPa ja lämpötilan 4i 0 °C, tai paineen esimerkiksi 4 MPa ja lämpötilan 455 °C. Nämä paineen ja lämpötilan arvot ovat peräisin patentin diagrammista. Ennen haihduttamista melamiinin anne-30 taan kuitenkin viipyä haihduttimessa nestemäisenä sulatteena vähintään yhden tunnin ajan. Tällöin reaktiossa muodostuneet epäpuhtaudet muuttuvat takaisin mela-miiniksi. Haihduttimesta melamiini johdetaan erottuneen, jossa sitä jäähdy etään vedellä, jolloin se kiteytyy 150 °C:n lämpötilassa ja suunnilleen ilmanpaineessa. Patenttitekstin mukaan näin saadun tuotteen puhtaus on 99 %, ja patentin esimerkis-35 sä saadun tuotteen puhtaus on 99,2 %. Tällainen tuote ei ole puhtaudeltaan kilpailukykyinen. Käyttäjät edellyttävät niin yleisesti, että melamiinin puhtauden tulee olla 5 107257 99.9 %, että se mainitaan alan tunnetussa käsikiijassa (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. painos, voi. A 16, s. 179). Tämän puhtauden saavuttaminen viimeksi kuvatun prosessin avulla edellyttäisi erillistä puhdistusprosessia, esimerkiksi liuotusta ja uudelleenkiteytystä, kuten useimmissa melamiiniprosesseissa. Tä- 5 mä olisi kallis lisäys ja kyseenalaistaisi koko haihduttamisen mielekkyyden; puhdistushan voitaisiin aloittaa suoraan reaktorista sulana saadusta tuotteesta tuhlaamatta energiaa haihdutukseen.

Tekniikan tason melamiininvalmistusprosessit voidaan jakaa kahteen ryhmään. Useimmissa pienpaineprosesseissa ja Nissanin (tarkoitetaan kahdesta mainitusta io Nissanin prosessista ensimmäistä) ja Montedisonin suurpaineprosesseissa saadaan kaikesta päätellen aikaan kilpailukykyinen puhtaus, mutta prosesseihin kuuluu monivaiheinen puhdistusosasto, jossa on runsaasti laitteistoa, mikä lisää selvästi sekä käyttö- että investointikustannuksia. Patenteissa US-4 565 867 ja US-3 484 440 kuvatut prosessit muodostavat toisen ryhmän. Niissä on suunnilleen sama määrä lait-15 teistejä kuin ensimmäisessä ryhmässä, eikä niissä ole edellä mainittua monivaiheista puhdistusosastoa. Niiden avulla saatu tuote ei kuitenkaan ole puhtaudeltaan kilpailukykyinen.

Hakijat ovat aiemmin kehittäneet melamiinin valmistamiseksi suurpaineprosessin, jossa laitteistoa on olennaisesti saman verran kuin edellä mainitussa Melamine 20 Chemicalsin prosessissa (US-4 565 867), mutta tuotteen puhtaus on vähintään 99.9 %:n luokkaa. Tämä prosessi perustuu mm. melamiinireaktorista saadun mela-miinisulatteen haihduttamiseen ja sitä seuraavaan melamiinin kiteyttämiseen kaasu-faasista. Erityisemmin tämä aiempi menetelmä, joka on kuvattu patenttijulkaisussa .; FI 96028, käsittää seuraavat vaiheet: 25 i) sulaa ureaa ja kuumaa ammoniakkikaasua syötetään reaktoriin, jonka paine on 5-15 MPa ja lämpötila 360-430 °C, jolloin saadaan reaktiotuote, joka sisältää nestemäistä melamiinisulatetta ja kaasuseosta, ii) kaasuseos erotetaan nestemäisestä melamiinisulatteesta, iii) näin saatu nestemäinen melamiinisulate haihdutetaan haihduttimessa ja 30 iv) haihduttimesta saatu melamiinia sisältävä kaasu jäähdytetään, jolloin melamii-ni kiteytyy erittäin puhtaana.

