Способ получения меламина

1 Настоящее изобретение имеет отношение к способу получения меламина, который включает операцию проведения реакции, операцию разделения газ/жидкость, в которой расплав меламина отделяют от отходящих газов, операцию десорбирования (отгонки) и операцию охлаждения. Такой способ раскрыт в публикации WO 97/20826, в которой показано, что меламин может быть получен путем разделения, в операции разделения газ/жидкость, расплава меламина,который преимущественно был приготовлен из мочевины при проведении операции некаталитической реакции в реакторе с высоким давлением, из выделенных газов, и за счет последующей обработки расплава при помощи NН 3, в операции десорбирования, для того, чтобы снизить количество СO2, растворенного в расплаве меламина. Затем расплав меламина вместе с растворенным в нем NH3 охлаждают под давлением от 5 до 40 МПа в операции охлаждения до температуры от 0 до 60 С выше температуры плавления при преобладающем давлении аммиака, но ниже 350 С, а затем подвергают расширению для получения твердого меламина,после чего дополнительно охлаждают. В примере, описанном в указанной публикации WO 97/20826, в котором получают меламин высокой чистоты, давление обработки р 1 в расплаве меламина в ходе операции охлаждения всегда составляет 20 МПа или больше. Самые высокие чистоты получены в тех примерах, в которых давление обработки p1 составляет 25 МПа или больше. При осуществлении способа в соответствии с публикацией WO 97/20826 давление обработки в операции проведения реакции, в операции разделения газ/жидкость и в операции десорбирования предпочтительно такое же, как при операции охлаждения. Недостаток этого известного способа заключается в том, что давление в большей части процесса получения, в частности, в операции десорбирования, должно поддерживаться на очень высоком уровне, а в свете приведенных примеров преимущественно выше чем 20 МПа,для того, чтобы получать меламин высокой чистоты. Известно, что капиталовложения в технологическую установку растут с ростом рабочего давления установки. Следовательно, известный способ ведет к относительно высоким капиталовложениям в необходимое технологическое оборудование. Известно также, что эксплуатационные расходы технологической установки сильно растут с ростом рабочего давления установки. Следовательно, известный способ ведет также к относительно высоким эксплуатационным расходам. Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков за счет использования способа, который позволяет к тому же производить меламин высокой чистоты. 2 Эта задача достигнута за счет проведения операции десорбирования при давлении от 5 до 17 МПа и при температуре от 330 до 450 С, а также за счет того, что расплав меламина, полученный на предшествующих операциях, подвергается в операции охлаждения воздействию давления от 15 до 35 МПа, причем давление в операции охлаждения превышает давление в операции десорбирования, а температуру в операции охлаждения устанавливают между температурой плавления расплава меламина при преобладающем давлении и 365 С. За счет более низкого давления в операции десорбирования, чем в способе в соответствии сWO 97/20826, способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет облегчить конструкцию оборудования, в котором проводят операцию десорбирования. Несмотря на относительно низкие давления в операции десорбирования полученный меламин в конечном счете имеет очень высокую чистоту: процентное содержание нежелательных компонентов, таких как аммелин, аммелид,циануровая кислота, мелем и мелам, является относительно низким. Это является неожиданным и совсем не следует из WO 97/20826, где утверждается, что оптимальные условия для операции десорбирования могут быть получены при ее проведении при таком же высоком давлении, что и в операции охлаждения, если необходимо получать меламин высокой чистоты. Неожиданно обнаружили также, что количества средства десорбирования на кг меламина, которые требуются в операции десорбирования,снижаются, если проводить эту операцию при более низком давлении, составляющем от 5 до 17 МПа. В отходящем газе, который выделяется в операции десорбирования, присутствует, кроме средства десорбирования и выделенного СO2,некоторое количество испарившегося меламина. Такие пары меламина должны быть извлечены из отходящего газа в операции очистки газа в скруббере. Дополнительное преимущество способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что, так как требуются меньшие количества средства десорбирования,то меньше паров меламина выделяется в операции десорбирования в