Способ получения свободного от мелема меламина и устройство гасителя

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения свободного от мелема меламина водной обработкой расплава меламина, полученного способом высокого давления, в котором расплав меламина после отделения отходов газов гасят водным щелочесодержащим раствором, преобразуют в способе в водный щелочной раствор меламина, а затем кристаллизуют в твердый меламин. Изобретение также относится к гасителю, предназначенному для осуществления способа получения свободного от мелема меламина, в котором, по меньшей мере, одно впускное отверстие расположено таким образом, что входящий поток жидкости ориентирован тангенциально по отношению к стенке гасителя. Таким образом можно получить меламин с содержанием мелама менее 1000 ppm и с содержанием мелема менее 50 ppm. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

В заявке предлагается способ получения свободного от мелема меламина прямым преобразованием расплава меламина, полученного способом под высоким давлением, в водный щелочной раствор меламина гашением водным щелочесодержащим раствором и затем кристаллизацией меламина. Изобретение также относится к гасителям, обладающим характеристиками, указанными в пунктах формулы 9 и 10.

В способах получения меламина под высоким давлением расплав мочевины и газообразный аммиак в отсутствие катализатора при температурах, например, порядка 325-400°С, предпочтительно 350-425°С, и давлении от 50 до 250 бар, как правило, концентрируются в жидкий меламин и отходы газа, состоящие в основном из аммиака и углекислого газа с небольшими количествами газообразного меламина. Эту реакционную смесь, в зависимости от способа и выбора процессов, далее подвергают высокому давлению и высокой температуре, что приводит к отверждению меламина. Отверждение меламина проводят двумя способами: в сухом способе расплав меламина отверждают в отсутствие воды с аммиаком или без него с одновременным расширением, охлаждают и затем выделяют. Однако недостатком таких сухих способов является то, что во время расширения образуется много побочных продуктов, например мелам и мелем, которые мешают в дальнейших стадиях обработки меламина, в частности образуют меламиновые смолы и их вторичные продукты. Особенно мешает мелем - побочный продукт конденсации.

В комбинированном сухом/влажном способе в соответствии с патентом США 3637686 расплав меламина вначале отверждают аммиаком в отсутствие воды и твердый меламин затем обрабатывают в водном аммиачном растворе для удаления побочных продуктов, присутствующих в меламине и образованных в процессе отверждения. Однако на такой стадии рекристаллизации гидролиз меламина, который идет параллельно с распадом побочных продуктов, может привести к существенной потере выхода готового продукта.

Другой возможный способ отверждения меламина в способе с применением высокого давления описан в патенте США 3132143 или WO 01/36397. Реакционную смесь, полученную непосредственно из реактора, подают в гаситель и в присутствии водного аммиака и углекислого газа переносят в раствор меламина, содержащий углекислый газ и побочные продукты. Недостатком описанного способа является то, что в гидролитическом разложении побочных продуктов в присутствии углекислого газа из-за относительно низкого рН требуются очень высокие температуры и достаточно длительное время выстаивания, чтобы достичь нужной степени разложения побочных продуктов.

Еще один возможный способ отверждения расплава меламина способом высокого давления описан в WO 00/29393. В этом способе расплав меламина с применением водного аммиачного раствора преобразуют в суспензию меламина и из нее выделяют меламин. Недостаток данного способа, как и сухих способов, заключается в том, что на стадии отверждения дополнительно образуются побочные продукты, которые возможно удалить из суспензии меламина только длительным временем нахождения в водной фазе, что означает высокую потерю меламина из-за гидролиза. Более того, в процедуре формирования суспензии существует риск образования отложений и засорения кристаллизованными побочными продуктами.

Поэтому задачей изобретения является способ, который позволит с наивысшим возможным выходом меламина снизить содержание мелема до менее 50 ppm. Неожиданно задача была решена осуществлением следующих стадий: расплав меламина, полученный способом под высоким давлением и выходящий после отделения отходов газов, преобразуют в водный щелочной раствор меламина гашением водным щелочесодержащим раствором и последующей кристаллизацией меламина.

Итак, настоящее изобретение относится к способу получения свободного от мелема меламина посредством водной обработки расплава меламина, полученного способом высокого давления, который отличается тем, что расплав меламина после отделения отходов газов охлаждают водным щелочесодержащим раствором, преобразуют в способе в водный щелочной раствор меламина и затем последующей кристаллизацией получают твердый меламин.

