CH285131A

CH285131A - Process for the preparation of melamine.

Info

Publication number: CH285131A
Authority: CH
Inventors: Company American Cyanamid
Original assignee: American Cyanamid Co
Priority date: 1948-04-14
Filing date: 1949-04-12
Publication date: 1952-08-31

Description

Proeede pour la preparation de me1amine. Process for the preparation of melamine.

La pi-esente iii, ention coneerne un pro cAde perfectionne pour 1a. preparation de melamine. Part iii, ention relates to an improved pro cAde for 1a. preparation of melamine.

Dans la preparation de 1a. melamine, il est avantageux de pouvoir disposer d'uree pure et sensiblement anhvdre. Toutefois, ä, la cori nais_sanee de la brevetee, il n'etait pas possible ,iusqu'ici d'obtenii- directement de 1'uree pre sentant les qualites voulues. Il fallait Bone, i pi,ealablement ä sa transforniation en inelainine, debarrasser l.'uree des iinpuretes qui 1'aeeonipagnaient (NH3, C02) et la se eber, ee qui entmine des frais eleves d'appa reillage et de combustible, que l'on peut eviter iiee ä la presente invention. In the preparation of 1a. melamine, it is advantageous to be able to have pure and substantially anhvdre urea. However, at the time of the birth of the patentee, it was not possible until now to directly obtain urea having the desired qualities. Bone, prior to its transformation into inelainin, had to be rid of the urea of the impurities which aeonipagated it (NH3, C02) and its eberation, which entails high costs for equipment and fuel, that related to the present invention can be avoided.

Le procede perfeetionne pour la prepara tion de nielamine qui Fait 1'objet de 1'inven t ion est eai-acterise en ee ctu'on introdiiit de 1'amniotiiae et du dioxvde de earbone daris une eticeinte de reaction fermee dann laquelle an inaintient une teinperature d'au nioins 732 C et une Pression d'au moins 70 kg/eni'-', niais ne depassant pas 140 kg/cm2, an nia,in tient. la Pression partielle de 1'eau foi,niee coinnie sous-produit de la reaetion ä. une va Ieur telle que Bette Bau Teste sous forme de vapeur, et an cha.iiffe 1'uree liquide sensible nietit. anlivdre obtenue en presenee d'amnio 1iiae sous Pression pour Ja transformer en melamine. Les temperatni#es et Pression opti miiin se situent respectiveinent ä 200" C" en- The perfected process for the preparation of nielamine which is the subject of the invention is also characterized in that amniotic acid and carbon dioxide are introduced into a closed reaction extinguisher in which a temperature of at least 732 C and a Pressure of at least 70 kg/cm2, but not exceeding 140 kg/cm2, an nie,in tien. the Partial Pressure of Water faith,niee coinnie byproduct of the reaction ä. a value such as Bette Bau is tested in the form of vapor, and heats the sensible liquid urea netit. an book obtained by pressing ammonia 1iiae under pressure to Ja transform into melamine. The optimum temperatures and Pressure are respectively at 200 "C" in-

viron et ä 140 kg/cm2 etwiron. Dans ees con ditions preferees, 1'eau ne Teste en Phase va peur que si sa Pression partielle est inferieure ä. 15,82 kg/cin2. Le restant du gaz peut eire constitue par un excedent de 1'un ou 1'autre reaetif ou par tont autre gaz ne pouvant pas nuire ä la reaetion, comme par exemple l.'azote. viron and 140 kg/cm2 etwiron. Under these preferred conditions, the water Tested in Phase will only be afraid if its Partial Pressure is less than . 15.82 kg/cin2. The remainder of the gas can be constituted by an excess of one or the other reactant or by any other gas which cannot harm the reaction, such as for example nitrogen.

