Brevet FR2001269A1 — publié le 19690926

L'invention concerne la préparation de mélamine à partir d'urée et en particulier la combinaison de la synthèse de mélamine et de la synthèse d'urée par le renvoi vers la synthèse d'urée d'une solution comprenant de l'ammoniac libre et du car-5 bamate d'ammonium (carbonate d'ammonium) obtenue à partir des gaz de sortie de la synthèse de mélamine# Comme on le sait, on peut obtenir de la mélamine à partir d'urée appliquant une quantité dosée d'urée sur tin lit catalytique,par exemple du gel de silice, maintenue à une tem-10 pérature d'environ 40°C, l'urée se transformant en mélamine selon l'équation brute de réaction : 6 GO (SH2)2 * °31î6H6 + 6 m3 + 3 C02 La mélamine ainsi formée est éliminée de la surface catalytique 15 par un courant de gaz NHj, en sorte que le mélange de gaz sortant du réacteur de mélamine comprenne, en plus de la vapeur de mélamine t un mélange d'anhydride carbonique et d'ammoniac dont le rapport molaire HH^/COg est sensiblement plus grand que 2:1. Sans oertains cas, où le courant de gaz NHj fait fonction égale-20 «ent de gaz de fluidisation pour le lit catalytique, ce rapport peut être égal ou supérieur à 10 : 1. On élimine par refroidissement la mélamine du mélange, le plus souvent par contact direct avec de l'eau, afin d'obtenir après l'élimination de la mélamine, un gaz de sortie comprenant 25 beaucoup de NHj et peu de COg. La compression d*un mélange de gaz SH^-GOg jusqu'à la pression de synthèse d'urée présente des inconvénients en ce qui concerne les exigences élevées auxquelles doit répondre le compresseur pour empêcher la corrosion. Pour cette raison, on 30 préfère que le mélange gazeux soit absorbé dans un milieu aqueux et que la solution ainsi obtenue soit introduite dans la synthèse d'urée. Vu la composition, il est nécessaire d'utiliser une quantité d*eau assez importante pour mettre en solution le mélange gazeux, de sorte qu'il est de nouveau souhaitable de prendre des 35 précautions pour empêcher que toute l'eau utilisée n'arrive dans la synthèse d'tirée,' car cette eau influencera d"une manière défavorable la formation d'urée. Pour cette raison, on a déjà proposé d'absorber d'abord dans une colonne d'absorption et à contre-courant par rapport à 6902347 2001269 une solution d'absorption, le gaz de sortie provenant de la synthèse de mélamine, avec évacuation de en "tant que produit de tête, ce gaz étant remis en circulation vers la synthèse de mélamine, et d'une solution aqueuse comprenant du carbamate d'ammonium 5 et de l'ammoniac, dont, par exemple, 47 $ en poids de HgO sont présentés en tant que produit de queue, qui est désorbée sous l'application d'une certaine chaleur, à une pression moyenne, par exemple 18 atm., avant d'être amenée à la synthèse d'urée, l'eau étant évacuée comme produit de queue et on obtient comme, produit 10 de tête un mélange gazeux qui convient à être chassé vers la synthèse d'urée, ce mélange gazeux ayant 25 en poids de vapeur d'eau et un rapport molaire HH^/COg de 1,7 s 1 par exemple. Avant d'amener ce mélange gazeux; dans la partie de haute pression de la synthèse d'urée, on le fait condenser d'abord 15 à la pression à laquelle il se trouve, en une solution de carbamate d'ammonium et on porte cette solution à la pression de synthèse d'urée. A ce procédé connu est lié l'inconvénient qu'une quantité assez importante d'eau est entraînée avec le KHj et le COg 20 qui proviennent de la synthèse de mélamine et qui sont à amener à la synthèse d'urée. La présente invention a pour objectif de pallier à, cet inconvénient. Conformément à la présente invention on condense le gaz 25 de sortie qui comprend du NHj, du COg et du HgO et qui est libéré de la mélamine, éventuellement avec de l'eau ammoniacale provenant de la fabrique de mélamine, en une solution diluée comprenant du carbamate d'ammonium et de l'ammoniac libre ; après quoi on porte cette solution à la pression de