JP2000506882A - メラミンを得る方法 - Google Patents

メラミンを得る方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、尿素からメラミンを調製する方法に関し、ここで、超臨界状態にある冷媒を用いて尿素の熱分解により製造される反応生成物を冷却することによりメラミン回収されて、99.5重量%以上の純度を持つ商業的に有用な固体のメラミン生成物を何らの更なる洗浄又は精製なしに得る。好ましい冷媒は超臨界状態のアンモニアである。

Description

【発明の詳細な説明】 メラミンを得る方法 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、尿素からメラミンを得る方法に関し、ここで、メラミンは、超臨界 状態にある冷媒を用いて反応生成物を冷却することによりメラミンを含む反応生 成物から回収されて、商業的に有用な高純度の固体のメラミン生成物を洗浄又は 更なる精製なしに得る。より詳しくは、本発明は、連続的な無水の高圧プロセス を経て尿素からメラミンを得る方法に関し、ここで、メラミンは、超臨界状態に ある冷媒との直接接触によりメラミン溶融物を冷却することによりメラミン溶融 物から回収されて、更なる洗浄又は精製なしに高純度の固体のメラミン生成物を 得る。このようにして得られた生成物は商業的に価値がある。 2.関連技術の開示 尿素からメラミンを製造するための連続的な無水の無触媒の高圧プロセスは、 米国特許第4,565,867号明細書に開示されており、該明細書は引用する ことにより本明細書に組み込まれる。該特許は、約10.3〜17.8MPaの 圧力及び約354〜427℃の温度で反応器において尿素を熱分解して、液状メ ラミン、CO2及びNH3を含むところの反応混合物を製造し、そして反応混合物 は気液分離器ユニットに混合された流れとして加圧下に移送されること開示して いる。実質的に反応器と同一の圧力及 び温度に保持されているところの気液分離器において、反応生成物は、ガス流と 液体流に分離される。ガス流は、CO2及びNH3オフガス及びまたメラミン蒸気 を含み、一方、液体流は、実質的に液状のメラミンから成る。ガス状生成物はメ ラミンスクラバーに送られ、一方、液状のメラミンは生成物冷却器に移送される 。メラミンスクラバーにおいて、上記のCO2及びNH3オフガス及びメラミン蒸 気は、尿素をプレヒートし、該オフガスを冷却し、かつメラミンを除去するよう に、溶融された尿素で、実質的に反応器圧力と同一の圧力においてスクラブされ る。除去されたメラミンを含むところのプレヒートされた尿素は次いで、反応器 に供給される。同時に、生成物冷却器において、気液分離器からの液状メラミン の圧力及び温度は、固体のメラミン生成物を製造するように、液体の冷媒、好ま しくは液体アンモニアにより低下される。 この方法の欠点は、得られたメラミンの純度が典型的には96〜99.5%の範囲に あることである。メラミンの他に、不純物、例えば尿素、CO2、アメリン(amm eline)関係化合物及び他の有機固体(例えばメレム及びメラム)が存在する。 そのような生成物の得られた純度は、いくつかの重要なメラミンの用途、例えば 塗料のために十分には高くない。より高純度のメラミンを更なる精製段階なしに 直接得る方法が必要である。 発明の概要 本発明の目的は、尿素から通常99.5〜99.95重量%の非 常に高純度のメラミンを調製するための改善された方法であり、ここで、該メラ ミンは、乾燥粉末として尿素の熱分解反応生成物から回収される。一つの特定の 目的は、尿素からメラミンを製造するための改善された連続的な高圧の無水のプ ロセスであり、ここで、非常に高純度のメラミンが、冷却によりメラミン溶融物 から乾燥粉末として直接に得られる。これらの及び他の目的は、超臨界状態にあ る冷媒との直接接触によりメラミンを含む反応生成物を冷却して、それにより固 体の高純度メラミン生成物を得ることにより達成される。 