единицу времени, чем в известном ранее процессе. В результате меньшее количество меламина необходимо очищать в скруббере в единицу времени, так что можно упростить операцию скруббирования. В результате как капиталовложения, так и эксплуатационные расходы установки для производства меламина высокой чистоты в способе в соответствии с настоящим изобретением будут существенно ниже, чем при использовании известного процесса. В патенте ЕР-А-0808836 раскрыт процесс приготовления меламина, который включает в себя операцию десорбирования и операцию ох 3 лаждения, причем операцию десорбирования проводят в устройстве для удаления СO2, а операцию охлаждения проводят в смесителе. Однако в ЕР-А-0808836 ничего не говорится о том, в каких условиях следует проводить операцию десорбирования. Кроме того, в ЕР-А-0808836 ничего не говорится о том, как следует выбирать соотношение между рабочими условиями операции десорбирования и операции охлаждения. Наконец, в ЕР-А-0808836 не показано, что в нем могут быть осуществлены преимущества способа в соответствии с настоящим изобретением. Получение меламина обычно начинают с мочевины в виде расплава, который используют в качестве исходного материала. В ходе приготовления меламина NН 3 и СO2 представляют собой побочные продукты, причем процесс протекает в соответствии со следующим уравнением реакции: 6 СО(NH2)2C3N6H6 + 6 NH3 + 3 СO2 Приготовление меламина можно осуществить в соответствии с процессом высокого давления, который известен сам по себе, в котором меламин получают без присутствия катализатора и в котором давление обычно составляет от 5 до 50 МПа. Температура, при которой протекает реакция, составляет от 325 до 450 С. Побочные продукты NН 3 и СО 2 обычно возвращают на смежную установку для производства мочевины. Как правило, процесс высокого давления предусматривает использование блока скруббера, реактора, сепаратора газ/жидкость, десорбера и/или последующего реактора или резервуара для выдерживания, одного или нескольких резервуаров охлаждения или резервуаров перемешивания, а также одного резервуара расширения. Возможно комбинирование нескольких резервуаров в одном резервуаре, например, использование комбинации реактора с сепаратором газ/жидкость, комбинации сепаратора газ/жидкость с десорбером или комбинации десорбера с резервуаром охлаждения. В одном из вариантов процесса высокого давления меламин получают из мочевины на установке, которая включает в себя, например,блок скруббера, реактор для приготовления меламина, сепаратор газ/жидкость, десорбер, резервуар охлаждения и резервуар расширения. Для осуществления операции скруббирования в блок скруббера подают расплав мочевины с установки производства мочевины под давлением от 5 до 50 МПа и при температуре выше температуры плавления мочевины. В блоке скруббера жидкая мочевина входит в контакт с отходящими газами из сепаратора газ/жидкость и из десорбера. Отходящие газы главным образом содержат СO2 и NН 3, а также некоторое количество паров меламина. Расплавленная мочевина 4 скруббирует пары меламина от отходящего газа и переносит этот меламин назад в реактор, так что испаренный меламин не теряется. В это же время температура мочевины возрастает. Отходящие газы выпускают из верхней части блока скруббера и преимущественно возвращают на установку мочевины для использования в качестве сырья для производства мочевины. Для проведения реакции предварительно нагретую мочевину, которая содержит скруббированный меламин, пропускают из блока скруббера в реактор, в котором имеется давление от 5 до 50 МПа. Расплав мочевины может быть перемещен в реактор меламина под действием силы тяжести (самотеком), если установить блок скруббера над реактором. В реактор может быть введено некоторое количество NH3, например, в виде жидкости или горячего пара. Введенный NH3 может служить, например, в качестве средства очистки для предотвращения блокировки дна реактора или для предотвращения образования продуктов конденсации меламина, таких как мелам, мелем и мелон, или для содействия перемешиванию в реакторе. В реакторе расплавленная мочевина нагревается до температуры от 325 до 450 С под указанным выше давлением, причем при указанных условиях мочевина конвертируется в жидкий меламин, СO2 и NH3. Для проведения операции разделения газ/жидкость пропускают продукт реакции, который главным образом состоит из меламина и СO2 и NН 3, выделяющихся в реакции, на сепаратор газ/жидкость, расположенный после реактора. Отходящие газы, которые на этом этапе главным образом содержат СO2, NН 3 и испарившийся меламин, отделяют от жидкого