synthèse d'urée, et on 30 la désorbe, avec amenée de chaleur, à contre-courait par rapport au COg nécessaire pour la synthèse d'urée ou à une partie de celui-oi ; et pour terminer le mélange gazeux ainsi obtenu comprenant du îïHj, du COg et qu'une faible quantité de vapeur d'eau, qui se trouve dé;jà à la pression de synthèse d'urée, est introduite 35 directement dans la partie de haute pression de la synthèse cPurée. Le traitement à contre-courant au COg se fait, de préférence, à des pressions comprises entre 100-et 150 atm., ear à ces pressions le et le COg sont sensiblement éliminée "e de la solution, et à ces pressions la synthèse d'urée est encore 40 économiquement défendable. 6902347 3 2001269 La chaleur qui est requise pour la désorption de la solution» à contre—courant et avec du COg dégage de nouveau, aux environs des mêmes températures, pendant la condensation du et du CO2 en une masse fondue de carbamate d'ammonium ; la 5 chaleur dégagée peut être utilisée efficacement pour la production de vapeur d'eau. Gomme il doit rester suffisamment de GOg pour éliminer hors de la solution de synthèse d'urée, le carbamate d'ammonium non converti, le •présent procédé peut être appliqué sur des uni— 10 tés de production de mélamine qui n'exigent pas plus de la moitié de la production d'urée de la fabrique d'urée à relier à la fabrique de mélamine. Le procédé selon l'invention sera expliqué à l'aide des figures 1 et 2 ci-jointes qui représentent une forme de réalisa- 1 R tion schématique du procédé pour le traitement de gaz de sortie provenant de la synthèse de mélamine « La forme de réalisation, montrée à la figure 1, est relative à un procédé où la totalité du mélange de gaz comprenant du et du COp provenant de la synthèse de mélamine est conden- 20 6 sée en une solution comprenant du carbamate (carbonate) d'ammonium et de l'ammoniac, tandis qu'on opère de telle manière avec la forme de réalisation* montrée à la figure 2, que tout le COg, mais une partie seulement du présent dans le mélange gazeux se condensent en une solution et la quantité de ÏTH, qui reste 2ç . 2 3 est évacuée en tant que gaz d'ammoniac et réutilisée effectivement dans la synthèse de mélamine. Pour le maintien du bon fonctionnement de la colonne la forme de réalisation selon la figure 2 nécessite une surveillance plus poussée que celle de la .figure 1. Cependant, l'avanta-30 ge qu'on obtient est une combinaison plus aisée de synthèse de mélamine et de la synthèse d'urée, en sorte qu'il est possible de réaliser un fonctionnement plus souple. Selon le schéma de la figure 1 on introduit dans la partie inférieure d'une colonne A, par l'intermédiaire d'une 35 conduite 1, le mélange de gaz de sortie provenant de la synthèse de mélamine qui est constitué par du UH^, du COg et de la vapeur d'eau. Dans la colonne A» il se forme une solution d'ammoniac et d'anhydride carbonique dans de l'eau et cette solution est introduite, par l'intermédiaire d'une conduite 7 de trop-plein 6902347 2001269 d'une pompe 8 et d'un échangeur de chaleur 9, dans la partie supérieure d'une colonne de strippage B. Dans la colonne B et dans des tuyaux 11, on soumet cette solution, amenée à contre-courant par rapport à l'anhydri-5 de carbonique amené par une conduite 10, à une désorption effectuée sous line pression de synthèse d'urée. La chaleur nécessaire à cet effet se trouve à l'état de vapeur d'eau se condensant autour des tuyaux, la vapeur d'eau étant amenée par l'intermédiaire d'une conduite 19 et le condensât étant évacué par l'in-10 termédiaire d'une conduite 20. Le mélange gazeux, constitué principalement par du IIH 3 et du GOg et libéré de la solution, s'écoule avec la quantité d'anhydride carbonique utilisée pour la désorption, par l'intermédiaire d'une conduite 12, dans la partie de haute pression de 15 la synthèse d'urée. Une partie de la solution désorbée s'écoule, par l'intermédiaire d'une conduite 3, vers la colonne A, après avoir échangé, dans l1échangeur de chaleur 9, de la chaleur avec la solution qui reste à désorber et après laa détente réalisée par l'intermédiaire d'une soupape 14 faisant diminuer la pres-20 sion, tandis que la partie restante s'écoule vers la colonne de désorption G, celle-ci étant une colonne pourvue de plateaux dans laquelle la solution est rectifiée. La chaleur nécessaire est transmise à la solution, par l'intermédiaire d'une spirale de vapeur d'eau 18. 