Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Melamin aus Harnstoff, wobei der Harnstoff in einem Wirbelschichtreaktor bei 350 bis 450 ⁰ C katalytisch wenigstens teilweise zu Melamin umgesetzt wird, wobei die im Reaktor entstehende Gasmischung, ggf. nach Filterung in einem Gasfilter, einem Kristallisator zugeführt wird, in welchem das Melamin bei reduzierter Temperatur kristallisiert, wobei das Melamin in einer Trenneinrichtung von dem Prozessgas getrennt und abgezogen wird, wobei das Prozessgas rezirkuliert und nach einer Wäsche in einem Harnstoffwäscher, Tröpfchenabscheidung und Verdichtung dem Wirbelschichtreaktor als Fluidisierungsgas zugeführt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

Melamin (2,4,6-Triamino-1 ,3,5-triazin; Summenformel: CaH ₆ N ₆ ) mit der Strukturformel

wird technisch durch die Trimerisierung von Harnstoff gewonnen, wobei hierzu Hochdruck- (> 8 MPa) und Niederdruckverfahren (bis 1 MPa) existieren. Verwendung findet Melamin heutzutage im Wesentlichen in Form von durch PoIy- kondensation mit Formaldehyd gewonnenen Melaminharzen bei der Herstellung von Laminaten, Kunststoffformteilen oder der Beschichtung von Holzwerkstoffen. Ein Niederdruckverfahren der eingangs genannten Art ist der sogenannte BASF-Prozess, wie er in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6. Auflage 1998 Elektronische Ausgabe, WILEY-VCH ₁ Kapitel "Melamine and Guanamines", Abschnitt 4.1.1 beschrieben ist. In einem einstufigen Prozess wird geschmolzener Harnstoff einem Wirbelschichtreaktor zugeführt, in dem die Umsetzung katalytisch bei 395 bis 400 ⁰ C und Umgebungsdruck erfolgt. In einem Kristallisator wird aus der den Reaktor verlassenden Gasmischung durch Temperaturabsenkung Melamin ausgefällt und dann abgetrennt. Der im Wesent- liehen melaminfreie Gasstrom wird zu einem Waschturm zurückgeführt, in dem er mit Harnstoff gewaschen wird. Das saubere Gas wird nach Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen teilweise dem Reaktor als Fluidisierungsgas zugeführt. Das Gas wird hierzu nach der Flüssigkeitsabscheidung direkt zu einem Verdichter geführt und anschließend in einem Wärmetauscher auf die gewünschte Reaktortemperatur aufgeheizt.

Um das Ausfallen von Flüssigkeiten oder auch Feststoffen zu minimieren, muss auf der Saugseite des Verdichters eine entsprechende Isolierung und/oder Begleitheizung vorgesehen werden, die eine Temperaturabsenkung verhindern soll. In einigen Fällen wird auch der Verdichter selbst mit einer Begleitheizung ausgeführt oder zumindest umfangreich isoliert. Die vollständige Isolierung und Heizung des Verdichters ist aber sehr aufwändig und lässt sich nicht in vollem Maße umsetzen, da die betriebsbedingte Abwärme des Verdichters an entsprechenden Stellen (bspw. im Bereich der Lager) abgeführt werden muss, um einen einwandfreien Betrieb des Verdichters zu erlauben. In der Praxis lassen sich zumindest am saugseitigen Eintritt des Verdichters ungewollte Ablagerungen und Absetzungen, die von ausgefallenen Stoffen herrühren, trotzdem nicht vollständig vermeiden, so dass regelmäßig Reinigungsintervalle mit entsprechenden Betriebsunterbrechungen notwendig sind. Durch Beheizung/Isolierung des Verdichters lassen sich zwar die Laufzeiten zwischen den erforderlichen Reinigungszyklen verringern, doch führt eine vollständige Isolierung oder Beheizung des Verdichters zu erheblichen Mehrkosten, da eine Sonderkonstruktion erforderlich wird. Ein weiterer Nachteil ergibt sich beim Stand der Technik daraus, dass aufgrund der Feuchtigkeit des zu verdichtenden Gases und der damit verbundenen höheren Korrosivität insbesondere auf der Saugseite des Verdichters entsprechend hochwertige Materialien eingesetzt werden müssen, um hinreichende Standzeiten des Verdichters sicherzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, auf kostengünstige Weise eine verlängerte Laufzeit des Verdichters einer Melaminanlage zu erreichen.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass das Prozessgas nach der Abscheidung der Flüssigkeitströpfchen und vor Eintritt in den Verdichter vorgewärmt wird

