СПОСОБ ОЧИСТКИ МЕЛАМИНА

Настоящее изобретение относится к способу очистки меламина, полученного путем пиролиза мочевины некаталитическим методом высокого давления. Более конкретно изобретение относится к способу очистки меламина от продуктов конденсации, образующихся в процессе синтеза и выделения меламина, путем обработки в водном растворе. Изобретение может быть использовано в промышленном производстве меламина.

Известно, что неочищенный меламин, полученный методом высокого давления, содержит продукты конденсации, такие как мелам и мелем, образующиеся в реакциях деаммонолиза меламина.

Мелам и мелем являются крайне нежелательными примесями, так как негативно влияют на качество меламиноформальдегидных смол. В большинстве технологий получения меламина некаталитическим способом данные примеси удаляют путем гидролиза в водных растворах в присутствии различных реагентов. При этом образуются меламин и продукты гидролиза, растворимые в щелочных или аммиачных растворах, что позволяет легко отделить их от меламина.

Известен способ очистки меламина путем обработки водной суспензии неочищенного меламина в присутствии аммиака и диоксида углерода, которые образуются в большом количестве при получении меламина (US 3132143, C07D 251/60, C07D 251/62, 1964).

В данном патенте водная суспензия меламина образуется на стадии охлаждения (тушения) выходящего из реактора высокого давления продукта, содержащего расплав меламина, аммиак и диоксид углерода, водным раствором, содержащим аммиак и диоксид углерода.

В примере 3 для разложения продуктов конденсации образующуюся водную суспензию меламина, содержащую аммиак и диоксид углерода, выдерживают при температуре 150°C в течение 60 минут в нижней части аппарата охлаждения.

Недостатком этого способа очистки меламина является низкая степень очистки меламина от примесей, так как даже после перекристаллизации меламин содержит 0,2% продуктов конденсации, которые в примере названы нерастворимыми в воде примесями.

В многочисленных патентах приводятся различные варианты гидролиза мелама и мелема в аммиачных растворах. Так известен способ очистки меламина от продуктов конденсации путем обработки водного раствора неочищенного меламина при температуре 130-250°C (предпочтительно при 160-180°C) и высоком давлении в течение нескольких минут в присутствии 5-25% (предпочтительно 12-15%) аммиака. (US 6774234, C07D 251/60, C07D 251/62, 2004).

Водный раствор неочищенного меламина образуется на стадии охлаждения (тушения) выходящего из реактора высокого давления продукта, содержащего расплав меламина, аммиак и диоксид углерода, водой с последующим удалением из раствора диоксида углерода продувкой водяным паром.

Для разложения продуктов конденсации к полученному водному раствору меламина добавляют аммиак и выдерживают эту смесь для взаимодействия в отдельном аппарате.

В примере 1 приведена обработка водного раствора меламина в присутствии 13% аммиака при температуре 172°C и давлении 2,5 МПа в течение 15 минут. Содержание продуктов конденсации после обработки составляет менее 10 мг/л (анализ методом УФ-спектроскопии).

Недостатком известного способа очистки меламина является необходимость использования дорогостоящего аппарата высокого давления и больших количеств аммиака. Аммиак на последующих стадиях технологического процесса производства меламина необходимо выделять из водного раствора. Дополнительная стадия испарения аммиака из водного раствора усложняет технологию и требует больших затрат энергии. Указанные недостатки увеличивают издержки производства.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является известный способ очистки меламина, включающий обработку водного раствора неочищенного меламина при температуре 100-150°C в течение 5-60 минут в присутствии 0,05-0,5% щелочи (EP 1444214, C07D 251/62, 2004).

В данном патенте расплав меламина, выходящий из реактора, отделяют от отходящих газов и охлаждают (тушат) водным раствором щелочи, в качестве которой используют, гидроксид натрия или гидроксид калия.

Для разложения продуктов конденсации образующийся водный щелочесодержащий раствор меламина выдерживают в нижней части аппарата охлаждения в течение определенного времени. В оптимальном варианте разложение продуктов конденсации проводят при 130°C в течение 20-40 минут. Из описания патента EP 1444214 следует, что при осуществлении известного способа остаточная концентрация мелама становится меньше 1000 ppm, а мелема - менее 50 ppm. После последующей перекристаллизации достигается высокая степень чистоты товарного меламина.

