用於製備三聚氰胺的系統及方法

2023-05-08 02:33:16

專利名稱：用於製備三聚氰胺的系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於生產三聚氰胺的系統及方法。
背景技術：
三聚氰胺，也稱蜜胺，其結構式如下 三聚氰胺通常是以尿素為原料製備，現有的生產三聚氰胺的方法可分為低壓法和 高壓法兩類，高壓法與低壓法製備三聚氰胺的反應原理與具體步驟如下。高壓法生產三聚氰胺的反應屬於液相反應，無催化劑，反應壓力一般為7至 20MPa。反應溫度為360至420°C，一般認為反應包括四個步驟，即，尿素先分解為異氰酸和 氨，異氰酸聚合，生成三聚氰酸，三聚氰酸與氨反應生成三聚氰胺和水，水與尿素反應，生成
氨和二氧化碳，反應方程式如下第一步3(NH2)2C0— 3H0CN+3NHS(1)第二步3H0CN— C3N3(0H)3(2)第三步C3N3(OH) 3+NH3 — C3N3 (NH2) (OH) 2+H20(3)C3N3 (NH2) (OH) 2+NH3 — C3N3 (NH2) 2 (OH) +H20(4)C3N3 (NH2) 2 (OH) +NH3 — C3N3 (NH2) 3+H20(5)第四步3(NH2) 2C0+3H20 — 6NH3+3C02(6)總反應方程式6(NH2) 2C0 — C3N3 (NH2) 3+6NHs+3C02 (7)AH = 629kJ/mol其中反應方程式(4)、(5)中所生成的三聚氰酸一醯胺和三聚氰酸二醯胺是反應 的中間產物，統稱0AT(即0xy Amino Triazine，羥基氨基三嗪)。同時，在高壓條件下，所生成的三聚氰胺還會發生縮聚反應，生成蜜勒胺和蜜白胺 等縮聚物並放出氨。這些縮聚物的生成，不但降低三聚氰胺的純度，也降低了三聚氰胺的收 率。三聚氰胺生成縮聚物的反應方程式如下生成蜜白胺(Melam)的反應方程式為 生成蜜勒胺(Melerm)的反應方程式為 三聚氰胺生成縮聚物的簡化反應方程式如下2C3H6N6 — C6H9Nn+NH3(8)2C3H6N6 — C6H6N10+2NH3(9)反應(8)和(9)是可逆反應，提高氨分壓，可使反應向左移動，減少反應產物中縮 聚物的含量。U. S. Pat. No. 4，565，867 和 U. S. Pat. No. 5514796 公開了 SLP 高壓法製備三聚氰胺 的方法，工藝簡述如下將尿素加壓後輸送到尿素洗滌器，與含少量氣相三聚氰胺的反應所 生成的尾氣接觸後進入三聚氰胺高壓反應器並發生(1)_(8)的化學反應。含液相三聚氰 胺和氣相氨和二氧化碳的反應生成氣從反應器頂部出來至氣液分離器，液相三聚氰胺與尾 氣分離。尾氣經洗滌，除去其中混有的三聚氰胺後，直接送尿素裝置轉化成尿素。在氣液 分離器物流中的液相三聚氰胺在差壓和液面控制下送去淬冷器。液氨作為淬冷劑使其降 溫，三聚氰胺凝固成微粒並被冷卻，經收集到成品料鬥後作為產品送出。從淬冷器出來的 熱氨氣經過過濾、壓縮、冷凝後在裝置內循環。這種生產三聚氰胺的工藝是流程最短的工 藝高壓反應器的液體產物直接用液氨淬冷，得到粉狀三聚氰胺產品。但產品的純度較低 (^ 99% )，不能滿足一般用戶的要求。中國發明公開CN1538961A披露另一種使用高壓法製備三聚氰胺的方法，在該方 法中，在400°C和8MPa條件下在一個圓柱形反應器裡進行尿素轉化為三聚氰胺的反應，反 應的生成物從反應器頂部排出後進入淬冷塔。在淬冷塔，工藝水作為淬冷劑將反應產物中 三聚氰胺溶入水溶液，溶液還含有二氧化碳、氨和副產物等。含三聚氰胺的溶液從淬冷塔底 部排出後被送到二氧化碳氣提塔，再經過提純、結晶、離心分離、乾燥後作為產品輸出。從淬 冷塔頂部排出尾氣中含有氨、二氧化碳和水蒸汽，將尾氣降壓到2. 2MPa後以濃甲銨液形式 送往尿素裝置。文獻 Chemical Economy & Engineering Review, Vol. 8, (1976)，No. 1，2，p. 35 中 公開了另一種用高壓法生產三聚氰胺的方法，其工藝過程為，熔融尿素被加壓至lOMPa後 進入高壓洗滌塔，洗滌反應尾氣後進入壓力lOMPa、溫度400°C的三聚氰胺反應器。將從反 應器中流出的生成物分離為氣相和液相物料。氣相物料經過尿素洗滌塔洗滌和尾氣處理工 序後進入尿素裝置。將由熔融的三聚氰胺及其副產物組成的液相物料輸送至淬冷器，在高 壓下用氨水淬冷，將液相物料溶解形成含有20-30wt%三聚氰胺的溶液，在溫度為180°C的 條件下，將該溶液停留在激冷器裡，直到殘餘的雜質分解為止。從激冷器流出的溶液進入壓 力為1. 5Mpa的氨氣提塔，以脫除氨，再通入兩臺串聯的結晶器，三聚氰胺從結晶器中結晶 出來，再經過離心機分離出三聚氰胺結晶，經乾燥、粉碎後成為產品輸出。高壓法的優點是所產生的由氨和二氧化碳組成的尾氣處於高壓狀態，可直接返回 尿素裝置，這種處理方式能有效降低原料損耗；其缺點是反應生成的液相產物中含有的中 間產物(0AT)、副產物蜜勒胺等較多，由於引入液相淬冷劑(液氨、氨水或母液)進行淬冷後
5再精製，流程長且複雜；同時，反應過程中一部分三聚氰胺在精製分離過程中被水解，生成 0AT。這不僅增加了除雜過程的難度，也降低了三聚氰胺的收率，且生產過程中往往伴有汙 水的產生。低壓法生產三聚氰胺的反應屬於氣相反應，需要使用催化劑，反應壓力為0. 1至 1. OMPa，反應溫度為360至420°C。在低壓或常壓下由尿素合成三聚氰胺的反應分為兩步， 第一步為吸熱反應尿素分解，生成氨和異氰酸；第二步為放熱反應異氰酸聚合生成三聚 氰胺並放出氨和二氧化碳。反應方程式如下第一步6(NH2)2C0— 6HN = C = 0+6NH3 AH = 984kJ/mol (11)第二步6HN= C = 0 — C3N3(NH2)s+3C02 AH = _355kJ/mol (12)
總反應方程式6 (NH2) 2C0 — C3N3 (NH2) 3+6NHs+3C02 (13)AH = 629kJ/mol在低壓法的反應條件下，三聚氰胺也會發生縮聚反應，生成蜜勒胺和蜜白胺等縮 聚物。2C3H6N6 — C6H6N10+2NH3(14)低壓法生產三聚氰胺的工藝的最大區別在於反應產物的後處理方法。文 獻 Chem. Eng.，May 20，1968，p. 124 禾口 HydrocarbonProcessing，November 1966，p. 146公開了一種使用低壓法製備三聚氰胺的後處理方法，其工藝簡述如下採用水 和結晶母液作為淬冷劑來冷卻和溶解反應器出來的氣相產物，然後通過在液相中結晶最終 分離出純三聚氰胺產品。該工藝過程中雖然沒有生成0AT，然而在後處理過程中卻有一部分 三聚氰胺被水解，生成0AT。這不僅使後處理工藝變得複雜，也降低了三聚氰胺的收率，產生 的廢水也需進行處理。文獻Hydrocarbon Processing, September 1969，p. 184 中公開了另一種使用低壓 法生產三聚氰胺的後處理方法)其工藝簡述如下，將以氨和二氧化碳的混合氣(尾氣) 為淬冷劑的氣相淬冷法對反應產物進行後處理，利用副產物與產品氣相結晶溫度不同將副 產物先結晶，再通過過濾除去副產物，完成產品的提純。因為沒有水，所以不會生成0AT。此 法不僅工藝流程短，三聚氰胺的收率也比較高。低壓法的優點是工藝流程短，設備投資少，無汙水產生(氣相淬冷工藝)，產品純 度高；缺點則是尾氣壓力低，不能直接送往尿素裝置加以利用。

發明內容
本發明的目的在於提供一種用於生產三聚氰胺的系統，以同時避免現有高壓法雜 質含量高或者為高含量而導致的流程複雜，以及現有低壓法的尾氣不能直接回用的缺陷。本發明的目的是通過以下技術方案實現的用於生產三聚氰胺的系統，包括