Durch die merkliche Erhöhung der Gastemperatur vor dem Verdichter wird die Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen oder Feststoffen, bspw. durch Tau- punktsunterschreitung oder Desublimation, aufgrund nicht auszuschließender Abkühlung (bspw. durch Kältebrücken am Verdichtergehäuse) vermieden. Dementsprechend können die Laufzeiten zwischen den Reinigungszyklen erheblich verlängert werden. Wichtiger als die absolute Temperatur ist hierbei die Überhitzung des mit Flüssigkeit gesättigten Gases, d.h die Erhöhung (Differenz) der Temperatur, um eine Taubildung zu vermeiden. Außerdem kann mit der Vor- wärmung/Überhitzung des vom Verdichter angesaugten Gases der Verdichter aus weniger hochwertigen Materialien hergestellt werden, ohne dass die Standzeiten des Verdichters beeinträchtigt werden. Prinzipiell bedingt die Überhitzung des zu verdichtenden Gases auch Nachteile in Form eines schlechteren Wirkungsgrades des Verdichters und eines höheren Effektivvolumenstroms. Übli- cherweise wird aus diesem Grunde eine Vorkühlung oder Zwischenkühlung vor oder beim Verdichtungsvorgang vorgesehen. Die Erfindung sieht im Gegensatz dazu bewusst eine höhere Temperatur im Verdichter vor, um das Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen zuverlässig zu verhindern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Prozessgas vor dem Verdichter auf eine Temperatur erhitzt wird, die wenigstens 1 ⁰ C über der Gasaustrittstemperatur aus dem Harnstoffwäscher liegt. Vorzugsweise erfolgt die Erhitzung des Prozessgases auf eine Temperatur, die 3 bis 100 ⁰ C, vorzugsweise 5 bis 50 °C und insbesondere etwa 10 ⁰ C über der Gasaustritts- temperatur aus dem Harnstoffwäscher liegt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass auch durch lokale Kältebrücken keine wesentliche Abscheidung aus dem zu verdichtenden Gas erfolgt. Eine deutlich höhere Vorwärmung als um 10 ⁰ C muss allerdings bei der Auslegung des Verdichters berücksichtigt werden, so dass Wirtschaftlichkeitsüberlegungen Grenzen setzen.

Unabhängig von der Temperatur am Ausgang des Harnstoffwäschers erfolgt die Vorwärmung des Prozessgases erfindungsgemäß auf 135 bis 200, insbesondere 143 bis 148 ⁰ C.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Überhitzung des Prozessgases in einem Wärmetauscher, dessen Beheizungsmedium erfindungsgemäß bei etwa 200 ⁰ C (maximal 450 ⁰ C und minimal 145 ⁰ C) arbeitet, um einen ordentlichen Wärmeübergang zu gewährleisten. Es kann auch eine elektrische Beheizung eingesetzt werden, um die gewünschte Überhitzung sicherzustellen, z.B. in Form eines Elektroerhitzers, bei dem das Gas im Ringspalt um ein eingestecktes Heizelement (Heizpatrone) geführt wird.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Anlage zur Herstellung von Melamin aus Harnstoff, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeig- net ist und einen Wirbelschichtreaktor, in welchem der Harnstoff bei 350 bis 450 ⁰ C wenigstens teilweise katalytisch zu Melamin umgesetzt wird, einen Kristallisator, in welchem das Melamin bei verringerter Temperatur kristallisiert, eine Trenneinrichtung, in welcher das Melamin von dem Prozessgas getrennt wird, einen Harnstoffwäscher, zu dem wenigstens ein Teil des Prozessgases rezirkuliert wird, um mit geschmolzenem Harnstoff gewaschen zu werden, einen Tröpfchenabscheider zur Entfernung von Flüssigkeitströpfchen aus dem gewaschenen Prozessgas und einen Verdichter aufweist, mit welchem das Prozessgas vor dem Einführen in den Reaktor verdichtet wird. Erfindungsgemäß ist vor dem Verdichter eine Beheizungseinrichtung, vorzugsweise ein dampfbeheizter Wärmetauscher, zum Erhitzen des Prozessgases vorgesehen. Die Verwendung von anderen Beheizungsmedien, wie z.B. Wärmeträgeröl oder auch Wärmeträgersalz, ist ebenfalls möglich. Auch ein elektrischer Erhitzer kann eingesetzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Vorwärmung über einen Doppelrohrwärmetauscher oder eine doppelwandige Rohrleitungsstrecke, um den Druckverlust auf der Saugseite des Verdichters nicht unnötig zu erhöhen. Grundsätzlich kann selbstverständlich aber auch ein anderer Wärmetauscher eingesetzt werden.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Die einzige Figur zeigt den Aufbau einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei der in der Zeichnung dargestellten Anlage wird geschmolzener Harnstoff einem Wirbelschichtreaktor 1 zugeführt, in dem er an einem Katalysator bei einer Temperatur von 390 bis 410 ⁰ C, vorzugsweise 395 bis 400 ⁰ C ₁ und bei einem Druck von 0,1 bis 1 MPa, vorzugsweise 0,2 bis 0,7 MPa ₁ im Wesentlichen zu Melamin umgesetzt wird. Die Fluidisierung erfolgt mit dem Prozess(ab)gas, einem Gemisch im Wesentlichen bestehend aus Ammoniak (NH ₃ ) und Kohlendioxid (CO ₂ ).

