專利名稱：由脲制備三聚氰胺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由脲制備三聚氰胺的方法，該方法是通過在高溫下在催化劑的存在下使脲反應(yīng)來進(jìn)行的。
脲向三聚氰胺的轉(zhuǎn)化可以通過下面的反應(yīng)方程式來表示
在催化劑的存在下由脲制備三聚氰胺的已知方法是氣相三聚氰胺法。在此，用表計(jì)量三聚氰胺反應(yīng)器中的液態(tài)脲。催化劑顆粒的流化床存在于該三聚氰胺反應(yīng)器中，通過加入氣態(tài)氨使該床保持流態(tài)化。
在三聚氰胺反應(yīng)器中，由脲形成三聚氰胺的溫度通常高于325℃。一般情況下，該溫度不高于500℃，更特別的是優(yōu)選該溫度為370-450℃。在催化劑存在下的合成過程中，施加于三聚氰胺反應(yīng)器的壓力一般為0.5-3MPa。
氣相法由脲制備三聚氰胺的一個實(shí)施方法已記載在NL-A-6816385中，其中含有三聚氰胺、氨和二氧化碳的氣態(tài)混合物穿過三聚氰胺反應(yīng)器到達(dá)三聚氰胺冷卻區(qū)域。在該冷卻區(qū)域中用一種水溶液冷卻來自反應(yīng)器的氣態(tài)混合物，所述水溶液是在三聚氰胺設(shè)備的回收部分形成的。在根據(jù)NL-A-6816385的方法的冷卻區(qū)域中，獲得了固態(tài)三聚氰胺在含水溶劑中的三聚氰胺懸浮液和氣流。
在NL-A-6816385的方法中，來自冷卻區(qū)域的氣流主要由氨、二氧化碳和水蒸氣組成，該氣流經(jīng)過熱交換器到達(dá)吸收柱，在該吸收柱中獲得了幾乎純氨流和氨基甲酸銨溶液。將所述氨再循環(huán)回三聚氰胺反應(yīng)器，在這里將其用作流化氣，而把氨基甲酸銨溶液轉(zhuǎn)移到例如鄰近的脲設(shè)備。
來自吸收柱的氨基甲酸銨溶液富集在水中，經(jīng)過此液流每噸三聚氰胺產(chǎn)生的2-2.5噸水從根據(jù)NL-A-6816385的工序中排出。
把來自冷卻區(qū)域的三聚氰胺懸浮液轉(zhuǎn)移到一個或多個水力旋流器中，在那里將該懸浮液分離成稀釋的懸浮液和更濃的通入解吸柱或汽提柱的懸浮液，所述的稀懸浮液仍舊含有少量的三聚氰胺，將該稀的懸浮液返回到冷卻區(qū)域。根據(jù)其它的工藝條件，該稀的懸浮液可以含有例如4重量％的三聚氰胺晶體和8重量％的溶解形式的三聚氰胺。在同樣的工藝條件下，上述濃的三聚氰胺懸浮液可以含有35重量％的三聚氰胺晶體和5重量％的溶解形式的三聚氰胺。
在NL-A-6816385中，來自三聚氰胺反應(yīng)器的含有三聚氰胺的氣流收集在含水冷卻劑中，并且被轉(zhuǎn)化為如上所述的懸浮液(懸浮驟冷)。
或者，來自三聚氰胺反應(yīng)器的氣流收集在含水冷卻劑中，并且被轉(zhuǎn)化為三聚氰胺溶液(溶液驟冷)。這種方法描述在例如WO96/20933中。
在解吸附作用或汽提柱中，當(dāng)加熱時，溶解于溶液或懸浮液中的部分氨和二氧化碳被解吸出來?？梢栽谕獠考訜崞鲙椭禄蛲ㄟ^直接向氣提柱中注射蒸汽來向此處提供熱量。優(yōu)選使用直接的蒸汽注射，因?yàn)楸旧暾埲艘呀?jīng)發(fā)現(xiàn)外部加熱器通常易于產(chǎn)生故障。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)故障是由三聚氰胺在加熱元件上積累起來，降低了熱轉(zhuǎn)移引起的。如果使用直接的蒸汽注射，如在NL-A-6816385中所述的，流速是0.3-0.9噸蒸汽/噸所產(chǎn)生的三聚氰胺，特別是0.4-0.8噸蒸汽/噸所產(chǎn)生的三聚氰胺。在WO96/20933的實(shí)施方案中，在汽提塔中的蒸汽消耗量相當(dāng)高，即1.5-2.8噸蒸汽/噸所產(chǎn)生的三聚氰胺，特別是1.6-1.8噸蒸汽/噸所產(chǎn)生的三聚氰胺。
三聚氰胺溶液或三聚氰胺懸浮液經(jīng)過汽提柱到達(dá)三聚氰胺的純化(后段)。如果使用懸浮液，首先將其溶解濾除不溶的雜質(zhì)。如果使用溶液，可以直接通過過濾清除不溶的雜質(zhì)。
在后段，隨后將溶液按順序通入結(jié)晶器，以析出三聚氰胺。在壓力為0.02-0.1MPa和溫度為60-100℃下進(jìn)行結(jié)晶。在結(jié)晶中，產(chǎn)生濃的懸浮液和幾乎沒有晶體的水流。此水流可以循環(huán)回冷卻區(qū)域、汽提塔或后段。
