Способ получения меламина из мочевины - RU2127728C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу получения меламина из мочевины.

Горячие смеси синтез-газов, содержащие газ на основе азота или углерода, в основном, или газообразный аммиак или двуокись углерода, в частности, или их смеси, получают при производстве меламина из мочевины, в котором исходную мочевину превращают путем нагревания и по выбору при повышенном давлении в горячую смесь газов, содержащую меламин, аммиак и двуокись углерода, согласно уравнению реакции:
6 CO (NH₂ )₂ ---> C₃N₆H₆ + 6NH₃ + 3 CO₂
Так как указанную выше реакцию обычно проводят в присутствии катализатора, получаемая горячая смесь синтез-газов обычно содержит такие примеси, как частицы катализатора, а также может содержать другие твердые примеси, такие как мелем и/или мелам. Известно, что эти примеси оказывают вредное воздействие на качество полученного меламина.

Подходящие для использования в указанной выше реакции известные катализаторы включают среди прочего оксид алюминия, диоксид кремния - оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, фосфат бора или смесь двух или более из этих катализаторов. Использованный здесь термин "катализатор" обозначает любое вещество, активирующее превращение исходной мочевины в конечный продукт меламин в определенных условиях проведения реакции.

Горячая смесь синтез-газов, содержащая меламин вместе с газообразным аммиаком и двуокисью углерода, образуется из исходной мочевины обычно при температуре выше примерно 325^oC и, как правило, не выше примерно 500^oC. В частности, предпочтительной является температура примерно от 370 до 450^oC. Давление во время синтеза горячей смеси газов в присутствии катализатора составляет между примерно 1 и примерно 30 бар, предпочтительно между примерно 1 и примерно 8 бар.

Известен способ получения меламина из мочевины в реакторе, имеющем фильтр для отделения примесей от горячей смеси синтез-газа. Недостатком такого способа отделения является то, что твердые частицы катализатора и другие твердые примеси, такие как мелам и мелем, также отделяют от оставшихся газов вместе с сублиматом меламина, загрязняя конечный продукт - меламин. Упомянутые выше твердые примеси, которые выделяют из охлажденной смеси синтез-газов, нужно затем отфильтровать от требуемого конечного продукта - меламина. Один из известных способов отделения требует растворения полученного сублимата меламина в воде при температуре примерно от 80 до 100^oC. Затем фильтрацией удаляют твердые примеси, нерастворимые в воде при такой температуре, и, выпаривая водный растворитель, получают по существу чистый конечный продукт - меламин. Недостатком этого способа отделения является число дополнительных стадий процесса (а именно, охлаждение горячей смеси синтез-газов, образование сублимата, отделение твердых веществ от газов, растворение сублимата в растворителе, фильтрование растворенного сублимата от нерастворенных твердых примесей и выпаривание растворителя), необходимых для того, чтобы получить в основном чистый конечный продукт - меламин. Поэтому второй и предпочтительный способ отделения является прямой фильтрацией горячей смеси синтез-газов, т.е. смеси, выходящей из реактора. Горячая фильтрация смеси синтез-газов экономит время и стоимость проведения указанных выше дополнительных стадий процесса, необходимых для получения в основном чистого конечного продукта - меламина из смеси синтез-газов, которую можно охладить перед фильтрацией.

Однако такой способ отделения смеси синтез-газов путем горячей фильтрации через керамические фильтры на выходе из реактора раскрыт в патенте Великобритании 1051923 C 07 D 55/28 // B 01 J, опубл. 21 декабря 1966 г. Каждый керамический фильтр обычно включает группу керамических трубок, которые общеизвестны как фильтрационные свечи. Двумя важными аспектами таких фильтрационных свечей для применения в качестве фильтров в раскрытых выше способах отделения являются их индивидуальная прочность и пористость. Пористость фильтрационной свечи должна составлять примерно от 20 до 70%. Однако, недостатком использования керамических фильтрационных свечей является то, что, когда такие керамические фильтрационные свечи вступают в контакт с горячими смесями синтеза-газов, их прочность быстро уменьшается, и фильтрационные свечи в большей степени подвержены разрушению, например, вследствие увеличения температуры, которое происходит при периодических изменениях в работе химического реактора. Как следствие, керамические фильтрационные свечи очень ограниченно применяют в способах деления путем горячей фильтрации, так как через несколько дней использования их необходимо заменять.

