ES2224409T3 - Proceso y aparato para la fabricacion de melamina. - Google Patents
Proceso y aparato para la fabricacion de melamina.Info
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- C07D251/56—Preparation of melamine
- C07D251/60—Preparation of melamine from urea or from carbon dioxide and ammonia
Abstract
La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de melamina a alta presión partiendo de urea con altas tasas de conversión y alto rendimiento, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) se alimenta urea en un reactor que contiene esencialmente melamina fundida, y cuyo reactor funciona de manea continua y se mantiene a una temperatura en el intervalo de 360 y 420ºC bajo una alta presión mayor de 7x10{sup,3}KPa y preferiblemente 8x10{sup,3} a 9x10{sup,3}KPa, mientras se produce una mezcla vigorosa debido a la formación de gases; b) los productos de reacción líquidos que se recogen contienen un 85 a 95%, preferentemente 88 a 93% de melamina y la fase gaseosa que contiene esencialmente CO{sub,2} y NH{sub,3} se elimina; c) la fase líquida que se recoge en b) se alimenta continuamente, junto con NH{sub,3} nuevo a un reactor tubular, en el que todo el volumen esencialmente está ocupado por la fase líquida (reactor de flujo tapón) sin ninguna mezcla de los productos de reacción con reactantes ni de productos intermedios (sin "mezcla hacia atrás"), manteniendo una temperatura de 360-450ºC y bajo una alta presión de 7x10{sup,3}KPa con un tiempo de residencia suficiente para completar la reacción; y d) se recoge melamina con niveles de alta pureza a la salida del reactor tubular.
Description
Procedimiento y aparato para la fabricación de
melamina.
La presente invención se refiere a un proceso
para la fabricación con alto rendimiento de melamina de gran pureza
y el dispositivo para realizar el proceso.
Más particularmente, la presente invención se
refiere a la preparación de melamina, partiendo de urea y
utilizando un proceso, denominado de alta presión.
La melamina se fabrica en la actualidad a partir
de la urea, según el esquema de reacción simplificado
siguiente:
La reacción es altamente endotérmica, siendo el
calor de reacción, a una temperatura de 360º a 420ºC, de
aproximadamente 93.000 kcalorías por Kmol de melamina.
El proceso se puede realizar a baja presión en
presencia de catalizadores o a alta presión sin catalizador.
Se cree que tanto el proceso de fabricación de
melamina a baja presión como el proceso a alta presión, partiendo
de la urea, realizan una serie de reacciones intermedias que dan,
respectivamente, ácido isociánico, ácido cianúrico, ammelida,
ammelina y finalmente melamina.
Parece ser que se producen las siguientes
reacciones:
\vskip1.000000\baselineskip
Sumando las ecuaciones 1 a 6, se obtiene la
ecuación total de reacción (A).
Alguno de éstos productos intermedios, por
ejemplo la ammelina y la ammelida, designados colectivamente en lo
que sigue OAT (Oxi Amino Triazina) se ha detectado en los productos
de reacción.
Además, la melamina obtenida en la forma indicada
anteriormente, reacciona consigo mismo a temperatura y presión de
reacción, proporcionando los denominados policondensados y
liberando amoniaco. Los policondensados, además de ser impurezas
que reducen el grado de pureza de la melamina disminuyen también
los rendimientos globales de la reacción.
Los policondensados son el resultado de la
ammonólisis del grupo amina (-NH_{2}) de la molécula de melamina
y se forman, por ejemplo, según las siguientes ecuaciones:
Las reacciones anteriores se estimulan con una
presión parcial de amoniaco baja o inexistente y un largo tiempo de
permanencia de la melamina en fase líquida (\geq 355ºC). En las
condiciones de síntesis de la melamina, se obtienen policondensados
en cantidades reducidas, aunque dicha cantidad no es despreciable
con vistas a la pureza final del producto. De cualquier modo, se
logra una regresión casi completa de policondensado a melamina
aumentando la presión parcial del amoniaco. En los procesos
actuales de síntesis de melamina, la conversión de policondensados
a melamina se realiza en la sección de purificación de melamina,
donde se procede, entre otras cosas, a un tratamiento con amoniaco
del producto de reacción.
