專利名稱：從尿素中生產高純度三聚氰胺的方法
技術領域：
一般而言，本發明涉及一種從尿素中生產高純度三聚氰胺(melamine)的高壓非催化方法。特別是，本發明涉及一種通過適當的物理化學處理從如脲基-三聚氰胺 (ureido-melamine)、氧代三嗪(oxotriazines)、蜜白胺(melam)、蜜勒胺(melem)等不純物中純化三聚氰胺的方法。本發明還涉及生產高純度三聚氰胺的高壓非催化設備。
背景技術：
三聚氰胺合成的現代方法可分為兩類低壓催化法和高壓非催化法。所有方法都具有三個階段的特征a)通過尿素裂解合成三聚氰胺；b)三聚氰胺純化和回收；c)廢氣處理。現有技術中已有概述Ullmann’ s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A16, p. 171-181(1990)。在高壓非催化方法中，來自廢氣洗滌器的尿素熔體被直接輸送到高壓反應器，在70bar-200bar的壓力范圍和360_420°C的溫度范圍下反應。尿素按照下列反應式熱解為三
聚氰胺6尿素一三聚氰胺+6NH3+3C02該反應的產物為粗三聚氰胺，為液相，稱為三聚氰胺熔體，含有多種類型的雜質，雜質通常是三聚氰胺分子本身的前體或衍生物，或者未反應的尿素。根據不同的生產方法，粗三聚氰胺中雜質的濃度按重量計在6-12%之間。它們至少包括氧氨基三嗪(oxy-amino-triazines)(如三聚氰酸二酰胺(ammeline)和三聚氰酸一酰胺(ammelide))、三聚氰胺縮聚物(如蜜白胺、蜜勒胺、三聚二氰亞胺(melon))、脲基-三聚氰胺、尿素、溶解的氨和二氧化碳。然而三聚氰胺使用者要求一般不低于99. 8%的非常高純度的商業產品。因此粗三聚氰胺必須通過分離所述雜質來純化，直到達到所需的純度水平。在該技術領域中已針對這個問題進行了大量的工作，目的是找出一種通過簡單的方法獲得高純度三聚氰胺的適當的解決辦法，其具有合理的投資以及運營成本。在這方面，根據在高壓非催化三聚氰胺生產過程中主要使用的技術，通過分解經高壓反應器獲得的三聚氰胺熔體，隨后從水溶液中結晶三聚氰胺，純化/回收純的三聚氰胺。美國專利US 3161638 (聯合化學公司)公開了上述類型的基本純化方法。該文獻公開了一種生產高純度三聚氰胺的方法，其中來自三聚氰胺合成反應器(液體和氣體狀態)的所有流出物都減壓并在水溶液(以下稱為回收的母液)的存在下冷卻至約160°C，使得所有的三聚氰胺、未反應的尿素和各種雜質，都流入至下游處理的溶液中。首先使淬火的流出物(溶液)進入低壓汽提塔(stripper),通過直接接觸蒸汽除去氣相，其中包括大量的水飽和的氨氣和二氧化碳，所述氣相被回收到尿素合成設備，然后在無水氨氣的存在下，將所述溶液在熱壓蒸餾器(digester)中加熱至約170°C，所述無水氨氣被加入到溫熱的溶液中，至其達到按重量計的12-15%的水平。在上述條件下停留在熱壓蒸餾器的期間，縮聚物幾乎完全轉化為三聚氰胺，較小的量轉化為氧氨基三嗪(0ΑΤ)。過濾從熱壓蒸餾器純化的氨溶液，然后輸送到溫度降至40_50°C的結晶器中，從而使大部分三聚氰胺結晶。結晶器中的氨氣用于使OAT保留在溶液中，從而分離具有高純度(+99. 9%，按重量計)特征的產物。然后在液體/固體分離器中從含有反應中生成的OAT的水蒸汽中和用于三聚氰胺水解的各種水循環的設備中分離結晶的三聚氰胺。