La quantite de gaz diluant necessaire va rie suivant la temperature et la Pression, mais an peut faeileinent 1a. caleuler. En supposant, par exemple, qu'on desire fornier de 1'uree aai voisinage de son poiut de Fusion, .soit 132 C, si Fon se refere aux tables normalisees des v apeurs, comme eelles publiees dans la ein quieme edition du Handbook of Chemistry de Lange, Page 1456, an constate que la Pres sion de vapeui- qui eoi-respond ä. rette teinpe rature est d@environ 3 kg/eni". En admettant alors que 1e systeme est maintenu ä une Pres sion d'environ 70 kg/em2, il faut qu'une Pres sion partielle de 70 -- 3, soit 67 kg/cm2, soit fournie par d'a.utres gaz si Fon veut mainte nir 1'eau en Phase vapeur. Si Fon fait reagir 1e gaz animoniac et 1e ga.z carbonique ä. la vitesse necessaire pour transformer 50 % de Faeide carbonique en uree, la reaction totale Sera la suivante The amount of diluent gas needed varies with temperature and pressure, but this can be easily done. to calulate. Assuming, for example, that one wishes to form urea near its melting point, i.e. 132 C, if reference is made to standard vapor tables, as published in the fifth edition of the Handbook of Chemistry de Lange, Page 1456, finds that the Vapor Pressure which eoi-responds to. assuming that the system is maintained at a pressure of about 70 kg/cm2, a partial pressure of 70 -- 3, or 67 kg /cm2, or supplied by other gases if we want to maintain the water in the vapor phase If we react the ammonia gas and the carbon dioxide at the rate necessary to transform 50% of the carbon dioxide into urea, the total reaction will be as follows

?N13;, + 2C02---> (N"-') 2C0 + H20 -@- C02 :Attendu que la Pression partielle de 1'eau es[ de 3 kg/en1.2, ainsi cltr'on l.'a dejä cleter- ?N13;, + 2C02---> (N"-') 2C0 + H20 -@- C02: Whereas the Partial Pressure of water is[ of 3 kg/in 1.2, so we already have it clear.

mine, et que suivant 1'equation il se forme une moleeule d'eau, il est evident que, dann ]es conditions d'equilibre, il restera une inole eule de gaz earbonique qui n'aura pas suhi la reaction, et qui donnera une Pression par tielle de 3 1s /eint. Ainsi, 1'eau et 1'aeide car bonique donnent ttne Pression totale de 6 kg/cm . La difference entre 70 et 6, c'est ä-dire 64 kg/cm2, peut etre obtenue en intro duisant dans 1e recipieilt un gaz inerte, tel que de 1'azote ou un gaz analogue, sous une Pression de 70 kg/cm='. 11 est evident qu'il fau- mine, and that according to the equation a molecule of water is formed, it is obvious that, under the conditions of equilibrium, there will remain a single molecule of carbonic gas which will not have undergone the reaction, and which will give a Partial Pressure of 3 1s /eint. Thus, water and carbon dioxide give a total pressure of 6 kg/cm 2 . The difference between 70 and 6, i.e. 64 kg/cm2, can be obtained by introducing into the container an inert gas, such as nitrogen or a similar gas, under a pressure of 70 kg/cm2. ='. It is obvious that we must

dra 61, divise par 6, soit approxiniativeniellt 11 molecnles de ee gaz inerte. dra 61, divided by 6, or approxiniativeniellt 11 molecnles of ee inert gas.

Bien qu'on 1iuisse utiliser de 1'azote Beul comme diluallt, le renclelnenl en uree par unite de temps est assen reduit dans ce cas. On peut obtenir des rendeinents superieurs en inelangeant le < gaz aminoniae ä 1'azote, les ineilleul-s rendements etant obtenus par 1'ad dition du total de 11 molecules de diluant sous forme de gaz animoniae plutöt que d'azote. La i-eaetion d'enseinble s'effeetuei-ait done comme suit, ä. 132" C et 70 kg/em=. Although it is possible to use Beul nitrogen as a diluent, the yield of urea per unit time is quite reduced in this case. Higher yields can be obtained by mixing amino gas with nitrogen, better yields being obtained by adding the total of 11 diluent molecules as amino gas rather than nitrogen. The overall i-eaetion is therefore effected as follows, ä. 132" C and 70 kg/em=.

0n peut ealeuler dune facoil analogue que, pour les eonditions Optimum d'environ ?00 C, 140 kg/em= et avec un degre de conversion. It can be calculated in a similar way that, for Optimum conditions of about ?00 C, 140 kg/em= and with a degree of conversion.

de gaz earbonique d'environ 50 %, la reaetion d'enseinble serait approxiniativeinent de of carbonic gas by approximately 50%, the overall reaction would be approximately

10N1i3 + -2C0## (:VIic)2CO + HoO ;- ("()c -@ INNEI-1, 10N1i3 + -2C0## (:VIic)2CO + HoO ;- ("() c -@ INNEI-1,

0n remarquera que, dans 1'equation ei dessus, 1e gaz animoniac et 1e gaz earbonique sont dass 1e rapport niolecidaire de 5:1. Bien que Fon ait indique 1'emploi dun exee dent de gaz ammoniae, an peut egalenient atteindre la Pression totale ndcessaire, niais avee des rendements plus reduits, en utilisant du gaz carbonique, de 1'azote ou tout autre az inerte. Note that in the equation above, the ammonia gas and the carbon dioxide are in the niolecidal ratio of 5:1. Although the use of an excess of ammonia gas has been indicated, the necessary total pressure can also be achieved, but with lower yields, by using carbon dioxide, nitrogen or other inert gas.

11 est indique .d'exti-aii-e 1'uree obtenu du recipient, pour la eonvertir ensuite en melamine, en un point isole de tout (,ontaet avec la vapeur d'eau. Un inoyen effieaee con siste ä extraire 1'uree du fond du reeipient reactionnel 'a travers un orifiee muni dune soupape ou d'un robinet. I:ii niarelie continue, la soupape ou robinet peut etre commande en fonetion du niveau d'uree dans 1e recipient reaetionnel, par exemple au moyen d'un ni veau liquide qni eommande une soupape de tont type eonnu an approprie. It is indicated to extract the urea obtained from the container, to then convert it into melamine, at a point isolated from everything, and with the steam. urea from the bottom of the reaction vessel through an orifice provided with a valve or a tap. a liquid level that requires a valve of any known type is appropriate.

L'invention Sera. deerite niaintenant en de tail et en se referant au dessin annexe qui represente un appareil destine ä la mise en wuvre du present procede. The invention will be. deerite now in detail and with reference to the appended drawing which represents an apparatus intended for the implementation of the present process.

L'unique figure du dessin est wie e1ev < < lion eil eoupe partielle nioliti-alit 1e i.eeipiellt pour foriner 1'uree ainsi que 1e dispositif, assoeie au reeipient precite, pour foriner 111 liielalnine. The only figure in the drawing is wie e1ev < < lion eil partial eoupe nioliti-alit 1e i.eeipiellt to forine 1 urea as well as the 1st device, assoeie with the aforementioned reeipient, to forine 111 liielalnine.

()n voit en 1 un reeipierit cle reaction, re sistant 'a la Pression, revetu intArieurement, de prefei-ence, dune matiere sensiblement inerte aux i-eaetifs, par exeniple de 1'argent ou 1'alliage eonipose de 60 Parties de niek(A, 3 Parties de molybdene et 7 Parties de fer. Une ehenlise cha.uffante ? entoure le reci pient de reaetion l et presente des raeeords 3 et. 4 destines respectivenient ä 1'admission et @. 1'evaeuation de 1'agent ehaliffant, par exem ple de la vapeur. Le gaz ainmoniae et. 1e gaz earbonique sont introduits respeetivement dann 1e recipient de reaetion 1 par l'internie diaire de conduites 5 et 6 et melanges daiis un tuyau comimin 7. L'extreniite intei-ieui-e de ce dernier deboueiie au-dessoms du niveau de 1'uree liquide, attendu que cette disposition perinet nn contaet plus efficaee entre !es re actifs et d'atteindre plus rapidement la Phase d'equilibre du systenie. Cependant, il se for inera quand nienie de 1'uree sensiblenient anhydre, que le tuyau déhouehe au-dessous ou au-dessus du niveau de l'urée. () n sees in 1 a reaction key receptacle, resistant to pressure, internally coated, preferably, with a material substantially inert to the i-eaetives, for example silver or the alloy consisting of 60 parts of 3 parts of molybdenum and 7 parts of iron. heating agent, for example steam The ammonia gas and the carbon dioxide gas are respectively introduced into the reaction vessel 1 via the internal conduits 5 and 6 and mixed via a common pipe 7. eui-e of the latter drains below the level of the liquid urea, since this arrangement allows more effective contact between the reactives and to reach the equilibrium phase of the system more quickly. for inera when the urea is substantially anhydrous, whether the pipe drops below or above the level of the urea.

