NL1006095C2

NL1006095C2 - Werkwijze voor het bereiden van melamine.

Info

Publication number: NL1006095C2
Application number: NL1006095A
Authority: NL
Inventors: Tjay Tjien Tjioe
Original assignee: Dsm Nv
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 1998-11-25

Description

- 1 -

WERKWIJZE VOOR HET BEREIDEN VAN MELAMINE

5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van melamine uit ureum via een hogedruk proces waarbij vast melamine wordt verkregen door de uit de reactor komende melaminesmelt over te brengen naar een vat waar de melaminesmelt 10 wordt gekoeld met ammoniak.

Een dergelijke werkwijze is beschreven in onder andere EP-A-747366. Hierin wordt een hogedruk proces beschreven voor het bereiden van melamine uit ureum. EP-A-747366 beschrijft met name het pyrolyseren 15 van ureum in een reactor bij een druk van 10,34 tot 24,13 MPa en een temperatuur van 354 tot 454 °C voor het voortbrengen van een reactorprodukt. Dit verkregen reactorprodukt bevat vloeibaar melamine, C02 en NH3 en wordt onder druk overgebracht als een gemengde stroom 20 naar een scheider. In deze scheider, die op nagenoeg dezelfde druk en temperatuur wordt gehouden als de genoemde reactor, wordt het genoemde reactorprodukt gescheiden in een gasvormige stroom en een vloeistofstroom. De gasvormige stroom bevat C02 en NH3 25 afgassen en tevens melaminedamp. De vloeistofstroom bestaat in hoofdzaak uit vloeibaar melamine. Het gasvormige produkt wordt overgebracht naar een wassereenheid terwijl het vloeibare melamine wordt overgebracht naar een produktkoeleenheid. In de 30 wassereenheid worden de genoemde C02 en NH3 afgassen welke melaminedamp bevatten, bij nagenoeg dezelfde druk en temperatuur als de druk en temperatuur van de reactor, gewassen met gesmolten ureum teneinde het ureum voor te verhitten en de genoemde afgassen te 35 koelen tot een temperatuur van 177-232 °C en het aanwezige melamine uit de afgassen te verwijderen. Vervolgens wordt het voorverhitte gesmolten ureum, dat het genoemde melamine bevat, aan de reactor toegevoerd. In de produktkoeleenheid wordt het vloeibare melamine 1006395 - 2 - gekoeld met een vloeibaar koelmedium, dat een gas vormt bij de temperatuur van de vloeibare melamine in de produktkoeler, voor het voortbrengen van een vast melamineprodukt zonder wassen of verdere zuivering. Bij 5 voorkeur wordt in EP-A-747366 als vloeibaar koelmedium vloeibare ammoniak gebruikt. De druk in de produktkoeleenheid ligt hierbij boven 41,4 bar. De zuiverheid van het melamine eindprodukt ligt volgens EP-A-747366 boven 99 gew.% maar op commerciële schaal 10 is het moeilijk dit gehalte constant te realiseren.

Vooral in melamine-formaldehyde harsen welke toegepast worden in laminaten en/of coatings is dit een nadeel.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verkrijgen van een verbeterde werkwijze voor de 15 bereiding van melamine uit ureum, waarbij melamine met een hoge graad van zuiverheid als een droog poeder direct uit het reactorprodukt wordt verkregen. Meer in het bijzonder is het doel van de onderhavige uitvinding het verkrijgen van een verbeterd hogedruk proces voor 20 de bereiding van melamine uit ureum waarbij melamine met een hoge graad van zuiverheid als een droog poeder direct uit de vloeibare melaminesmelt via afkoeling wordt verkregen.

Aanvrager heeft nu gevonden dat melamine met 25 een constant hoge zuiverheid kan worden geproduceerd door de uit de melaminereactor komende melaminesmelt met een temperatuur gelegen tussen het smeltpunt van melamine en 450 °C via een sproei-inrichting te versproeien in een vat in een ammoniakomgeving bij een 30 druk van 4,5-25 MPa, bij voorkeur 6-11 MPa, waarbij de melaminesmelt wordt omgezet in melaminepoeder met een temperatuur tussen 200 °C en het stolpunt van melamine, bij voorkeur tussen 240 °C en het stolpunt en in het bijzonder tussen 270 °C en het stolpunt waarna het 35 poeder gedurende 6 sec - 5 uur, bij voorkeur gedurende 30 sec - 2 uur in contact blijft met ammoniak bij een druk van 4,5-25 MPa, bij voorkeur 6-11 MPa.

