从尿素中制备高品质三聚氰胺的方法技术

本发明专利技术公开了一种在高压液相将尿素转化为三聚氰胺的方法，其中将熔融尿素输送到第一反应区（Ｓ１），在该反应区内对三聚氰胺熔融物进行机械搅拌，并且向该反应区提供热量输入（Ｑ１）以维持吸热反应，然后将液体通过温度较低的第二反应区（Ｓ２）并进行进一步搅拌。本发明专利技术还公开了适于实施该方法的设备的实施方案，包括阶式多搅拌反应器和在所述第一和第二反应区具有多个内部间室的单一反应器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种采用高压液相将尿素转化为三聚氰胺的方法，还涉及一种用于 实施该专利技术方法的反应器或反应器系统。
技术介绍
三聚氰胺(C3H6N6)在工业上通过强烈的吸热化学反应，在400°C的温度下由尿 素生产制得，其反应可归纳如下6CO (NH2) 2 — C3N6H6+6NH3+3C02即6摩尔尿素转化成1摩尔三聚氰胺以及氨和二氧化碳。三聚氰胺的使用者要 求高纯度的商业产品，通常纯度不低于99.8%，因此需要改进制备方法以除去杂质并尽 可能避免副产物的形成。现有技术基本上提供了两种进行上述反应的方法，即低压法，压力通常低于 IObar且在催化剂存在下的方法(催化气相法)，以及高压液相法，这种方法的转化在液 相发生，且压力通常在70-200bar的范围内。低压和高压法都已经为公众所熟知，近几年 由于高压法较为简便且能量消耗较少，越来越引人关注。高压法在液相及合适的反应装置中发生。反应装置实质上是一种为承受高温和 高压以及强烈腐蚀而设计的压力容器；反应装置还具有合适的设备以提供反应所需的大 量热能，通常生产三聚氰胺大约是240kJ/kg。在稳态条件下，反应装置中液相基本上为均勻成分，通常为88-92wt%&三聚氰 胺，三聚氰胺前体(主要包括氰尿酸、氰尿酰胺和氰尿二酰胺)以及三聚氰胺 的聚-凝物(蜜勒胺、蜜白胺)；4-5% wt的未转化的尿素，其余为溶解的氨和二氧化 碳。该液相通常以“三聚氰胺熔融物”的形式回收。所述三聚氰胺熔融物取自反应装 置并转化为后续物以获得纯三聚氰胺(99.8%或以上)。液态的尿素流被连续不断地加入到反应装置内的所述三聚氰胺熔融物中(液 相)。部分气态氨在反应装置液体中形成气泡，其目的是减少三聚氰胺聚-凝物的形成并 且防止一些不熔的尿素化合物形成。多余的氨还能在三聚氰胺设备外进行再利用以生产 尿素。氨和二氧化碳会以气态流的形式挟带部分三聚氰胺和三聚氰胺的前体，这些通 常可以通过尿素反应器输送洗涤的方式来回收。所释放的气体被收集、纯化，并且通常 作为起始物被回收用于将来生产尿素。专利US 4,565,867公开了进行高压液相法的反应装置的一个实例。高压液相法存在的主要技术问题归纳如下首先，需要大的热交换表面来供给反应热，同时尽量达到单位反应物料的最高 热转移表面。现有技术中的常见情况是反应装置的总体积由热交换器的尺寸来决定，而 不是由进行尿素转化所需的停留时间来决定。另一个问题是，需要充分并快速地使尿素 分布于热的三聚氰胺熔融物中，以避免形成不熔的副产物；也必须保证尽可能多的转化尿素输送，以减少三聚氰胺中未转化的尿素含量。此外，还需要高效地利用加入的氨， 以降低三聚氰胺聚-凝物的形成，以及增加尾气的回收及其在尿素合成过程中的循环。上述问题在要求三聚氰胺终产物的纯度时需要着重考虑，尽管做了很多努力， 现有技术仍然没有提供一种令人满意的解决方案。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是改进已知的高压液相法将尿素转化为三聚氰胺。所述问题是通过在高压液相的条件下将尿素转化为三聚氰胺的方法解决的，该 方法为将包含熔融尿素的液流输送进入发生转化反应的液态三聚氰胺熔融物中，其中-将所述包含熔融尿素的液流输送到第一反应区，在该反应区中对三聚氰胺熔融 物进行持续的机械搅拌，并且向所述第一反应区提供热量输入；-将取自所述第一反应区的包含三聚氰胺的液相输送到随后的第二反应区，在该 反应区对液相进行持续的机械搅拌，所述第二反应区的液相温度低于所述第一反应区的 液相温度。值得注意的是，在本专利技术的实施方案中，“第一反应区”和“第二反应区”这 两种表达方式分别是指用于将尿素转化成三聚氰胺的不同的内部间室或者单一容器的内 部间室组，或指不同反应器，或形成第一段和第二段的反应器的组。以下将结合实施例 进行进一步阐述。在优选的实例中，第一反应区和低温的第二反应区的温度差在40-50°C 到60-120°C的范围内，优选约50-70°C。 优选地，第一反应区的液相温度范围 是360-440°C，更优选地温度范围是380-420°C，而第二反应区的液相温度范围是 320-3900C，更优选地温度范围是330-350°C。在本专利技术的一个实施方案中，提供从第二反应区排除热量的方法，以使所述反 应区能够得到低于第一反应区的液体物料的温度。例如，通过在浸入液相的螺旋管或其 它热交换器中流动的冷媒持续排除热量。在本专利技术的另一个实施方案中，液体物料经过 第一反应区到第二反应区的过程中被冷却，所述的第二反应区实际起到了绝热的作用。通过热交换器中输送合适的热媒，同样能够向第一反应区提供热量。电炉也能 够向第一反应区提供热量。另一方面，本专利技术中第二反应区的操作压力大于第一反应区的压力。在优选的 实施方案中，第一反应区的压力为50-250bar，更优选地，压力为70_170bar，而第二反 应区的压力优选为100-300bar，更优选为150_250bar。在另一个实施方案中，第一和第 二反应区实际上具有相同的压力。本专利技术还提供液相的所谓全挡板条件下的机械搅拌，该搅拌在第一和第二反应 区的至少一个区域中，优选在两个区域中。全挡板条件在相关文献中通常定义为阻碍 液体的切向挟带，例如，通过合适的挡板，柱状旋转漩涡消失了，使得大量能量在搅拌 下转移到液体中。本专利技术提供的机械搅拌例如具有一种或多种叶轮，从机械搅拌器向 液相输入的能量优选为0.1-10kw每立方米的未通气液体(un-gassed liquid)，更优选为 0.5-5kW。本专利技术进一步提供的方法为，将气态氨加入到所述第一反应区和所述第二反应区的至少一个液相中，加入到相同机械搅拌的区域的液相中的所述气态氨被转移到所述 液相，例如，即为此目的提供了搅拌器附近的旋转叶片。优选地，含有同样被加入到机 械搅拌区域的熔融尿素的液体流也转移到所述液相。在搅拌器叶片附近(或等同位置)，将气态氨优选加入到第一反应区和第二反应 区所含有的液相中；将氨加入到液相的这一区域中，能够更好地使气态氨在液体中得到混合。气流主要包括二氧化碳和氨，还有来自第一和第二反应区加入的多余的氨、部 分三聚氰胺和中间反应产物。优选地，来自第一反应区的气流和来自第二反应区的气流 是分开的，即它们不是混合的。本专利技术还涉及一种适于进行上述方法的反应装置或反应装置系统。具体地，本 专利技术的这一产品是用于实施上述方法的设备，至少包括一个高压容器，所述的设备具有 第一反应区和第二反应区，并且至少包括-适于向所述第一反应区输送含熔融尿素液流的流线；-至少一个在第一反应区进行操作的机械搅拌器和适于向所述第一反应区提供热 量的加热装置；_适于接收来自所述第一反应空间的液相并向第二反应空间输送液相的流路；-至少另一个位于第二反应区的机械搅拌器，以及能够使第二反应区的液相温度 低于第一反应区液相温度的降温设备。在一个实施方案中，第一和第二反应区至少分别从第一和第二容器得到。在另 一个实施方案中，第一和/或第二反应区定义为多个容器。