ES2323847T3 - Procedimiento para la purificacion de melamina. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la purificación de melamina, derivada de urea según un procedimiento no catalítico a presión elevada, mediante la transformación de policondensados y otros productos secundarios, cuyos productos secundarios derivan de la síntesis de la melamina, que comprende las siguientes etapas: (a) poner en contacto tanto las fases líquida como gaseosa que provienen del reactor con agua en una torre de apagado, a 2,5 x 10 6 Pa y 162ºC, obteniendo de este modo una disolución acuosa que contiene toda la melamina, los policondensados y los otros productos secundarios de la síntesis de melamina; (b) extraer dicha disolución acuosa con vapor en el fondo de la columna de 5 x 10 5 Pa a 160ºC; (c) recuperar del fondo de la columna dicha disolución extraída con un contenido en CO2 inferior al 0,2% en peso; (d) someter dicha disolución extraída a la acción del amoníaco, en una cantidad comprendida entre el 12 y el 15% en peso, a una temperatura de 172ºC y dejando que la mezcla obtenida de este modo reaccione durante aproximadamente 15 minutos; (e) recuperar una disolución que presenta una concentración de policondensados inferior a 100 ppm.

Description

Procedimiento para la purificación de melamina.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la purificación de melamina fabricada mediante síntesis a partir de urea, según un procedimiento de presión elevada, no catalítico y más particularmente a un procedimiento capaz de transformar ciertas impurezas, procedentes de la síntesis de la melamina o manipulaciones posteriores, esencialmente en melamina.

\vskip1.000000\baselineskip

Antecedentes de la invención

Es bien conocido que en la síntesis de melamina a presión elevada a partir de urea se forma una multiplicidad de productos secundarios que afectan la pureza de la melamina.

Particularmente en el reactor, durante la síntesis de la melamina y a continuación en los recipientes en los que se almacenan la melanina fundida a una temperatura superior a 350ºC, típicamente se forman grandes cantidades de productos de condensación por eliminación de amoníaco. A esta categoría de productos de condensación se la denomina a continuación colectivamente como policondesados. El producto más simple es melam procedente de la condensación de dos moléculas de melamina y de la eliminación de una molécula de amoníaco.

1

A partir de dos moléculas de melamina, se puede formar otro producto mediante la eliminación de dos moléculas de amoníaco

2

\newpage

Otro producto secundario procedente de la condensación por desaminación de la melamina es el melón:

3

En general, la melamina líquida (y por consiguiente a una temperatura superior a su temperatura de fusión de 350ºC), dentro de recipiente de reacción y durante la permanencia de la melamina en el sistema de tratamiento corriente abajo, está sometida a una condensación química asociada a la eliminación de amoníaco y que resulta en la formación de los productos anteriormente mencionados o algunos todavía más complejos a los que se refiere colectivamente como policondensados. La formación de policondensados se incrementa cuando la presión parcial de amoníaco es inferior y el tiempo de residencia de la melamina fundida es mayor. Estos productos no son deseables en la utilización de la melamina en la fabricación de resinas de condensación de formaldehído/melamina, por consiguiente en el producto final de melamina se requiere un contenido inferior a 1000 ppm como contenido mínimo aceptable de policondensados.

Afortunadamente, las reacciones que conducen a estos productos secundarios son reacciones de equilibrio. Por consiguiente, la melamina contaminada por policondensados se puede purificar sometiendo dicha melamina a una acción por amoníaco bajo condiciones de presión y temperatura adecuadas.

A continuación, la acción del amoníaco no solamente tiene como consecuencia la eliminación de la policondensación, sino que debido a la transformación de los policondensados en melamina, se obtiene un incremento en el rendimiento global.

Sin embargo, las condiciones operativas para obtener los resultados anteriores son bastante pesadas y costosas ya que implican someter la melamina fundida a una presión parcial de amoníaco superior a 250 bar (2,5 x 10^{7} Pa), preferentemente superior a 400 bar (4 x 10^{7} Pa), con el fin de obtener melamina de una pureza aceptable.

Por otra parte, la transformación de los policondensados en melamina en un medio acuoso requiere condiciones operacionales menos severas y más baratas.

En la práctica industrial, todos los procedimientos de síntesis de melamina comprenden una etapa de recuperación y purificación de la melamina cruda que sale del reactor de síntesis en un medio acuoso.

Dichos procedimientos consisten en enviar los productos de reacción, que comprenden una fase líquida de melamina cruda y una fase gaseosa que comprende esencialmente NH_{3} y CO_{2}, a un equipo de contacto adecuado (torre de apagado) en el que el producto se enfría mediante agua. La presión se reduce simultáneamente de la presión de reacción (superior a 70 bar, 7 x 10^{6} Pa) a una presión de aproximadamente 25 bar (2,5 x 10^{6} Pa) y a una temperatura inferior a 165ºC con el fin de limitar tanto los problemas de corrosión como la cantidad de vapor atrapado en la fase vapor.