1006095 - 3 -

Het produkt kan tijdens deze contacttijd op nagenoeg dezelfde temperatuur blijven of zodanig afgekoeld worden, dat het produkt gedurende 6 sec - 5 uur, bij voorkeur gedurende 30 sec - 2 uur een 5 temperatuur heeft groter dan 200 °C, bij voorkeur groter dan 240 °C en in het bijzonder groter dan 270 °C. Het afkoelen kan in hetzelfde vat plaatsvinden of in een apart koelvat.

Het voordeel van de werkwijze volgens de 10 onderhavige uitvinding is dat een poedervormig melamine wordt verkregen met een zuiverheid welke constant groter is dan 99 gew.% hetgeen voldoende is voor het gebruiken van de op deze wijze verkregen melamine in nagenoeg alle melamine toepassingen.

15 Bij de bereiding van melamine wordt bij voorkeur uitgegaan van ureum als grondstof in de vorm van een smelt. NH3 en C02 zijn bijprodukten tijdens de melaminebereiding welke volgens de volgende reactievergelijking verloopt: 20 6 CO(NH2)2 -» C3N6Hs + 6 NH3 + 3 C02

De bereiding kan worden uitgevoerd bij hoge 25 druk, bij voorkeur tussen 5 en 25 MPa, zonder aanwezigheid van een katalysator. De temperatuur van de reactie varieert tussen 325 en 450 °C en ligt bij voorkeur tussen 350 en 425 °C. De bijprodukten NH3 en C02 worden gewoonlijk teruggevoerd naar een 30 aangrenzende ureumfabriek.

Het eerdergenoemde doel van de uitvinding wordt verkregen in een inrichting geschikt voor de bereiding van melamine uit ureum. Een voor de onderhavige uitvinding geschikte inrichting kan bestaan 35 uit een wassereenheid, een reactor in combinatie met een gas/vloeistofschelder of met een separate gas/vloeistofscheider, eventueel een nareactor , een 1006095 - 4 - eerste koelvat en eventueel een tweede koelvat.

Bij een uitvoeringsvorm van de werkwijze wordt in een inrichting bestaande uit een wassereenheid, een melaminereactor al dan niet in 5 combinatie met een gas/vloeistofscheider of een separate gas/vloeistofscheider, een eerste koelvat en een tweede koelvat uit ureum melamine bereid. Hierbij wordt ureumsmelt vanuit een ureumfabriek gevoed aan een wassereenheid bij een druk van 5 tot 25 MPa, bij 10 voorkeur 8 tot 20 MPa, en bij een temperatuur boven het smeltpunt van ureum. Deze wassereenheid kan voorzien zijn van een koelmantel teneinde te zorgen voor extra koeling in de wasser. Ook kan de wassereenheid voorzien zijn van interne koellichamen. In de wassereenheid komt 15 het vloeibare ureum in contact met de reactiegassen uit de melaminereactor of uit een achter de reactor geplaatste separate gas/vloeistofscheider. In geval van een separate gas/vloeistofscheider zijn de druk en temperatuur nagenoeg gelijk aan de temperatuur en druk 20 in de melaminereactor. De reactiegassen bestaan in hoofdzaak uit C02 en NH3 en bevatten tevens een hoeveelheid melaminedamp. Het gesmolten ureum wast de melaminedamp uit het afvalgas en voert deze melamine mee terug naar de reactor. In het wasproces worden de 25 afvalgassen gekoeld van de temperatuur van de reactor, dat wil zeggen van 350 tot 425 °C, tot 170 tot 240 °C waarbij de ureum wordt verhit tot 170 tot 240 °C. De afgassen worden verwijderd uit de top van de wassereenheid en bijvoorbeeld teruggevoerd naar een 30 ureumfabriek om daar als grondstof voor de ureumproduktie te worden gebruikt.

Het voorverhitte ureum wordt tezamen met de uitgewassen melamine onttrokken aan de wassereenheid en via bijvoorbeeld een hogedruk pomp toegevoerd aan de 35 reactor welke een druk heeft van 5 tot 25 MPa en bij voorkeur van 8 tot 20 MPa. Ook kan men bij het overbrengen van de ureumsmelt naar de melaminereactor 1006095 - 5 - gebruik maken van de zwaartekracht door de wassereenheid boven de reactor te plaatsen.