Patenttijulkaisun FI 96028 mukaan melamiinireaktorista saatu melamiinisulate voidaan haihduttaa alentamalla painetta tai nostamalla lämpötilaa tai syöttämällä ammoniakkikaasua haihduttimeen tai käyttämällä näistä kolmesta menetelmästä kahta ; 35 tai kaikkia kolmea. Erityisesti mainitaan, että paineet ovat 2-9 MPa ja lämpötilat 420-470 °C. Selityksessä esitetään, että paineen ollessa 5 MPa ja lämpötilan 450 X' 6 107257 haihduttimessa tarvitaan vähintään noin 2,4 kg ammoniakkia yhtä mela] niini-kilogrammaa kohti, mikä tarkoittaa sitä, että ammoniakin ja melamiinin välinen moolisuhde on vähintään 17,6:1.

Lisäksi patenttijulkaisun FI 96028 edullisen suoritusmuodon mukaan melamiiria si-5 sältävän kaasun jäähdytys suoritetaan saattamalla mainittu kaasu suoraan kosi etuk-seen jäähdyttimessä olevan nesteytetyn ammoniakin kanssa alle 130 °C:n lämpötilassa ja alle 4 MPa:n paineessa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on parantaa patenttijulkaisussa FI 9602 $ kuvattua prosessia edelleen, erityisesti yksinkertaisen toiminnan ja energiankulutuksen ίο tai lämmön talteenoton suhteen, jotta prosessista saadaan taloudellisempi.

Täten esillä olevan keksinnön avulla saadaan aikaan menetelmä melamiinin valmistamiseksi ureasta käsittäen seuraavat vaiheet: a) ureasulatetta ja kuumaa ammoniakkikaasua johdetaan melamiinireaktoriin, jonka paine on 5-15 MPa ja lämpötila 360-470 °C, melamiinisulatteen ja pcisto- 15 kaasujen saamiseksi, b) mainitut poistokaasut erotetaan mainitusta melamiinisulatteesta, c) mainittu melamiinisulate ja ammoniakkikaasua johdetaan haihduttimeen, j onka paine on 0,1-1,5 MPa ja lämpötila 290-410 °C, melamiinia sisältävän kaasuseoksen saamiseksi ja 20 d) mainittu melamiinia sisältävä kaasuseos johdetaan jäähdyttimeen, jonka paine on 0,1-1,5 MPa ja lämpötila 0-250 °C, kaasumaisen melamiinin muuttamiseksi kiinteäksi, erittäin puhtaaksi melamiiniksi.

Vaiheet a) ja b) suoritetaan edullisesti patenttijulkaisussa FI 96028 kuvatulla tavilla.

Vaiheessa c) paine on 0,1-1,5 MPa, edullisesti 0,2-1 MPa, ja lämpötila on 290-25 410 °C, edullisesti 300-400 °C. 0,2 MPa:n paineessa lämpötila on edullisesti : 00- 335 °C ja 1 MPa:n paineessa lämpötila on edullisesti 340-400 °C. Haihduttimessa ammoniakin ja melamiinin välinen moolisuhde on edullisesti 1:1-10:1, edullii emmin 3:1-7:1. Edullisesti ylikuumennettua ammoniakkikaasua johdetaan haihduttimeen. Ylikuumennetun ammoniakin lämpötila on tyypillisesti noin 540 °C. IV ela-30 miinin retentioaika haihduttimessa on edullisesti alle puoli tuntia ja erityisen ed llli-sesti alle 10 minuuttia.

7 107257 Jäähdytysvaiheessa d) paine on 0,1-1,5 MPa, edullisesti 0,2-1 MPa, ja lämpötila on 0-250 °C, edullisesti 30-230 °C. Edullisesti paine on sama kuin haihduttimen paine. Jäähdytysainetta johdetaan edullisesti jäähdyttimeen ja saatetaan suoraan kosketukseen melamiinia sisältävän kaasun kanssa.