меламина и пропускают в блок скруббера для удаления паров меламина, присутствующих в отходящих газах, а также для предварительного нагревания расплава мочевины. Жидкий продукт реакции, которым является расплав меламина, содержащий главным образом жидкий меламин с растворенными в нем СO2 и NH3, подают на десорбер. Для проведения операции десорбирования,в десорбер подают газ десорбции, которым обычно является NH3. Газ десорбции десорбирует растворенный СO2 из расплава меламина,причем одновременно некоторое количество паров меламина захватывается газом десорбции. Другой задачей десорбирования СO2 из расплава меламина является предотвращение образования содержащих кислород соединений, в качестве побочных продуктов. Примерами содержащих кислород соединений являются аммелин,аммелид и циануровая кислота. Количество газа десорбции, подаваемого в десорбер, обычно составляет от 0,02 до 3 т газа десорбции на тонну меламина. 5 В способе в соответствии с настоящим изобретением в десорбере устанавливают давление от 5 до 17 МПа и температуру от 330 до 450 С. В способе в соответствии с настоящим изобретением достаточно подавать в десорбер от 0,02 до 2 т газа десорбции на тонну расплава меламина. За счет этого количество содержащих кислород соединений в расплаве меламина может быть ограничено величиной менее чем 0,7 вес.%. Расход газа десорбции и площадь поперечного сечения десорбера преимущественно выбирают таким образом, чтобы поверхностная скорость газа по всей площади поперечного сечения составляла от 0,001 до 0,2 м/с, а преимущественно от 0,003 до 0,1 м/с. Под поверхностной скоростью газа понимают объемный расход газа десорбции в м 3/с, поделенный на площадь поперечного сечения десорбера в м 2. Предпочтительной является работа десорбера с задержкой жидкости, которая образует избыток 35%. Задержка жидкости может быть определена как отношение динамического объема жидкости в зоне десорбции к объему зоны десорбции. Динамический объем жидкости представляет собой полный объем жидкости минус статический объем жидкости (для экспериментального определения обратитесь к публикации H.Z.Kister, Dilstillation-design, McGraw-Hill (1992),Section 8.2.14). Зона десорбции представляет собой зону в десорбере, расположенную между точкой, в которой газ десорбции в первый раз входит в контакт с жидкостью, и точкой, в которой газ десорбции в последний раз входит в контакт с жидкостью. Более предпочтительно, задержка жидкости в десорбере образует избыток 50%, даже более предпочтительно, избыток 70%. По желанию расплав меламина может быть в некоторой степени охлажден уже в ходе операции десорбирования, так что при этом операция охлаждения может протекать быстрее. Как и в случае отходящего газа из сепаратора газ/жидкость, отходящий газ, который выделяется в десорбере, может быть направлен в блок скруббера для удаления паров меламина и для предварительного нагревания расплава мочевины. Можно также направлять отходящий газ из десорбера во второй отдельный блок скруббера. Расплав меламина, температура которого лежит между температурой плавления расплава меламина и 450 С, направляют в резервуар охлаждения. В способе в соответствии с настоящим изобретением для проведения операции охлаждения повышают давление расплава меламина в резервуаре охлаждения до величины от 15 до 35 МПа, предпочтительно за счет добавки избыткаNН 3, причем давление в ходе операции охлаж 004054 6 дения всегда превышает давление в ходе операции десорбирования. Операцию десорбирования преимущественно проводят при давлении, которое по меньшей мере на 1,5 МПа ниже давления в операции охлаждения; более предпочтительно,операцию десорбирования проводят при давлении, которое по меньшей мере на 5 МПа ниже давления в операции охлаждения. Преимуществом такого решения является возможность проведения как операции десорбирования, так и операции охлаждения в большей степени в оптимальном для каждой операции диапазоне давления. Резервуар охлаждения обычно содержит средство приготовления гомогенного, содержащего аммиак расплава меламина. Дополнительный NН 3 поступает растворенным в расплаве меламина. Как правило, поступает такое количество NH3, что расплав меламина становится насыщенным; при этом следует иметь в виду,что расплав меламина может поглощать большеNН 3 при более высоких давлениях NН 3. Температуру расплава меламина регулируют в диапазоне от температуры плавления расплава меламина при преобладающем давлении и 365 С. Значение температуры плавления расплава меламина, насыщенного NH3, зависит от количества растворенного NН 3, а следовательно, от давления