专利名称：由脲制备三聚氰胺的方法
技术领域：
本发明涉及由脲制备三聚氰胺的方法，该方法是通过在高温下在催化剂的存在下使脲反应来进行的。
脲向三聚氰胺的转化可以通过下面的反应方程式来表示
在催化剂的存在下由脲制备三聚氰胺的已知方法是气相三聚氰胺法。在此，用表计量三聚氰胺反应器中的液态脲。催化剂颗粒的流化床存在于该三聚氰胺反应器中，通过加入气态氨使该床保持流态化。
在三聚氰胺反应器中，由脲形成三聚氰胺的温度通常高于325℃。一般情况下，该温度不高于500℃，更特别的是优选该温度为370-450℃。在催化剂存在下的合成过程中，施加于三聚氰胺反应器的压力一般为0.5-3MPa。
气相法由脲制备三聚氰胺的一个实施方法已记载在NL-A-6816385中，其中含有三聚氰胺、氨和二氧化碳的气态混合物穿过三聚氰胺反应器到达三聚氰胺冷却区域。在该冷却区域中用一种水溶液冷却来自反应器的气态混合物，所述水溶液是在三聚氰胺设备的回收部分形成的。在根据NL-A-6816385的方法的冷却区域中，获得了固态三聚氰胺在含水溶剂中的三聚氰胺悬浮液和气流。
在NL-A-6816385的方法中，来自冷却区域的气流主要由氨、二氧化碳和水蒸气组成，该气流经过热交换器到达吸收柱，在该吸收柱中获得了几乎纯氨流和氨基甲酸铵溶液。将所述氨再循环回三聚氰胺反应器，在这里将其用作流化气，而把氨基甲酸铵溶液转移到例如邻近的脲设备。
来自吸收柱的氨基甲酸铵溶液富集在水中，经过此液流每吨三聚氰胺产生的2-2.5吨水从根据NL-A-6816385的工序中排出。
把来自冷却区域的三聚氰胺悬浮液转移到一个或多个水力旋流器中，在那里将该悬浮液分离成稀释的悬浮液和更浓的通入解吸柱或汽提柱的悬浮液，所述的稀悬浮液仍旧含有少量的三聚氰胺，将该稀的悬浮液返回到冷却区域。根据其它的工艺条件，该稀的悬浮液可以含有例如4重量％的三聚氰胺晶体和8重量％的溶解形式的三聚氰胺。在同样的工艺条件下，上述浓的三聚氰胺悬浮液可以含有35重量％的三聚氰胺晶体和5重量％的溶解形式的三聚氰胺。
在NL-A-6816385中，来自三聚氰胺反应器的含有三聚氰胺的气流收集在含水冷却剂中，并且被转化为如上所述的悬浮液(悬浮骤冷)。
或者，来自三聚氰胺反应器的气流收集在含水冷却剂中，并且被转化为三聚氰胺溶液(溶液骤冷)。这种方法描述在例如WO96/20933中。
在解吸附作用或汽提柱中，当加热时，溶解于溶液或悬浮液中的部分氨和二氧化碳被解吸出来。可以在外部加热器帮助下或通过直接向气提柱中注射蒸汽来向此处提供热量。优选使用直接的蒸汽注射，因为本申请人已经发现外部加热器通常易于产生故障。已经发现故障是由三聚氰胺在加热元件上积累起来，降低了热转移引起的。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吨蒸汽/吨所产生的三聚氰胺，特别是0.4-0.8吨蒸汽/吨所产生的三聚氰胺。在WO96/20933的实施方案中，在汽提塔中的蒸汽消耗量相当高，即1.5-2.8吨蒸汽/吨所产生的三聚氰胺，特别是1.6-1.8吨蒸汽/吨所产生的三聚氰胺。
三聚氰胺溶液或三聚氰胺悬浮液经过汽提柱到达三聚氰胺的纯化(后段)。如果使用悬浮液，首先将其溶解滤除不溶的杂质。如果使用溶液，可以直接通过过滤清除不溶的杂质。
在后段，随后将溶液按顺序通入结晶器，以析出三聚氰胺。在压力为0.02-0.1MPa和温度为60-100℃下进行结晶。在结晶中，产生浓的悬浮液和几乎没有晶体的水流。此水流可以循环回冷却区域、汽提塔或后段。