5 Ensimmäisen suoritusmuodon mukaan mainittu jäähdytysaine on nesteytettyä ammoniakkia, jolloin jäähdytys suoritetaan ammoniakkia haihduttamalla. Jäähdytti-messä ei ole nesteytettyä ammoniakkia, ja jäähdytin ja kiteiden erotus voidaan yhdistää samaan esimerkiksi syklonityyppiseen laitteistoon. Haihtuva ammoniakki ja ammoniakkikaasu, joka on peräisin haihduttimesta, poistetaan jäähdyttimestä ja ai-10 nakin osa siitä lauhdutetaan, jolloin muodostuu nesteytettyä ammoniakkia, joka kierrätetään jäähdyttimeen jäähdytysaineena. Ammoniakin jäähdytyksessä talteenotettu lämpö voidaan hyödyntää haihduttimeen johdettavan ammoniakin, esim. tuoreen nesteytetyn ammoniakin, lämmittämiseen.

Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan mainittu jäähdytysaine on ammoniakki-15 kaasua. Kuten ensimmäisessä suoritusmuodossa, jäähdyttimessä ei ole nesteytettyä ammoniakkia, ja jäähdytin ja kiteiden erotus voidaan yhdistää yhdeksi esimerkiksi syklonityyppiseksi laitteistoksi. Ammoniakkikaasu, josta osa on peräisin jäähdytys-aineesta ja osa haihduttimesta, poistetaan jäähdyttimestä, ja ainakin osa siitä jäähdytetään, jolloin muodostuu ammoniakkikaasua kierrätettäväksi jäähdyttimeen jäähdy-20 tysaineena. Ammoniakin jäähdytyksessä talteenotettu lämpö voidaan hyödyntää melamiinireaktoriin johdettavan ammoniakin, esim. tuoreen nesteytetyn ammoniakin, lämmittämiseen.

Keksinnön mukaisesti melamiinisulatteesta erotetut poistokaasut voidaan johtaa ab- sorptiolaitteeseen poistokaasuissa olevien pienten melamiinimäärien talteenottami- 25 seksi. Poistokaasujen käsittely suoritetaan edullisesti absorboimalla melamiinia poistokaasuista vastavirtaan toimivassa suorakosketusjärjestelmässä, jossa urea on absorbenttina. Tyypillisesti absorptiolaitteessa on absorptiopylväs. Absorptiopyl- vään poistokaasun ureahäviön alentamiseksi se on varustettu lauhduttimella urea- -: absorbentin lauhduttamista varten. Tällä laitteistolla saadaan talteen suurin osa ab- • · 30 sorptiopylvään poistokaasun sisältämästä ureasta. Voidaan käyttää yksi- tai kaksi-a vaiheista absorboijaa. Jotta varmistuttaisiin siitä, että kaikki poistokaasut jäähtyvät riittävästi melamiinin talteenottoa ajatellen, kaksivaiheinen absorboija on kuitenkin edullinen. Urealauhduttimesta talteenotettu lämpö voidaan käyttää melamiinireaktoriin johdettavan ammoniakin lämmittämiseen. Vaihtoehtoisesti urealauhduttimesta 35 talteenotettu lämpö voidaan käyttää höyrynkehitykseen. Jäähdytetyt poistokaasut, jotka sisältävät pääasiassa ammoniakkia ja hiilidioksidia, voidaan kierrättää urealai- 8 107257 tokseen. Absorptiolaitetta käytetään edullisesti olennaisesti samassa paineessa kuin melamiinireaktoria. Absorptiolaitteen käyttölämpötilan tulee olla yli 180 °C, jotta vältytään karbamaatinmuodostukselta, ja alle 260 °C, jotta tukahdutetaan biureetin ja triureetin muodostuminen. Lämpötila on edullisesti 230-240 °C.

