PL204152B1

PL204152B1 - Method and installation designed for production of melamine

Info

Publication number: PL204152B1
Application number: PL357127A
Authority: PL
Inventors: Paweł Sztelmach; Kazimierz Kozłowski; Marek Sadowski; Edward Harabin; Jan Nieścioruk
Original assignee: Zak & Lstrok Ady Azotowe Pu &
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2009-12-31
Also published as: PL357127A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania melaminy w katalitycznym procesie niskociśnieniowym, w którym rozkład mocznika i synteza melaminy są realizowane w oddzielnych aparatach.The subject of the invention is a method and a device for the production of melamine in a catalytic low-pressure process in which urea decomposition and melamine synthesis are performed in separate apparatuses.

Znany jest proces wytwarzania melaminy wg technologii Chemie Linz, w którym najpierw mocznik jest rozkładany do kwasu izocyjanowego i amoniaku w temperaturze około 350°C (proces opisany m. in. w Ullman”s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. A-16 strona 175):There is a known process for the production of melamine according to the Chemie Linz technology, in which urea is first decomposed into isocyanic acid and ammonia at a temperature of about 350 ° C (the process is described, among others, in Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. A- 16 page 175):

6CO(NH₃)₂ 6HNCO + 3CO₂ + 6NH₃ 6CO (NH ₃ ) ₂ 6HNCO + 3CO ₂ + 6NH ₃

Ten etap procesu jest realizowany w aparacie rozkładu mocznika w sfluidyzowanej amoniakiem warstwie piasku. Następnie z kwasu izocyjanowego, w reakcji z udziałem katalizatora, powstaje melamina i - jako produkt uboczny - dwutlenek węgla.This process step is carried out in the urea decomposition apparatus in the ammonia-fluidized sand layer. Subsequently, the isocyanic acid reacts with a catalyst to produce melamine and - as a by-product - carbon dioxide.

6HNCO C₃H₆N₆ + 3CO₂ 6HNCO C ₃ H ₆ N ₆ + 3CO ₂

Ten etap procesu jest realizowany w reaktorze syntezy melaminy, tzw. aparacie kontaktowym.This process step is carried out in the melamine synthesis reactor, the so-called contact apparatus.

Powstała w reaktorze syntezy melaminy mieszanina gazowa jest poddawana dalszej obróbce w celu wydzielenia z niej produktu przez szybkie schłodzenie i wytworzenie wodnej zawiesiny melaminy, która po ochłodzeniu jest filtrowana, suszona, mielona i przekazywana do magazynu produktu.The gaseous mixture formed in the melamine synthesis reactor is further processed in order to separate the product from it by rapid cooling to form an aqueous melamine suspension which, after cooling, is filtered, dried, ground and transferred to the product storage.

W instalacji pracującej według wyżej opisanego sposobu po kilku miesiącach pracy obserwuje się stopniowy powolny spadek temperatury gazów opuszczających aparat rozkładu mocznika, wzrost zawartości związków organicznych w piasku oraz przyśpieszone narastanie oporów przepływu gazów przez katalizator w reaktorze syntezy melaminy. Zjawiskom tym przeciwdziała się poprzez podnoszenie temperatury soli grzewczej dostarczającej ciepło do rozkładu mocznika oraz okresowe lub ciągłe wprowadzanie pary wodnej do gazów kierowanych do syntezy melaminy oraz okresowo do fluidalnego złoża piasku. Sposoby te jednak mają istotne negatywne skutki uboczne - podwyższona temperatura soli grzewczej skraca czas jej pracy i powoduje przyśpieszoną korozję grzejników, a para wodna hydrolizuje mocznik i rozkłada kwas izocyjanowy, obniżając przez to ogólną zdolność produkcyjną instalacji o 5 - 8%.In the installation operating according to the above-described method, after several months of operation, a gradual slow decrease in the temperature of gases leaving the urea decomposition apparatus, an increase in the content of organic compounds in the sand and an accelerated increase in gas flow resistance through the catalyst in the melamine synthesis reactor are observed. These phenomena are counteracted by increasing the temperature of the heating salt supplying heat for urea decomposition and periodically or continuously introducing water vapor to the gases directed to the melamine synthesis and periodically to the fluidized sand bed. However, these methods have significant negative side effects - the increased temperature of the heating salt shortens its operation time and causes accelerated corrosion of the radiators, and the steam hydrolyzes the urea and breaks down isocyanic acid, thus reducing the overall production capacity of the installation by 5 - 8%.