En el proceso de alta presión, la urea fundida a
una temperatura de 140º a 150ºC se lleva hasta un reactor, se
mantiene a una temperatura de 360º a 420ºC utilizando unos
dispositivos calefactores adecuados. En este reactor, la urea
fundida se mezcla con melamina y allí permanece agitándose los gases
de reacción resultantes durante cierto periodo de tiempo. El
producto de melamina bruto se somete a un tratamiento de
purificación, disolviéndolo por lo menos en agua y procediendo
ulteriormente a una recristalización para eliminar la urea que no ha
reaccionado, así como los subproductos de reacción consistentes
esencialmente en productos gaseosos de reacción (amoniaco y dióxido
de carbono) productos líquidos de reacción que comprenden
esencialmente OAT (principalmente ammelina) y policondensados.
En las realizaciones del proceso industrial, la
reacción se lleva a cabo en un reactor continuo, por lo general uno
solo, constituido por un recipiente cilíndrico (reactor de tanque),
donde se mantienen los reactivos, que se mezclan vigorosamente como
consecuencia de la generación y evolución de los productos gaseosos
de la reacción. Se aporta calor de reacción a los reactivos a través
de unos tubos intercambiadores de calor adecuados, en los cuales
circulan las sales molidas a una temperatura superior a la de
reacción.
Dentro del reactor cada concentración de especie
química presenta un valor constante casi en cada punto de la mezcla
de reacción líquida. La urea fundida, llevada de forma continua
hasta la zona de reacción, se mezcla de inmediato con la mezcla de
reacción que está circulando, el producto de reacción se quita de
forma continua y tiene la misma concentración que la mezcla de
reacción en el reactor. En la citada disposición de reacción,
cuanto mayor es la tasa de conversión deseada menor es la tasa de
conversión de melamina. Por consiguiente, se requieren grandes
volúmenes de reacción, lo cual se traduce en una operación muy
cara, debido a que el reactor tiene que ser resistente a la acción
altamente corrosiva de los reactivos y productos de reacción en
condiciones de presión y temperatura muy severas. Por consiguiente,
el coste del material del reactor y su elaboración resulta muy
elevado.
Aunque el reactor tuviese un volumen suficiente
para conseguir aproximadamente una tasa de conversión del 100%,
incrementando notablemente de esta forma el coste del reactor, no
sería posible fabricar melamina con un grado de pureza como el que
pide el mercado. De hecho, incluso optimizando, de una parte, la
mezcla de reacción, no es posible evitar que parte de los reactivos
(urea) salgan del reactor antes de que haya transcurrido el tiempo
de permanencia necesario para permitir su disolución completa en la
masa líquida y su conversión completa en melamina. Cuanto menor es
el volumen de reacción, tanto mayor es el contenido de componentes
que no han reaccionado, presentes en la mezcla de reacción. Además,
el contenido de componentes que no han reaccionado aumenta cuando
la mezcla de reacción se aparta de las condiciones ideales de
mezcla. Por otra parte, la distribución del tiempo de permanencia en
la reacción es de tal índole, que más o menos la mitad de la mezcla
de reactivos permanece en el interior del reactor durante un
periodo de tiempo superior al tiempo de permanencia medio, es
decir, la relación entre el volumen del reactor y el caudal
volumétrico del reactivo. Como la mezcla de reacción está
prácticamente constituida por melamina sola, se somete durante un
largo periodo de tiempo a una reacción de ammonólisis, obteniéndose
como resultado una cantidad mayor de policondensados.
Por consiguiente, los procesos de fabricación de
melamina con un solo reactor proporcionan melamina con un grado de
pureza reducido (menos de 97 - 98%) que solo sirve para usos
marginales, a no ser que el producto de reacción se someta a
tratamientos de purificación, que afectan la economía global del
proceso, para lograr una melamina de gran pureza (más de
99,5%).