25 L'eau, libérée du et du OOg, est chassée par l'in termédiaire d'une conduite 15, tandis qu'un mélange gazeux comprenant du du OOg et de la vapeur d'eau est introduit, par l'intermédiaire d'une conduite 4, dans la colonne d'absorption A. Il est possible évidemment de désorber dans la colonne 30 0 la totalité du liquide à évacuer par l'intermédiaire d'une conduite 13, mais comme une certaine quantité d'eau est quand même nécessaire dans la colonne d'absorption A pour absorber les gaz à amener à la colonne A, il est plus avantageux, du point de vue économie-delchaleur, de ne pas désorber ultérieurement dans 35 la colonne G la totalité de la solution provenant de la colonne B, mais d'en introduire déjà une partie, en tant que solution, directement dans la colonne A. Dans la colonne A s'effectue une absorption complète des, gaz à dissoudre dans les courant a de liquide amenés par 6902347 s 2001269 l'intermédiaire d'une conduite 2 et de la conduite 3. Le courant de liquide, amené par l'intermédiaire de la conduite 2, est, par exemple, de l'eau ammoniacale à élever qu'.on a obtenue comme condensât pendant 1'évaporation et la cristallisation de méla-5 mine» Les petites quantités de gaz inerte entraînées avec le GOg sont chassées par l'intermédiaire d'une conduite 60 Pour éliminer par lavage les derniers restes de et de COg du gaz à chasser, on lave, à contre-courant dans la partie supérieure de la colonne A et dans une section remplie de corps de 10 remplissage, le gaz avec de l'eau amenée par l'intermédiaire d'une conduite 5» La chaleur d'absorption dégagée dans la colonne d'absorption A est évacuée par des spirales de refroidissement 16 et 17, et dans la partie inférieure de la colonne, où la plus 15 grande quantité de chaleur se dégage dans la spirale de refroidissement 16, on utilise, comme agent de refroidissement, de l'ammoniac liquide s'évaporant, cet ammoniac étant amené ensuite à la fabrique de mélamine, tandis que de l'eau de refroidissement coule par la spirale de refroidissement 17» 20 Dans la forme de réalisation selon la figure 2, une colonne d'absorption A^, chargée de corps de remplissage, remplace la colonne A-de la forme de réalisation représentée à la figure 1o Dans cette colonne on amène, de nouveau par les conduites 1, 2, 3 et 4, les mêmes courants que ceux décrits pour 25 la figure 1 « Par l'intermédiaire d'une pompe 101 et d'un refroidis-seur 102, on fait circuler dans la colonne A^ une solution d'absorption sur des corps de remplissage et on réalise ainsi un bon contact entre le liquide et les gaz_à absorbera Au lieu d'utili-50 ser des corps de remplissage, on peut utiliser évidemment des plateaux. La nouvelle quantité de solution qui est formée, obtenue par la dissolution de COg et de e_t la condensation de vapeur d'eau, conjointement avec les courants de liquide amenés 35 par l'intermédiaire des conduites 2 et 3, est chassée en continu, par l'intermédiaire de la conduite 7, vers la bolonne de désorption B. On refroidit le mélange gazeux, qui sert à la partie supérieure de la colonne d*absorption Aj et comprend principale-40 ment du KHj, une petite quantité de vapeur d'eau et presque pas 6902347 e 2001269 de successivement dans des condenseurs 103 et 104 avec de l'eau de refroidissement -(spirale de refroidissement 117)- et de 1*ammoniac qui s'évapore (spirale de refroidissement 116) ; ensuite par l'intermédiaire d'une conduite 106, on peut renvoyer 5 à la synthèse de mélamine non montrée un gaz ammoniacal presque totalement libéré de COg et de HgO. Le condensât, formé dans les condenseurs 103 et 104, coule, en tant que reflux, de nouveau dans la colonne d'absorption, par lfintermédiaire d'une conduite 105. 