在结晶之后，将三聚氰胺晶体离心分离并干燥。在离心过程中，每吨三聚氰胺使用0.3-1吨，特别是0.4-0.8吨的冲洗水，并且将其通过三聚氰胺回收部分引入到工艺中。在此三聚氰胺回收部分中，形成返回到后段或冷却区域的水溶液。
在该结晶中还形成主要由水蒸气组成的气相流。在冷凝之后，该水蒸气作为几乎无三聚氰胺的工艺过程冷凝物返回到工序，约一半回到后段，另一半回到冷凝区域。此处形成的工艺过程冷凝物量是0.2-4吨冷凝物/吨所产生的三聚氰胺，并且其取决于在其它工艺条件下的其它情况。
在三聚氰胺设备中使用的水，例如作为冷却剂的一个组分，其主要是通过离心步骤引入到该工序中的，作为仪表和泵的洗涤水，如果在此使用如NL-A-6816385中所述的直接的蒸汽注射，其是通过向汽提柱直接的蒸汽注射引入工序中的。最终该水被包括在来自吸收区域的氨基甲酸盐溶液中，所述溶液例如被转移到脲设备。
就将约45-50重量％在吸收区域形成的含水氨基甲酸盐流转移到脲设备而言，其经济上吸引人的地方在于可进一步通过从溶液中除去水来浓缩该氨基甲酸盐溶液。该方法的缺点在于它需要额外的投资，并且由于增加了气流、冷凝水和电的使用而使该方法更加昂贵。
已经发现该缺点通过组合措施能够消除。
在第一个实施方案中，本发明的目的通过如下方法达到排出来自所述工序的工艺过程冷凝物，将来自吸收区域的浓的含水氨基甲酸盐溶液部分返回到冷凝区域。优选，在所述第一个实施方案中，通过直接的蒸汽注射向汽提塔提供热量。20-40重量％提供给吸收区域的气体以冷凝物形式返回到冷凝区域。
在本发明的第二个实施方案中，已经发现在吸收区域的氨基甲酸盐流中，水量的减少还可以通过如下方法完成排出来自所述工序的工艺过程冷凝物，将冷凝区域的温度降低到100-150℃，优选110-140℃。特别地是，在所述第二个实施方案中，通过直接的蒸汽注射向汽提塔提供热量。使冷凝区域的温度降低可以通过如下方法进行在冷凝区域安装外部冷凝器并冷却其中的冷却剂和/或通过在冷却剂通入冷凝区域之前冷却来自后段的冷却剂。
排出的工艺过程冷凝物的量取决于许多因素。例如在直接向汽提柱注射蒸汽的情况下，排出的冷凝物的量比通过使用外部加热设备向汽提柱提供热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决于如何操作冷却区域。如果在冷却区域获得悬浮物(悬浮物骤冷)，则向汽提柱注射的蒸汽量为0.3-0.9吨蒸汽/吨所产生的三聚氰胺，特别是0.4-0.8吨蒸汽/吨三聚氰胺。如果在冷却区域获得溶液(溶液骤冷)，则蒸汽消耗量为1.5-4吨蒸汽/吨所产生的三聚氰胺，特别是1.7-3.5吨蒸汽/吨三聚氰胺。
在将来自结晶器的水蒸气冷凝之后，已经形成的工艺过程冷凝物的排出量等于0.2-10吨冷凝物/吨所产生的三聚氰胺，特别是0.5-8吨冷凝物/吨三聚氰胺。
如果在冷却区域获得悬浮物和向汽提柱使用直接的蒸汽注射，则排出的工艺过程冷凝物将为1.4吨/吨三聚氰胺。然而，如果在冷却区域获得溶液和向汽提柱使用直接的蒸汽注射，则排出的工艺过程冷凝物将为约3.4吨/吨三聚氰胺。排出的工艺过程冷凝物的量可以任选通过向结晶器或通入结晶器的气流提供热量来增加。
所述工艺过程冷凝物几乎是纯水，在其中溶解了低于2重量％的氨。在排出工艺过程冷凝物之前，可以任选在解吸步骤除去氨。
在本发明的方法中，已经发现来自吸收区域的浓氨基甲酸盐溶液的含水量最终等于约20-35重量％。这致使返回到脲设备的所述氨基甲酸盐溶液部分适合于直接加工。这意味着浓缩步骤或者可以余下或者可以更简化，进而使得设计更低价。
此外，已经发现本发明的方法特别适合所谓的气相三聚氰胺设备，该设备的操作压力为0.5-3MPa，更加特别的是压力为0.7-2.5MPa。