NН 3: чем выше давлениеNН 3, тем ниже температура плавления. Как это показано в WO 97/20826, если, например, давление NН 3 составляет 15 МПа, то температура плавления расплава меламина, насыщенногоNН 3, составляет ориентировочно 330 С; если давление NН 3 составляет 35 МПа, то температура плавления расплава меламина, насыщенногоNН 3, составляет ориентировочно 295 С. Задачей операции охлаждения является обратная конверсия в меламин любых продуктов конденсации меламина, таких как мелам и мелем. Кроме того, в операции расширения, которая обычно следует за операцией охлаждения, по причине более низкой температуры меламин будет быстрее твердеть, так как часть теплоты ранее уже была отведена. Время пребывания расплава меламина в операции охлаждения составляет от 1 мин до 10 ч. Операцию охлаждения преимущественно проводят в двух или больше резервуарах охлаждения, установленных параллельно. Расплав меламина из операции десорбирования поочередно направляют в один из резервуаров охлаждения. Когда подключенный резервуар достаточно заполняется, то расплав меламина начинают подавать в другой резервуар охлаждения, а операцию охлаждения проводят в уже заполненном резервуаре охлаждения. Преимуществом такого решения является возможность пропускания расплава меламина от операции десорбирования на операцию охлаждения и от операции охлаждения на операцию расширения, 7 описанную ниже, непрерывно или полунепрерывно. После получения меламина высокой чистоты по способу в соответствии с настоящим изобретением, описанному выше, обычно проводят операцию расширения, для того, чтобы получить продукт в твердом виде. В возможном варианте расплав меламина, который содержит растворенный аммиак, направляют из резервуара охлаждения через выпускной клапан в резервуар расширения. В ходе указанного расширения испарение аммиака приводит к снижению температуры, в результате которого выделяется теплота кристаллизации меламина, при этом получают меламин высокой чистоты в виде твердого порошка. В ходе расширения может быть использован добавочный охладитель, например, жидкий или газообразный аммиак, который добавляют в резервуар расширения для содействия процессу охлаждения. После операции расширения производят дальнейшее снижение давления меламина и охлаждение до комнатной температуры для проведения дальнейшей обработки. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа по настоящему изобретению, операцию десорбирования проводят под давлением ниже 15 МПа, что дополнительно повышает эффективность использования средства десорбирования в операции десорбирования. В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления способа по настоящему изобретению, не только операцию десорбирования, но и операцию проведения реакции и операцию разделения газ/жидкость проводят под давлением от 5 до 17 МПа, то есть ниже давления в операции охлаждения. Преимуществом такого решения является возможность дополнительного снижения капиталовложений и эксплуатационных расходов без снижения чистоты полученного в конечном счете меламина. Операцию проведения реакции, операцию разделения газ/жидкость и операцию десорбирования предпочтительно проводят при давлениях, превышающих 7,5 МПа, за счет чего операция проведения реакции может быть осуществлена с более высокой эффективностью, но ниже 15 МПа, за счет чего дополнительно повышается эффективность использования средства десорбции в операции десорбирования. Давление в процессе от операции проведения реакции до операции десорбирования главным образом является одним и тем же. В данном случае выражение "главным образом является одним и тем же" означает, что различия давлений в указанных секциях процесса вызваны только потерями в линиях, разностями высоты и другими подобными эффектами в технологической установке, которые, как правило, составляют менее 1 МПа, а предпочтительно менее 0,5 МПа. 8 Преимущество такого решения состоит в том, что упрощается конструкция и работа установки, так как не нужны средства регулировки давления в той части установки, где осуществляется технологический цикл от операции проведения реакции до операции десорбирования. Блок скруббера также получает от этого выгоды. Этот блок может быть более дешевым по конструкции, так как благодаря более низкому давлению в операции разделения газ/жидкость и в операции десорбирования операция скруббирования может быть проведена при более низком давлении,чем давление в операции охлаждения. Дополнительное преимущество состоит в том, что можно комбинировать несколько операций в одной единице оборудования, например, использовать