Прямое преобразование расплава меламина в раствор меламина, во-первых, позволяет перенести качество меламина, полученного в части реактора с высоким давлением, без образования дополнительных побочных продуктов в водную часть установки. Во-вторых, используя щелочесодержащий раствор для гашения расплава меламина, представляется возможным разложить побочные продукты, введенные в водную часть установки с расплавом меламина, на ранней стадии в гасителе, в результате чего все время нахождения меламина в водной фазе процесса, а следовательно, и потеря меламина из-за гидролиза сводится к минимуму.

При обработке настоящим способом расплав меламина, полученный способом высокого давления, подают в гаситель при температуре от 330 до 400°С, лучше от 330 до 380°С, а предпочтительно от 330 до 360°С, и давлении от 50 до 600 бар, лучше от 50 до 250 бар, еще лучше от 70 до 170 бар.

В таком расплаве меламина присутствуют два типа побочных продуктов. Кислородосодержащие побочные продукты в расплаве включают, например, углекислый газ, аммелин, аммелид, уреидомеламин или не прореагировавшую мочевину. Побочные продукты конденсации - мелем или мелам.

В данном способе любой расплав меламина, полученный в способе высокого давления, можно применять после отделения отходов реакционных газов. Наиболее чистый меламин получают данным способом, если расплав меламина подвергнуть предварительной очистке в части высокого давления реактора.

Особое преимущество дает существенное удаление кислородосодержащих побочных продуктов, например, обработкой расплава меламина газообразным аммиаком и удаление побочных продуктов конденсации из расплава в этой части, например, охлаждением и/или поддержанием высокого давления аммиака в расплаве. В данном способе важно также использовать расплав меламина, насыщенный аммиаком.

Расплав меламина вводится в гаситель распылением, с тем чтобы достичь равномерного его распределения. Одновременно с расплавом меламина в гаситель, желательно через сопла, подают водный щелочесодержащий раствор. Распылительные устройства расположены таким образом, что расплав меламина и водный щелочесодержащий раствор контактируют сразу же после введения расплава меламина в устройство. Например, расплав меланина подают через верхнюю часть гасителя по центру, а водный щелочесодержащий раствор распыляют сверху через одно или несколько сопел. Другой возможный способ введения расплава меламина и водного щелочесодержащего раствора - через двухкомпонентное сопло. При такой системе расплав меламина непосредственно преобразуется в растворенную форму при контакте с распыляемым раствором. Можно разделить общее количество водного щелочесодержащего раствора, введенного для охлаждения расплава меламина, на две или несколько порций, например, в соотношении 1:1-1.5:1, из которых одну подают в устройство из верхней части, а вторую, с целью улучшения смешивания - в боковом направлении из нижней части реактора.

Количество водного щелочесодержащего раствора, введенного в гаситель, должно быть таким, чтобы водный щелочной раствор меламина, вытекающий из гасителя, содержал меламин в концентрации около 5-10 вес.%, лучше 6-9 вес.%.

Температуру водного щелочесодержащего раствора для введения в гаситель выбирают такую, чтобы гашение расплава меламина происходило при температуре от 100 до 150°С, предпочтительно от 110 до 145°С, еще лучше от 120 до 140°С.

Давление во время гашения составляет от 1 до 7 бар, лучше от 2 до 6 бар, еще лучше от 3 до 5 бар.

Содержание щелочи в водном щелочесодержащем растворе для подачи в гаситель составляет от 0.05 до 0.5 вес.%, а лучше от 0.05 до 0.3 вес.%. В качестве щелочи применяют, например, гидроокись натрия, гидроокись калия или аммиак; лучше использовать гидроокись натрия. Лучше, чтобы щелочное составляющее водного щелочесодержащего раствора, предназначенного для гашения, использовалось из маточной жидкости после кристаллизации меламина.

Поэтому желательно, чтобы раствор для гашения включал рециркуляционную часть маточной жидкости, кроме того, в нем могут присутствовать конденсированные пары кристаллизации меламина со слабым содержанием аммиака и свежий конденсат.

Режим работы гасителя в соответствии с настоящим изобретением предлагает множество преимуществ, которые описаны ниже.

Посредством прямого преобразования расплава меламина в раствор в гасителе представляется возможным обеспечить переход от фазы расплава к водной обработке без ухудшения качества из-за образования побочных продуктов. Это означает, что в части обработки водным раствором необходимо разлагать только побочные продукты, уже введенные с расплавом меламина, но в отличие от чистых сухих способов или способов, проводимых в суспензии во время расширения, побочных продуктов не образуется.