本発明の上記の及び他の目的は、尿素の熱分解の反応生成物から固体のメラミ ンを回収するための連続的な無水の高圧プロセスにより達成される。このプロセ スは、メラミンスクラバーユニット、反応容器、気液分離器ユニット、及び生成 物冷却器ユニットを利用し得る。該プロセスはまた、任意的に後反応容器又は蒸 発器ユニットのいずれか又は両方を利用し得る。 そのようなプロセスにおいて、下記のことが行われる。 (1)液状の尿素溶融物は、約5〜25MPa、好ましくは8〜20MPaの 圧力及び尿素の融点を超える温度においてメラミンスクラバーユニットに供給さ れる。該スクラバーにおいて、液状の尿素は、気液分離器ユニットからのオフガ スと接触する。これらのオフガスは、少量のメラミン蒸気と共に主として二酸化 炭素及びアンモニアから成る。尿素溶融物はオフガスからメラミン蒸気をスクラ ブす る。オフガスはまた、反応容器への尿素溶融物の移送に先立ってそれをプレヒー トする。 二酸化炭素及びアンモニアガスは、該スクラバーから除去され、そして好まし くは尿素への転換のための尿素プラントに送られる。今や少量のメラミンを含ん でいるところのプレヒートされた尿素溶融物は、該スクラバーから除去されて、 そして反応容器に供給される。 該スクラバーは、追加の冷却を保証するように冷却ジャケットを備えられ得る 。スクラバーはまた、内部冷却機構を備えられ得る。 (2)尿素及びメラミン溶融物は、例えば高圧ポンプを使用して反応容器に供 給される。液体または高温蒸気の形態のいずれかのアンモニアが、反応容器内の 混合を促進すること、反応容器底部の閉塞を防止すること、及びメラミン縮合生 成物、例えばメラム、メレム及びメロンの形成を防止することの目的で反応容器 の底部に供給される。 (3)尿素溶融物、メラミン及びアンモニアを含む反応容器は、約325〜4 50℃、好ましくは約350〜425℃の温度に加熱され、かつ約5〜25MP a、好ましくは約8〜20MPaの圧力に加圧される。これらの条件下において 、液状メラミン、ガス状の二酸化炭素及び更にガス状のアンモニアが、尿素溶融 物の熱分解から生成される。メラミン、二酸化炭素及びアンモニアは、気液分離 器に混合された流れとして供給される。 (4)気液分離器において、液状メラミンが、ガス状の アンモニア及び二酸化炭素から分離され、そして例えば、後反応容器、蒸発器ユ ニット又は生成物冷却器に送られる。少量のメラミン蒸気をまた含むところのガ ス状のアンモニア及び二酸化炭素は、スクラバーユニットに送られる。気液分離 器は好ましくは、反応容器と同一の温度及び圧力にある。 (5)後反応容器において、液状メラミンは更に、反応容器と同一の温度及び 圧力条件下において更にアンモニアと反応させられる。アンモニアとのこの第二 の反応は更に、メラミン中の不純物レベルを減じる。この後反応の完了後に、液 状メラミンは、蒸発器ユニット又は生成物冷却器のいずれかに送られる。 (6)蒸発器ユニットにおいて、液状メラミンは、ガス状のメラミンに転換さ れる。有り得る不純物が蒸発器ユニットに残存する一方、ガス状のメラミンは生 成物冷却器に移送される。 (7)生成物冷却器において、液状又はガス状のメラミンは冷却され、そして 超臨界状態にある冷媒と接触することにより固化される。液状又はガス状のメラ ミンの冷却の間の圧力は、換算圧力が好ましくは約0.9〜2.5であり、より 好ましくは約1の換算圧力と反応器圧力の間であるものである。冷却の間の温度 は、換算温度が好ましくは約0.9〜2であり、より好ましくは約1〜1.5で あるものである。固体の高純度メラミンは、冷却ユニットの底部から除去される 。図面の簡単な説明 図1は、冷却段階の前に後反応段階を組み込むところの、尿素からメラミンを 製造するための系の本発明に従う実施態様のフローダイヤグラムである。 図2は、冷却段階の前に蒸発段階を組み込むところの、尿素からメラミンを製 造するための系の本発明に従う実施態様のフローダイヤグラムである。 発明の詳細な説明 我々は今、メラミンの純度が、超臨界状態の冷媒を用いて尿素の熱分解反応生 成物を直接冷却することにより実質的に上昇され得ることを見出した。