5 Keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin jäljempänä viittaamalla oheen liitettyihin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää sellaisen järjestelmän prosessikaaviota, jota voidaan käyttää esillä olevan keksinnön mukaisen prosessin ensimmäisen suoritusmuodon toteuttamiseen, ja 10 kuvio 2 esittää jäijestelmän toista prosessikaaviota, jota voidaan käyttää esillä olevan keksinnön mukaisen prosessin toisen suoritusmuodon toteuttamiseen.

Sekä kuvion 1 että kuvion 2 prosessikaavio sisältää vasemmalta oikealle neljä osastoa, jotka ovat poistokaasujen käsittely - melamiinireaktori - haihdutin - jäähdytin.

Kuvion 1 mukaisesti ureasulatetta, joka sisältää pieniä määriä absorptiolaitteistosta 15 4 saatua absorboitunutta melamiinia, ja ammoniakkia, edullisesti kuumaa anmo- niakkia, syötetään melamiinireaktoriin 1 eri putkien kautta. Reaktorissa valli :sevat tyypillisen suurpaineprosessin olosuhteet, so. lämpötila on 360-470 °C ja paine on 5-15 MPa. Lämpötila on edullisesti noin 400 °C ja paine noin 10 MPa. Lämmitys saadaan aikaan sisäisten lämmityselementtien avulla. Reaktorin poistokaasut, jotka 20 sisältävät tyypillisesti korkeintaan noin 1 % melamiinia, tasapainon ollessa ammoniakin, hiilidioksidin ja reagoimattoman urean puolella, erotetaan melamiinisulat :eesta reaktorin 1 yläosassa ja johdetaan absorptiolaitteeseen 4, jossa melamiini oi etaan . talteen poistokaasuista käyttämällä sulanutta ureaa, joka on johdettu urealaitoksesta » . .

absorbenttina.

25 Absorptiolaitteessa 4 melamiinia absorboidaan poistokaasuista vastavirtaan toimivassa suorakosketusjärjestelmässä, minkä jälkeen urea-absorbentti lauhduietaan erillisessä lauhduttimessa. Voidaan käyttää yksi- tai kaksivaiheista absorboijaa. Jotta . varmistutaan siitä, että kaikki poistokaasut jäähtyvät riittävästi melamiinin taite enot- toa ajatellen, kaksivaiheinen absorboija on kuitenkin edullinen. Poistokaasuki sitte-30 lyn pääasiallisena tarkoituksena on melamiinin talteenotto. Muita tarkoituksin ovat ureasulatteen esilämmitys, poistokaasujen jäähdytys ja veden poistaminen maasta. Edellä kuvatun poistokaasukäsittelyn etuja aiemmin tunnettuihin järjestelmiin verrattuna ovat esillä olevan jäijestelmän yksinkertaisuus, se, ettei tarvita pumppi ja tai sekoittuma, sen alhaisempi (tyypillisesti vain muutamia minuutteja) viipyin; iaika, 35 paremman vedenpoiston ureasta aikaansaaminen ja urean esilämmitys korkeampaan 9 107257 lämpötilaan ja tarve johtaa melamiinireaktoriin vähemmän lämpöä. Absorptiolait-teen käyttöpaine on edullisesti sama kuin melamiinireaktorin paine, so. 5-15 MPa, edullisesti noin 10 MPa. Absorptiolaitteen käyttölämpötila on 180-260 °C, edullisesti 230-240 °C. Poistokaasukäsittelyn urealauhduttimesta talteenotettu lämpö voi-5 daan käyttää tuoreen nesteytetyn ammoniakin haihduttamiseen. Kuten kuviossa 1 on esitetty, haihdutettua ammoniakkia ylikuumennetaan lisäksi kuumalla suolalla, jolloin saadaan kuumaa ammoniakkia reaktoriin 1 syöttämistä varten.