Se han propuesto muchos procesos para la síntesis
de melamina en la sección de reacción, que permiten aumentar la
pureza de la melamina. En la Patente US-A-
3,116,294, se da un ejemplo de un proceso de síntesis de melamina en
dos etapas. No obstante, como el segundo reactor utilizado en la
segunda etapa es análogo al primero, es decir, que ambos son
reactores de tanque, aparecen los mismos inconvenientes, aunque de
menor importancia, que en el proceso con un solo reactor.
Sería altamente deseable disponer de un proceso
de fabricación de melamina de gran pureza, con rendimiento y
conversión elevados, que no necesitara dispositivos caros.
Por consiguiente, un objeto de la presente
invención es un proceso de fabricación de melamina a alta presión,
partiendo de la urea, proceso que permite, con conversiones
elevadas, un producto de alta pureza que se puede utilizar como
tal, o tras una simple purificación, para la mayoría de los usos
convencionales. Otro de los objetos de la presente invención es un
aparato que permita realizar el proceso anterior.
En particular, la presente invención se basa en
un sistema de reacción, realizado en dos o más etapas de reacción
consecutivas, en las que, de la primera a la última etapa, los
parámetros de reacción, como presión y temperatura global de
reacción y presiones parciales del producto gaseoso, se modifican
progresivamente, controlándose debidamente los tiempos de
permanencia, particularmente en las últimas etapas de la reacción,
con el objeto de realizar la reacción completa y obtener la
desaparición de subproductos con un mayor rendimiento.
Más particularmente, el proceso de fabricación de
melamina a alta presión partiendo de la urea según la presente
invención, comprende las siguientes etapas:
a) se alimenta urea a un reactor que contiene
esencialmente melamina fundida, reactor que funciona en continuo y
se mantiene a una temperatura comprendida entre 360º y 420ºC, a una
presión superior a 7 x 10^{3} kPa, y de preferencia, 8 x 10^{3}
a 9 x 10^{3} kPa, mientras los gases que desarrollan proporcionan
un mezclado vigoroso;
b) se recupera el producto de reacción líquido,
que contiene de 85 a 95%, de preferencia de 88 a 93% de melamina y
se quita una fase gaseosa que contiene esencialmente CO_{2} y
NH_{3};
c) la fase líquida recogida en b) se lleva de
forma continua, junto con NH_{3} fresco a un reactor tubular, en
el que prácticamente la totalidad del volumen está ocupado por la
fase líquida (reactor de gasto tipo pistón) sin mezclar el producto
de reacción con reactivos ni los productos intermedios (no hay
"remezclado") mantenidos a una temperatura de 360º a 450ºC y a
una presión superior a 7 x 10^{3} kPa durante un tiempo de
permanencia suficiente para completar la reacción;
d) se recoge, de la salida del reactor tubular,
melamina con un nivel de pureza superior a 99,5, que no incluye la
fase gaseosa disuelta.
La fase líquida que entra en el reactor tubular
según la etapa c) anterior, pasa a través de toda la longitud del
reactor dentro de un periodo de tiempo definido de forma precisa,
correspondiente al tiempo de permanencia definido por la relación
entre la longitud del reactor tubular y la velocidad lineal de la
mezcla de reacción líquida a través del reactor mismo.
El proceso según la presente invención permite
obtener una melamina de gran pureza con un gran rendimiento de
reacción, utilizando un reactor con tanque de tipo standard, en el
que por lo menos se conecta un reactor tubular, como el definido
anteriormente, aguas abajo del reactor standard.
El proceso según la presente invención se puede
aplicar a las plantas de fabricación de melamina existentes para
obtener mayores rendimientos y nivel de pureza del producto.
Es evidente que el proceso de la invención se
puede aplicar a nuevas plantas de síntesis de melamina. En estos
casos, el proceso de la invención permite obtener melamina con unos
rendimientos y un grado de pureza elevados utilizando un reactor de
tanque de tamaño más pequeño, que es el equipo más caro de toda la
unidad.
