PL204152B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania melaminy - Google Patents

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.

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):

6CO(NH₃)₂ 6HNCO + 3CO₂ + 6NH₃

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.

6HNCO C₃H₆N₆ + 3CO₂

Ten etap procesu jest realizowany w reaktorze syntezy melaminy, tzw. aparacie kontaktowym.

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.

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%.

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.

Istnieje zatem potrzeba opracowania sposobu pozwalającego na okresowe uzupełnianie piasku w aparacie(tach) rozkładu mocznika w czasie pracy instalacji.

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.

Piasek jest dozowany grawitacyjnie ze zbiornika wyrównawczego do reaktora z małą prędkością wynoszącą 2 + 10% maksymalnej (początkowej) masy piasku w aparacie rozkładowym na dobę.

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.

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 do

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.

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.

Korzystnie jest jeśli zbiornik wyrównawczy jest wykonany ze stali nierdzewnej lub kwasoodpornej.

Przykładowe urządzenie do realizacji sposobu według wynalazku jest przedstawione na rysunku oznaczonym 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).

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.

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.

Claims (10)

1. Sposób wytwarzania melaminy w katalitycznym procesie niskociśnieniowym, w którym rozkład mocznika i synteza melaminy są realizowane w oddzielnych aparatach, znamienny tym, że ubytki piasku w aparacie rozkładu mocznika (2) uzupełnia się okresowo, w czasie pracy instalacji, dozując piasek grawitacyjnie z ciśnieniowego zbiornika wyrównawczego (1) umieszczonego nad tym aparatem.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik wyrównawczy (1) obsługuje naprzemian dwa lub więcej aparatów rozkładowych mocznika.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że piasek dozuje się prędkością 2 do 10% całkowitej masy piasku w aparacie rozkładowym na dobę.

4. Urządzenie do wytwarzania melaminy wg niskociśnieniowego sposobu katalitycznego, zawierające aparat rozkładowy mocznika i reaktor syntezy melaminy, znamienne tym, że zawiera aparat rozkładowy (2) połączony przewodem (3), zawierającym zwężkę (16) ograniczającą natężenie wypływu piasku, ze znajdującym się nad nim ciśnieniowym zbiornikiem wyrównawczym piasku (1) o pojemności do 10%, korzystnie 4 do 6% całkowitej początkowej objętości piasku w aparacie rozkładowym (2).

PL 204 152 B1

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wszystkie elementy przewodu (3) mają odchylenie od pionu nie większe niż 40°.

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że średnica wewnętrzna przewodu (3) jest nie mniejsza niż 20 mm.

7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że stosunek średnicy otworu zwężki (16) do średnicy wewnętrznej przewodu (3) wynosi od 0,17/l do 0,50/l, przy czym średnica otworu zwężki jest większa od 3 mm.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że średnica otworu zwężki (16) wynosi 6 - 9 mm.

9. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że zbiornik wyrównawczy (1) jest wykonany ze stali nierdzewnej lub kwasoodpornej.

10. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że przewód (3) jest elastyczny.