本发明的方法特别适合于改良现有的三聚氰胺方法如，例如NL-A-6816385和WO96/20933中描述的方法。
参考下述实施例阐明本发明。实施例I和II在一个内部直径为1米和高为15米的圆柱形流化床内制备三聚氰胺。通过将提供的氨经过气体分布盘来流化催化剂，并且通过安装在反应器中的热交换管来加热该催化剂，而熔融的盐流动通过该反应器的管。在两相喷雾器的帮助下用表计量反应器中的液态脲，使用氨作为雾化气体。该反应器在390℃下操作，总压为1.7MPa(实施例I)和2.0MPa(实施例II)。以1.4吨/小时的速率用表计量脲，而经过两相喷雾器的氨的速率为0.7吨/小时。经过流化盘进料的氨等于0.7吨/小时。相对于所述平衡，无水脲向三聚氰胺的转化率大于98％。来自反应器的气流含有NH3、CO2、三聚氰胺蒸汽和痕量的副产品，将所述气流在冷却区用冷却剂冷却。将一部分来自吸收区域的浓的含水氨基甲酸盐溶液返回到冷却区域。将剩余的浓氨基甲酸盐溶液通入邻近的脲设备。
表1中规定了来自吸收区域的氨基甲酸铵的返回部分、向汽提塔注射的蒸汽量、引入的其它水(冲洗水和洗涤水)量、从吸收部分排出的水量、所述气流的水含量和从该工艺中输出的冷凝物。在实施例I中，本发明的方法中应用了如WO96/20933中描述的溶液骤冷。在实施例II中，本发明的方法中应用了如NL-A-6816385中描述的悬浮液骤冷。比较实施例A和B相似于实施例I和II来制备三聚氰胺，除了没有将来自吸收区域的氨基甲酸盐返回冷却区域和向汽提塔提供蒸汽。实施例A提到的方法中应用了如WO96/20933中描述的溶液骤冷。实施例B提到的方法中应用了如NL-A-6816385中描述的悬浮液骤冷。在两种情况下，氨基甲酸盐流太稀而不能在没有中间步骤的情况下通入脲设备。参见表1。
表权利要求
1.由脲制备三聚氰胺的方法，该方法是通过在高温下在催化剂的存在下使脲反应来进行的，其特征在于工艺过程冷凝物从所述工艺中排出和将部分来自吸收区域的浓的含水氨基甲酸盐溶液返回到冷却区域。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于通过直接的蒸汽注射向汽提柱提供热量。
3.根据权利要求1-2的方法，其特征在于通入吸收区域的气体的20-40重量％以冷凝物形式返回到冷却区域。
4.由脲制备三聚氰胺的方法，该方法是通过在高温下在催化剂的存在下使脲反应来进行的，其特征在于工艺过程冷凝物从所述工艺中排出和将冷却区域的温度降低到100-150℃。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于通过直接的蒸汽注射向汽提柱提供热量。
6.根据权利要求4-5的方法，其特征在于使冷却区域的温度降低可以如下进行在冷却区域安装外部冷凝器并冷却其中的冷却剂或通过在冷却剂通入冷却区域之前冷却来自后段的冷却剂。
7.基本上按照说明书和实施例的描述由脲制备三聚氰胺的方法。
全文摘要
由脲制备三聚氰胺的方法,该方法是通过在高温下在催化剂的存在下使脲或其热分解产物反应来进行的,而从该工艺中排出工艺过程冷凝物,其特征在于将部分来自吸收区域的浓的含水氨基甲酸盐溶液返回到冷却区域,或其特征在于将冷却区域的温度降低到100－150℃。
文档编号C07D251/60GK1388803SQ01802394
公开日2003年1月1日 申请日期2001年6月27日 优先权日2000年8月14日
发明者N·A·德维特, R·K·古尔佩斯 申请人:Dsm有限公司