10 La conduite 3 est pourvue d'une soupape d*arrêt pour régler l'amenée de liquide à la colonne . Comme la colonne A^ nécessite par rapport à la colonne A une quantité moindre d'eau pour la dissolution des gaz à absorber, il ne sera pas nécessaire dans de nombreux cas, d'amener du liquide par l'intermédiaire de 15 la conduite 3, dans la forme de réalisation selon la figure 2. Le procédé sera décri1?â.avantage à l'aide de l'exemple chiffré suivant qui est relatif à la forme de réalisation, selon la figure 1, pour les gaz de sortie d'une fabrique de mélamine ayant un rendxment de 15«000 tonnes par an ou 1.875 kg par heure. 20 Par heure, on amène, à la colonne A, opérant à une pression de 6 atm», les courants de matière suivante : par l'intermédiaire de la conduite 1 • • 9,0 tonnes de UH3 (temp.» 118°C) 2,7 tonnes de co2 4,1 tonnes de h20 par l'intermédiaire de la conduite 2 • • 2,9 tonnes de KH3 (temp. 50°C) 0,2 tonne de co2 5,7 tonnes de h20 par l'intermédiaire de la conduite 3 • « 0,16 tonne de m3 0,22 tonne de C02 5,0 tonnes de h2° par l'intermédiaire de la conduite 4 • • 0,32 tonne de m3 m 0,44 tonne de co2 0,30 tonne de HgO et par l'intermédiaire de la conduite 5 • • 0,5 tonne i ie HgO. 35 Hors de la colonne d'absorption A coule, par heure, une solution comprenant : 12,38 tonnes de 3,56 tonnes de COg 15,6 tonnes de HgO 40 et cette solution (temp. 60°C) est amenée à une pression de 6902347 ^ 2001269 125 atmo par l'intermédiaire de la pompe 8 et ensuite elle est amenée à la colonne de strippage B» flPar l'intermédiaire de la conduite 10, on amène comme gaz de strippage, par heure, 4,75 tonnes de 00^, c'est-à-dire 5 environ 30 m3 de C02 de 125 atm. de 180°C« A la partie supérieure de la colonne s'écoule, par heure, un mélange gazeux comprenant : 11,9 tonnes de ÏÏH^ 7*66 tonnes de COg 10 0,62 tonne de HgO qui se dirige vers le réacteur de synthèse d'urée et à la partie inférieure de la colonne s'écoule une solution ayant une température de 180°C qui est constituée par : 0,48 tonne de 15 0,65 tonne de OOg 15,0 tonnes de HgOo Un tiers de cette solution se dirige vers la colonne d'absorption et 2/3 sont désorbés dans la colonne C, de sorte qu'une quantité de 9,7 tonnes d'eau (température de 160°0) est 20 évacuée, par heure, via la conduite 15 pour être chassée, après avoir libéré la chaleur encore utilisable dans' les échangeurs de chaleur. i 6902347 8 2001269 revendications 1» Procédé pour la préparation de mélamine à partir d'urée par lequel on obtient un gaz comprenant de la mélamine, de l'ammoniac et de l'anhydride carbonique, d'où l'on sépare de la mélamine par refroidissement direct avec de l'eau, éventuelle-5 ment des solutions aqueuses d'ammoniac et d'anhydride carbonique, et l'on obtient un mélange gazeux de NH^, de C02 et de HgO essentiellement libéré de mélamine, après quoi l'on obtient par refroidissement, éventuellement avec un apport supplémentaire d'eau ou de solutions aqueuses d'ammoniac et d'anhydride carbo-10 nique, à partir de ce mélange gazeux une solution de carbamate (carbonate) d'ammonium et d'ammoniac libre pouvant être chassée vers une synthèse d'urée, caractérisé en ce que la solution obtenue est amenée à la pression de synthèse d'urée et ensuite désorbée, sous l'apport de chaleur et à contre-courant, par un 15 courant de gaz COp, après quoi on introduit le mélange de NH,, et de 002» ne comprenant que peu de vapeur d'eau, obtenu lors de cette désorption dans la partie de haute pression d'une synthèse d'urée. 2» Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en 20 ce que la désorption se fait à une pression de 100 à 150 atm. 3. Procédé, e.û substance, tel que décrit plus haut, et en référence aux dessins ci-annexés.