反應器，包括設於反應器下部的第一進料口與第二進料口，第一進料口用於通入 熔融尿素，第二進料口用於通入第一載氣；還包括設於所述反應器上部的第一出料口與第 二出料口，第一出料口的位置高於第二出料口的位置，第一出料口用於輸出反應器中產生 的反應氣，第二出料口用於輸出反應器中產生的液相物質；尾氣洗滌器，與第一出料口相連，用於洗滌處理反應氣；汽化器，通過減壓閥與第二出料口相連，用於汽化三聚氰胺液流；
催化轉化器，與汽化器相連，用於將汽化後的三聚氰胺中混合的少量0AT和縮聚 物在催化劑作用下轉化為三聚氰胺；結晶器，位於轉化器下遊，對三聚氰胺進行結晶；捕集器，與結晶器相連，用於捕集結晶的三聚氰胺。本發明的進一步改進在於，催化轉化器之後設置一個冷卻器，用於對經轉化器催 化後的氣體進行降溫。本發明的進一步改進在於，上述系統還包括過濾器，連接在轉化器與結晶器之間， 通過控制溫度結晶並濾出氣流中的固體雜質。進一步地，過濾器採用袋式除塵器結構。更 進一步地，過濾器中濾袋的材料為玻璃纖維或金屬纖維。本發明的進一步改進在於，上述系統進一步包括第一熔鹽循環系統，用於加熱反應器，按流路順序依次包括第一熔鹽儲罐、第一熔 鹽泵、熔鹽爐、和設置在反應段中的第一換熱盤管；第二熔鹽循環系統，依序包括第一熔鹽儲罐、第二熔鹽泵、熔鹽爐、和設置在汽化 器中的第二換熱盤管；以及第三熔鹽循環系統，用於降溫流經冷卻器的氣流，按流路順序依次包括第二熔鹽 儲罐、第三熔鹽泵、和設置在冷卻器中的第三換熱管。本發明的進一步改進在於，第一熔鹽儲罐與第二熔鹽儲罐是由隔板隔開的同一熔 鹽儲罐，用於隔開第一熔鹽儲罐中的熔鹽與第二熔鹽儲罐中的熔鹽，隔板上部設有溢流口， 下部設有連同管或連同口，使得隔板兩邊液面一致。本發明的進一步改進在於，第一熔鹽循環系統還包括第四換熱盤管，設於反應器 之外，用於預熱進入反應器的第一載氣。本發明的進一步改進在於，第三熔鹽循環系統還包括第五換熱盤管，設於汽化器 之外，用於預熱在進入汽化器之前的第二載氣。本發明的進一步改進在於，上述汽化器、轉化器和冷卻器的設置為下述之一a.所述汽化器、轉化器和冷卻器在一種雙層或多層流化床，或循環流化床中耦合 為一體；b.所述汽化器、轉化器可以在一種單層、雙層或多層流化床，或循環流化床中耦合 為一體，而熱氣冷卻器採用管式換熱器；c.所述汽化器採用管式換熱器，所述轉化器和冷卻器在一種雙層或多層流化床， 或循環流化床中耦合為一體；d.所述汽化器和熱氣冷卻器採用管式換熱器，催化轉化器為一種固定床催化反應
o本發明的進一步改進在於，出自所述捕集器的載氣被分為兩個循環迴路，第一回 路作為第二載氣經歷載氣壓縮機、所述汽化器、所述催化轉化器、可選的冷卻器、可選的過 濾器、所述結晶器，回到所述捕集器，第二迴路經過一換熱裝置降溫後，作為激冷氣流入所 述結晶器，與所述第一迴路中的氣體匯合後回到所述捕集器。本發明的更進一步改進在於，第一載氣為氨氣，第二載氣為氨氣或氨氣與二氧化 碳混合氣。同時，本發明還提供了一種用於生產三聚氰胺的方法，包括如下步驟
一在一反應器中進行尿素轉化成三聚氰胺的反應，維持所述反應器的溫度在 360-420°C、壓力在 7_20Mpa 之間；一將反應生成氣導入尾氣洗滌器，以熔融尿素洗去反應氣中的尿素、三聚氰胺和 副產物；一將液態三聚氰胺導入低壓系統，並利用轉化器將其中的0AT轉化成三聚氰胺， 所述低壓系統的壓力為0. 1-1. 5Mpa，溫度為360-420°C，一將來自轉化器的氣流導入結晶器，在結晶器中利用反向的淬冷氣體進行降溫，
結晶出三聚氰胺；一利用捕集器捕獲結晶出的三聚氰胺。本發明的進一步改進在於，出自轉化器的氣流在進入所述結晶器之前經過一個過 濾過程，過濾器的溫度和壓力使得氣流中所含的聚合物雜質從氣流中結晶出來，並被過濾。本發明的進一步改進在於，低壓系統的壓力為0. 2-0. 7MPa。本發明的進一步改進在於，轉化器的溫度為355_455°C，進入所述過濾器的氣流的 溫度為 315-350°C。本發明的更進一步改進在於，通入所述反應器中的第一載氣與通入所汽化器的第 二載氣為氨氣或氨氣與二氧化碳的混合物。採用本發明的系統及方法的優勢在於，通過將高壓法與低壓法合理的融合，同時 具有了高壓法尾氣處理簡單合理以及低壓法流程短、三聚氰胺產品純度高(> 99. 8% )、尿 素單耗低(< 3. Ot/t)、設備投資少的優點。