Такие спекшиеся материалы, как, например, A1S1 304L, AISI 316L HastellogX и Inconel 600 также известны как материалы, используемые в качестве фильтров в способах деления смесей синтез-газов. Однако, как описано выше, сделанные из спекшихся материалов фильтры при контакте с газообразными аммиаком и двуокисью углерода (газами, получаемыми при производстве меламина из мочевины) также в течение короткого времени снижают прочность вследствие образования нитридов и/или карбонитридов. В результате чего эти спекшиеся материалы очень ограниченно применяют в качестве фильтров в способах деления смесей синтез-газов, содержащих газообразный аммиак и/или двуокись углерода, так как такие фильтры необходимо часто менять.

Целью настоящего изобретения является обеспечение способа получения меламина из мочевины в реакторе, имеющем фильтр для отделения примесей от горячей смеси синтез-газа, в котором используют фильтры, прочность которых не уменьшается быстро при возрастании температуры или вследствие образования нитридов и/или карбонитридов в присутствии газообразного аммиака (газа на основе азота) и/или двуокиси углерода (газа на основе углерода).

Хотя большая часть описания настоящего изобретения составлена с точки зрения использования новых фильтрационных материалов для обеспечения способа улучшения отделения примесей от горячих смесей синтез-газов, например, улучшения известного способа отделения фильтрованием примесей, полученных при производстве меламина из мочевины, еще одним предметом настоящего изобретения является обеспечение фильтрационного устройства, прочность которого не уменьшается быстро при возрастании температуры или вследствие образования нитридов и/или карбонитридов.

Настоящий способ отличается тем, что используют фильтры, содержащие фильтрационные свечи из спекшегося практически чистого хрома, молибдена или вольфрама.

В некоторых примерах настоящего изобретения, если требуется, в качестве фильтрационных материалов можно использовать смеси хрома и молибдена, хрома и вольфрама, молибдена и вольфрама или смесь всех трех элементов. В предпочтительном варианте настоящего изобретения фильтрационные свечи состоят из спекшегося практически чистого хрома. Предпочтительно содержание хрома в фильтре (в зависимости от степени чистоты хрома) составляет по меньшей мере около 95 весовых %, предпочтительно по меньшей мере около 99 весовых % и особо предпочтительно по меньшей мере около 99,8 весовых %. Предпочтительно использовать фильтры настоящего изобретения в виде фильтрационных свечей. Такие фильтрационные свечи в основном имеют длину примерно 0,5 - 2 м и диаметр примерно 4 - 10 см.

Применение по существу чистого хрома в фильтрах настоящего изобретения является преимущественным, так как уменьшение прочности фильтров вследствие образования нитридов и/или карбонитридов происходит значительно медленнее в случае хрома, чем у многих других известных фильтров, которые используют такие металлы, как AISI 304L, AISI 316L, Hastellog X и Inconel 600. Определено, что фильтры настоящего изобретения можно использовать по крайней мере в течение нескольких месяцев (до нескольких лет), при этом их прочность не снижается в такой степени, чтобы фильтры разрушались и требовали замены.

Снижение прочности фильтров, используемых в способах горячего фильтрования для деления смесей синтез-газов, содержащих аммиак и газообразную двуокись углерода, в первую очередь, является результатом механизмов нитрирования (азотирования) и/или карбонитрирования. Нитрирование среди прочих причин вызвано присутствием газообразного аммиака NH₃ и происходит, в частности, при температуре выше 250^oC. Карбонитрирование среди прочих причин вызвано присутствием газообразной двуокиси углерода CO₂ в дополнение к газообразному NH₃.

Обнаружено, что материалы фильтров настоящего изобретения, в частности хрома, в значительно меньшей степени восприимчивы к действию, например, газообразных NH₃ и CO₂ при температурах выше 250^oC, чем известные до сих пор материалы, применяемые в подобных фильтрах. Так как, существуют и другие части оборудования, главным образом те, которые потенциально могут вступать в контакт с газообразными NH₃ и CO₂ при температурах выше 250^oC, то для того, чтобы защищать различные части оборудования, их преимущественно можно изготовить из материалов настоящего изобретения, в частности по существу чистого хрома. Примеры, кроме реактора для получения меламина, включают (без ограничений) реакторы для получения акрилонитрила, мочевины или аммиака. Клапаны, фланцы, редукторы и колена в трубопроводах являются примерами, которые особенно подходят для замещения стали материалами настоящего изобретения, в частности по существу чистым хромом.