La cantidad de amoniaco fresco que se tiene que
llevar al reactor tubular junto con la mezcla líquida de reacción
de la etapa b) es superior a la suma de la cantidad correspondiente
a la saturación de mezcla líquida más la cantidad estequiométrica
necesaria para convertir toda la OAT y todos los condensador en
melamina. La cantidad de amoniaco será de tal índole que garantice
un exceso sustancial de amoniaco dentro de la fase líquida.
Según otra realización de la presente invención,
la segunda etapa de la reacción se divide en dos secciones. Al
final de la primera sección, se quita la fase gaseosa, que
comprende esencialmente amoniaco, dióxido de carbono y trazas de
vapor de melamina y se lleva la melamina fundida, junto con amoniaco
fresco y después de quitar el dióxido de carbono disuelto, la
segunda sección de reacción que comprende un reactor tubular
similar a la primera sección. En este segunda sección de reacción,
la presión dentro del reactor tubular es superior a la presión
tanto del primer reactor (reactor de tanque) como de la primera
sección de la segunda etapa de reacción.
Otra realización del proceso de fabricación de
melamina de alto rendimiento según la invención, puede comprender
la adición de una tercera sección a la segunda etapa de la
reacción, similar a la segunda sección. No obstante, dicha adición
no suele ser necesaria, ya que el proceso según la invención, en el
que la segunda etapa de reacción comprende una o dos secciones de
reacción puede obtener una pureza muy elevada. La configuración con
tres o más secciones en la segunda etapa de reacción podría ser
útil únicamente en el caso de que se pretendiese una pureza de
melamina muy cercana al 100%.
La fase gaseosa eliminada del producto de
reacción tanto en la etapa final como en la intermedia, se puede
enviar a la síntesis de urea, tras la recuperación de melamina
gaseosa; alternativamente, una parte del amoniaco presente en dicha.
fase gaseosa se puede separar y utilizar en el proceso.
El reactor tubular empleado en la segunda etapa
del proceso según la presente invención tendrá parámetros
geométricos para garantizar un número Reynolds superior a 5.000, de
preferencia superior a 10.000.
El dispositivo de calefacción del reactor de la
etapa a) es enteramente convencional y puede consistir en
serpentines de calefacción de sal fundida dispuestos en el interior
del reactor. El reactor tubular de la etapa c) se puede calentar
con un baño de sal fundida.
La temperatura en el interior del reactor tubular
"gasto tipo pistón" puede ser la misma que la del reactor de
tanque, y de preferencia es superior a la misma para acortar los
tiempos de permanencia del reactivo y garantizar que se complete la
reacción.
La melamina recuperada en la salida del reactor
tubular muestra una pureza superior al 99,5%, por lo que se puede
utilizar directamente después de enfriar y extraer la fase gaseosa
disuelta sin ningún tratamiento adicional.
El proceso según la invención se describirá ahora
con referencia a los dibujos adjuntos, figuras 1 y 2, así como a
los siguientes ejemplos experimentales. Con los ejemplos y los
dibujos, se pretende explicar mejor cómo utilizar en la práctica la
invención y cuales son las ventajas de la misma, si bien no se
tienen que interpretar como limitación de su ámbito.
Se hace referencia a la figura 1, en la que se
ilustra un esquema de reacción para la fabricación de melamina a
partir de urea, que consiste en un reactor de primera etapa (3),
combinado con un reactor de segunda etapa (4).
El primer reactor de etapa (3) se mantiene bajo
presión de régimen mediante un regulador de presión (31) que, al
actuar sobre la válvula de control (32), garantiza una descarga
controlada de los productos del gas de reacción a través del
conducto (33). Dichos gases están constituidos por amoniaco y
dióxido de carbono, en una reacción aproximada de 2 moles de
amoniaco por mol de dióxido de carbono. Dichos gases están
saturados con vapores de melamina. La primera etapa de reacción se
alimenta de forma continua a través del conducto (11), con urea
fundida, que ha sido comprimida hasta la presión de reacción
mediante la bomba (1). A través del conducto (21) y la bomba (2),
se envía también amoniaco líquido al conducto (11), con el objeto
de mantener constante la alimentación de urea al reactor, evitando
por lo tanto toda posible generación de taponamiento como resultado
de la descomposición de la urea debido a la alta temperatura del
reactor.
El valor correcto de la temperatura en la primera
etapa de reacción queda garantizado por la circulación de sal
fundida en el interior de los tubos de intercambio (37) totalmente
sumergidos en la mezcla líquida de reacción. En este ejemplo, la
temperatura de reacción se mantiene a 385ºC. Dentro del reactor, la
mezcla de reacción fundida se somete a un movimiento rápido en torno
al tubo transportador central (38), debido a la evolución del
amoniaco y de los gases de dióxido de carbono durante la reacción.
Dichos gases son relativamente poco solubles en la masa líquida y
por consiguiente suben por el reactor dentro del espacio anular
entre el tubo transportador y la pared del reactor mismo, donde se
encuentran tubos calefactores de sal fundida (37). Dichos gases,
tras haber alcanzado la superficie superior de la mezcla líquida de
reacción, se desprenden y son transportados fuera del reactor a
través del conducto (33) y la válvula (32), cuya abertura es
controlada por un regulador de presión (31) para mantener el
reactor a la presión de trabajo programada.
Un nivel sensor de líquido (34), colocado en el
interior del reactor, permite mantener constante el nivel del
líquido del reactor actuando sobre la válvula (35) para descargar,
a través del conducto (36), una cantidad de líquido correspondiente
al volumen de reactivo llevado al reactor.
El conducto de salida (36) está colocado en una
parte del reactor por debajo del nivel del líquido y por lo tanto
puede descargar únicamente una fase líquida, que consiste
prácticamente en melamina que contiene cierta cantidad de urea sin
reaccionar, policondensados, OAT, además de una cantidad muy pequeña
de amoniaco disuelto y dióxido de carbono.
El conducto (36) está conectado a la segunda
etapa de reacción, que consiste en un reactor tubular completamente
sumergido en un baño de sal fundida (41), que garantiza una
temperatura de reacción homogénea en todo el
reactor.
reactor.
El conducto (22) desemboca en el conducto (36),
aguas abajo de la válvula (35). El conducto (22), por medio de la
bomba (2), garantiza una entrada de amoniaco dentro del reactor (4)
para mantener una saturación constante de amoniaco del volumen de
líquido del reactor, en lugar de consumir amoniaco debido a la
reacción de éste último con policondensados y OAT.
El amoniaco procedente de la bomba (2) para
alimentar ambas etapas de reacción a través del conducto (21) y
(22) se vaporiza y sobrecalienta hasta la temperatura de reacción
utilizando un dispositivo de intercambio de calor adecuado no
ilustrado en el dibujo.
La mezcla de reacción que pasa a través de la
segunda etapa de reacción (4) permanece en el interior del reactor,
en unas condiciones de presión y temperatura definidas, durante un
periodo de tiempo que depende de la longitud del reactor tubular y
de la velocidad lineal del líquido.
En la salida del reactor (4), la mezcla líquida
de reacción, a través del conducto (42), entra en el separador de
gas / líquido (5) donde se separa la melamina líquida de los gases,
que contienen esencialmente amoniaco con una pequeña cantidad de
dióxido de carbono; dichos gases se inyectan a través del conducto
(53) en el conducto (33). La válvula (52), controlada por el
regulador de presión (51), mantiene el separador (5) a una presión
muy cercana a la de la primera etapa de reacción (3). La presión en
el separador (5) es, sin embargo, inferior a la presión de la
primera etapa de reacción (3) para permitir que la masa de líquido
procedente del conducto (36) y que pasa a través de la segunda
etapa de reacción (4) alcance el separador de gas / líquido
superando las pérdidas por fricción de la segunda etapa de reacción
(4), conducto (36) y (42) y válvula (35).