在結(jié)晶之后，將三聚氰胺晶體離心分離并干燥。在離心過程中，每噸三聚氰胺使用0.3-1噸，特別是0.4-0.8噸的沖洗水，并且將其通過三聚氰胺回收部分引入到工藝中。在此三聚氰胺回收部分中，形成返回到后段或冷卻區(qū)域的水溶液。
在該結(jié)晶中還形成主要由水蒸氣組成的氣相流。在冷凝之后，該水蒸氣作為幾乎無三聚氰胺的工藝過程冷凝物返回到工序，約一半回到后段，另一半回到冷凝區(qū)域。此處形成的工藝過程冷凝物量是0.2-4噸冷凝物/噸所產(chǎn)生的三聚氰胺，并且其取決于在其它工藝條件下的其它情況。
在三聚氰胺設(shè)備中使用的水，例如作為冷卻劑的一個組分，其主要是通過離心步驟引入到該工序中的，作為儀表和泵的洗滌水，如果在此使用如NL-A-6816385中所述的直接的蒸汽注射，其是通過向汽提柱直接的蒸汽注射引入工序中的。最終該水被包括在來自吸收區(qū)域的氨基甲酸鹽溶液中，所述溶液例如被轉(zhuǎn)移到脲設(shè)備。
就將約45-50重量％在吸收區(qū)域形成的含水氨基甲酸鹽流轉(zhuǎn)移到脲設(shè)備而言，其經(jīng)濟(jì)上吸引人的地方在于可進(jìn)一步通過從溶液中除去水來濃縮該氨基甲酸鹽溶液。該方法的缺點(diǎn)在于它需要額外的投資，并且由于增加了氣流、冷凝水和電的使用而使該方法更加昂貴。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該缺點(diǎn)通過組合措施能夠消除。
在第一個實(shí)施方案中，本發(fā)明的目的通過如下方法達(dá)到排出來自所述工序的工藝過程冷凝物，將來自吸收區(qū)域的濃的含水氨基甲酸鹽溶液部分返回到冷凝區(qū)域。優(yōu)選，在所述第一個實(shí)施方案中，通過直接的蒸汽注射向汽提塔提供熱量。20-40重量％提供給吸收區(qū)域的氣體以冷凝物形式返回到冷凝區(qū)域。
在本發(fā)明的第二個實(shí)施方案中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在吸收區(qū)域的氨基甲酸鹽流中，水量的減少還可以通過如下方法完成排出來自所述工序的工藝過程冷凝物，將冷凝區(qū)域的溫度降低到100-150℃，優(yōu)選110-140℃。特別地是，在所述第二個實(shí)施方案中，通過直接的蒸汽注射向汽提塔提供熱量。使冷凝區(qū)域的溫度降低可以通過如下方法進(jìn)行在冷凝區(qū)域安裝外部冷凝器并冷卻其中的冷卻劑和/或通過在冷卻劑通入冷凝區(qū)域之前冷卻來自后段的冷卻劑。
排出的工藝過程冷凝物的量取決于許多因素。例如在直接向汽提柱注射蒸汽的情況下，排出的冷凝物的量比通過使用外部加熱設(shè)備向汽提柱提供熱量排出的冷凝物高很多。
此外，直接向汽提柱注射蒸汽的量取決于如何操作冷卻區(qū)域。如果在冷卻區(qū)域獲得懸浮物(懸浮物驟冷)，則向汽提柱注射的蒸汽量為0.3-0.9噸蒸汽/噸所產(chǎn)生的三聚氰胺，特別是0.4-0.8噸蒸汽/噸三聚氰胺。如果在冷卻區(qū)域獲得溶液(溶液驟冷)，則蒸汽消耗量為1.5-4噸蒸汽/噸所產(chǎn)生的三聚氰胺，特別是1.7-3.5噸蒸汽/噸三聚氰胺。
在將來自結(jié)晶器的水蒸氣冷凝之后，已經(jīng)形成的工藝過程冷凝物的排出量等于0.2-10噸冷凝物/噸所產(chǎn)生的三聚氰胺，特別是0.5-8噸冷凝物/噸三聚氰胺。
如果在冷卻區(qū)域獲得懸浮物和向汽提柱使用直接的蒸汽注射，則排出的工藝過程冷凝物將為1.4噸/噸三聚氰胺。然而，如果在冷卻區(qū)域獲得溶液和向汽提柱使用直接的蒸汽注射，則排出的工藝過程冷凝物將為約3.4噸/噸三聚氰胺。排出的工藝過程冷凝物的量可以任選通過向結(jié)晶器或通入結(jié)晶器的氣流提供熱量來增加。
所述工藝過程冷凝物幾乎是純水，在其中溶解了低于2重量％的氨。在排出工藝過程冷凝物之前，可以任選在解吸步驟除去氨。
在本發(fā)明的方法中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)來自吸收區(qū)域的濃氨基甲酸鹽溶液的含水量最終等于約20-35重量％。這致使返回到脲設(shè)備的所述氨基甲酸鹽溶液部分適合于直接加工。這意味著濃縮步驟或者可以余下或者可以更簡化，進(jìn)而使得設(shè)計(jì)更低價。
此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的方法特別適合所謂的氣相三聚氰胺設(shè)備，該設(shè)備的操作壓力為0.5-3MPa，更加特別的是壓力為0.7-2.5MPa。