комбинацию операции проведения реакции с операцией разделения газ/жидкость или комбинацию операции разделения газ/жидкость с операцией десорбирования. За счет комбинирования операции разделения газ/жидкость с операцией десорбирования в одной единице оборудования можно возвращать отходящие газы в блок скруббера более простым образом, что является преимуществом. Обычно операцию десорбирования и операцию охлаждения в соответствии с настоящим изобретением объединяют в единый полный процесс, в котором операцию скруббирования,операцию проведения реакции, операцию разделения газ/жидкость, операцию десорбирования и операцию расширения осуществляют по времени одну за другой. Однако также возможно применить операцию десорбирования и операцию охлаждения в соответствии с настоящим изобретением к ранее полученному меламину или к меламину, полученному альтернативным способом, для того, чтобы повысить чистоту меламина. Если подлежащий обработке меламин имеется в твердом виде, то его нужно нагреть ориентировочно до 370 С в операции расплавления ранее проведения операции десорбирования, так чтобы получить меламин в жидком виде; после операции десорбирования и операции охлаждения факультативно может быть проведена операция расширения для получения меламина высокой чистоты в твердом виде. Настоящее изобретение будет далее описано со ссылкой на примеры и сравнительные эксперименты, которые проведены при следующих условиях: сепаратор газ/жидкость объединен в единое целое с реактором; 0,425 кг NH3 вводят в десорбер на каждый кг объема выпуска меламина; условия обработки в сравнительном эксперименте А выбраны таким образом, что они находятся в рамках преимущественного варианта известного процесса. Таблица 1. Условия обработки Сравнительные Примеры эксперименты А В 1 2 3 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 340 350 340 340 350 25 22 25 9.5 22 25 22 9,5 9,5 8 25 22 25 25 22 120 120 120 120 120 90 90 90 90 90 30 30 30 30 30 В табл. 1 использованы следующие обозначения: Т - температура, Р - давление, t - время нахождения (пребывания). Индексы: r - реактор, s - десорбер, с - резервуар охлаждения. Таблица 2. Состав продукта после резервуара охлажденияпропорции по отношению к меламину Сравнительные Примеры эксперименты А В 1 2 3 4 Мелам (вес.%) 0,23 0,23 0,23 0,23 0,33 0,33 Мелем (вес.%) 0,01 0,02 0,01 0,01 0,02 0,02 КСС (вес.%) 1,10 0,71 0,46 0,12 0,33 0,07 В табл. 2: КСС - кислородосодержащие соединения Как становится ясно из приведенных данных, при одинаковом введении аммиака в десорбер, вес кислородосодержащих соединений в расплаве меламина после операции охлаждения ниже тогда, когда десорбер работает в условиях способа в соответствии с настоящим изобретением, чем в том случае, когда десорбер работает в условиях преимущественного варианта известного способа. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения меламина, включающий операцию проведения реакции, операцию разделения газ/жидкость, в которой расплав 10 меламина отделяют от отходящих газов, операцию десорбирования и операцию охлаждения,отличающийся тем, что операцию десорбирования проводят при давлении от 5 до 17 МПа и при температуре от 330 до 450 С, полученный на предшествующих операциях расплав меламина в операции охлаждения подвергают воздействию давления от 15 до 35 МПа, при этом давление в операции охлаждения превышает давление в операции десорбирования, температуру в операции охлаждения устанавливают между температурой плавления расплава меламина при преобладающем давлении и 365 С. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что операцию десорбирования осуществляют при давлении, которое по меньшей мере на 1,5 МПа ниже, чем давление в операции охлаждения. 3. Способ по одному из пп.1-2, отличающийся тем, что операцию десорбирования осуществляют в двух или больше резервуарах охлаждения, располагаемых параллельно. 4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что операцию десорбирования осуществляют при давлении от 5 до 15 МПа. 5. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что операцию проведения реакции и операцию разделения газ/жидкость осуществляют при давлении от 5 до 17 МПа и при температуре от 330 до 450 С. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что операцию проведения реакции, операцию разделения газ/жидкость, и операцию десорбирования осуществляют при давлении от 7,5 до 15 МПа. 7. Способ по одному из пп.5-6, отличающийся тем, что давление в операции проведения реакции и в операции разделения газ/жидкость отличается от давления в операции десорбирования менее чем на 1 МПа.