W wyniku przeprowadzonych badań i obserwacji nieoczekiwanie okazało się, że bezpośrednią przyczyną tych zjawisk jest za mała ilość ciepła wymienianego w aparacie(tach) rozkładu mocznika z powodu obniżania się warstwy fluidalnej piasku poniżej górnego poziomu rur grzewczych. Wskutek ścierania się ziaren piasku i porywania ich przez gazy ilość piasku systematycznie maleje i po kilku-kilkunastu miesiącach pracy instalacji jego poziom może być nawet 50 cm poniżej górnego poziomu rur grzewczych. W związku z ubytkiem masy piasku w aparacie rozkładu mocznika zachodzi potrzeba jego okresowego uzupełniania, co w dotychczas stosowanych sposobach wg stanu techniki wymaga wyłączenia instalacji melaminy i otwarcia aparatu rozkładu mocznika.As a result of the conducted tests and observations, it was unexpectedly found that the direct cause of these phenomena was too little heat exchanged in the urea decomposition apparatus (tach) due to the lowering of the fluidized layer of sand below the upper level of the heating pipes. As a result of abrasion of sand grains and their entrainment by gases, the amount of sand systematically decreases and after several months of operation of the installation, its level may be even 50 cm below the upper level of the heating pipes. Due to the loss of sand mass in the urea decomposition apparatus, there is a need for its periodic replenishment, which in the methods used so far according to the state of the art requires switching off the melamine installation and opening the urea decomposition apparatus.

Istnieje zatem potrzeba opracowania sposobu pozwalającego na okresowe uzupełnianie piasku w aparacie(tach) rozkładu mocznika w czasie pracy instalacji.There is therefore a need to develop a method that allows periodic refilling of sand in the urea decomposition apparatus (s) during plant operation.

Istota wynalazku polega na kontrolowanym, nie zakłócającym procesu technologicznego, okresowym dosypywaniu piasku do aparatu(ów) rozkładu mocznika w czasie pracy instalacji, przy użyciu ciśnieniowego zbiornika wyrównawczego, umieszczonego nad tym aparatem, podłączanego do aparatu rozkładowego.The essence of the invention consists in a controlled, periodic pouring of sand into the urea decomposition apparatus (s) during the operation of the installation, which does not interfere with the technological process, using a pressure equalizing tank located above the apparatus and connected to the decomposition apparatus.

Piasek jest dozowany grawitacyjnie ze zbiornika wyrównawczego do reaktora z małą prędkością wynoszącą 2 + 10% maksymalnej (początkowej) masy piasku w aparacie rozkładowym na dobę.Sand is dosed by gravity from the equalizing tank to the reactor at a low speed of 2 + 10% of the maximum (initial) sand mass in the decomposition apparatus per day.

Do zbiornika wyrównawczego doprowadzony jest gaz, którym jest amoniak lub azot, przy czym amoniak jest korzystniejszy ze względu na proces kondensacji amoniaku a azot jest korzystniejszy ze względów bezpieczeństwa. Ten sam gaz jest także w sposób ciągły, od momentu uruchomienia instalacji, przepuszczany przez króciec doprowadzający piasek do aparatu, celem zapobieżenia krystalizacji w tym miejscu produktów ubocznych rozkładu mocznika, głównie kwasu cyjanurowego. W celu zapewnienia wypływu piasku ze zbiornika wyrównawczego ciśnienie w nim jest nieco wyższe od ciśnienia w aparacie.The gas, which is ammonia or nitrogen, is supplied to the expansion tank, with ammonia being preferable to the ammonia condensation process and nitrogen being more preferable for safety reasons. The same gas is also continuously passed through the sand supply port to the apparatus since the start-up of the plant to prevent the by-products of urea decomposition, mainly cyanuric acid, from crystallizing at this point. In order to ensure the outflow of sand from the expansion tank, the pressure in it is slightly higher than the pressure in the apparatus.

Urządzenie do realizacji sposobu według wynalazku stanowi ciśnieniowy zbiornik piasku umieszczony nad aparatem rozkładowym, połączony przewodem z tym aparatem. Urządzenie zawiera także rurociągi doprowadzające gaz - amoniak lub azot - do wspomnianego zbiornika. Pojemność zbiornika wyrównawczego stanowi od 3 do 10%, korzystnie 4 do 6%, całej objętości piasku zasypywanego doThe device for carrying out the method according to the invention is a pressurized sand tank placed above the decomposition apparatus and connected to the apparatus by a conduit. The apparatus also includes pipelines for supplying gas - ammonia or nitrogen - to said tank. The capacity of the balance tank is from 3 to 10%, preferably 4 to 6%, of the total volume of the sand to be poured into

PL 204 152 B1 aparatu rozkładowego. Zbiornik może być przesuwny i obsługiwać dwa lub więcej aparatów rozkładowych, co ma znaczenie w przypadku instalacji melaminy z kilkoma liniami produkcyjnymi; w takim przypadku przewód doprowadzający piasek do aparatu rozkładowego powinien być elastyczny, co umożliwia łatwe jego połączenie z aparatem rozkładowym.PL 204 152 B1 of the distribution apparatus. The tank can be movable and can handle two or more schedulers, which is important in a melamine plant with several production lines; in this case, the conduit feeding the sand to the decomposer should be flexible, which allows easy connection to the decomposer.

Wszystkie elementy przewodu doprowadzającego piasek mają odchylenie od pionu nie większe niż 40° aby zapewnić grawitacyjne zsypywanie się piasku do aparatu rozkładowego. Średnica wewnętrzna tego przewodu jest nie mniejsza niż 20 mm, aby uniknąć zawieszania się piasku w przewodzie. W króćcu wylotowym piasku ze zbiornika, korzystnie przed zaworem odcinającym, umieszczona jest zwężka ograniczająca prędkość jego wypływu. Stosunek średnicy otworu zwężki do średnicy przewodu wynosi od 0,17 do 0,50/l, przy czym średnica otworu zwężki jest większa od 3 mm, korzystnie 6 - 9 mm. Zapewnia to powolne dozowanie piasku, nie zakłócające temperatury i fluidyzacji złoża w aparacie rozkładowym.All elements of the sand feeding conduit have a deviation from the vertical not greater than 40 ° to ensure gravity pouring of the sand into the distribution apparatus. The internal diameter of this conduit is not less than 20 mm to avoid sand suspension in the conduit. In the sand outlet pipe from the tank, preferably upstream of the cut-off valve, there is an orifice limiting the speed of its outflow. The ratio of the diameter of the orifice of the orifice to that of the conduit is 0.17 to 0.50 / l, the diameter of the orifice being greater than 3 mm, preferably 6-9 mm. This ensures a slow dosing of sand, without disturbing the temperature and fluidization of the bed in the decomposition apparatus.

Korzystnie jest jeśli zbiornik wyrównawczy jest wykonany ze stali nierdzewnej lub kwasoodpornej.The expansion tank is preferably made of stainless or acid-resistant steel.

Przykładowe urządzenie do realizacji sposobu według wynalazku jest przedstawione na rysunku oznaczonym fig. 1.An exemplary device for carrying out the method according to the invention is shown in the drawing marked in Fig. 1.

Urządzenie składa się z ciśnieniowego zbiornika 1, umieszczonego nad aparatem rozkładowym 2, rurociągu 3 z kulowymi zaworami odcinającymi 4 i 5 łączącego zbiornik 1 z aparatem rozkładowym 2 oraz rurociągów 6 i 7 z zaworami odcinającymi 8, 9 i 10 doprowadzających gaz (azot lub amoniak) do zbiornika 1. Zbiornik 1 jest wyposażony w króciec 11 z pokrywą 12 do zasypywania piasku, króciec odpowietrzający z zaworem 13, króćce doprowadzające gaz 14 i 15, króciec spustowy piasku ze zwężką ograniczającą prędkość wypływu piasku 16 oraz we wskaźnik poziomu piasku 17 i manometr 18. Znajdujące się na rysunku symbole literowe oznaczają: LG - poziomowskaz (17), PI - manometr (18), PRC - regulator ciśnienia (19), FI - przepływomierz (20).The device consists of a pressure vessel 1 located above the decomposition apparatus 2, a pipeline 3 with shut-off ball valves 4 and 5 connecting vessel 1 with a decomposition apparatus 2, and pipelines 6 and 7 with shut-off valves 8, 9 and 10 for gas (nitrogen or ammonia) to tank 1. The tank 1 is equipped with a connector 11 with a cover 12 for filling sand, a venting connector with a valve 13, gas supply connectors 14 and 15, a sand discharge connector with an orifice limiting the speed of sand flow 16, a sand level indicator 17 and a pressure gauge 18 The letter symbols in the figure mean: LG - level gauge (17), PI - pressure gauge (18), PRC - pressure regulator (19), FI - flow meter (20).

Zbiornik 1 napełnia się piaskiem przez otwarty króciec 11 a następnie zamyka się go szczelnie pokrywą 12. Podczas napełniania zbiornika 1 piaskiem zamknięte są wszystkie zawory, za wyjątkiem zaworu 8 podającego gaz do przewodu doprowadzającego piasek do aparatu rozkładowego, przez który to zawór w sposób ciągły, od momentu uruchomienia instalacji, przepuszcza się niewielki strumień gazu mierzony przyrządem 20, zapobiegający krystalizacji produktów ubocznych rozkładu mocznika, głównie kwasu cyjanurowego.The tank 1 is filled with sand through the open spout 11 and then it is tightly closed with a cover 12. When filling the tank 1 with sand, all valves are closed, except for the valve 8 feeding gas to the sand supply pipe to the distribution apparatus, through which the valve is continuously closed, from the moment the plant is started up, a small stream of gas is passed, measured by the apparatus 20, to prevent crystallization of urea decomposition by-products, mainly cyanuric acid.

Po zamknięciu zbiornika 1 pokrywą 12 otwiera się zawory 10 i 13 i wydmuchuje się powietrze ze złoża piasku i nad nim. Po usunięciu powietrza zamyka się zawór odpowietrzający 13 a otwiera się zawór 9 na górze zbiornika 1. Po wzroście ciśnienia w zbiorniku 1 do zadanej wartości, wyższej o 0,1 0,2 bar od ciśnienia w aparacie rozkładowym, otwiera się zawór 5 a następnie 4, rozpoczynając przepuszczanie gazu przez przewód 3. Przepływ gazu utrzymuje się na takim poziomie aby utrzymać nadciśnienie 0,1 - 0,2 bar w porównaniu z ciśnieniem w aparacie rozkładowym. Na wskaźniku 17 obserwuje się obniżanie się poziomu piasku w zbiorniku 1. Jeżeli poziom piasku jest bliski lub poniżej zakresu pomiarowego wskaźnika, zamyka się zawór 4 a następnie 5, 10 i 9 a otwiera się zawór odpowietrzający 13. Po wyrównaniu się ciśnienia w zbiorniku z ciśnieniem atmosferycznym otoczenia i wydmuchaniu amoniaku azotem zbiornik 1 jest gotowy do ponownego napełnienia piaskiem.After closing the tank 1 with the lid 12, the valves 10 and 13 are opened and air is blown out of the sand bed and above it. After the air is purged, the vent valve 13 closes and the valve 9 opens on the top of the tank 1. After the pressure in the tank 1 rises to the set value, 0.1 0.2 bar higher than the pressure in the decomposition apparatus, valve 5 opens and then 4 by initiating the passage of gas through conduit 3. The gas flow is maintained at a level such as to maintain a positive pressure of 0.1-0.2 bar compared to the pressure in the decomposition apparatus. The level of sand in tank 1 is decreasing on indicator 17. If the sand level is close to or below the measuring range of the indicator, valve 4 closes, then valve 5, 10 and 9 opens and the vent valve 13 opens. After the pressure in the tank equalizes with pressure atmospheric environment and blowing the ammonia with nitrogen, tank 1 is ready to be refilled with sand.

Claims

1. Method for the production of melamine in a catalytic low-pressure process, in which urea decomposition and melamine synthesis are carried out in separate apparatuses, characterized in that the losses of sand in the urea decomposition apparatus (2) are periodically replenished during the operation of the installation by dosing sand by gravity from the pressure an expansion tank (1) located above this apparatus.

2. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that the expansion tank (1) alternately serves two or more urea decomposers.

3. The method according to p. The method of claim 1 or 2, characterized in that the sand is dosed at a rate of 2 to 10% of the total weight of the sand in the distribution apparatus per day.

4. A device for the production of melamine according to the low-pressure catalytic process, comprising a urea decomposition apparatus and a melamine synthesis reactor, characterized in that it comprises a decomposition apparatus (2) connected by a conduit (3) containing an orifice (16) limiting the intensity of the outflow of sand, with the sand above there is a pressurized sand expansion tank (1) with a capacity of up to 10%, preferably 4 to 6% of the total initial sand volume in the decomposition apparatus (2).

PL 204 152 B1

5. The device according to claim 1 4. A method according to claim 4, characterized in that all the duct elements (3) have a deviation from the vertical of not more than 40 °.

6. The device according to claim 1 5. The method of claim 5, characterized in that the inner diameter of the conduit (3) is not less than 20 mm.

7. The device according to claim 1 4. The orifice as claimed in claim 4, characterized in that the ratio of the diameter of the orifice of the orifice (16) to the internal diameter of the conduit (3) is 0.17 / l to 0.50 / l, the orifice diameter being greater than 3 mm.

8. The device according to claim 1 7. The device of claim 7, characterized in that the diameter of the orifice of the orifice (16) is 6-9 mm.

9. The device according to claim 1 A device according to claim 4, characterized in that the expansion tank (1) is made of stainless or acid-resistant steel.

10. The device according to claim 1 4. The cable as claimed in claim 4, characterized in that the conduit (3) is flexible.