多容器组合中的每个容器能 够被进一步多重分隔。在另一个实施方案中，具有至少一个内部间室的单一容器提供第 一反应区并至少另一个间室提供第二反应区。单一的容器在第一反应区和/或第二反应 区还包括多个间室，例如，阶式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用高压液相将尿素转化为三聚氰胺的方法，其中将含熔融尿素的液流（１００）输送到发生转化的液体三聚氰胺熔融物中，其特征在于：　　－将所述含熔融尿素的液流（１００）输送到第一反应区（Ｓ１），在该反应区对三聚氰胺熔融物进行持续的机械搅拌，并且向所述第一反应区（Ｓ１）提供热量输入（Ｑ１）；　　－将取自所述第一反应区（Ｓ１）的含三聚氰胺的液相（１０３）输送到随后的第二反应区（Ｓ２）中，在该反应区对液相进行持续的机械搅拌，所述第二反应区（Ｓ２）的液相温度低于所述第一反应区（Ｓ１）的液相温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2008-5-14 08008958.41.一种采用高压液相将尿素转化为三聚氰胺的方法，其中将含熔融尿素的液流(100) 输送到发生转化的液体三聚氰胺熔融物中，其特征在于-将所述含熔融尿素的液流(100)输送到第一反应区(Si)，在该反应区对三聚氰胺熔 融物进行持续的机械搅拌，并且向所述第一反应区(Si)提供热量输入(Ql)；-将取自所述第一反应区(Si)的含三聚氰胺的液相(103)输送到随后的第二反应区 (S2)中，在该反应区对液相进行持续的机械搅拌，所述第二反应区(S2)的液相温度低于 所述第一反应区(Si)的液相温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述第二反应区(S2)内的液相中连续排出热 量(Q2)。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述液相从所述第一反应区(Si)经过所述第二 反应区(S2)时被冷却，并且所述第二反应区(S2)在绝热方式下运行。4.根据权利要求1、2或3任意一项所述的方法，其中所述第一反应区(Si)的液相温 度在360-440°C的范围内，更优选地在380-420°C的范围内，而所述第二反应区(S2)的液 相温度在320-390°C的范围内，更优选地在330-350°C的范围内。5.根据任意一项前述权利要求所述的方法，其中所述第二反应区(S2)的操作压力高 于所述第一反应区(Si)的压力。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一反应区的液相压力为50-250bar，优选 为70-170bar，所述第二反应区的液相压力为100_300bar，优选为150_250bar。7.根据任意一项前述权利要求所述的方法，其中在所述第一反应区(Si)和第二反应 区(S2)的至少一个区域中的机械搅拌由液相的全挡板条件提供。8.根据任意一项前述权利要求所述的方法，其中气态氨(101、104)加入所述第一反 应区(Si)和第二反应区(S2)中的至少一个液相中，加入到机械搅拌的区域的液相中的所 述气态氨也转移到所述液相。9.根据任意一项前述权利要求所述的方法，其中将含有同样被加入到机械搅拌区域 的熔融尿素的所述液流(100)也转移到所述液相。10.一种实施权利要求1-9中任意一项所述方法的设备，所述设备包括至少一个高压 容器(21; 51)或多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉安卡洛赛欧里，
申请(专利权)人：卡萨尔尿素公司，
类型：发明
国别省市：CH