Усовершенствованный способ отделения согласно настоящему изобретению проиллюстрирован следующими не ограничивающими его примерами.

Пример 1. Боковой поток из реактора для получения меламина направляют в пилотный реактор, фильтры которого, содержащие фильтрационные свечи (в соответствии с табл.1) длиной 1 м и диаметром 6 см, испытывают при температуре 390^oC и давлении 7 бар. С каждым фильтром, содержащим шесть фильтрационных свечей, проводят шесть тестов.

Состав меламиновой газовой смеси следующий: 86 объемных % NH₃, 8 объемных % CO₂, 3 объемных % N₂, 3 объемных % меламина и низкие концентрации изоциановой кислоты и цианида. Падение давления в поперечнике кожуха фильтра используют для определения, когда разрушается одна или более фильтрационных свечей. После определения падения давления в поперечнике кожуха фильтра его сразу открывают и проверяют фильтр для определения количества разрушенных фильтрационных свечей. Результаты этих тестов присутствуют в табл. 1.

Пример 2. Образцы указанных далее размеров отрезают от фильтрационных свечей различных типов, соответствующих материалам, перечисленным в табл.2: длина - 50 мм; ширина - 10 мм и толщина - 6 мм. Вес каждого образца составляет около 10 г. Образцы подвешивают в агрессивной атмосфере и выдерживают в печи при температуре 390 и 450^oC более недели. Агрессивная газовая атмосфера имеет следующий состав: 86 объемных % NH₃, 8 объемных % CO₂, 3 объемных % меламина, 3 объемных % N₂ и следы изоциановой кислоты и цианида. В результате нитрирования образцов происходит увеличение их массы, которое определяют как увеличение веса проверяемых образцов в микрограммах на квадратный сантиметр в час. Проверяемые образцы отрезают от фильтрационных свечей, сделанных из спекшегося вольфрама, спекшегося молибдена, спекшегося хрома, твердого хрома и нержавеющей стали (AISI 304L). Пористость спекшихся фильтрационных свечей находится между 20 и 70%. Результаты представлены в табл. 2.

Пример 3. К примеру с псевдоожиженным слоем диаметром 5 м, наполненного 140 т катализатора из двуокиси кремния-окиси алюминия, подают 30 тонн/час мочевины при 140^oC. Катализатор ожижают газом аммиаком через нижнюю пластину. Мочевину распыляют газом аммиаком через сопло. Рабочая температура составляет 390^oC и 7 бар абсол. Выход меламина на основании углерода составляет 48%. Катализатор отделяют от реакторного газа двумя комплектами двух циклонов в реакторе. Очищенный реакторный газ все еще содержит около 1000 мг/м³ катализатора со средним размером частиц порядка 20 mт. Это количество будет отрицательно влиять на качество меламина, в особенности на передачу меламина.

Реакторный газ поэтому фильтруют в 3-х комплектах фильтров с хромовыми свечами, работая примерно при реакторных условиях. Каждый фильтровальный блок состоит из 150 свечей. Каждая свеча имеет 1.2 м в длину и 0.06 м в диаметре. Свечи периодически очищают пульсированием аммиака. После фильтрации газ имеет концентрацию катализатора менее 0.5 мг/м³. После закалки газ с водой меламин улавливают как суспензию. Полученный из этого газа меламин отвечает всем требованиям к этому продукту и имеет чистоту 99.83% и содержит менее чем 1 частица на миллион частиц катализатора.

Реферат

Изобретение касается усовершенствованного способа отделения при помощи фильтров примесей от горячей смеси синтезгазов, полученной при производстве меламина из мочевины, отличающееся тем, что включает фильтры, сделанные из спекшегося, по существу чистого хрома, молибдена, вольфрама или смесей этих элементов. Цель изобретения - увеличение степени извлечения меламина с высоким качеством. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула