專利名稱：三聚氰胺的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從尿素通過(guò)高壓方法制備三聚氰胺的方法，其中固體三聚氰胺通過(guò)將反應(yīng)釜中的熔融三聚氰胺轉(zhuǎn)移到一容器中，在該容器中熔融的三聚氰胺被氨冷卻來(lái)得到。
這種方法特別在US-A-4565867中被描述，該專利描述了從尿素制備三聚氰胺的高壓方法，特別是US-A-4565867描述了在反應(yīng)釜中，于壓力10.3-17.8MPa和溫度354-427℃將尿素?zé)峤馍a(chǎn)反應(yīng)產(chǎn)品。這種反應(yīng)產(chǎn)品含有液體三聚氰胺，CO2和NH3，并且在壓力下以混合氣流轉(zhuǎn)移到分離器中。在實(shí)際上保持和上述反應(yīng)釜同樣壓力和溫度的分離器中，所述反應(yīng)產(chǎn)品被分離成氣體流和液體流。氣體流含有CO2和NH3尾氣及三聚氰胺蒸氣，液體流主要由液體三聚氰胺組成。氣體產(chǎn)品被轉(zhuǎn)移到滌氣器設(shè)備中，液體三聚氰胺被轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品冷卻器中。在滌氣器設(shè)備中，上述含有三聚氰胺蒸氣的CO2和NH3尾氣，在實(shí)際上和反應(yīng)釜壓力同樣的壓力下用熔融的尿素洗滌，以便預(yù)熱尿素，冷卻所述的尾氣，并且從尾氣中除去存在的三聚氰胺。然后將被預(yù)熱的含有所述三聚氰胺的熔融尿素加入到反應(yīng)釜中。在產(chǎn)品冷卻器中，液體三聚氰胺被降低壓力，并且用液體冷卻介質(zhì)冷卻，以便得到不需要洗滌和進(jìn)一步提純的固體三聚氰胺產(chǎn)品。US-A-4565867中優(yōu)選使用液氨作為液體冷卻介質(zhì)。
該方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，在商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)設(shè)備中，得到的三聚氰胺產(chǎn)品在顆粒大小和純度方面是不均勻的。重要的質(zhì)量參數(shù)包括顏色，反應(yīng)活性及雜質(zhì)的類型和濃度。在用于制備三聚氰胺樹脂的三聚氰胺的生產(chǎn)中，產(chǎn)品的純度和密度是十分重要的，維持雜質(zhì)如密勒胺和氰尿酰胺的低的和可重復(fù)的水平對(duì)于三聚氰胺樹脂的透明度是必須的。
本發(fā)明的目的是提供從尿素生產(chǎn)三聚氰胺的改進(jìn)的高壓方法，其中有恒定產(chǎn)品質(zhì)量的三聚氰胺以干燥的粉末直接從熔融的液體三聚氰胺得到。
本申請(qǐng)人業(yè)已發(fā)現(xiàn)，有所需產(chǎn)品質(zhì)量的三聚氰胺粉末可以通過(guò)使用下述方法得到，在該方法中，熔融的三聚氰胺被噴霧到一冷卻器中，在該容器中，它通過(guò)和氨的微滴接觸被十分迅速地冷卻，氨是同時(shí)被噴霧到同一個(gè)冷卻器中的。冷卻器的壓力在0.1MPa以上，溫度在50℃以上和三聚氰胺的熔點(diǎn)以下。按照本方法生產(chǎn)的干燥的三聚氰胺粉末，對(duì)于需要高純度三聚氰胺的應(yīng)用是合適的，不需要進(jìn)一步提純。冷卻器中的壓力優(yōu)選20MPa以下，更優(yōu)選15MPa以下，冷卻器中的溫度優(yōu)選270℃以下，更優(yōu)選200C以下。
為了提高得到的固體三聚氰胺的純度，優(yōu)選通過(guò)與冷卻的噴淋氨迅速和充分混合，盡可能快地冷卻熔融的三聚氰胺。這種方法十分迅速地固化熔融的三聚氰胺，因此防止熔融三聚氰胺和冷卻器的器壁接觸。熔融三聚氰胺和冷卻器器壁的接觸會(huì)形成大塊的三聚氰胺，大塊的三聚氰胺含有不同含量的雜質(zhì)，這將限制得到的三聚氰胺產(chǎn)品的純度和密度。
申請(qǐng)人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，必須減少液體氨和冷卻器器壁之間的任何接觸，當(dāng)達(dá)到冷卻器器壁之前，液體氨噴淋液沒有被完全蒸發(fā)時(shí)，液體氨本身可能引起形成三聚氰胺大塊，它含有不同含量的雜質(zhì)，這將限制得到的三聚氰胺產(chǎn)品的純度和密度。
為了減少液體氨到達(dá)冷卻器器壁的可能性，本方法以微滴將液體氨噴淋到熔融的三聚氰胺噴淋液中，其噴淋速度足以向冷卻器中心提供氨和三聚氰胺噴淋液的迅速和充分混合。由于氨的蒸發(fā)微小的氨液滴也增加三聚氰胺被冷卻的速度，為了獲得由本方法提供的迅速冷卻的好處，氨噴淋液應(yīng)該接近三聚氰胺進(jìn)入冷卻器入口，并且選擇噴淋方向，速度和數(shù)量，以便達(dá)到氨和三聚氰胺噴淋液的迅速和充分地混合，使三聚氰胺迅速固化和冷卻，而在冷卻器的器壁上不會(huì)沉積為大塊的三聚氰胺。為了達(dá)到本方法的三聚氰胺和氨噴淋液的混合，可以理解在冷卻器內(nèi)氨噴嘴和三聚氰胺入口一般應(yīng)該彼此互相靠近。
氨噴嘴和三聚氰胺入口位置靠近的這種要求，在三聚氰胺生產(chǎn)技術(shù)的目前狀況下通常使用的冷卻設(shè)備中是沒有懷疑的。在目前冷卻三聚氰胺淤漿或熔融物的方法中，加入到冷卻器中的冷卻或干燥介質(zhì)的種類、位置和速度不是重要的，允許在有很寬范圍的物理形狀的冷卻器中進(jìn)行上述方法的操作。但是在實(shí)施本方法中，冷卻器中的三聚氰胺入口和氨噴嘴之間的距離對(duì)于成功地操作變得十分重要。事實(shí)上優(yōu)選該距離小于2m，更優(yōu)選小于1.5m，在合理的加入氨的條件下，能夠獲得滿意的操作。三聚氰胺入口和氨噴嘴間更大的分離，將使三聚氰氨的冷卻造成不必要的推遲，或者造成需要加入更多的額外的氨的情況，或使所述兩種情況都發(fā)生。
在實(shí)施本方法中，液體氨噴淋液和熔融三聚氰胺噴淋液必須以一定的流速和方向相結(jié)合，以便足以產(chǎn)生氨和三聚氰氨液滴的迅速和充分的混合。為了獲得這樣的混合，優(yōu)選液體氨的流速至少為6m/s，該流速(m/s)用液體的體積流量(m3/s)除以噴嘴中流量的最小橫截面(m2)得到。同樣優(yōu)選熔融的三聚氰氨以高速噴霧。
雖然允許以各種方向噴霧液體氨來(lái)裝配氨噴嘴，但是優(yōu)選將噴嘴定向于使噴霧出的氨液滴直接指向三聚氰胺液滴的噴淋液，使氨噴嘴的中軸線和三聚氰胺噴嘴的中軸線相交。為了減少距離，氨噴淋液必須達(dá)到熔融三聚氰氨噴淋液，優(yōu)選氨噴嘴的這樣定位，使它們的中軸線幾乎垂直于熔融三聚氰胺噴嘴的中軸線。沿著氨噴嘴的中軸線測(cè)量到和熔融三聚氰胺噴嘴的中軸線的交點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)使氨噴淋液的距離等于噴嘴之間分開的距離，優(yōu)選小于2m。應(yīng)該理解，為了獲得更長(zhǎng)的氨噴淋液的距離，氨噴嘴的定位也可以是小于90度的交叉角，但是仍然優(yōu)選小于5m，只要選擇的其它條件保證氨和熔融三聚氰胺噴淋液的必要的迅速和充分混合。
優(yōu)選使用至少兩個(gè)氨噴嘴提供對(duì)于熔融三聚氰胺的滿意的冷卻，雖然不存在實(shí)施本方法使用的氨噴嘴的理論上的最大數(shù)量，但是可以預(yù)料，從實(shí)際上和經(jīng)濟(jì)上的考慮不會(huì)使用過(guò)多數(shù)量的氨噴嘴。上述兩種考慮是使放置在冷卻器中的噴嘴不以某種方式干擾鄰近的噴嘴，并且不潛在鄰近噴嘴中的液體氨噴淋液之間相互作用，形成更大的液滴的危險(xiǎn)。較大的液滴不易于完全蒸發(fā)，更易于達(dá)到冷卻器的器壁，產(chǎn)生上述的不利結(jié)果。由于這些考慮，申請(qǐng)人相信，實(shí)際上本方法正常操作是在少于25個(gè)氨噴嘴的情況下進(jìn)行的。
為了評(píng)價(jià)熔融三聚氰案噴淋液和氨噴淋液之間的混合性能，考慮氨和三聚氰胺的沖擊流量值是有益的。氨噴淋液的沖擊流量值由通過(guò)氨噴嘴的質(zhì)量流量(kg/s)乘通過(guò)氨噴嘴的液體氨的流速(m/s)(如上述計(jì)算的)來(lái)計(jì)算。在本發(fā)明中，氨噴淋液的沖擊流量值優(yōu)選至少為0.1kg.m/s2，最優(yōu)選至少為0.2kg.m/s2；同樣，熔融三聚氰胺噴淋液的沖擊流量值優(yōu)選至少為5kg.m/s2，最優(yōu)選至少為10kg.m/s2；。
評(píng)價(jià)了適合用于本方法的氨噴嘴(使用水評(píng)價(jià)，其質(zhì)量流量等于預(yù)料的液體氨質(zhì)量流量，為了方便在大氣壓下進(jìn)行)，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)提供的液滴大小分布是d50小于1.0mm，并且通過(guò)噴嘴的壓差是30KPa和60KPa之間，發(fā)現(xiàn)適合于本目的的一類滿意的噴嘴是SK SprayDry”噴嘴(SprayingSystems Company，Wheaton Illionis)。
在冷卻過(guò)程中，通過(guò)使熔融的三聚氰胺噴淋液和液體氨的微滴接觸，熔融三聚氰胺的液滴被冷卻并固化成三聚氰胺粉末。使用的液體氨的體積可以超過(guò)固化熔融的三聚氰胺所必須的體積，以便提供對(duì)于固體三聚氰胺的額外的冷卻。為了提高生產(chǎn)的三聚氰胺的純度和密度，優(yōu)選冷卻時(shí)間(氨噴淋液的長(zhǎng)度(如上述測(cè)定的)除以加入液體氨和熔融三聚氰胺速度的總合)少于0,04s，更優(yōu)選少于0,02s。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠以商業(yè)規(guī)模得到三聚氰胺粉末，純度高于97.5wt％，某些常規(guī)雜質(zhì)的含量水平恒定，即有恒定的產(chǎn)品質(zhì)量。純度水平和雜質(zhì)的穩(wěn)定性實(shí)際上使三聚氰胺能夠滿足它的所有應(yīng)用。
在制備三聚氰胺中，優(yōu)選使用熔融的尿素作為原料，CO2和NH3是制備三聚氰胺中的副產(chǎn)品，該方法按照以下反應(yīng)式進(jìn)行
該制備方法在高壓下進(jìn)行，優(yōu)選7-25PMa，不使用催化劑，反應(yīng)溫度在325-450℃之間，優(yōu)選370-440℃，副產(chǎn)品CO2和NH3通常被返回鄰近的尿素車間。
本發(fā)明的上述目的在適合于從尿素生產(chǎn)三聚氰胺的工廠中完成，適合于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的車間包括滌氣器設(shè)備，帶有氣/液分離器或帶有分開的氣/液分離器的反應(yīng)釜，任意的補(bǔ)充反應(yīng)釜及冷卻容器和/或擴(kuò)展容器。
在本方法的實(shí)施方案中，三聚氰胺在包括滌氣器設(shè)備，任意帶有氣/液分離器或帶有分開的氣/液分離器組合，任意的補(bǔ)充反應(yīng)釜及冷卻容器的車間中從尿素制備。將來(lái)自尿素車間的熔融的尿素加入到滌氣器中，壓力為7-25MPa，優(yōu)選8-20MPa，溫度為尿素的熔點(diǎn)以上，優(yōu)選170-270℃之間。滌氣器可采用夾套，以便給滌氣器設(shè)備提供額外的冷卻，滌氣器還可以有內(nèi)冷卻裝置。在滌氣器中，液體尿素和來(lái)自三聚氰胺反應(yīng)釜或來(lái)自分開的氣/液分離器(安裝在反應(yīng)釜下游)的反應(yīng)氣體接觸，或和來(lái)自補(bǔ)充反應(yīng)釜的反應(yīng)氣體接觸。在分開的氣/液分離器的情況中，壓力和溫度可以不同于三聚氰胺反應(yīng)釜的壓力和溫度。反應(yīng)氣體主要含有CO2和NH3，也含有一定數(shù)量的三聚氰胺蒸汽。熔融的尿素洗出來(lái)自尾氣中的三聚氰胺蒸汽，并且將其返回到反應(yīng)釜。在滌氣過(guò)程中，尾氣被來(lái)自反應(yīng)釜的溫度冷卻，即從370-440℃冷卻到170-270℃，同時(shí)尿素被加熱到170-270℃。尾氣從滌氣器的頂部排出，例如返回到尿素車間，作為生產(chǎn)尿素的原料。
預(yù)熱的尿素和洗滌過(guò)的三聚氰胺一起從滌氣器設(shè)備中取出并例如通過(guò)高壓泵加入到反應(yīng)釜中，其中的壓力為7-75MPa，優(yōu)選8-20MPa。也可以將滌氣器放在反應(yīng)釜的上方，利用重力將熔融的尿素轉(zhuǎn)移到三聚氰胺反應(yīng)釜中。
在反應(yīng)釜中，熔融的尿素在上述壓力下被加熱到溫度325-450℃，優(yōu)選370-440℃，在這種條件下，尿素被轉(zhuǎn)化為三聚氰胺，CO2和NH3.
例如可以通過(guò)液體或熱蒸汽的形式計(jì)量加入到反應(yīng)釜中的氨的數(shù)量。所提供的氨例如可以用來(lái)防止形成三聚氰胺的縮合產(chǎn)物，如蜜白胺，蜜勒胺和氰尿酰胺，或者用來(lái)促進(jìn)反應(yīng)釜中的混合。加入到反應(yīng)釜中的氨的數(shù)量為每摩爾尿素0-10摩爾，優(yōu)選加入0-5摩爾的氨，特別優(yōu)選每摩爾尿素加入0-2摩爾的氨。反應(yīng)中形成的CO2和NH3及提供的過(guò)量氨在分離部分收集，例如在反應(yīng)釜的頂部但是也可能在反應(yīng)釜的分開的氣/液分離器的下游收集，并且以氣體形式從液體三聚氰胺中被分離。得到的氣體混合物被送到滌氣器設(shè)備中，以便除去三聚氰胺蒸汽和為熔融尿素而預(yù)熱。
液體三聚氰胺從反應(yīng)釜中取出，并且轉(zhuǎn)移到補(bǔ)充反應(yīng)釜中，其中熔融的液體三聚氰胺于三聚氰胺的熔點(diǎn)和440℃之間的溫度與氨接觸。熔融的三聚氰胺在冷卻器中停留的時(shí)間在2分鐘到10小時(shí)之間，優(yōu)選10分鐘到5小時(shí)。冷卻器中的壓力優(yōu)選大于5MPa，特別是7-25MPa，該壓力優(yōu)選維持在加入氨的全部過(guò)程中。
本發(fā)明的液體三聚氰胺然后轉(zhuǎn)移到冷卻器中，在其中通過(guò)用氨冷卻得到固體三聚氰胺粉末。
參考以下實(shí)施例闡明本發(fā)明。實(shí)施例通過(guò)噴霧裝置將溫度395℃的熔融的三聚氰胺加入到高壓容器中，并以同樣噴霧到上述容器中的液體氨冷卻。使用的噴嘴的數(shù)量是4，氨噴嘴指向三聚氰胺液滴的噴液錐方向。液體氨進(jìn)入冷卻器的入口和三聚氰胺噴液錐中軸線與氨噴液錐中軸線的交叉點(diǎn)之間的距離是0.5m。容器中的溫度于176-182℃之間變化，容器中的壓力在6.8-9.2MPa之間變化。2分鐘以后產(chǎn)品進(jìn)一步冷卻到室溫。最終產(chǎn)品含有少于0.1wt％的密勒胺和少于0.05wt％的氰尿酰胺，產(chǎn)品有恒定的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.從熔融的三聚氰胺制備干燥的三聚氰胺粉末的方法，包括以下步驟使尿素和NH3在高壓過(guò)程中反應(yīng)制備熔融的三聚氰胺；將所述熔融的三聚氰胺噴霧到冷卻器中；所述冷卻器的溫度在50℃和三聚氰胺的熔點(diǎn)之間，壓力為0.1-20 MPa之間；將液體氨噴霧到所述的冷卻器中，所述的液體氨實(shí)質(zhì)上由液體氨的微滴組成；將所述的熔融三聚氰胺噴淋液和所述的液體氨噴淋液混合，因之冷卻并固化所述的熔融三聚氰胺。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述的氨微滴的d50小于1mm。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述的液體氨噴淋液的沖擊流量值至少是0.1kg-m/s2。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中所述熔融三聚氰胺噴淋液的沖擊流量值至少是5kg-m/s2。
5.從熔融的三聚氰胺制備干燥的三聚氰胺粉末的設(shè)備，包括使尿素和NH3反應(yīng)生產(chǎn)熔融三聚氰胺的裝置；冷卻器，所述冷卻器包括頂部，底部和連接頂部和底部的器壁，所述冷卻器的器壁實(shí)質(zhì)上是豎直放置的；熔融三聚氰胺的入口，所述三聚氰胺的入口位于所述冷卻器頂部中央附近，所述三聚氰胺的入口包括噴頭，其定位于熔融的三聚氰胺噴淋液指向冷卻器的底部；多個(gè)液體氨的入口，所述氨的入口包括多個(gè)噴頭，所述多個(gè)氨的入口位于所述三聚氰胺入口周圍，并定位于多個(gè)氨噴淋液進(jìn)入所述熔融三聚氰胺噴淋液的方向，以便得到固體三聚氰胺；從所述冷卻器中除去所述固體三聚氰胺的裝置，所述裝置位于所述冷卻器底部附近。
6.按照權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述多個(gè)氨入口中的每一個(gè)在所述三聚氰胺入口的2米之內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述多個(gè)噴頭中的每一個(gè)，當(dāng)用水進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，在大約大氣壓下和.質(zhì)量流量大約等于用于冷卻和固化所述熔融三聚氰胺的液體氨的質(zhì)量流量下，提供至少30 KPa壓力的液滴。
全文摘要
通過(guò)高壓法從尿素制備三聚氰胺的方法,其中通過(guò)將反應(yīng)釜中的熔融三聚氰胺轉(zhuǎn)移到冷卻器中得到干燥的三聚氰胺粉末,在冷卻器中熔融的三聚氰胺用氨冷卻,其特征在于將熔融的三聚氰胺噴霧到冷卻器中,使用蒸發(fā)的液體氨液滴冷卻,該液體氨噴霧到同一個(gè)冷卻器中,冷卻器中的壓力為0.1MPa以上,溫度為50℃到三聚氰胺的熔點(diǎn)之間。
文檔編號(hào)C07D251/60GK1275125SQ98810065
公開日2000年11月29日 申請(qǐng)日期1998年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月15日
發(fā)明者D·E·貝斯特, T·T·切伊 申請(qǐng)人:Dsm有限公司