圖1.示出了本發明一個具體實施例的用於生產三聚氰胺的系統的流程示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，用於生產三聚氰胺的系統包括反應器4，反應器4包括設於反應器下 部的第一進料口 41與第二進料口 42，第一進料口 41用於通入熔融尿素，第二進料口 42用 於通入第一載氣液氨；反應器4還包括設於上部的第一出料口 43與第二出料口 44，第一出 料口 43的位置高於第二出料口 44的位置，第一出料口 43用於輸出反應生成氣(尾氣)，該 生成氣主要為二氧化碳和氨氣，其中夾雜著少量三聚氰胺及反應副產物。第二出料口 44用 於輸出反應器中產生的液相物質，主要為三聚氰胺，其中夾雜著少量0AT及三聚氰胺副產 物。本發明使用的反應器可以是現有技術中已知的。尾氣洗滌器3與第一出料口 43相連。在尾氣洗滌器3中，來自尿素儲罐1的熔融 尿素洗滌掉尾氣中的三聚氰胺、未反應的尿素。該尿素洗滌器3內設有換熱管束，該換熱管 束將尾氣洗滌器3內溫度控制在140-220°C範圍內，在該溫度下，尿素呈熔融狀態而且不會 大量分解。在生產過程中，控制反應器的溫度和壓力，使得反應產物、副產物以及0AT等以液 態從第二出料口 44流出反應器，經過減壓閥減壓後進入催化轉化器15。在三聚氰胺進入 轉化器15之前需要升溫至適於進行催化轉化的溫度，為此設置一個汽化器14，以汽化三聚 氰胺、副產物以及0AT。在圖1示出的實例中，汽化器14與轉化器15被集成在一起。汽化器14位於轉化器15的下部(這種情況下，汽化器14和轉化器15實際上是整個催化轉化 裝置的汽化段14和催化段15)。這種設置不是必須的，汽化器14也可以與轉化器15分開， 成為一個單獨的裝置。催化轉化器15用於將汽化後的三聚氰胺中混合的少量0AT、縮聚物 等在催化劑與載氣作用下轉化為三聚氰胺；優選地，在該催化轉化器15之後還可以設有一 個冷卻器，用於對經催化段催化後的氣體進行降溫。如圖1所示，在催化轉化器之後設有過濾器17，其與冷卻器16 (也可以看作催化轉 化裝置的冷卻段17)相連，將經冷卻器16冷卻後的氣相物質中的顆粒物質過濾脫除。這種 過濾器17可以採用袋式除塵器結構，可以用於製作該過濾器17中濾袋的濾料包括但不限 於玻璃纖維或金屬纖維。在本發明用於生產三聚氰胺的系統中可以設置兩個過濾器17，一 用一備。經過冷卻器16冷卻和過濾器17過濾，三聚氰胺氣流中的少量固體聚合物雜質被 全部除去。在本發明中，過濾器17的設置僅是優選方案，在對三聚氰胺的純度要求不太嚴 格的情況下，該過濾器17和冷卻器16可以省略。結晶器20，與催化轉化器15相連，對三聚氰胺進行結晶。捕集器21與結晶器20相連，用於將結晶器20中產生的混合物中的固相物質與氣 相物質分離，捕集器下部設有第三出料口 211以輸出三聚氰胺，捕集器21的上部設有第四 出料口 213，分別與結晶器20和催化轉化裝置的汽化段(或單獨的汽化器)14相連，氣體從 捕集器21的上部輸出，濾除三聚氰胺粉塵後，一部分經冷卻升壓後作為激冷氣體輸送到結 晶器20，以結晶出三聚氰胺；另一部分經升壓、預熱後作為載氣輸送到催化轉化裝置的汽 化段(或單獨的汽化器)14。捕集器21可以採用袋式除塵器，也可以採用旋風分離器或其 它氣固分離器。在上述低壓部分循環的氣體可以是氨氣或氨氣與二氧化碳的混合氣體。本實施例 中使用的是純氨氣。採用純氨氣作為激冷氣體，是為了有利於0AT在轉化器15中的轉化。如圖1所示，在本發明的一種具體的實施例中，進一步還包括第一熔鹽循環系統，用於加熱反應器4，按流路順序依次包括第一熔鹽儲罐、第一 熔鹽泵9、熔鹽爐8、和設置在反應段中的第一換熱盤管；優選地，在第一熔鹽循環系統中還 可以包括一個第四換熱盤管7，設於反應器4之外，用於氣化和加熱進入反應器4的第一載 氣液氨。第二熔鹽循環系統，用於加熱催化轉化裝置中的汽化段(或單獨的汽化器)14，按 流路順序依次包括第一熔鹽儲罐、第二熔鹽泵10、熔鹽爐8、和設置在催化轉化裝置中的汽 化段(或單獨的汽化器)14中的第二換熱盤管；以及第三熔鹽循環系統，用於降溫流經冷卻器16的氣體，按流路順序依次包括第二熔 鹽儲罐、第三熔鹽泵11、和設置在催化轉化裝置中的冷卻段(或單獨的冷卻器)16中的第三 換熱管。優選地，在第三熔鹽循環系統中還可以包括一個第五換熱盤管13，設於催化轉化裝 置汽化段(或單獨的汽化器)14之外，用於在載氣進入催化轉化裝置汽化段(或單獨的汽 化器)14之前預熱該載氣。當催化轉化裝置中未設有冷卻段(或單獨的冷卻器)16時，第 三換熱管可設置在過濾器17內用於對氣相物質降溫。當然，當體系中即不設有催化轉化裝 置中的冷卻段(或單獨的冷卻器)16，又不設有過濾器17時，可以不設有該第三熔鹽循環系 統，而第五換熱盤管可以設置在第二熔鹽循環系統流路中。其中，第一熔鹽儲罐與第二熔鹽儲罐是由隔板121所隔開的同一熔鹽儲罐12，用
9於隔開第一熔鹽儲罐中的熔鹽與第二熔鹽儲罐中的熔鹽，隔板上部設有溢流口 122，下部設 有連通管或連通口 123，使得隔板兩邊液面一致。將上述各裝置依次按順序連接便構成用於生產三聚氰胺的系統。利用上述反應系統的反應流程為，熔融尿素從尿素貯罐1經尿素泵2升壓到 7-20MPa後輸送至尿素洗滌器3中，與由反應器4所生成的含有少量氣相三聚氰胺的尾氣接 觸換熱，隨後將含有三聚氰胺的尿素通過反應器3下部的第一進料口 41輸送到反應器4。 尾氣洗滌塔3的操作壓力略低於反應器4的壓力，可以通過位差或用泵將尿素送入到反應 器4。同時，由液氨貯罐5出來的第一載氣液氨經液氨泵6升壓到7-20MPa後，經第一熔鹽 循環系統中第四換熱盤管7將液氨汽化加熱到250-450°C後，從反應器下部的第二進料管 42進入反應器4，用於抑制副反應的發生和驅除液相三聚氰胺中的二氧化碳氣體。壓力為7_20MPa熔融尿素和氨氣進入反應器4後，由第一熔鹽循環系統中的溫度 為400-450°C的第一換熱盤管將反應器4內部溫度升至360-420°C，開始發生化學反應式 (1)-(6)的化學反應，同時產生大量氣泡，推動流體向上流動到反應器頂部；到達氣液界面 分離後，液相三聚氰胺從第二出料口 44輸出，而尾氣從位置高於第二物料口 44的第一出料 口 43輸出，進入尾氣處理器3後與熔融尿素進行換熱反應，其中尾氣洗滌器3內設有換熱 管束，可將洗滌器3內的溫度控制在140-220°C範圍內，並能利用尾氣降溫產生的熱量生產 蒸汽；尾氣溫度降為140-220°C後被輸入到尿素裝置，重新生成尿素。從反應器4第二出料口 44流出的液態三聚氰胺經減壓進入低壓段，低壓段的壓力 為0. 1-1. 5MPa，優選為0. 2-0. 7MPa，三聚氰胺被輸送到催化轉化器15。其中，載氣從捕集器 21上部的第四出料口 213流出，經壓縮機18加壓，再經第三熔鹽循環系統中的第五換熱盤 管升溫至200-450°C後從汽化段14的下部輸入。其中，載氣為氨氣或氨氣與二氧化碳按任 意比混合的混合氣體。在催化轉化器的汽化段14，液相物質與載氣被同時汽化，由於液相物質汽化是吸 熱過程，其所需熱量由來第二熔鹽循環系統中的溫度為400-450°C的第二換熱盤管所提供， 將汽化器14內溫度維持在355-455°C，壓力為0. 1-1. 5MPa ；優選為溫度360_380°C，壓力為 0. 2-0. 7MPa。催化轉化器15內的溫度為355_455°C ；其中，可以使用的催化劑包括但不限 於氧化鋁、矽鋁膠、矽膠或其混合物；催化段15中發生以下反應方程式的化學反應0AT+NH3 — C3H6N6(15)C6H6N10+2NH3 — 2C3H6N6(16)當催化轉化器中的催化段15採用固定床結構時，催化劑可以使用的形狀包括但 不限於球形、條形、環形、星形、板波紋等。催化段內的催化劑可以是一層，也可以是多層；各 層可以用同一種催化劑，也可用不同的催化劑。採用固定床結構的優點是反應物的流動狀 態接近活塞流，返混少，有利於提高轉化率，使縮聚物的含量降至50ppm以下，而且流出催 化轉化器的反應物中沒有催化劑粉塵。因而可省去濾除縮聚物和催化劑粉塵等操作。催化轉化後的氣態物流幾乎不含0AT，經過冷卻段(或單獨的冷卻器)16冷 卻，冷卻段16在第三換熱盤管的作用下溫度為310-350°C，壓力在0. l-1.5Mpa，優選為 325-340°C，壓力在 0. 2-0. 7Mpa。經催化反應除去OAT後的氣載三聚氰胺通過冷卻段16冷卻，然後輸送到過濾器 17，熔點較高的聚合物雜質變為顆粒物分離出來。過濾器17的溫度應使得聚合物雜質密白胺和密勒胺可以結晶而三聚氰胺處於氣態狀態，以實現聚合物與三聚氰胺的分離。在本 發明中，低壓段的壓力通常為0. 1-1. 5Mpa，優選為0. 2-0. 7Mpa。這樣，相應地可以使聚合 物雜質密白胺和密勒胺結晶的溫度保持在310-350°C，優選為325-340°C。在過濾器17中 可以採用0.3-1.5MPa，300-45(TC的氨氣進行周期性反吹，以維持其過濾阻力(壓降)為 0.001-0. 07MPa。經過濾器17過濾後的氣相物質從三聚氰胺結晶器20的頂部進入，在結晶器20裡 與75-175°C的逆流而上冷載氣(冷氣)接觸混合。在壓力為0. 2-0. 7Mpa的情況下，維持溫 度為100-225°C，優選180-210°C。這樣，超過99. 9%的三聚氰胺會從氣相中結晶析出。其 中冷載氣是從捕集器21上部的第四出料口 213流出的第三氣相物質經降溫，再經冷氣風機 19吹送到結晶器20內。將從結晶器20中導出的含三聚氰胺結晶的氣固混合物進入捕集器21進行氣固分 離，粉狀三聚氰胺從捕集器21底部排出，作為產品直接送去存儲，不需進行處理，產品的最 低純度99. 9%，粒徑5至50微米。而幾乎不含三聚氰胺，溫度為180-230°C的載氣從捕集 器21的頂部流出，一部分經載氣壓縮機18增壓到0. 3-1. 5MPa和第三熔鹽循環系統中的第 五換熱盤管加熱到200-350°C後被作為載氣被輸送到催化轉化裝置的汽化段(或單獨的汽 化器)14，另一部分氣體，經過載氣冷卻器22降溫到75-175°C，經冷氣風機19吹送返回到 三聚氰胺結晶器20作為冷載氣使用。其中，載氣冷卻器22可以是一臺換熱器，也可以是多 臺換熱器的串聯，前面的換熱器產生蒸汽，後面的換熱器採用空冷或水冷來使得載氣降溫， 或具有換熱功能的氣液洗滌設備。生產實例1參見附圖1，2867. 85kg/h、135°C的熔融尿素用高壓泵2送入尾氣洗滌塔3頂部的 噴嘴，以細小液滴的形式由洗滌塔上部噴入，將來自三聚氰胺反應器4的溫度為380°C的第 一氣相物質進行洗滌。洗滌塔3的操作壓力為8. 5MPa。1984kg/h淨化並冷卻至170°C的尾 氣由洗滌塔3的下部被輸送到尿素裝置。含三聚氰胺的尿素從洗滌塔3底部的第一進料口 41靠位差流入三聚氰胺高壓反 應器4的底部，在380°C、9MPa條件下進行反應。反應液在反應器4內停留的時間約60分 鍾。從反應器4底部第二進料口 42送入的過熱氨氣的溫度為400°C。由反應器4上部的 第二出料口 44流出的液相物質的按重量計包括三聚氰胺94. 85%、縮聚物1.50%、溶解的 NH31. 93%, OAT 1.72%0催化轉化裝置中汽化段14、轉化段15與冷卻段16構成一個雙層流 化床。由反應器4產出的液相物質通過氨氣霧化噴嘴以霧狀進入催化轉化器下部的汽化段 14，該處溫度為380°C，壓力為0. 3MPa，三聚氰胺瞬間汽化，被導入到催化轉化段15，在載氣 停留時間為10秒的條件下，在催化劑作用下，0AT全部被轉化為三聚氰胺，大部分縮聚物也 被轉化為三聚氰胺。隨後氣流在冷卻段16處降溫到330°C，氣流中縮聚物的含量 99. 95%的三聚氰胺產品。按投入的尿素計算，三聚氰胺的收率為 98. 5%，尿素的單耗為2. 90tU/tM。生產實例2:
11
本實例與生產實例1的區別在於催化轉化裝置中汽化段14為管式換熱器，霧化 後的三聚氰胺與載氣一同走管程經過汽化段14並完全汽化。轉化段15為固定床反應器， 反應物在轉化段15中的停留時間為10秒鐘。由於從轉化段15出來的氣流中沒有催化劑 粉塵，縮聚物的含量極低(< 50ppm)，氣流經管式換熱器的冷卻段16管程冷卻、回收熱量。 流程不設置熱氣過濾器17，冷卻到330°C載氣和反應產物直接去三聚氰胺結晶器20。最終 得到的三聚氰胺的純度為99. 92%，三聚氰胺的收率為99. 2%，尿素的單耗為2. 88tU/tM。本發明的生產系統由高壓部分與低壓部分構成，通過高壓部分完成主要的合成反 應，並快速回收反應生成氣。利用低壓部分完成0AT向三聚氰胺的充分轉化，並且通過控制 低壓部分可控的溫度梯度來分離出產品物流中的少量雜質(三聚氰胺聚合物)，使產品純 度提高變得容易，同時克服了現有的高壓法和低壓法的不足。從上述發明思想出發，可以對圖1示出的最佳實施例做出多種變化。這些變化也 許會取得差於圖1實施例和上述生產實施例的效果，但是可以實現本發明的基本目的。例 如，輸入反應器4的第一載氣可以是氨氣與二氧化碳的混合物，而不必是純氨氣，儘管後者 是優選的，因為輸入純氨氣可以抑制副反應的發生和驅除液相三聚氰胺中的二氧化碳氣 體。同樣，在低壓部分作為激冷氣(第二載氣)的也不必是純氨氣，這在前文已經提到。也 可以對系統中的熱交換系統(如熔鹽流路)以及低壓部分的載氣(激冷氣)循環系統做出 變化。另外，上文對低壓部分各裝置中的溫度說明並不是限制性的，對溫度的限定只有在確 定的壓力下才有意義。因為，本發明中涉及的產物與副產物的結晶條件是同時受溫度和壓 力影響的。這些變化皆涵蓋在本發明權利要求書限定的範圍之內。
權利要求
用於生產三聚氰胺的系統，包括反應器，包括設於所述反應器下部的第一進料口與第二進料口，所述第一進料口用於通入熔融尿素，所述第二進料口用於通入第一載氣；還包括設於所述反應器上部的第一出料口與第二出料口，所述第一出料口的位置高於所述第二出料口的位置，所述第一出料口用於輸出所述反應器中產生的反應氣，所述第二出料口用於輸出所述反應器中產生的液相物質；尾氣洗滌器，與所述第一出料口相連，用於洗滌處理所述反應氣；汽化器，通過減壓閥與所述第二出料口相連，用於汽化三聚氰胺液流；催化轉化器，與所述汽化器相連，用於將汽化後的三聚氰胺中混合的少量OAT和縮聚物在催化劑作用下轉化為三聚氰胺；結晶器，位於所述催化轉化器下遊，對三聚氰胺進行結晶；捕集器，與所述結晶器相連，用於捕集結晶的三聚氰胺。
2.根據權利要求1所述的用於生產三聚氰胺的系統，其特徵在於，所述催化轉化器之 後設置一個冷卻器，用於對經所述催化轉化器催化後的氣體進行降溫。
3.根據權利要求2所述的用於生產三聚氰胺的系統，其特徵在於，還包括過濾器，連接 在所述催化轉化器與所述結晶器之間，通過控制溫度結晶並濾出氣流中的固體雜質。
4.根據權利要求3所述的用於生產三聚氰胺的系統，其特徵在於，所述過濾器採用袋 式除塵器結構。
5.根據權利要求3所述的用於生產三聚氰胺的系統，其特徵在於，所述過濾器中濾袋 的材料為玻璃纖維或金屬纖維。
6.根據權利要求3所述的系統，進一步包括第一熔鹽循環系統，用於加熱所述反應器，按流路順序依次包括第一熔鹽儲罐、第一熔 鹽泵、熔鹽爐、和設置在所述反應段中的第一換熱盤管；第二熔鹽循環系統，依序包括第一熔鹽儲罐、第二熔鹽泵、熔鹽爐、和設置在所述汽化 器中的第二換熱盤管；以及第三熔鹽循環系統，用於對流經所述冷卻器的氣流進行降溫，按流路順序依次包括第 二熔鹽儲罐、第三熔鹽泵、和設置在所述冷卻器中的第三換熱盤管。
7.根據權利要求6所述的系統，其中，所述第一熔鹽儲罐與所述第二熔鹽儲罐是由隔 板隔開的同一熔鹽儲罐，用於隔開所述第一熔鹽儲罐中的熔鹽與所述第二熔鹽儲罐中的熔 鹽，所述隔板上部設有溢流口，下部設有連通管或連通口，使得隔板兩邊液面一致。