Como consecuencia del contacto anterior, se obtiene una fase gaseosa que comprende NH_{3}, CO_{2} y vapor y una fase líquida acuosa que comprende melamina, policondensados y urea no reaccionada, así como también impurezas menores. De la fase líquida, se recupera melamina, mediante múltiples manipulaciones y etapas de cristalización.

Típicamente, dicha disolución tiene una concentración de melamina comprendida entre el 5 y el 15% en peso, y comprende también alguna urea sin reaccionar y gases disueltos tales como NH_{3} y CO_{2}, así como también otras impurezas menores que comprenden los policondensados. Estos últimos se encuentran en proporciones comprendidas entre 1:30 y 1:70 respecto a la melanina disuelta.

Al someter esta disolución a reacción con amoníaco, tiene lugar la transformación de los policondensados en
melamina; sin embargo, dicha reacción continúa a muy baja velocidad necesitando mucho tiempo de contacto para alcanzar un grado de transformación de los policondensados comparable a las especificaciones de pureza requeridas.

Por este motivo, en las plantas comerciales, la disolución líquida que proviene de la torre de apagado se mantiene como tal, con o sin la adición de amoníaco durante un período de tiempo adecuado que puede ser de entre una y múltiples horas. Dicho procedimiento requiere la utilización de tratamientos de grandes volúmenes, lo que significa, tener en consideración las condiciones de presión y temperatura y las características corrosivas de los productos tratados, la utilización de aceros inoxidables especiales, gran espesor de los aparatos y por consiguiente, costes de inversión superiores. Además, en el transcurso del tratamiento anteriormente mencionado tiene lugar una pérdida indeseable de producto debido a la simultánea reacción de hidrólisis de la melamina en presencia de agua, pérdida que es superior cuanto mayor es el tiempo de tratamiento necesario para reducir la policondensación a un valor adecuado.

El documento WO 00/21940 da a conocer un procedimiento destinado a la purificación de melamina fundida, derivada de la urea, según un procedimiento no catalítico a presión elevada, que comprende las etapas de tratar con amoníaco con e fin de eliminar el dióxido de carbono disuelto.

El documento US-A-5.384.404 da a conocer un procedimiento relacionado de cerca que comprende la etapa de extraer la melamina con vapor con e fin de eliminar el dióxido de carbono disuelto, reduciendo su concentración a un valor inferior al 0,5% en peso.

El documento US-A-3.161.638 enseña un procedimiento de purificación de melamina en el que antes del tratamiento con amoníaco la disolución de melamina se trata con vapor a aproximadamente 100ºC con el fin de eliminar el dióxido de carbono a un contenido en dióxido de carbono inferior a 3%, para obtener un mínimo de impurezas en el producto de melamina purificado.

Nitrógeno y Metanol (nº 233, 1998, págs. 35-40, XP000751701) describe en términos generales un procedimiento de purificación de melamina, que comprende las etapas beneficiosas de eliminación del dióxido de carbono de la disolución acuosa de melamina en el extractor de CO_{2} y a continuación tratar la disolución con amoníaco con el fin de descomponer algunas de las impurezas presentes, convirtiéndolas en melamina.

No existe, en este momento, ningún procedimiento disponible para la purificación de la melamina capaz de reducir el contenido de impurezas, en particular los productos secundarios procedentes de la condensación por eliminación de amoníaco, que no requiera un tratamiento de la melamina en condiciones severas de presión y temperatura o sea capaz de reducir el tiempo de reacción a un valor económicamente aceptable. La presente invención intenta resolver los problemas anteriormente mencionados.

\vskip1.000000\baselineskip

Exposición de la invención

Sorprendentemente, se ha descubierto que la velocidad de conversión de los policondensados a melamina en un ambiente acuoso en presencia de amoníaco, que como se ha comprobado es muy lenta, se puede incrementar considerablemente si el contenido en CO_{2} de la disolución acuosa que proviene del apagado con agua de los productos de reacción se reduce a un valor inferior al 0,5%, preferentemente inferior al 0,2% en peso.

\vskip1.000000\baselineskip

Descripción detallada de la invención

Por consiguiente, un primer objetivo de la presente invención es un procedimiento destinado a la purificación de melamina según la reivindicación 1.

La reducción en el contenido en CO_{2}, en la segunda etapa b), se puede obtener preferentemente mediante la extracción de la disolución con un gas inerte respecto a los componentes de la disolución. Preferentemente, el gas de extracción de la disolución es vapor, que no deja componente extraño alguno.

De hecho, sometiendo la disolución de melamina cruda, que proviene de la torre de apagado, a una acción de extracción por vapor, se eliminan también casi por completo el amoníaco y el CO_{2}. La operación se realiza de tal modo que se reduce lo más posible la concentración residual de CO_{2} en la disolución de melamina y, en todo caso, a una concentración de CO_{2} inferior al 0,5% en peso, preferentemente inferior al 0,2% con base en el peso total de la disolución de melamina.