本發(fā)明的方法特別適合于改良現(xiàn)有的三聚氰胺方法如，例如NL-A-6816385和WO96/20933中描述的方法。
參考下述實(shí)施例闡明本發(fā)明。實(shí)施例I和II在一個內(nèi)部直徑為1米和高為15米的圓柱形流化床內(nèi)制備三聚氰胺。通過將提供的氨經(jīng)過氣體分布盤來流化催化劑，并且通過安裝在反應(yīng)器中的熱交換管來加熱該催化劑，而熔融的鹽流動通過該反應(yīng)器的管。在兩相噴霧器的幫助下用表計(jì)量反應(yīng)器中的液態(tài)脲，使用氨作為霧化氣體。該反應(yīng)器在390℃下操作，總壓為1.7MPa(實(shí)施例I)和2.0MPa(實(shí)施例II)。以1.4噸/小時的速率用表計(jì)量脲，而經(jīng)過兩相噴霧器的氨的速率為0.7噸/小時。經(jīng)過流化盤進(jìn)料的氨等于0.7噸/小時。相對于所述平衡，無水脲向三聚氰胺的轉(zhuǎn)化率大于98％。來自反應(yīng)器的氣流含有NH3、CO2、三聚氰胺蒸汽和痕量的副產(chǎn)品，將所述氣流在冷卻區(qū)用冷卻劑冷卻。將一部分來自吸收區(qū)域的濃的含水氨基甲酸鹽溶液返回到冷卻區(qū)域。將剩余的濃氨基甲酸鹽溶液通入鄰近的脲設(shè)備。
表1中規(guī)定了來自吸收區(qū)域的氨基甲酸銨的返回部分、向汽提塔注射的蒸汽量、引入的其它水(沖洗水和洗滌水)量、從吸收部分排出的水量、所述氣流的水含量和從該工藝中輸出的冷凝物。在實(shí)施例I中，本發(fā)明的方法中應(yīng)用了如WO96/20933中描述的溶液驟冷。在實(shí)施例II中，本發(fā)明的方法中應(yīng)用了如NL-A-6816385中描述的懸浮液驟冷。比較實(shí)施例A和B相似于實(shí)施例I和II來制備三聚氰胺，除了沒有將來自吸收區(qū)域的氨基甲酸鹽返回冷卻區(qū)域和向汽提塔提供蒸汽。實(shí)施例A提到的方法中應(yīng)用了如WO96/20933中描述的溶液驟冷。實(shí)施例B提到的方法中應(yīng)用了如NL-A-6816385中描述的懸浮液驟冷。在兩種情況下，氨基甲酸鹽流太稀而不能在沒有中間步驟的情況下通入脲設(shè)備。參見表1。
表權(quán)利要求
1.由脲制備三聚氰胺的方法，該方法是通過在高溫下在催化劑的存在下使脲反應(yīng)來進(jìn)行的，其特征在于工藝過程冷凝物從所述工藝中排出和將部分來自吸收區(qū)域的濃的含水氨基甲酸鹽溶液返回到冷卻區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過直接的蒸汽注射向汽提柱提供熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2的方法，其特征在于通入吸收區(qū)域的氣體的20-40重量％以冷凝物形式返回到冷卻區(qū)域。
4.由脲制備三聚氰胺的方法，該方法是通過在高溫下在催化劑的存在下使脲反應(yīng)來進(jìn)行的，其特征在于工藝過程冷凝物從所述工藝中排出和將冷卻區(qū)域的溫度降低到100-150℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于通過直接的蒸汽注射向汽提柱提供熱量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4-5的方法，其特征在于使冷卻區(qū)域的溫度降低可以如下進(jìn)行在冷卻區(qū)域安裝外部冷凝器并冷卻其中的冷卻劑或通過在冷卻劑通入冷卻區(qū)域之前冷卻來自后段的冷卻劑。
7.基本上按照說明書和實(shí)施例的描述由脲制備三聚氰胺的方法。
全文摘要
由脲制備三聚氰胺的方法,該方法是通過在高溫下在催化劑的存在下使脲或其熱分解產(chǎn)物反應(yīng)來進(jìn)行的,而從該工藝中排出工藝過程冷凝物,其特征在于將部分來自吸收區(qū)域的濃的含水氨基甲酸鹽溶液返回到冷卻區(qū)域,或其特征在于將冷卻區(qū)域的溫度降低到100－150℃。
文檔編號C07D251/60GK1388803SQ01802394
公開日2003年1月1日 申請日期2001年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月14日
發(fā)明者N·A·德維特, R·K·古爾佩斯 申請人:Dsm有限公司