より詳し くは、我々は、超臨界状態にある冷媒との直接接触によりメラミン溶融物を冷却 することにより尿素の熱分解反応器を出るメラミン溶融物からメラミンが回収さ れるところの、連続的な無水の高圧プロセスによって、メラミン純度の実質的な 上昇が尿素からのメラミンの調製において達成され得ることを発見した。好まし くは、超臨界状態のアンモニアが冷媒として使用される。この冷却は、尿素の熱 分解反応器の圧力と実質的に同じか又はより低い圧力であるが、冷媒の臨界圧力 より通常高い圧力においてなされ得る。この方法は、更なる洗浄又は精製なしに 、99重量%より高い純度、そしてより好ましくは99.5〜99.95重量%の純度を持 つメラミンをもたらす。 冷媒の圧力及び温度は、換算圧力及び温度の両方が約0.9以上であるものでな ければならない。換算圧力は、実際の 圧力(MPa単位におけるP)と臨界圧力(MPa単位におけるPc)の間の比 (P/Pc)として定義され、そして換算温度は、実際の温度(°K単位におけ るT)と臨界温度(°K単位におけるTc)の間の比(T/Tc)として定義さ れる。臨界圧力は、液体-気体臨界点の圧力として定義される。臨界温度は、液 体-気体臨界点の温度として定義される。アンモニアについて、臨界圧力及び温 度は夫々、11.15MPa及び408°K(135℃)である。 好ましくは溶融物の形態における尿素が、メラミン製造のための好ましい出発 物質である。アンモニア及び二酸化炭素は、次の反応式に従って進行するところ のメラミン調製の間に得られる副生成物である。 6CO(NH2)2→C3N6H6+6NH3+3CO2 メラミンの調製は、触媒例えばアンモニウムオキシドの存在下において、低い 圧力、好ましくは約0.1〜2.5MPaにおいて実行されることができ、又は 触媒なしに、高い圧力、好ましくは約5〜25Mpaにおいて実行され得る。反 応の温度は、約325〜450℃、そして好ましくは約350〜425℃である 。副生成物のアンモニア及び二酸化炭素は通常、隣接する尿素プラントに戻され る。 本明細書において報告された結果は、尿素からメラミンを調製するために適す るプラントにおいて得られ得る。本発明のために適するプラントは、メラミンス クラバー、任意的に気液分離器を組み合されているか又は切り離された気液分離 器を持つ反応容器、任意的に下流の後反応容器及 び生成物冷却器を含み得る。そのようなプラントの一般的な説明は、米国特許第 4,565,867号明細書に示されており、当該明細書の完全な開示は引用す ることにより本明細書中に組み込まれる。反応器は高圧反応器であり得、例えば 米国特許第3,271,116号明細書、同第3,470,163号明細書又は 同第3,432,274号明細書に述べられている。 好ましくは、本発明に従う方法において、メラミン溶融物がアンモニアと接触 されるところの後反応容器が使用され、その後、後反応されたメラミンが、超臨 界状態にある冷媒を用いる直接接触による冷却のための生成物冷却器に移送され る。後反応段階を組み込むことの利点は、一層より少量の副生成物、例えばメレ ム及び/又はメラムが得られ、その結果として、より高純度のメラミン生成物が 得られることである。適切な後反応容器は、Nitrogen第139号、9月/10月198 2年、図3に述べられている。 図1のフローダイヤグラムは、本発明の方法の実施態様を示している。図示さ れているように、メラミンは、メラミンスクラバー1、内部に気液分離ユニット 3を含むところの反応容器2、後反応容器4及び生成物冷却器5を含むプラント において尿素から調製され得る。尿素溶融物は、約5〜25MPa、好ましくは 8〜20MPaの圧力及び尿素の融点を超える温度においてガススクラバー1に 供給される。ガススクラバー1は、特別の冷却を確保するように冷却ジャケット が備えられ得る。メラミンスクラバー1 はまた、内部に冷却機構を備えられ得る。メラミンスクラバー1において、液状 尿素は、反応容器2の気液分離ユニット3からのオフガスと接触する。これらの オフガスは、少量のメラミン蒸気を伴う主として二酸化炭素及びアンモニアから 成る。