In dem Reaktor 1 wird die Temperatur durch eine interne Heizung 2 bei etwa 395 ⁰ C gehalten. Das den Reaktor verlassende Gas ist im Wesentlichen eine Mischung aus gasförmigem Melamin, Spuren von Meiern, Zersetzungsprodukten des Harnstoffs, Ammoniak und Kohlendioxid. Außerdem können feine Katalysatorpartikel enthalten sein, während gröbere Partikel mittels eines Abscheidezyklons 3 in dem Reaktor 1 gehalten werden. Die Mischung wird in einem Gaskühler 4 auf eine Temperatur von etwa 330 bis 350 ^c C abgekühlt, bei welcher lediglich höhermolekulare Nebenprodukte (wie z.B. Meiern) kristallisiert werden, welche dann in einem Gasfilter 5 abgetrennt werden.

Die gefilterte Gasmischung tritt in den Kopf eines Kristallisators 6 ein, in dem sie im Gegenstrom mit rezirkuliertem Prozessgas (135-140 ⁰ C) in Kontakt kommt, so dass die Temperatur auf 190 bis 220 ⁰ C absinkt und das Melamin weitgehend vollständig kristallisiert. Die feinen Melaminkristalle werden in einer Trenneinrichtung (Abscheidezyklon) 7 abgetrennt, weisen eine Reinheit von mindestens 99,8 % auf und können ohne weitere Behandlung verwendet werden.

Der im Wesentlichen melaminfreie Gasstrom wird mit Hilfe eines Gebläses 8 zu einem Harnstoffwäscher (Waschturm) 9 zurückgeführt, in dem er im Gleichstrom mit geschmolzenem Harnstoff gewaschen und gleichzeitig gekühlt wird. Hierzu wird aus dem Sumpf des Harnstoffwäschers 9 Harnstoff abgezogen und mittels einer Pumpe 10 teilweise dem Kopf des Harnstoffwäschers 9 zugeführt, wobei er in einem Wärmetauscher 11 auf eine Temperatur von etwa 135 ⁰ C gebracht wird. Der Hauptstrom des Harnstoffs wird mittels der Pumpe 10 dem Reaktor 1 zugeführt.

Aus dem Harnstoffwäscher 9, in dem die Temperatur mit Hilfe eines Wärmetauschers 12 eingestellt wird, tritt der Gasstrom unten mit einer Temperatur von etwa 138 °C (133-143°C)aus. Aus dem sauberen Gas werden dann in wenigstens einem anschließenden Abscheider 13 Flüssigkeitströpfchen abgeschieden.

Ein Teilstrom des Prozessgases wird anschließend zur Fluidisierung des Reaktors 1 genutzt und hierzu nach der Flüssigkeitsabscheidung in einem dampfbeheizten Wärmetauscher 14, vorzugsweise einem Doppelrohrwärmetauscher oder einer doppelwandigen Rohrleitungsstrecke, auf eine Temperatur von 139 bis 170 ⁰ C aufgeheizt. Die Gastemperatur liegt dann um mindestens 1 ⁰ C, vor- zugsweise um etwa 10 ⁰ C über der Gastemperatur beim Verlassen des Harnstoffwäschers 9.

Das so vorgewärmte Prozessgas wird dann einem Verdichter 15 zugeführt und anschließend in einem weiteren Wärmetauscher 16 auf die gewünschte Gas- temperatur von etwa 400 ⁰ C aufgeheizt bevor es als Fluidisierungsgas dem Wirbelschichtreaktor 1 zugeführt wird. Die in dem Wärmetauscher 14 vor der Verdichtung in den Gasstrom eingebrachte Wärme muss nach der Verdichtung nicht mehr zugeführt werden, was zu einer entsprechenden Reduzierung der zu übertragenden Wärmeleistung des nachgeschalteten Wärmetauschers 16 führt. Der Verdichter 15 sollte zwar weiterhin isoliert werden, vor allem bei Aufstellung im Außenbereich, doch kann nun die Isolierung an die Bedürfnisse des Verdichters 15 hinsichtlich der erforderlichen Wärmeabfuhr bzw. Kühlung angepasst werden. Eine kostenintensive Sonderkonstruktion des Verdichters kann somit entfallen. Ein weiterer Teil des Prozessgases wird als Kühlgas zum Kristallisator 6 und der restliche Teil wird als Abgas einer nicht dargestellten Abgasaufbereitung geführt.

Bezugszeichenliste

1 Wirbelschichtreaktor

2 Heizung

3 Abscheidezyklon

4 Gaskühler

5 Gasfilter

6 Kristallisator

7 Abscheidezyklon

8 Gebläse

9 Harnstoffwäscher

10 Pumpe

11 Wärmetauscher

12 Wärmetauscher

13 Abscheider

14 Wärmetauscher

15 Verdichter

16 Wärmetauscher