Cela se vérifie plus particulièrement au cours (les phases initiales duprocédé. This is particularly true during (the initial phases of theprocess.

Les tuyaux d'admission :5 et 6 pour le gaz ainnioniac et le gaz carbonique sont entourés d'un manchon ebanffant S tout au moins sur une partie (le leur longueur pour porter les gaz réactionnels introduits dans l'appareil à la température de réaction. Un évent. 9 per met d'évacuer les gaz résiduels; cet. évent esi- protégé par une crépine 10 et par un siphon 11 pour enipêelier le colmatage. Les gaz expul sés par l'évent 9 se composent d'ammoniac, d'acide carbonique et de vapeur d'eau. On peut débarrasser ce mélange de l'eau qu'il contient soit en 1e mettant en contact- avec un agent déshydratant ne réagissant pas avec le gaz atirnlorriac 011 le -;az carbonique, par exemple du rlilorure (le calcium, soit en pro cédant par condensation dit mélange d'eau, de gaz ammoniac et de gaz carbonique, suivie de la séparation des composants par distillation, soit encore par tout autre moyen connu appro prié (non représenté. Le mélange résiduel de ;gaz ammoniac et. de gaz carbonique peut être ajouté à l'un (les courants cl'adniission de gaz ammoniac ou de gaz carbonique de com plément en vue d'une réaction ultérieure dan, le récipient 1. Le procédé, par conséquent, peut être rendu cyclique, au choix, en ealeu- lant soigneusement les proportions totales des gaz, aussi bien pour ceux restitués au cycle < lue pour ceux provenant de sources de com plément pour maintenir la pression partielle de l'eau résiduelle à une valeur suffisamment basse pour conserver cette eau en phase va peur. Dans les conditions préférées Ie 00 C et de 1-10 kgicin' (le pression, le gaz résiduel se compose de S parties de gaz ammoniac, d'une partie de gaz carbonique et d'une partie de vapeur cl'eittt, alors que 10 parties de gaz ammoniac et deux parties de raz carbonique sont nécessaires pour la réaction. Ainsi, dans les conditions préférées, il faut deux parties de gaz ammoniac de complément et une partie de gaz carbonique de complément pour assu rer le fonctionnement cyclique. Un tube de niveau liquide 1 peut. être prévu pour maintenir automatiquement le ni veau de l'urée liquide entre des limites fixes. Lorsque le niveau d'urée atteint une hauteur prédéterminée dans le tube 12, il provoque l'ouverture d'une soupape 13 (qui ferme nor malement l'orifice à la. base de la chambre de réaction 1.) au inoy en d'un mécanisme eom- mandé par un niveau liquide, d'un type connu, non représenté en détail, mais contenu dans un boîtier -14. Le niveau d'urée dans le réci pient. 1 baisse ensuite jusqu'au moment où le mécanisme de commande de la soupape 13 actionne celle-ci. Ce moyen de commande du niveau d'urée n'est donné qu'à titre d'exem ple, et de nombreux moyens analogues peu vent #kre appliqués pour remplir le même of riee. The inlet pipes: 5 and 6 for the ainnioniac gas and the carbon dioxide are surrounded by a sleeve ebanffant S at least on a part (their length to bring the reaction gases introduced into the apparatus at the reaction temperature A vent 9 makes it possible to evacuate the residual gases, this vent being protected by a strainer 10 and by a siphon 11 to prevent clogging.The gases expelled by the vent 9 consist of ammonia, carbonic acid and water vapour. This mixture can be rid of the water it contains either by bringing it into contact with a dehydrating agent which does not react with atimlorriac gas 011 -; carbon dioxide, for example rliloride (calcium, either by proceeding by condensation said mixture of water, ammonia gas and carbon dioxide, followed by the separation of the components by distillation, or by any other known means appro The residual mixture of ammonia gas and carbon dioxide can be added to either of the addition streams of ammonia gas or make-up carbon dioxide for further reaction in the vessel 1. The process, therefore, can be made cyclic, if desired, by carefully balancing the total proportions of the gases, both for those returned to the cycle and for those coming from supplemental sources to maintain the partial pressure residual water at a low enough value to keep this water in phase going scared. Under the preferred conditions of 00 C and 1-10 kgicin' (the pressure, the residual gas consists of S parts ammonia gas, one part carbon dioxide gas and one part carbon dioxide. eittt vapor, while 10 parts of ammonia gas and two parts of carbon dioxide are required for the reaction.Thus, under the preferred conditions, two parts of balance ammonia gas and one part of balance carbon dioxide are required to ensure cyclic operation.A liquid level tube 1 may be provided to automatically maintain the level of liquid urea between fixed limits.When the urea level reaches a predetermined height in the tube 12, it causes the opening of a valve 13 (which normally closes the orifice at the base of the reaction chamber 1) through a mechanism controlled by a liquid level, of a known type, not shown in detail, but contained in a container -14 The level of urea in the container. 1 then drops until the valve control mechanism 13 actuates the latter. This means for controlling the level of urea is given only by way of example, and many similar means can be applied to fulfill the same of riee.