In de reactor wordt het gesmolten ureum verhit tot een temperatuur van 325 tot 450 °C, bij 5 voorkeur van ongeveer 350 tot 425 °C bij een druk zoals boven weergegeven, onder welke omstandigheden het ureum wordt omgezet in melamine, C02 en NH3. Aan de reactor kan een hoeveelheid ammoniak gedoseerd worden bijvoorbeeld in de vorm van een vloeistof of hete damp. 10 De toegevoerde ammoniak kan bijvoorbeeld dienen om te voorkomen dat condensatieprodukten van melamine zoals melam, melem en melon ontstaan of om de menging in de reactor te bevorderen. De hoeveelheid toegevoerde ammoniak aan de reactor bedraagt 0 tot 10 mol per mol 15 ureum, bij voorkeur wordt 0 tot 5 mol ammoniak toegepast en in het bijzonder 0 tot 2 mol ammoniak per mol ureum.

Het bij de reactie ontstane C02 en NH3 alsmede de extra toegevoerde ammoniak verzamelen zich in het 20 scheidingsgedeelte bij voorbeeld in de top van de reactor, maar ook een aparte achter de reactor geplaatste gas/vloeistofscheider is mogelijk, en worden in gasvormige toestand afgescheiden van de vloeibare melamine. Bij gebruik van een aparte achter de reactor 25 geplaatste gas/vloeistofscheider kan het van voordeel zijn aan deze scheider ammoniak te doseren. De hoeveelheid ammoniak bedraagt hierbij 0,01-10 mol ammoniak per mol melamine, bij voorkeur 0,1-5 mol. Het voordeel hiervan is dat het kooldioxyde snel wordt 30 afgescheiden waardoor de vorming van zuurstof bevattende bijproducten wordt tegengegaan.

Het na de gas/vloeistofscheiding ontstane gasmengsel wordt geleid naar de wassereenheid voor het verwijderen van melaminedamp en voor het voorverwarmen 35 van de ureumsmelt.

De vloeibare melamine met een temperatuur gelegen tussen het smeltpunt van melamine en 450 °C

1006095 - 6 - wordt onttrokken aan de reactor of aan de achter de reactor geplaatste gas/vloeistofscheider en kan voor het versproeien eventueel gekoeld worden tot een temperatuur gelegen boven het smeltpunt van melamine.

5 Bij voorkeur wordt de vloeibare melamine met een temperatuur boven 390°C, meer in het bijzonder boven 400°C, ten minste 5°C en in het bijzonder ten minste 15°C gekoeld. Meer in het bijzonder wordt de smelt gekoeld tot een temperatuur die 5-20°C ligt boven 10 het stolpunt van melamine. Het koelen kan in de gas/vloeistofscheider plaatsvinden of in een aparte installatie achter de gas/vloeistofscheider. Het koelen kan plaatsvinden door injectie van een koelend medium, bijvoorbeeld ammoniakgas met een temperatuur lager dan 15 de temperatuur van de melaminesmelt, of middels een warmtewisselaar.

Verder kan ammoniak in de vloeibare melamine gebracht worden zodanig dat een gas/vloeistofmengsel versproeid wordt in de sproeiinrichting.

20 De druk van ingebrachte ammoniak ligt hierbij boven de druk van de melaminesmelt en bij voorkeur tussen 15 en 45 MPa.

De verblijftijd van de vloeibare melamine tussen de reactor en de sproeiinrichting is bij 25 voorkeur meer dan 10 minuten, in het bijzonder meer dan 30 minuten. De verblijftijd zal veelal korter zijn dan 4 uur.

De melaminesmelt wordt eventueel tezamen met ammoniakgas, overgebracht naar een eerste vat waarin de 30 vloeibare melaminesmelt via een sproei-inrichting in een ammoniak omgeving wordt versproeid bij een druk van 4,5-25 MPa, bij voorkeur 6-11 MPa waarbij een poeder wordt gevormd met een temperatuur tussen 200 °C en het stolpunt van melamine, bij voorkeur tussen 240 °C en 35 het stolpunt en in het bijzonder tussen 270 °C en het stolpunt waarna het poeder gedurende 6 sec - 5 uur, bij voorkeur gedurende 30 sec - 2 uur in contact blijft met 1006095 - 7 - ammoniak bij een druk van 4,5-25 MPa, bij voorkeur 6-11 MPa. Het produkt kan tijdens deze contacttijd op nagenoeg dezelfde temperatuur blijven of zodanig afgekoeld worden dat het produkt gedurende 6 sec - 5 5 uur, bij voorkeur gedurende 30 sec - 2 uur een temperatuur heeft groter dan 200 °C, bij voorkeur groter dan 240 °C en in het bijzonder groter dan 270 °C. Het afkoelen kan in hetzelfde vat plaatsvinden of in een apart koelvat.

10

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van het volgende voorbeeld.