Время нахождения в части водной обработки определяется содержанием побочных продуктов, присутствующих в гасителе, то есть чем меньше содержание побочных продуктов, тем короче время нахождения в устройстве. Это время определяется получением конечного продукта с наличием определенной низкой концентрации побочных продуктов.

Наиболее короткое время нахождения необходимо, чтобы сдержать до минимума гидролиз меламина, проходящий одновременно с разложением побочных продуктов. Для разложения гидролизом побочных продуктов, введенных вместе с меламином в обработку водным раствором, они должны присутствовать в растворенной форме. Поскольку побочные продукты мелам и мелем менее растворимы, чем меламин, они по большей части присутствуют в твердой форме в гасителе в процедуре суспендирования, в то время как более легко растворимый меламин даже в процедуре суспендирования присутствует в растворе в растворенном состоянии, который в равновесном соотношении с суспензией. Это означает, что в случае процедуры суспендирования в гасителе, хотя и происходит нежелательный гидролиз меламина, нужного разложения побочных продуктов может не происходить.

В отличие от этого в способе по настоящему изобретению гидролитическое разложение побочных продуктов может начаться уже в гасителе, поскольку все побочные продукты, присутствующие в меламине, попадая в гаситель, уже преобразуются в раствор.

Гидролитическое разложение побочных продуктов проходит тем быстрее, чем выше рН раствора. Если разложение побочных продуктов проводят при низких величинах рН, необходимо проводить реакцию при соответствующих высоких температурах, обычно при температурах выше 150°С, и с большим временем нахождения в устройстве. Однако из-за гидролиза меламина, который протекает в то же самое время, это нежелательно. В результате свободного раствора гидроокиси натрия, присутствующего в гасителе по настоящему изобретению и соответственно высоких величин рН от 9 до 12, температура во время разложения побочных продуктов может поддерживаться низкой, а реакция, тем не менее, проходит достаточно быстро.

Раствору меламина, полученному в гасителе, в случае необходимости, после реакции с концентрированным водным щелочесодержащим раствором дают выстояться. Время выстаивания составляет от 5 до 60 минут, лучше от 20 до 40 минут. Полученный водный щелочной раствор меламина в случае необходимости после удаления аммиака, разбавления, обработки активированным углем и доводки рН подают к установке кристаллизации, в которой, например, снижением температуры и/или вакуумом меламин кристаллизуют. Затем его фильтруют, высушивают и выделяют.

В помощью данного способа представляется возможным получить меламин с содержанием мелама < 1000 ppm и содержанием мелема < 50 ppm, который можно применять для любой дальнейшей обработки.

Щелочную маточную жидкость, отобранную в кристаллизаторе, при необходимости после смешивания с фильтратом после фильтрации меламина можно разделить на два потока в соотношении 2.5:1-3.0:1. Первый поток направляют обратно в часть обработки меламина водным раствором. Здесь можно использовать только часть или всю рециркулируемую маточную жидкость для гашения расплава меламина. Второй поток маточной жидкости из кристаллизатора и фильтрат выбрасываются из цикла как сток и идут на очистную установку.

Пример 1

Расплав меламина из реактора высокого давления распыляли при температуре 360°С и давлении 245 бар в гаситель, работающий с давлением в 2.5 бара. В расплаве меламина изначальная концентрация мелама составляла 11850 ppm, а мелема 670 ppm. Расплав был значительно свободен от кислородосодержащих примесей и насыщен аммиаком. Одновременно с введением расплава меламина в гаситель вводили водный раствор с концентрацией NaOH в количестве 0.3 вес.%. Соотношение расплава меламина и NaOH выбирали таким образом, чтобы концентрация раствора меламина и побочных продуктов в гасителе составляла 5%. Температура раствора меламина в гасителе была 130°С. После 30 минут нахождения при такой температуре и давлении раствор охлаждали, полученную суспензию меламина нейтрализовали, высушивали и анализировали полученный меламин. Содержание мелама в меламине составило 810 ppm, а мелема - < 50 ppm.

Пример 2

Экспериментальная процедура была аналогична процедуре в Примере 1. Расплав меламина, введенный в гаситель, был существенно свободен от кислородосодержащих побочных продуктов, но побочные продукты конденсации мелам и мелем не удаляли предварительной очисткой в части высокого давления. Таким образом, исходное содержание мелама в расплаве меламина было 35000 ppm, a мелема 5600 ppm. Расплав меламина вводили при 380°С и давлении 70 бар в гаситель, рабочее давление которого было 2.5 бара. Одновременно с расплавом меламина в гаситель вводили водный раствор с 0.2 вес.% содержанием NaOH. Соотношение расплава меламина и водного раствора NaOH выбирали таким образом, чтобы в гасителе был 8% раствор побочных продуктов меламина. Температура раствора меламина в гасителе была 130°С. После нахождения в течение 60 минут в гасителе раствор охлаждали, полученную суспензию меламина нейтрализовали, высушивали и анализировали полученный меламин. Содержание мелама в меламине было 2700 ppm, a мелема 100 ppm.