Reaktorista 1 saatu melamiinisulate johdetaan haihduttimeen 2. Haihduttimen lämpötila on 290-410 °C, ja se voi olla esimerkiksi noin 350 °C, ja paine on 0, Ι-ΙΟ 1,5 MPa, edullisesti 0,2-1 MPa. Kuviossa 1 esitetyn mukaisen järjestelmän haihduttimen paine on edullisesti noin 0,7 MPa. Haihdutinta voidaan lämmittää esimerkiksi sisäisillä lämmityselementeillä. Ammoniakkikaasua syötetään haihduttimeen melamiinin haihduttamiseksi. Haihduttimeen syötettävä ammoniakkikaasu voi olla ylikuumennettua ammoniakkikaasua, jonka lämpötila on noin 540 °C. Ammo-15 niakin ja melamiinin välinen moolisuhde haihduttimessa on edullisesti 1:1-10:1, edullisemmin 3:1-7:1. Hakijoiden aiempaan patenttijulkaisuun FI 96028 verrattuna esillä olevan keksinnön mukaista haihdutinta käytetään merkittävästi pienemmässä paineessa ja lämpötilassa, ja sen ammoniakki/melamiinimoolisuhde on pienempi. Pienempi paine ja ammoniakin pienempi ylimäärä edistävät polymerointireaktioita 20 pakottamalla ammoniakkia pois melamiinista ja siirtämällä reaktiotasapainoa takaisin melamiinin suuntaan.

Melamiinia ja ammoniakkia sisältävä kaasuseos johdetaan haihduttimesta 2 jääh-dyttimeen 3. Samalla jäähdyttimeen johdetaan jäähdytysainetta, joka saatetaan suo-’·' raan kosketukseen kaasuseoksen kanssa. Kuviossa 1 esitetyssä suoritusmuodossa 25 jäähdytysaine on nesteytettyä ammoniakkia. Hallituessaan nesteytetty ammoniakki sitoo melamiinin jäähdytyksessä ja kiteytyksessä vapautuvan lämmön. Ammoniakki-kaasu, joka on johdettu jäähdyttimeen yhdessä melamiinin ja haihdutetun jäähdy-tysaineammoniakin kanssa, poistuu jäähdyttimen yläosasta. Jäähdyttimen paine on 0,1-1,5 MPa, edullisesti 0,2-1 MPa, ja lämpötila on 0-250 °C, edullisesti 30-“ ··· 30 230 °C. Kuviossa 1 esitetyn järjestelmän mukaisen jäähdyttimen paine on edullisesti noin 0,7 MPa. Tässä haihduttavassa ammoniakkijäähdytyksessä ei ole läsnä nestev-" tettyä ammoniakkia, ja jäähdytin ja kiteiden erotus voidaan yhdistää yhdeksi esi merkiksi syklonityyppiseksi laitteistoksi. Jäähdyttimestä poistettu ammoniakki-kaasuosuus lauhdutetaan, jolloin muodostuu nesteytettyä ammoniakkia käytettäväksi 35 uudelleen jäähdytinaineenajäähdyttimessä. Ammoniakkijäähdytyksestä talteenotettu lämpö voidaan käyttää haihduttimeen johdettavan ammoniakin lämmittämiseen.

10 107257

Melamiini otetaan talteen kiteinä, joiden puhtaus on yhtä korkea kuin hakijoiden patenttijulkaisun FI96028 mukaisesti valmistetulla melamiinilla.

Kuviossa 2 esitetään esillä olevan keksinnön mukaisen prosessin toinen suoritusmuoto. Toiston välttämiseksi esitetään vain edellä kuvatusta poikkeavat piirteet. 5 Poistokaasun käsittelyosastossa urealauhduttimesta talteenotettu lämpö käytetään höyiyntuotantoon. Haihduttimen 2 käyttöpaine on noin 0,5 MPa. JäähdyttinLen 3 käyttöpaine on noin 0,5 MPa. Tämän lisäksi kuviossa 2 esitetyn suoritusmuodon mukaan jäähdytysaine on ammoniakkikaasua. Jäähdyttimestä poistettu ammoniakki-kaasuosuus jäähdytetään, jolloin muodostuu ammoniakkikaasua käytettäväksi uudel-10 leen jäähdytysaineena jäähdyttimessä. Anunoniakkijäähdytyksestä talteenotettu lämpö voidaan hyödyntää tuoreen nesteytetyn ammoniakin esilämmityksessä, minkä jälkeen ammoniakki ylikuumennetaan, esimerkiksi kuumalla suolalla, ja syötetään sitten melamiinireaktoriin 1. Jäähdyttimestä poistettu ammoniakkikaasujäännö:i ylikuumennetaan, esimerkiksi kuumalla suolalla, ja syötetään haihduttimeen 2.