Voorbeeld

15 Melaminesmelt met een temperatuur van 402 °C

wordt via een sproei-installatie in een hogedrukvat gebracht en gekoeld met vloeibare ammoniak dat eveneens in het vat versproeid wordt. De temperatuur in het vat bedraagt 296 °C. De ammoniakdruk in het vat varieert 20 tussen 6,8 en 9,2 MPa. Na 2 minuten wordt het produkt verder gekoeld tot omgevingstemperatuur. Het eindprodukt bevat 0,5 gew.% melam en minder dan 0,2 gew.% melem.

25 Vergelijkend voorbeeld

Melaminesmelt van 400 °C zich bevindend in een buis waarin een ammoniakdruk heerst van 13,6 MPa wordt snel gekoeld tot omgevingstemperatuur door de gesloten buis in contact te brengen met een mengsel van 30 ijs en water. Het eindprodukt bevat 1,4 gew.% melam en 0,4 gew.% melem.

100 ou 9 5

Claims

1. Werkwijze voor de bereiding van melamine uit ureum via een hogedruk proces waarbij vast melamine 5 wordt verkregen door de uit de reactor komende melaminesmelt over te brengen naar een vat waar de melaminesmelt wordt gekoeld met ammoniak met het kenmerk, dat de uit de melaminereactor komende melaminesmelt met een temperatuur gelegen tussen 10 het smeltpunt van melamine en 450 °C via een sproei-inrichting wordt versproeid in een vat in een ammoniakomgeving bij een druk van 4,5-25 MPa, waarbij de melaminesmelt wordt omgezet in melaminepoeder met een temperatuur tussen 200 °C 15 en het stolpunt van melamine, waarna het poeder gedurende 6 sec - 5 uur, in contact blijft met ammoniak bij een druk van 4,5-25 MPa, waarbij het , produkt tijdens deze contacttijd op nagenoeg dezelfde temperatuur kan blijven of zodanig 20 afgekoeld worden dat het produkt gedurende 6 sec - 5 uur, een temperatuur heeft groter dan 200 °C, en waarbij het afkoelen kan plaatsvinden in hetzelfde vat of in een apart koelvat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 25 dat de uit de melaminereactor komende smelt via een sproei-inrichting wordt versproeid in een vat in een ammoniakomgeving bij een druk van 6-11 MPa.

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de melaminesmelt wordt omgezet in 30 melaminepoeder met een temperatuur tussen 240 °C en het stolpunt van melamine.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de melaminesmelt wordt omgezet in melaminepoeder met een temperatuur tussen 270 °C 35 en het stolpunt van melamine.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het poeder gedurende 30 sec - 2 uur in contact 1QÜO U 9 o - 9 - blijft met ammoniak.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het poeder in contact blijft met ammoniak bij een druk van 6-11 MPa.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat het produkt gedurende 6 sec tot 5 uur een temperatuur heeft groter dan 240 °C.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het produkt gedurende 6 sec tot 5 uur een 10 temperatuur heeft groter dan 270 °C.

9. Werkwijze volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat het produkt gedurende 30 sec tot 2 uur een temperatuur heeft groter dan 240 °C.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, 15 dat het produkt gedurende 30 sec tot 2 uur een temperatuur heeft groter dan 270 °C.

11. Werkwijze zoals beschreven aan de hand van de beschrijving en het voorbeeld. 1006095 SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHE1DSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIFlKATIE VAN DE NATIONALE AANVRAGE Kenmerk van de aanvrager o» van de gemacnogde 9247NL Nederlandse aanvrage nr. indienngsdavm 1006095 . 21 mei 1997 Ingeroepen voorrangsoaum Aanvrager (Naam) DSM N.V. Datum van net verzoek voor een onderzoek van mtematonaaf type Door de Instantie voor Internationaal Onderzoek (ISA) aan net verzoek voor een onderzoek van internationaal type toe gekend nr. SN 29253 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassing van verschillende dassificaoes. alle dassificabesymbolen opgeven) Volgens de In tama te na ie classificatie (IPC) Int. Cl.6: C 07 D 251/60 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK _Onderzochte minimum documentatie Classificatiesysteem Classificaiiesymbolen_ ~_ Int. Cl.6 C 07 D Onderzochte andere oocumemaoe dan de minimum documentabe voor zover dergelijke documenten tn de onderzochte gebieden zijn opgenomen lil. 1 j GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES {opmerkingen op aanvullingsDIad) 1 IV.'_; GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsofad) rorrr. PCT/iSA/tD Ka I CE 19£i i S