尿素溶融物は、オフガスからメラミン蒸気を洗い落し、そして反応容器2 にこのメラミンを運ぶ。 該洗浄プロセスにおいて、オフガスは、約350〜425℃から約175〜235℃にほぼ 反応器2の温度から冷却され、一方、尿素溶融物は、約175〜235℃に加熱される 。上記の最小温度未満において、アンモニア及び二酸化炭素がメラミンスクラバ ー1の底部において濃縮されることができて、プロセスに不利な影響を及ぼし得 るところのカルバミン酸アンモニウムの形成を生じ得る。尿素の分解及び/又は 縮合生成物の有害な形成を防止するために、メラミンスクラバー1の温度は通常 、約275℃を超えない。二酸化炭素及びアンモニア排ガスは、メラミンスクラバ ー1の頂部から除去され、そして好ましくは、出発物質としてとして使用するた めに尿素プラントに戻される。 尿素及びメラミン溶融物は次いで、メラミンスクラバー1から回収され、そし て例えば高圧ポンプを介して、約5〜25MPa、そして好ましくは約8〜20 MPaの圧力にあるところの反応容器2に供給され得る。尿素溶融物の重力移送 がまた、反応容器2の上にメラミンスクラバー1を据えることにより利用され得 る。 反応容器2において、溶融された尿素は、約5〜25M Pa、好ましくは約8〜20MPaの圧力において、約325〜450℃、好ましくは 約350〜425℃の温度に加熱することによりメラミン、二酸化炭素及びアンモニア に転換される。 アンモニアは、液体又は高温蒸気の形態において反応容器2に供給され得る。 アンモニアの供給は、反応容器2の底部の閉塞を防止するため、又はメラミン縮 合生成物例えばメラム、メレム及びメロンの形成を防止するため、又は反応容器 2中の混合を促進するために精製剤として役立ち得る。反応器に供給されるアン モニアの量は、尿素1モル当り約0.01〜10モル、好ましくは尿素1モル当 り約0.1〜5モル、そしてとりわけ尿素1モル当り約0.2〜2モルである。 反応中に形成された二酸化炭素及びアンモニア並びに反応容器2への任意の特別 のアンモニア供給は、例えば反応容器2の頂部における内部の気液分離ユニット 3において集められることができて、そして液状メラミンからガス状の形態で分 離され得る。上記において述べられたように、二酸化炭素、アンモニア及びメラ ミンの得られたガス混合物は、メラミン蒸気を除去するため及び尿素溶融物をプ レヒートするためにメラミンスクラバー1に送られる。液状メラミンは反応容器 2から回収され、そして後反応容器4に移送される。 後反応容器4において、液状メラミンは再び、メラミン1モル当り約0.01 〜10モルのアンモニア、そして好ましくはメラミン1モル当り約0.1〜2モ ルのアンモニアで接触され得る。後反応容器4における接触時間は、約 1分間〜3時間、好ましくは約2分間〜1時間である。後反応容器4における温 度及び圧力は、反応容器2におけるものと実質的に同じである。後反応段階の完 了後に、液状メラミンは排出され、そして生成物冷却器5へ移送される。 生成物冷却器5において、液状メラミンは、冷媒が超臨界状態にあるところの 温度及び圧力においてそれを冷媒と直接接触することにより冷却される。好まし くは、超臨界アンモニアが冷媒である。 液状メラミンの冷却の間の冷媒の圧力は好ましくは、冷媒の換算圧力が約0. 9〜2.5、より好ましくは約1の換算圧力と反応器圧力との間であるものであ る。冷却の間の冷媒の温度は好ましくは、冷媒の換算温度が約0.9〜2、より 好ましくは約1〜1.5であるものである。 メラミンは粉末に転換され、そして生成物冷却器5の底部から除去される。メ ラミン粉末は、99重量%より大きいメラミン含有量、そしてより好ましくは99. 5〜99.95重量%のメラミン含有量を有し、そして非常に高純度なメラミンを要求 するところの用途、例えば塗料において、通常更なる洗浄又は精製なしに使用さ れ得る。 本発明の方法の他の実施態様において、切り離された気液分離器ユニットが、 気液分離器ユニットを反応容器の内部に設置することに代えて、反応容器の後に 設置され得る。 図2において図式的に示されたような本発明の方法の更に他の好ましい実施態 様において、蒸発段階6が、後反応容器4と生成物冷却器5の間に含まれる。該 蒸発段階にお いて、液状のメラミン溶融物はガス状のメラミンに転換され、ここで、任意の副 生成物が蒸発器6中に後に残る。この実施態様によれば、ガス状のメラミンが次 いで、超臨界状態にある冷媒を使用して生成物冷却器5において冷却される。こ の蒸発段階は、汚染副生成物の量を更に減じると言う利点を有しており、そして 従って、非常に高純度の固体メラミンが得られる。これは、非常に高い純度を要 求する用途において特に有利であり得る。 本発明の方法の他の実施態様において、蒸発段階は、反応容器と生成物冷却器 の間に含まれることが出来、そして後反応段階はバイパスされ得る。 高純度メラミンの調製法は、1996年3月21日付けでオランダ国に出願された特 許出願番号第1002669号に述べられており、当該明細書の完全な開示は引用する ことにより本明細書中に組み込まれる。 次の限定するものでない実施例は更に本発明を述べる。 実施例 実施例 次の実施例は、メラミンスクラバー、気液分離器を組込んでいる反応容器、後 反応容器及び生成物冷却器を備えたパイロットプラントにおいて実行された。後 反応器の底部から、400℃の温度及び15MPaの圧力において10kg/時間のアンモニ アが供給された。このアンモニアは、後反応容器から反応容器に流れ、メラミン 合成の間に形成されたアンモニア及び二酸化炭素と一緒にそこからメラミンスク ラ バーに流れた。該ガススクラバーに、140℃の温度及び15MPaの圧力において100k g/時間の液状尿素が供給された。液状尿素は、約400℃の温度におけるところの 反応容器からのCO2、NH3及びメラミンオフガスによりメラミンスクラバーに おいて約200℃に加熱された。反応容器を出るオフガスにより同伴されたメラミ ン蒸気は、尿素溶融物によりオフガスから除去され、そして尿素溶融物と一緒に 反応容器に移送された。尿素及び洗浄されたメラミン溶融物は、反応容器中で約 400℃の温度及び約15MPaの圧力において反応された。反応生成物は、ガス状の流 れと液体の流れに分離された。CO2、NH3及びメラミン蒸気からなるところの ガス状の流れはメラミンスクラバーに送られ、一方、メラミンの液体の流れは、 後反応容器に送られた。後反応容器において、液状メラミンは、約400℃の温度 及び約15MPaの圧力で約25分間アンモニアと接触された。後反応容器から、液状 メラミンが生成物冷却器に移送され、ここで、約150℃の温度及び約14MPa の圧力においてそれを超臨界状態のアンモニアと混合することにより冷却された 。99.7重量%のメラミンの固体物質が得られた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ ,MD,RU,TJ,TM),AL,AU,BA,BB ,BG,BR,CA,CN,CU,CZ,EE,GE, HU,IL,IS,JP,KP,KR,LC,LK,L R,LT,LV,MG,MK,MN,MX,NO,NZ ,PL,RO,SG,SI,SK,TR,TT,UA, US,UZ,VN,YU (72)発明者 デ ハーン,アンドレ,バニエル オランダ国,6137 ジェイダブリュ シッ タルド,コルンヴァルプレイン 13 【要約の続き】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.メラミンを含む尿素反応生成物からメラミンを得る方法において、該反応生 成物を超臨界状態にある冷媒と直接接触することにより冷却して、固体の高純度 メラミン生成物を得る段階を含む方法。 2.該冷媒がアンモニアであるところの請求項1記載の方法。 3.該アンモニアが、該冷却段階中に約0.9〜2.5の換算圧力をもたらす圧 力にあるところの請求項2記載の方法。 4.該アンモニアが、該冷却段階中に約1の換算圧力から反応器圧力をもたらす 圧力にあるところの請求項3記載の方法。 5.