\newpage

Al someter la disolución de melamina cruda, que proviene de la torre de apagado, a la acción del amoníaco, en una cantidad comprendida entre el 5 y el 25% en peso, preferentemente entre el 12 y el 15% en peso, a una temperatura comprendida entre 130 y 250ºC, preferentemente entre 160 y 180ºC y bajo la presión de equilibrio resultante, los policondensados presentes originalmente en la disolución desaparecen por completo en pocos minutos de reacción y no son detectables en el producto final de melamina cuando se analizan con un espectrómetro ultravioleta (límite analítico < 10 ppm).

De lo expuesto anteriormente, se deduce que es muy conveniente someter la disolución de melamina cruda a la acción del amoníaco cuando el CO_{2} está prácticamente ausente o la cantidad relevante es muy pequeña (inferior al 0,5% en peso o preferentemente inferior al 0,2% en peso.

\vskip1.000000\baselineskip

Mejor modo de poner en práctica la invención

Los ejemplos siguientes muestran la extensión de las ventajas derivadas de la práctica de la presente invención, pero no se deben interpretar a título limitativo del alcance de la invención.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 1

La síntesis no catalítica de la melamina a partir de urea, según el procedimiento de presión elevada se realiza en un recipiente de reacción de circulación interna que funciona a 390ºC y 8,0 x 10^{6} Pa (80 bar).

El producto de reacción que sale del reactor comprende una fase líquida y una fase gaseosa de las siguientes composiciones (en peso):

Fase gaseosa (aproximadamente 65% del producto total que sale del reactor):

4

Fase líquida (aproximadamente el 35% del producto total proveniente del reactor):

5

Tanto la fase líquida como la gaseosa se ponen en contacto con agua en la torre de apagado a una presión de manómetro de 2,5 x 10^{6} Pa (manómetro a 25 bars) y a 162ºC.

De la torre de apagado se recoge una fase gaseosa que comprende agua, NH_{3} y CO_{2} con la siguiente composición:

6

\newpage

Y una fase en disolución que comprende toda la melamina con la siguiente composición en peso:

7

La disolución anterior se somete a extracción con vapor bajo las siguientes condiciones: 5 bar (manómetro 5 x 10^{5} Pa) y 160ºC en el fondo de la columna. La disolución que se recupera del fondo de la columna tiene la siguiente composición (en peso):

8

A la disolución acuosa anterior se le añade amoníaco hasta alcanzar una concentración superior al 13% en peso y a continuación se permite que reaccione en la columna adecuada a presión de 2,5 x 10^{6} Pa (25 bar) y 172ºC. El tiempo de residencia de la disolución anterior a la que se añadió amoníaco fue de aproximadamente 15 minutos y la concentración de policondensados a la salida de la columna fue inferior a la cantidad mínima detectable mediante el método analítico seleccionado.

Debido a que el valor mínimo detectable por el método analítico, basado en el procedimiento de espectrofotometría ultravioleta, es 10 ppm con respecto a la cantidad de melamina, se concluye que con el procedimiento de la presente invención se obtiene una disolución de melamina, prácticamente libre de policondensados.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 2

(Comparativo)

Se realizó el mismo tratamiento con amoníaco en la disolución cruda de melamina del Ejemplo 1 antes de la operación de extracción con vapor (es decir, en presencia de CO_{2} en una cantidad correspondiente a las condiciones de la torre de apagado). La concentración residual de policondensados en el producto de melamina fue claramente detectable analíticamente y su concentración fue siempre superior a 2000 ppm con respecto a la melamina, incluso tras algunas horas de tratamiento con amoníaco en las condiciones especificadas en el ejemplo anterior.

Claims (1)

1. Procedimiento para la purificación de melamina, derivada de urea según un procedimiento no catalítico a presión elevada, mediante la transformación de policondensados y otros productos secundarios, cuyos productos secundarios derivan de la síntesis de la melamina, que comprende las siguientes etapas:

(a)

poner en contacto tanto las fases líquida como gaseosa que provienen del reactor con agua en una torre de apagado, a 2,5 x 10^{6} Pa y 162ºC, obteniendo de este modo una disolución acuosa que contiene toda la melamina, los policondensados y los otros productos secundarios de la síntesis de melamina;

(b)

extraer dicha disolución acuosa con vapor en el fondo de la columna de 5 x 10^{5} Pa a 160ºC;

(c)

recuperar del fondo de la columna dicha disolución extraída con un contenido en CO_{2} inferior al 0,2% en peso;

(d)

someter dicha disolución extraída a la acción del amoníaco, en una cantidad comprendida entre el 12 y el 15% en peso, a una temperatura de 172ºC y dejando que la mezcla obtenida de este modo reaccione durante aproximadamente 15 minutos;

(e)

recuperar una disolución que presenta una concentración de policondensados inferior a 100 ppm.