Однако, несмотря на достаточно низкую температуру на стадии разложения продуктов конденсации (оптимально 130°C), при проведении очистки меламина в соответствии с указанным патентом нельзя избежать потерь меламина в результате щелочного гидролиза (May H., Onyon P.F., Chemistry and Industry, 1962, v.23, 1147-1148).

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является усовершенствование способа очистки меламина, которое обеспечивает высокую степень очистки меламина от продуктов конденсации при минимальных потерях меламина.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является снижение степени разложения меламина при высокой степени разложения продуктов конденсации.

Для достижения технического результата предложен способ очистки меламина, включающий обработку водного раствора неочищенного меламина при повышенной температуре в течение 5-60 минут, отличающийся тем, что обработку проводят при температуре 110-170°C в присутствии карбоната щелочного металла.

В качестве карбоната щелочного металла используют карбонат натрия, карбонат калия или их смесь. В качестве источника карбоната щелочного металла можно использовать очищенную сточную воду производства меламина, содержащую карбонат щелочного металла. Оптимальная концентрация карбоната щелочного металла в растворе неочищенного меламина составляет 0,1-1,0%.

Из уровня техники не известно осуществление гидролиза продуктов конденсации в присутствии карбоната щелочного металла. Получен неожиданный эффект высокой степени разложения продуктов конденсации при минимальной степени разложения меламина.

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже конкретными примерами осуществления предложенного способа очистки меламина.

Пример 1.

На лабораторной мешалке готовят водный раствор, содержащий 5% меламина, 0,06% мелама, 0,0035% мелема и 0,3% карбоната натрия. Концентрация мелама и мелема приблизительно соответствует содержанию примесей в неочищенном расплаве меламина, состав которого приведен в примере 1 патента EP 1444214. Полученный раствор выдерживают в автоклаве в течение 45 минут при 145°C. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры и степень гидролиза мелама, мелема и меламина определяют методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Степень разложения мелама составляет 96,5%, мелема - около 100%, меламина - 1,5%. В продуктах гидролиза были определены аммелин, аммелид, циамеллуровая кислота и амиды циамеллуровой кислоты в виде растворимых в воде натриевых солей. Эти соли могут быть легко отделены от меламина на стадии кристаллизации.

Пример 2 (сравнительный).

В раствор меламина, имеющий указанный в примере 1 состав, вместо карбоната натрия добавляют 0,3% гидроксида натрия. Раствор выдерживают в автоклаве в течение 30 минут при 130°C. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры и анализируют методом ВЭЖХ. Степень разложения мелама составляет 94,7%, мелема - около 100%, меламина - 2,4%.

Таким образом, при одинаковой степени гидролиза продуктов конденсации в примерах 1 и 2, в примере по изобретению 1 потери меламина в результате гидролиза значительно сокращаются и составляют примерно 60% от потерь меламина по прототипу.

Пример 3.

На лабораторной мешалке готовят водный раствор меламина, содержащий 5% меламина, 0,06% мелама, 0,035% мелема и 1,0% карбоната натрия. Полученный раствор выдерживают в автоклаве в течение 60 минут при 110°C. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры и степень гидролиза мелама, мелема и меламина определяют методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Степень разложения мелама составляет 91,7%, мелема - 98,6%, меламина - 1,1%.

Пример 4.

На лабораторной мешалке готовят водный раствор меламина, содержащий 5% меламина, 0,06% мелама, 0,0035% мелема и 0,1% карбоната натрия. Полученный раствор выдерживают в автоклаве в течение 5 минут при 170°C. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры и степень гидролиза мелама, мелема и меламина определяют методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Степень разложения мелама составляет - 94,7%, мелема - около 100%, меламина - 1,3%.

Пример 5.

На лабораторной мешалке готовят водный раствор меламина, содержащий 5% меламина, 0,06% мелама, 0,0035% мелема и 0,4% карбоната калия. Полученный раствор выдерживают в автоклаве в течение 30 минут при 140°C. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры и степень гидролиза мелама, мелема и меламина определяют методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Степень разложения мелама составляет 93,8%, мелема - 99,2%, меламина - 1,4%.

Из приведенных примеров видно, что осуществление способа очистки меламина по изобретению обеспечивает высокую степень очистки меламина от мелама и мелема при незначительной степени гидролиза самого меламина.