該水蒸汽(稱為母液)，而非0ΑΤ，還含有殘留的三聚氰胺(約為按重量計的O. 8-1%)和大量的氨氣，不能被直接循環到淬火裝置，因為如果如此，OAT含量將繼續增加，一旦達到飽和濃度，它會沉淀在結晶中污染產物。因此，美國專利US 3161368提供了一種純化母液的方法，在將母液回收至淬火前，首先在氨氣回收部分中分離氨氣，然后冷卻所得不含氨的溶液，以便產生沉淀和分離0ΑΤ,然后從水循環中除去OAT。然而，盡管上述示例的方法目前在部分設備中已有工業化應用，但需要高能耗和昂貴的裝備，尤其是從母液分離OAT。美國專利US 2004/0162429 (Eurotecnica)公開了對上述方法的改進。具體地，該專利申請公開了一種用于生產高純度三聚氰胺的方法，其中從含有三聚氰胺、未反應的尿素、OAT和縮聚物的熱解反應器中輸出的液相，被輸送到下游反應器(后反應器)，其在與熱解反應器同等的溫度和壓力條件下運行，在下游反應器中液相與過熱的無水氨氣密切接觸，所述氨氣的加入量按液體三聚氰胺粗品的重量計，比例為1:10到1:1。過熱的氨氣流經粗三聚氰胺的液體物質，使OAT轉化成三聚氰胺，從而其含量下降到低于6000ppm,而縮聚物的含量減少到低于以重量計的1%。然后在淬火裝置中，在最小以重量計為10%的氨水溶液的存在下，在160_170°C下處理純化的液體三聚氰胺，以去除縮聚物。將從淬火裝置中輸出的含有按重量計7-8%三聚氰胺的水溶液冷卻，通過從母液中結晶分離得到高純度的三聚氰胺。這樣，有可能將大部分母液(約80%)直接回收到淬火裝置，而不會污染產物晶體。然而，美國專利US2004/0162429闡明的這一方法仍然需要昂貴的后反應器，這嚴重影響到高壓三聚氰胺設備的投資和營運成本。此外，三聚氰胺濃度相對較低的后果是要處理大量的母液。

發明內容
因此基于本發明的技術問題，本發明提供一種以簡單而可靠的方式、以及低能耗和投資成本來獲得高純度三聚氰胺的方法，以克服現有技術的上述缺點。通過獲得高純度三聚氰胺的方法解決上述技術問題，該方法的特征在于其包括如下步驟用含有氨的水溶液淬火三聚氰胺熔體，除去三聚氰胺合成中的廢氣和含有的諸如三聚氰酸二酰胺、三聚氰酸一酰胺和縮聚物的三聚氰胺雜質，在此條件下基本上將縮聚物轉化為三聚氰胺，獲得基本上不含縮聚物的三聚氰胺溶液；從所述三聚氰胺溶液中通過三聚氰胺結晶回收三聚氰胺，獲得三聚氰胺晶體和三聚氰胺結晶母液；在將至少部分三聚氰酸二酰胺轉化為三聚氰酸一酰胺和三聚氰胺的條件下處理所述結晶三聚氰胺母液，獲得至少三聚氰酸二酰胺含量減少的經處理的母液。在本發明的方法中，優選地，所述淬火步驟在150-190°C的溫度范圍進行，用含有濃度范圍為20%-35%的氨的水溶液淬火10分鐘-30分鐘，得到三聚氰胺，其中三聚氰胺的濃度范圍按重量計為8-16%。
更優選地，所述三聚氰胺熔體在160-180°C的溫度和15_80bar的壓力下淬火，其是根據所選溫度下溶液的總蒸汽壓和氨的濃度確定。更優選地，溶液中三聚氰胺濃度按重量計為9%_13%。根據本發明的一個具體實施方案，在淬火步驟中還向所述含有氨的水溶液加入氣已經發現在本發明所選的三聚氰胺熔體淬火操作條件下，與三聚氰胺相關的雜質，即三聚氰胺合成過程中形成的縮聚物，通過與氨氣反應，全部轉化為三聚氰胺。同時，所選的操作條件能夠避免形成額外的0ΑΤ。根據本發明，將在淬火步驟獲得的三聚氰胺和氨水溶液(含有基本上以三聚氰酸二酰胺和三聚氰酸一酰胺的形式存在的0ΑΤ)經過結晶的步驟，冷卻到30-60°C，優選地冷卻到40-50°C，可以分離高純度的三聚氰胺晶體。結晶壓力略高于一個大氣壓，根據在所選溫度下氨水溶液的蒸汽壓確定。在所選條件下，三聚氰酸二酰胺C3N3 (NH2)2 (OH)和三聚氰酸一酰胺C3N3 (NH2) (OH) 2保留在溶液中。本發明發現分離三聚氰胺晶體后，處理所得母液可使大部分三聚氰酸二酰胺轉化為三聚氰胺，較少部分轉化為三聚氰酸一酰胺。這對于回收更多的三聚氰胺和將難溶于氨水的三聚氰酸二酰胺轉化為易溶的三聚氰酸一酰胺具有雙重優勢，使得在淬火步驟中回收母液不會存在下一結晶步驟中沉淀三聚氰酸二酰胺的風險。根據本發明，這種有利于母液的處理包括回收母液前在150-190°C的溫度范圍內加熱母液1-4小時的步驟，目的是淬火和稀釋由反應器提供的三聚氰胺熔體產物。如下所述，在母液處理步驟中也可添加氣態氨，以彌補在結晶步驟或在除去三聚氰酸一酰胺過程中損失的氨。在母液回收的淬火和稀釋步驟前，對母液的總流體進行的處理步驟，與美國專利3161638提供的處理有本質上的區別，該專利從溶液中除去全部的氨，產生高能耗，使得三聚氰酸二酰胺和三聚氰酸一酰胺均以固體的形式沉淀，由于它們在無氨的水中溶解度很差而被過濾掉。此外，還發現上述加熱步驟不僅可使三聚氰酸二酰胺轉化為三聚氰胺和三聚氰酸一酰胺，還能使其水解成NH3和CO2的形式，在三聚氰胺合成的主反應中未轉化的尿素與三聚氰胺熔體一起，流經下游的淬火步驟。
本發明的另一方面是在母液閉合環路中避免三聚氰酸一酰胺積蓄至其溶解度的限度，以及避免在三聚氰胺結晶過程中三聚氰酸一酰胺沉淀的風險，該方法進一步包括如下步驟從所述加熱步驟后獲得的母液流體中分離部分母液；從所述部分母液中基本上除去三聚氰酸一酰胺，和將基本上除去三聚氰酸一酰胺的所述部分母液回歸到所述母液流體中。根據本發明，在所述加熱步驟后，從獲得的母液流體中分離的部分母液的量很小，優選地按重量計含量為5-20%。優選地，從所述分離的部分母液中脫氨(脫掉氨)，使三聚氰酸一酰沉淀，以及通過過濾分離固體三聚氰酸一酰的操作，除去三聚氰酸一酰胺。過濾除去固體后，將濾液回歸至 主要的母液環路中。下面將結合附圖，根據本發明獲得高純度三聚氰胺的方法的某些實施方案的非限定性描述，更清楚地體現本發明進一步的特征和優勢。


附圖中圖I為本發明三聚氰胺設備的流程圖；圖2為本發明實施例中的圖I所示三聚氰胺設備的淬火裝置；圖3為本發明另一個實施例中的圖I所示三聚氰胺設備的淬火裝置；圖4為本發明實施例中用于處理結晶三聚氰胺母液以將三聚氰酸二酰胺轉化為
三聚氰胺和三聚氰酸一酰胺的裝置；圖5為本發明另一個實施例中用于處理結晶三聚氰胺母液以將三聚氰酸二酰胺轉化為三聚氰胺和三聚氰酸一酰胺的裝置。
具體實施例方式如圖I所示，其為用于從尿素中以高壓方法生產三聚氰胺的設備-系統流程圖。在該三聚氰胺設備中，用參考數字I表示其整體，方塊2表示三聚氰胺合成的高壓反應器，方塊3表示反應器2中得到三聚氰胺熔體的淬火部分，方塊4表示三聚氰胺結晶部分，方塊5表示用于回收高純度三聚氰胺晶體的液/固分離器，方塊6表示用于轉化三聚氰酸一酰胺的母液處理部分。一般地，在本發明的說明書和所附的權利要求中，除另有說明外，術語“輸送或連接工具或流體線路”的含意是指管線、連接線或管道、泵、壓縮機、噴射器或者已知類型的其他器件，用于將液體或氣流從設備的一個地方傳輸到另一個地方。流體線路7表示將液體尿素流輸送到通過熱解將尿素轉化為三聚氰胺的反應器2中。反應器2通常在70-200bar的壓力范圍和360_420°C的溫度范圍操作。起反應的物質通過兩個分離的輸出口排出反應器，即含有氨氣和二氧化碳及三聚氰胺蒸汽的氣流8，以及含有諸如OAT和縮聚物等雜質的液相或熔體形式的粗三聚氰胺的流體9。氣流8在常規氣體洗滌單元(未顯示)與各三聚氰胺蒸汽(各蒸汽依次回到反應器2)分離后，正常循環到尿素合成設備。相應地，粗三聚氰胺的流體9被輸送到淬火部分3中，與流體10的母液密切接觸，后者來自用于轉化三聚氰酸二酰胺的處理部分6，下面的描述將更詳細的公開在濃縮的氨水溶液中存在的縮聚物基本上全部轉化為三聚氰胺，從而得到三聚氰胺溶液。