該アンモニアが、該冷却段階中に約0.9〜2の換算温度をもたらす温度に あるところの請求項2記載の方法。 6.該アンモニアが、該冷却段階中に約1〜1.5の換算温度をもたらす温度に あるところの請求項5記載の方法。 7.該方法が更に、該冷却段階の前に後反応段階において該反応生成物をアンモ ニアと反応させて、メラミンを含む後反応生成物を製造する段階を含むところの 請求項1記載の方法。 8.該方法が更に、該後反応段階の後であってかつ該冷却段階の前に、該後反応 生成物を蒸発させてメラミンを含むガス状の後反応生成物を形成する段階を含む ところの請求 項7記載の方法。 9.該後反応段階が、メラミン1モル当り約0.01〜10モルのアンモニアを利用す るところの請求項7記載の方法。 10.該後反応段階が、メラミン1モル当り約0.1〜2モルのアンモニアを利用 するところの請求項9記載の方法。 11.該後反応段階が、約1分間から3時間継続するところの請求項7記載の方 法。 12.該後反応段階が、約2分間から1時間継続するところの請求項11記載の方 法。 13.該方法が更に、該冷却段階の前に該反応生成物を蒸発させてメラミンを含 むガス状の反応生成物を形成する段階を含むところの請求項1記載の方法。 14.該メラミン生成物が、99重量%より高い純度を有するところの請求項1記 載の方法。 15.該メラミン生成物が、約99.5〜99.95重量%の純度を有するところの請求 項14記載の方法。 16.尿素からメラミンを製造するための連続法において、約5〜25MPaの 圧力及び約325〜450℃の温度で反応器において尿素を熱分解して、液状メ ラミン、ガス状の二酸化炭素及びガス状のアンモニアを含む反応生成物を製造す る段階、 気液分離器ユニットに、混合された流れとして該反応生成物を移送する段階、 該反応生成物を該気液分離器ユニットにおいて、メラミン蒸気を含む二酸化炭 素及びアンモニアのオフガスと、液 状メラミンに分離する段階、 (a)該メラミン蒸気を含む二酸化炭素及びアンモニアのオフガスをメラミン スクラバーユニットに移送し、そして該オフガスを溶融された尿素でスクラブし て該溶融された尿素をプレヒートしかつ該オフガスを冷却しかつ該メラミン蒸気 をそれから除去し、そしてその後、該メラミンスクラバーユニットから二酸化炭 素及びアンモニアガスを除去しそして該反応器に該メラミンを含む該プレヒート された溶融された尿素を移送すると共に (b)該液状メラミンを後反応容器に移送する段階、 該後反応容器において該液状メラミンをアンモニアと反応させて、後反応され た液状メラミンを製造する段階、 該後反応された液状メラミンを生成物冷却器に移送する段階、 該後反応された液状メラミンを該生成物冷却器において超臨界状態にあるとこ ろの冷媒と直接接触させることにより該後反応された液状メラミンを冷却して、 固体の高純度メラミン生成物を製造する段階、 該固体の高純度メラミン生成物を回収する段階 を含む方法。 17.尿素を熱分解して二酸化炭素、アンモニア及びメラミンを製造することに よりメラミン生成物を製造するための連続高圧法において、メラミンは液相状態 にあり、該液状メラミンを超臨界状態にあるところの冷媒と接触させて固体のメ ラミン生成物を得、そして該メラミン生成物を更 なる洗浄又は精製なしに約99.5〜99.95重量%のメラミンを含む固体と して回収するところの方法。 18.該冷媒がアンモニアであるところの請求項17記載の方法。 19.尿素からメラミンを製造するための連続法において、 高圧及び高温にある反応領域において尿素を熱分解して、液状メラミン、ガス 状の二酸化炭素及びガス状のアンモニアを含む反応生成物を製造する段階、 後反応領域において該液状メラミンをアンモニアと反応させて、後反応された 液状メラミンを製造する段階、 該後反応された液状メラミンを生成物冷却器において超臨界状態にあるところ の冷媒と直接接触させることにより該後反応された液状メラミンを冷却して、固 体の高純度メラミン生成物を製造する段階 を含む連続法。
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