La melamina líquida se recoge del separador (5)
por el conducto (56) mediante una válvula de control (55) que actúa
por medio de sensor de nivel (54) y permite mantener un nivel
constante en el separador (5).
Se llevan 8.230 kg/h de urea y 410 kg/h de
amoniaco al primer reactor de la primera etapa como se ilustra
anteriormente.
La presión de reacción se mantiene a un valor
fijo de 8 x 10^{3} kPa descargando, bajo control de presión,
aproximadamente 5.700 kg/h de gases constituidos por 46% de
amoniaco en peso, 50% de dióxido de carbono en peso y
aproximadamente 4% de vapor de melamina en peso. El vapor de
melamina se recupera totalmente y se inyecta nuevamente en la zona
de reacción mediante una unidad convencional de enfriamiento de
gases de descarga y adsorción de melamina, utilizando la corriente
de urea cargada en el reactor; dicha unidad de recuperación de
melamina no se ilustra en el dibujo. La melamina recuperada, en una
cantidad aproximada de 220 kg/h, vuelve al reactor a través del
conducto (11) y por consiguiente se evita toda pérdida de
rendimiento.
La temperatura de reacción se mantiene a un valor
medio de 385ºC mediante la circulación de sales fundidas, llevadas
al reactor a una velocidad de circulación de 430 m^{3}/h y a una
temperatura de 420ºC. La temperatura de salida del mismo es de
410ºC, debido a la naturaleza endotérmica de la reacción.
En la salida de la primera etapa de reacción
(conducto 36) se obtienen los siguientes productos:
| Melamina | 2.709 kg/h |
| Urea sin reaccionar | 75 kg/h |
| OAT | 110 kg/h |
| Policondensados | 60 kg/h |
| Amoniaco disuelto | 40 kg/h |
| Dióxido de carbono disuelto | 25 kg/h |
La conversión de melamina en urea según la
estequiometría de reacción global (véase ecuación 7) es de 94% y el
grado de pureza de la melamina, con exclusión de los productos
gaseosos (amoniaco y dióxido de carbono) es de 91,7%.
Se añaden 150 kg/h de amoniaco a la mezcla
líquida que sale de la primera etapa de reacción antes de entrar en
la segunda etapa de reacción.
La segunda etapa de reacción consiste en un tubo
de 234 m de largo con un diámetro interno de 5 cm. La velocidad
lineal del fluido en el interior del tubo es de 35 cm/segundo,
siendo el número Reynolds de 17.700.
El vaso termostático se mantiene a 420ºC,
utilizando las mismas sales fundidas que en la primera etapa,
siendo prácticamente despreciable la cantidad de calor asociada a
las reacciones químicas que se producen en el reactor de la segunda
etapa. La presión se fija en 7,5 x 10^{3} kPa, con el fin de
compensar la caída de presión debida a la válvula (35). En las
condiciones anteriores, se obtienen 2.880 kg/h de melamina
desgasada un una pureza de 99,64% (con exclusión de los productos
gaseosos).
El rendimiento total de la reacción es de
99,62%.
La figura 2 ilustra una unidad de reacción de
melamina partiendo de urea, equipada con una segunda etapa de
reacción, que comprende dos secciones.
La sección 2/a funciona en las mismas condiciones
de temperatura y presión que la segunda etapa de reacción del
ejemplo 1, mientras que la sección 2/b funciona a una presión
superior comprendida entre 8 x 10^{3} kPa y 30 x 10^{3} kPa e
incluye la eliminación de dióxido de carbono de la mezcla de
reacción que procede de la sección 2/a. En este ejemplo, la presión
es de 20 x 10^{3} kPa. El reactor de la primera etapa se mantiene
en las mismas condiciones que en el ejemplo
\hbox{1:}
| Temperatura | 385ºC |
| Presión | 8 x 10^{3} kPa |
| Caudal de urea (bomba 1, conducto 11) | 8230 kg/h |
| Velocidad lineal del amoniaco (bomba 2, conducto 21) | 410 kg/h |
De la salida de la primera etapa de reacción se
obtiene una fase líquida que tiene la siguiente composición:
| Melamina | 2714 kg/h |
| Urea sin reaccionar | 75 kg/h |
| OAT | 110 kg/h |
| Policondensados | 60 kg/h |
| Amoniaco disuelto | 40 kg/h |
| Dióxido de carbono disuelto | 25 kg/h |
La fase líquida anterior se lleva a través del
conducto (36) hasta la sección 2/a de la segunda etapa de reacción
con 75 kg/h de amoniaco procedente de la bomba (2) a través del
conducto (22).