L'appareil pour la préparation d'urée est représenté sur le dessin comme étant associé à un appareil pour produire de la vapeur de mélamine en l'alimentant avec de l'urée en fusion. Lorsque la soupape 13 s'ouvre, l'urée est introduite dans une enceinte chauffée 15 dans laquelle elle entre en contact avec du gaz ammoniac introduit sous pression par la con duite 16. Les éléments 15 et 16 sont entourés, respectivement, par des chemises chauffantes 17 et18 munies de dispositifs pour l'admission et l'évaeuacion d'un agent de chauffage tel. que vapeur ou autres. Lorsque la pression produite dans la zone où se forme la inélamine atteint une valeur prédéterminée indiquée par un manomètre 19, ce dernier entre en jeu et ouvre à l'aide d'air comprimé ou de tout antre moyen approprié une soupape 20 normale ment fermée de faeon que les gaz présents dans la zone 15 od se forme la mélamine soient forcés dans un collecteur 21. En utili sant. un appareillage non représenté, mais bien connu des spécialistes, on petit alors re- ï roidir les vapeui;s de rnélamine et recueillir de la mélamine solide. The apparatus for the preparation of urea is shown in the drawing as being associated with an apparatus for producing melamine vapor by feeding it with molten urea. When the valve 13 opens, the urea is introduced into a heated chamber 15 in which it comes into contact with ammonia gas introduced under pressure through the pipe 16. The elements 15 and 16 are surrounded, respectively, by jackets heaters 17 and 18 provided with devices for the admission and évaeuacion of a heating agent such. as steam or otherwise. When the pressure produced in the zone where the inelamine forms reaches a predetermined value indicated by a manometer 19, the latter comes into play and opens with the aid of compressed air or any other appropriate means a valve 20 normally closed by faeon that the gases present in the zone 15 where the melamine is formed are forced into a collector 21. By using it. an apparatus not shown, but well known to specialists, one can then cool the vapeui; s of melamine and collect solid melamine.

Claims

R.v INDICATION Process for the preparation of inelamine, characterized in that it is introduced. ammonia and carbon dioxide in a closed reaction chamber in which a temperature of at least 1320 C and a pressure of at least 70 lzg/cm" is maintained, but not not passing 140 kg/cni, the partial pressure of the water formed as a by-product of the reaction is maintained at a value such that this water remains in the form of vapor, and the substantially anhydrous liquid urea obtained is heated in the presence of ammonia under pressure to transform it into melamine. to prevent the liquefaction of water vapor at the temperature where one operates.

2. Method according to claim and sub-claim 1. characterized in that the ammonia and the carbon dioxide having no. not reacted at the same time as the water formed as a by-product, in that the mixture is stripped of water and the ammonia and carbon dioxide are returned to the enclosure.

3. Method according to claim and sub-claims 1 and `, characterized in ee au'on extracted. urea from the reaction chamber through an orifice located below the level of the urea.

4. Method according to claim and sub-claims 1 to. 3, characterized in that one maintains in the reaction chamber the. temperature at. about 200 C and the pressure at about 140 kg/em2.

5. Method according to claim and the sounds-claims 1 to. 4, characterized in that the partial pressure of water vapor formed as a by-product. is kept below 15.82 kg/em.

6. Process according to claim and sub-claims 1 to: 5, characterized in that ammonia and carbon dioxide are present in the reaction chamber in a molecular ratio cl'eiiv iron 53:1.