在单相管式反应器中制备蜜胺的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通过脲的热反应制备蜜胺的方法和装置，其特征在于：ａ）由脲生成蜜胺的反应至少部分地在使至少一种起始反应物、中间产物和／或最终产物处于超临界状态的反应条件下进行，和ｂ）由至少一种起始反应物、中间产物和／或最终产物组成的混合物形成一个基本上均匀的相，特别是所有的起始反应物、中间产物和／或最终产物均被完全地溶解。通过单相反应可实现特别有效的反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在单相管式反应器中制备蜜胺的方法和装置。
技术介绍
每种纯物质都具有作为物质特征性能的临界温度、临界压力和临界体积。若一种物质处于超临界状态，则不存在液相和气相的分离。超临界液体处于完全特别的状态。例如一种超临界物质可在具有液体密度的情况下具有气体粘度。通过改变压力和温度条件，通常可在大范围内有目的地影响物质的流变特性。在超临界物质(如氨和二氧化碳)与亚临界物质(取决于温度，如蜜胺)混合时，在完全可混性的情况下会产生符合超临界物质的混合物特性。这意味着该混合物是单相的。通过根据下式的生成蜜胺的热反应制备蜜胺是已知的(例如参见乌尔曼化工大辞典(Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry)，第5版，第A16卷，第171页及以后)。脲 蜜胺这里使用熔融的脲(T熔融＝132℃)。生成蜜胺、氨和二氧化碳作为反应产物。氨和二氧化碳一起称作废气。基本上有二种制造蜜胺的方法，即非催化的高压法和催化的低压法。对于低压法，气相反应在压力通常为10bar且温度为390至410℃的情况下进行。对于高压法，液相反应在温度为370至425℃且压力为70至150bar的情况下进行。在此情况下，两种方法的缺点是产生大量的废气。因为这些物质在反应条件下存在于气相中，所以反应器必须相应地具有特别大的尺寸。因为该反应混合物具有强烈的腐蚀性，所以相对较大的反应容器必须由特殊材料制成，如钛。在这些条件下，不能采用紧密的管式反应器，这是因为废气使未转化的脲非常迅速地排出反应器。存在具有两相的反应混合物。此外，在这些条件下导热性差，因而需要非常大的导热面，以引入高的反应热，这使反应器更加复杂化。
技术实现思路
所以本专利技术的目的在于，提供可以更有效地反应生成蜜胺的方法和装置。该目的根据本专利技术通过以下方法加以实现。根据本专利技术，从脲生成蜜胺的反应至少部分地在使至少一种起始反应物、中间产物和/或最终产物处于超临界状态的反应条件下进行。由至少一种起始反应物、中间产物和/或最终产物组成的混合物形成一个基本上均匀的相，特别是所有的起始反应物、中间产物和/或最终产物均被完全地溶解。采用“超临界混合物”可制备单相，由该单相可以极大地减小反应器的体积。由此可以节省材料和反应器空间。这也使安全因素得到改善，这是因为高压下物质的量较小。通过高压通常也改善了蜜胺的质量，这是因为减少了副产物的比例。超临界的物质特性在相应的流速下产生非常高的导热系数，这允许通过相对较小的管壁面输入必需的反应能量，由于该物质特性所以该流速在中等压力损失的情况下是可达到的。若反应至少部分地在超过550bar，特别是在600至800bar的压力下进行，则是有利的。在有利的方式中该反应至少部分地在至少350℃，特别是400℃的温度下进行。在根据本专利技术的一个优选的具体实施方案中，该反应在一个连续的管式反应器中进行。在此情况下，若至少部分地加热该管式反应器以达到反应温度，则是特别有利的。此外，若使用液态的脲作为起始反应物，则是有利的。优选在反应器前通过输送液态脲的高压泵达到反应压力。在根据本专利技术的另一个优选的具体实施方案中，使该反应器的反应产物进入压力小于200bar，特别是在大气压力下的减压容器中减压而使蜜胺固化。从非常高的压力减压导致明显的冷却。优选为温度可调的减压容器。在此情况下，若减压容器中生成的废气至少具有合成脲的压力，从而可将废气输送至合成脲的装置中，则是有利的。若根据本专利技术的装置具有减压装置，特别是用于进入减压容器中进行控制性减压的阀门，则也是有利的。此外，若具有用于调节反应器中的压力的调节装置，特别是反应器压力的调节装置与减压装置相连，则是有利的。