La corriente que sale de la sección 2/a de la
segunda etapa de reacción (conducto 42) contiene 71 kg/h CO_{2}
parcialmente, es decir, 25 kg/h, procedente de la mezcla de reacción
líquida que entra en el reactor (4) y parcialmente (46 kg/h) como
resultado de la conversión en melamina de urea y OAT procedente de
la primera etapa de reacción.
La presión y la temperatura del reactor (4) es,
como en el ejemplo 1, de 7,5 x 10^{3} kPa y 420ºC
respectivamente. El reactor (4) consiste en un tubo de 234 m de
longitud, con un diámetro interno de 5 cm, donde la mezcla de
reacción pasa con una velocidad lineal de 35 cm/segundo, siendo el
número Reynolds de 17.700. El efluente del reactor (4) contiene
melamina bruta con un grado de pureza superior a 99%, además de
amoniaco, parcialmente en estado gaseoso y parcialmente disuelto,
así como dióxido de carbono, 80% del cual está presente como fase
gaseosa con amoniaco. Este efluente, a través del conducto (42),
entra en la torre de extracción (6), donde, después de eliminar la
fase gaseosa, inclusive la mayor parte del dióxido de carbono, se
somete la fase líquida a extracción del dióxido de carbono disuelto
lavando dicha fase líquida con 200 kg/h de amoniaco gaseoso a
420ºC, procedente de la bomba (2) y el conducto (23).
La presión se mantiene constante en 7,5 x
10^{3} kPa en la torre mediante el regulador de presión (61) que,
al actuar sobre la válvula (62), descarga gases en el conducto de
los gases de salida a través de los conductos (52) y (63).
La fase líquida procedente de la torre (6) a
través del conducto (65) consiste en una corriente de melamina
bruta 2935 kg/h, de 99% de pureza, que contiene 50 kg/h de amoniaco
disuelto. El efluente de la torre (6) carece prácticamente de
dióxido de carbono.
El nivel de líquido de la torre (6) se mantiene
constante mediante un control de nivel (64), que actúa sobre el
caudal de la bomba de extracción y compresión (7) que está
conectada con la torre (6) a través del conducto (65), de un lado, y
el reactor tubular (9), sección 2/b a través del conducto (66), del
otro lado. La bomba (7) está diseñada para aumentar la presión del
reactor (9) hasta 20 x 10^{3} kPa con el objeto de permitir una
rápida conversión en melamina de los policondensados que no se han
convertido en el reactor (4). Para ello, se inyectan 250 kg/h de
amoniaco gaseoso sobrecalentado, procedente del conducto (66),
dentro del reactor (9) a través del conducto (81) por medio de una
segunda bomba de amoniaco (8) antes de introducir la melamina
bruta. Los dispositivos de vaporización y sobrecalentamiento de
amoniaco en los conductos (21) a (23) y (81) no se muestran en los
dibujos para simplificar el esquema global de la reacción. El
reactor (9) se mantiene a 420ºC mediante un baño de sal fundida
(91). El reactor consiste en un tubo de 92 m de longitud, con un
diámetro interno de 8 cm, a través del cual pasa la fase líquida a
una velocidad lineal de 14 cm/segundo que corresponde a un número
Reynolds de 11.000.