« · j

Claims (18)

107257

1. Menetelmä melamiinin valmistamiseksi ureasta, tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat vaiheet: a) sulaa ureaa ja kuumaa ammoniakkikaasua johdetaan melamimireaktoriin, jon-5 ka paine on välillä 5-15 MPa ja lämpötila on välillä 360-470 °C, sulan melamiinin ja poistokaasujen saamiseksi; b) poistokaasut erotetaan mainitusta sulasta melamiinista; c) mainittu sula melamiini ja ammoniakkikaasua johdetaan haihduttimeen, jonka paine on välillä 0,1-1,5 MPa ja lämpötila on välillä 290-410 °C, melamiinia sisältä- 10 vän kaasuseoksen saamiseksi; ja d) mainittu melamiinia sisältävä kaasuseos johdetaan jäähdyttimeen, jonka paine on välillä 0,1-1,5 MPa ja lämpötila on välillä 0-250 °C, kaasumaisen melamiinin muuttamiseksi kiinteäksi erittäin puhtaaksi melamiiniksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että haihduttanen 15 paine on välillä 0,2-1,0 MPa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että haihduttanen paine on välillä 0,4-0,8 MPa.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että haihduttanen lämpötila on välillä 300-400 °C.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että am moniakin ja melamiinin välinen moolisuhde haihduttimessa on 1:1 -10:1.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu moolisuhde on 3:1 - 7:1.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yli- .. 25 kuumennettua ammoniakkia johdetaan haihduttimeen. • ·

8. Jonkin patenttivaatimuksen mukainen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytysainetta johdetaan jäähdyttimeen ja jäähdytysaine saatetaan suoraan kosketukseen melamiinia sisältävän kaasun kanssa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu jääh- < 30 dytysaine on nesteytettyä ammoniakkia. 107257

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasumaista ammoniakkia poistetaan jäähdyttimestä ja ainakin osa siitä lauhdutetaan, jolloin muodostuu nesteytettyä ammoniakkia käytettäväksi uudelleen jäähdytysaiieena jäähdyttimessä.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ammoniakin jäähdytyksessä talteenotettua lämpöä käytetään mainittuun haihduttimeen johdettavan ammoniakin lämmittämiseen.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu jääh-dytysaine on kaasumaista ammoniakkia.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasumaista ammoniakkia poistetaan jäähdyttimestä ja ainakin osa siitä jäähdytetään, jolloin muodostuu kaasumaista ammoniakkia käytettäväksi uudelleen jäähdytysameena jäähdyttimessä.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ammoniakin 15 jäähdytyksessä talteenotettua lämpöä käytetään mainittuun melamiinireaktoriii johdettavan ammoniakin lämmittämiseen.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut sulasta melamiinista erotetut poistokaasut johdetaan absorptiolaitteoseen poistokaasuissa läsnäolevan melamiinin talteenottamiseksi. ; 20 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että melaniini absorboidaan poistokaasuista vastavirtaan toimivassa suorakosketusjärjestelraässä, jossa urea on absorbenttina, jota seuraa absorbentin lauhduttaminen lauhduttimessa.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että urean auh-duttimesta talteenotettua lämpöä käytetään mainittuun melamiinireaktoriin johcetta- 25 van ammoniakin lämmittämiseen. • · -*

18. Jonkin patenttivaatimuksen 15-17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että absorptiolaite toimii olennaisesti samassa paineessa kuin melamiinireaktori ja lämpötilassa, joka on välillä 180-260 °C. 13 107257