На чертеже представлена конструкция гасителя 10, применяемого для данного способа.

В верхней части гасителя 10 располагается впуск 1 для расплава меламина, под углом к нему размещены четыре впускных сопла для горячей маточной жидкости (водного щелочесодержащего раствора). Горячая маточная жидкость приблизительно при температуре 120°С смешивается с расплавом меламина, температура которого около 350°С, так что в верхней части гасителя температура смеси составляет приблизительно 140°С. Эта смесь маточной жидкости/меламина вновь смешивается с прохладной маточной жидкостью при 120°С, так что в нижней части гасителя 10 устанавливается температура приблизительно в 130°С. Поток 2 в нижней части подается тангенциально по отношению к стенке бака.

Это имеет следующие преимущества: в верхней части устройства достигается более высокая температура, а при предварительном смешивании потока с более прохладной маточной жидкостью в нижней части реактора достигается охлаждение.

Как результат более высокой температуры в верхней части гасителя вверху также устанавливается более высокое давление, чем в нижней (=давление насыщенного пара соответственно температуре). При предварительном смешивании с более прохладной жидкостью в нижней части давление также снижается.

Это также являет собой определенное преимущество, так как в результате повышается величина NPSH (высота поддержания давления) откачивающего снизу насоса, что снижает риск кавитации насоса.

Тангенциальное направление нижнего потока маточной жидкости обеспечивает лучшее смешивание.

В верхней части гасителя расположены четыре распыляющие сопла для маточной жидкости. Каждое сопло предназначено для прохождения потока с определенной скоростью. При такой скорости потока обеспечивается оптимальная работа сопел (имеется в виду геометрия распыления и снижение риска засорения).

Разделение входящего потока на два также способствует оптимальной работе сопел: даже при частичной загрузке установки меламином, то есть подаче < 100% количества расплава меламина в гаситель, в распылительных соплах для маточной жидкости всегда можно поддерживать ту же (т.е. оптимальную) скорость потока, например, установкой нижнего потока маточной жидкости на «0».

В результате, даже при частичной загрузке установки, в гасителе всегда достигается оптимальная система распределения/распыления маточной жидкости в соплах.

1. Способ получения свободного от мелема меламина водной обработкой расплава меламина, полученного способом высокого давления, отличающийся тем, что расплав меламина после отделения отходов газов гасят водным щелочесодержащим раствором, преобразуют в способе в водный щелочной раствор меламина, а затем кристаллизуют в твердый меламин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водным щелочесодержащим раствором является водный раствор NaOH.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный щелочесодержащий раствор включает маточную жидкость, подающуюся в обратный цикл после кристаллизации меламина.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что из расплава меламина до гашения были существенно удалены кислородосодержащие побочные продукты и частично побочные продукты конденсации.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплав меламина гасят водным щелочесодержащим раствором при температуре от 100 до 150°С.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплав меламина гасят водным щелочесодержащим раствором при давлении от 1 до 7 бар.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что щелочь в водном щелочесодержащем растворе присутствует в концентрации от 0,05 до 0,5 вес %.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что водному щелочному раствору меламина после введения водного щелочесодержащего раствора дают выстояться в течение 5-60 мин, предпочтительно в течение 20-40 мин.

9. Гаситель, предназначенный для осуществления способа по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно впускное отверстие расположено таким образом, что входящий поток жидкости ориентирован тангенциально по отношению к стенке гасителя.

10. Гаситель по п.9, отличающийся тем, что гаситель имеет два раздельных впускных отверстия, через которые вводят водный щелочесодержащий раствор.

11. Гаситель по п.10, отличающийся тем, что впускное отверстие расположено в верхней части гасителя в области подачи горячего расплава меламина.

12. Гаситель по любому из п.10 или 11, отличающийся тем, что впускное отверстие для подачи прохладной маточной жидкости, содержащей водяной щелочной раствор, расположено в нижней части гасителя.

Приоритет по пунктам:

16.11.2001 по пп.1-8;

25.06.2002 по пп.9-12.