La melamina de alta pureza sale del reactor (9) a
través del conducto (92) y luego pasa al separador de gas / líquido
(5) donde el amoniaco gaseoso se envía al conducto de los gases de
salida (33) a través del conducto (53), con la presión controlada
con el regulador de presión del sistema (51) y la válvula (52).
A través del conducto (56), bajo el control de
nivel proporcionado por el sensor de nivel del sistema (54) y la
válvula (55), se recupera una mezcla líquida que contiene 2880 kg/h
de melamina pura (>99,9%) junto con 150-160 kg/h
de amoniaco disuelto.
El rendimiento de la reacción, referido a la
ecuación global (7) es prácticamente de 100%.
Claims (6)
1. Proceso de fabricación de melamina de alta
presión a partir de urea, con rendimientos y tasas de conversión
elevados, que comprende las siguientes etapas:
a) la urea se lleva a un reactor que contiene
esencialmente melamina fundida, reactor de funcionamiento continuo,
que se mantiene a una temperatura comprendida entre 360ºC y 420ºC,
a una presión superior a 7 x 10^{3} kPa, y de preferencia 8 x
10^{3} kPa, mientras los gases que se desprenden producen un
mezclado vigoroso;
b) se recupera un producto de reacción líquido
que contiene de 85% a 95%, de preferencia 88 a 93% de melamina y se
elimina una fase gaseosa, que contiene esencialmente CO_{2} y
NH_{3};
c) la fase líquida recogida en b) se lleva de
forma continua junto con amoniaco fresco a una segunda etapa de
reacción para completar la reacción, y
d) se recoge melamina con un elevado nivel de
pureza en la salida de dicha zona de reacción,
caracterizado porque la etapa de reacción
c) se realiza en un reactor tubular, en el que prácticamente todo
el volumen está ocupado por la fase líquida (reactor de gasto tipo
pistón) a una temperatura de 360ºC a 450ºC y una presión superior a
7 x 10^{3} kPa, y la cantidad de amoniaco fresco llevado al
reactor tubular junto con la mezcla de líquido de reacción de la
etapa b) es superior a la suma de la cantidad correspondiente a la
saturación de mezcla líquida más la cantidad estequiométrica
necesaria para convertir toda la OAT (Oxi Amino Trianiza) y todos
los policondensados en melamina, siendo la cantidad de amoniaco de
tal índole que garantice un exceso sustancial de amoniaco dentro de
la fase líquida.
2. Proceso de fabricación de melamina a alta
presión a partir de urea, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la etapa de reacción b) se divide en
dos secciones en las que, en el extremo de la primera sección, se
elimina la fase gaseosa, que comprende esencialmente amoniaco,
dióxido de carbono y trazas de vapor de melamina, y se lleva la
melamina fundida, junto con el amoniaco fresco y después de quitar
el dióxido de carbono disuelto, hasta la segunda sección que
comprende un reactor tubular, similar a la primera sección, siendo
la presión dentro del reactor tubular de la segunda sección superior
a la presión tanto del primer reactor (reactor de tanque) como de
la primera sección del reactor tubular.
3. Proceso de fabricación de melamina a alta
presión a partir de urea, según la reivindicación 2,
caracterizado porque la presión en la segunda sección del
reactor tubular está comprendida entre 8 x 10^{3} y 30 x 10^{3}
kPa.
4. Proceso de fabricación de melamina de alta
presión a partir de urea, según las reivindicaciones 2 y 3,
caracterizado porque se añade ala segunda etapa de reacción
una tercera sección de reactor tubular, similar a la segunda.
5. Proceso de fabricación de melamina a alta
presión a partir de urea, según las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el reactor tubular empleado en la
segunda etapa o en las secciones de la segunda etapa del proceso
tiene parámetros geométricos para garantizar un número Reynolds
superior a 5.000.
6. Proceso de fabricación de melamina a alta
presión a partir de urea, según las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la calefacción del reactor tubular de
la segunda etapa o las secciones de la segunda etapa se obtiene por
inmersión del reactor en un baño de sal fundida.
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