本专利技术的目的也通过实施所述方法的装置加以实现，其中反应器被设计为超临界反应条件的管式反应器。该反应器可具有非常紧密的结构。管式反应器优选具有钛合金，以防止腐蚀性的介质。若根据本专利技术的装置具有用于使反应产物进入减压容器进行减压的减压装置，则是有利的。附图说明由以下用于描述实施例的附图更详细地阐述本专利技术。图1超临界蜜胺过程的方法流程图；图2a至2d取决于压力的体积变化的测量结果。具体实施例方式图1所示为根据本专利技术的方法的一个具体实施方案。这里涉及由脲(尿素，CO(NH2)2)制备蜜胺(2，4，6-三氨基-1，3，5-三嗪，C3N6H6)。为此，将脲预先装入预存容器1中，并根据需要将其输送至反应器4中。预存容器1中的脲在高于约132℃的温度下预存。随后由高压泵3(如隔膜活塞式泵或齿轮泵)将脲熔液压至一定高度的压力水平，从而使随后的反应在反应器4中基本上可以单相进行。可以测定相的特性，其中在恒定压力下测量与温度相关的体积改变。在保持恒定的低压(如130bar)下，即在两相混合物存在的情况下，可测出在提高的温度下体积的跳跃式增长；生成气态相。若在更高的压力(如800bar)下进行同样的测量，则测出随着温度的提高体积的增长不是跳跃式的；不生成新的相。加热所需的热量还可额外地在量热计中加以测定。为实现单相，反应器4中的压力应超过550bar，优选在600至800bar的范围内。为达到可接受的转化率，将反应器4加热到至少350℃，优选加热到约400℃。为此，将反应器4在其长度方向上用加热器41加热至过程温度。在这些条件下，反应混合物以单相存在。在该情况下，物质流被设计为栓状流，从而可调节强烈的热传导。此外，作为第二相存在的废气是具有超临界物质特性的反应组合物的一部分。反应器4被设计为连续的管式反应器。将反应器4之后的反应产物(蜜胺、氨、二氧化碳、NH2COONH4、NH2CONH2、残留的脲(如15％))通过减压装置5导入减压容器6中。减压装置5被设计为阀门。通过反应产物的减压而在减压容器6中形成压力。可选择低压，以使装置的成本低，但也可选择约为200bar的压力，以将废气送回脲装置中。也可在例如氨或水中急冷。减压容器6中的温度可选择为室温和蜜胺的水解或分解温度之间的温度。在此情况下，蜜胺非常迅速地固化，或可在急冷介质中溶解。减压装置6设置有调节温度的装置，其允许选择性地加热或冷却。通过调节温度可在大范围内影响蜜胺的物理状态。阀门5也用作调节装置42的执行器，其在此被设计为PI-调节器。原则上自然也可选择其他调节装置，如多参数控制器。其他必需的安全阀或安全调节器在此也未图示出。在减压之后，气态的废气从减压容器6的上部导出。若相应地调节减压容器6的温度，则氨基甲酸酯(NH2COONH4)可在二氧化碳和氨(废气)中热分解。在减压容器6中的适合压力水平下，废气可被送回脲合成的高压部分中。将固态成分或溶解于急冷介质中的成分(蜜胺、NH2COONH4、NH2CONH2)从减压容器6中取出，然后送至进一步的加工步骤7中，如成型步骤中，或送至这里并未更详细地加以描述的重结晶步骤再至洗涤步骤中。图2a至2d所示为测量结果，其是在氨和二氧化碳存在的情况下制备蜜胺时测得的。所示均为取决于温度的体积变化。压力均保持恒定。在130bar的最低压力下(图2a)可以看出，在约265℃以上时体积大辐增大，即生成了第二相气态相。在随后的350bar的压力阶段(图2b)，在300℃以上的温度下压力的增大不再如此强烈；梯本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过脲的热转化反应制备蜜胺的方法，其特征在于，ａ）由脲生成蜜胺的反应至少部分地在使至少一种起始反应物、中间产物和／或最终产物处于超临界状态的反应条件下进行，和ｂ）由至少一种起始反应物、中间产物和／或最终产物组成的混合物形成一 个基本上均匀的相，特别是所有的起始反应物、中间产物和／或最终产物均被完全地溶解。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克施罗德，约翰内斯费尔纳，哈特穆特布卡，
申请(专利权)人：AMI阿格罗林茨三聚氰胺国际有限公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]