8.根據權利要求6所述的系統，其中，所述第一熔鹽循環系統還包括第四換熱盤管，設 於所述反應器之外，用於預熱進入所述反應器的第一載氣。
9.根據權利要求6所述的系統，其中，所述第三熔鹽循環系統還包括第五換熱盤管，設 於所述催化轉化器之外，用於預熱在進入所述汽化器之前的第二載氣。
10.根據權利要求2所述的用於生產三聚氰胺的系統，其特徵在於，所述汽化器、催化 轉化器和冷卻器的設置為下述之一a.所述汽化器、催化轉化器和冷卻器在一種雙層或多層流化床，或循環流化床中耦合 為一體；b.所述汽化器、催化轉化器在一種單層、雙層或多層流化床，或循環流化床中耦合為一 體，而熱氣冷卻器採用管式換熱器；c.所述汽化器採用管式換熱器，所述催化轉化器和冷卻器在一種雙層或多層流化床， 或循環流化床中耦合為一體；d.所述汽化器和熱氣冷卻器採用管式換熱器，催化轉化器為一種固定床催化反應器。
11.根據權利要求1至10任一項所述的用於生產三聚氰胺的系統，其特徵在於，出自所 述捕集器的載氣被分為兩個循環迴路，第一迴路經過載氣壓縮機、所述汽化器、所述催化轉 化器、可選的過濾器、所述結晶器，回到所述捕集器，第二迴路中的氣體經過一換熱裝置降 溫後，流入所述結晶器，與所述第一迴路中的氣體匯合後回到所述捕集器。
12.根據權利要求1至11任一項所述的用於生產三聚氰胺的系統，其特徵在於，所述第 一載氣為氨氣，第二載氣為氨氣或氨氣與二氧化碳混合氣。
13.一種用於生產三聚氰胺的方法，包括如下步驟一在一反應器中進行尿素轉化成三聚氰胺的反應，維持所述反應器的溫度在 360-420°C、壓力在 7_20Mpa 之間；一將反應生成氣導入尾氣洗滌器，以熔融尿素洗去反應氣中的尿素、三聚氰胺和副產物；一將液態三聚氰胺導入低壓系統，並利用催化轉化器將其中的0AT轉化成三聚氰胺， 所述低壓系統的壓力為0. 1-1. 5Mpa，溫度為360-420°C，一將來自所述催化轉化器的氣流導入結晶器，在所述結晶器中利用反向的淬冷氣體進 行降溫，結晶出三聚氰胺；一利用捕集器捕獲結晶出的三聚氰胺。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，出自所述催化轉化器的氣流在進入所 述結晶器之前經過一個過濾過程，過濾器的溫度和壓力使得氣流中所含的聚合物雜質從氣 流中結晶出來，並被過濾。
15.根據權利要求13或14所述的方法，其特徵在於，所述低壓系統的壓力為 0. 2-0. 7MPa。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述催化轉化器的溫度為355-455°C， 進入所述過濾器的氣流的溫度為315-350°C。
17.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，在所述催化轉化器中所使用的催化劑 為矽膠、鋁膠、和矽鋁膠中的一種或其組合，所述催化劑的形狀為球形、條形、環形、星形、和 波浪紋中的一種或其組合。
18.根據權利要求13至17任一項所述的方法，其特徵在於，通入所述反應器中的第一 載氣為氨氣，通入所汽化器的第二載氣為氨氣或氨氣與二氧化碳的混合物。
全文摘要
本發明提供了一種用於生產三聚氰胺的系統，包括反應器—尾氣洗滌器—汽化器—轉化器—可選的冷卻器—可選的過濾器—結晶器—捕集器。該系統通過將高壓法與低壓法合理的融合，既能回收高壓反應生成氣，又能降低尿素單耗並提高產品純度。同時，本發明還涉及一種用於生產三聚氰胺的方法。
文檔編號C07D251/60GK101863848SQ20101019386
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月28日 優先權日2010年5月28日
發明者匡向東, 唐印, 孔德利, 易江林, 熊錫焜, 龔元德 申請人:北京燁晶科技有限公司