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淬火部分3的溫度保持在150_190°C，在自體壓力下，與小股通過通過線路11注入的氣態氨交錯，然后超出的量從線路12釋放。 從淬火部分3排出的三聚氰胺溶液通過流體線路13輸送到溫度降至30_60°C的結晶部分4，在自體壓力下，使很高純度的三聚氰胺晶體沉淀，剩余雜質和剩余三聚氰胺保留在溶液中。含有剩余雜質和剩余三聚氰胺(稱為母液)的液體蒸汽和結晶的三聚氰胺從結晶部分4排出，通過流體線路14，被輸送到液/固分離器5，在此處結晶的三聚氰胺從母液中分離出來。從流體線路15排出的三聚氰胺晶體被母液濕潤，通過用水洗滌晶體塊的常用技術除去母液，將得到的濾液(含有溶解的三聚氰胺)回歸到母液環路中。干燥晶體并傳送到最終包裝。母液通過流體線路16從分離部分5轉移到處理部分6，在此處將液體流加熱到150-190°C，在自體壓力下，根據操作溫度(溫度越高，駐留時間越短)保持這種狀態1-4小時。通過這種方式，溶液中的三聚氰酸二酰胺主要轉化為三聚氰胺，少量轉化為三聚氰酸一酰胺。最后，經處理的母液通過循環閉合所述環路，通過流體線路10回到淬火部分3。部分6中少量的母液通過流體線路17被凈化，以避免在母液回路內部積蓄過量的三聚氰酸一酰胺，從而避免三聚氰酸一酰胺在三聚氰胺結晶過程中沉淀的風險。該蒸汽被脫氨并可能在三聚氰酸一酰胺除去部分18中被中和，得到三聚氰酸一酰胺沉淀，其通過過濾被分離并從流體線路19排出，而含有三聚氰胺的濾液通過流體線路20被送回到母液環路中。圖2顯示本發明三聚氰胺淬火的一個實施方案的裝置，適用于圖I所示三聚氰胺設備的淬火部分3。用參考數字20表示該淬火裝置的整體。裝置20包括圓柱形的立式容器21，這樣設計和構造有利于在壓力基本上等于或低于反應器2的操作壓力例如20-100bar、優選30_70bar的壓力下和優選150_190°C的三聚氰胺淬火的操作溫度下進行有效操作。容器21內部提供了機械攪拌器(用26表示其整體)和擋板23，擋板23沿著容器21的壁垂直延伸，用于在攪拌下給液體傳送有效的動力。攪拌器26包括垂直的軸27，其沿著容器I的縱軸，從容器21的頂部到較低部分延伸，在軸27下端有葉輪22。攪拌器葉輪22可以為渦輪，或螺旋槳式，優選地為平葉渦輪。攪拌器26由位于容器21外部的合適的發動機28控制。容器21內部還提供傳熱線圈24，其可以通過由傳熱流體在內部交錯的管來實現，例如通過導熱油流或加壓沸水。優選地，傳熱流體通過輸入管29進入容器21和線圈24，并通過輸出管30從中排出。 容器21還包括適當的開口(未顯示)，用于輸入來自處理部分6的母液，輸入來自反應器2的三聚氰胺熔體,輸入和輸出氣態氨和輸出三聚氰胺溶液。優選地，根據本發明的實施方案，母液通過管10被引入到容器21。三聚氰胺熔體通過管9引入，優選地管9在容器21的內部從其頂部延伸到接近攪拌器葉輪22的上部。這樣，只要熔體到達攪拌器葉輪22上部，有利于其立即分散到容器21的液相中。通過管11將氣態氨輸送到容器中，這有利于在容器21的 內部從其底部延伸到攪拌器葉輪22的下部。這樣，一旦氨氣到達攪拌器葉輪22下部，它會立即被分散成很細的小滴，并在容器21的液相中分散。多余的氨從管12釋放。根據本發明，在容器21中，三聚氰胺熔體與母液接觸，在150-190°C的溫度范圍內淬火，優選地為160-180°C，而所得溶液與氣態氨保持密切接觸15-90分鐘。這樣，三聚氰胺成為按重量計優選濃度為8-16%的溶液，同時反應器2中形成的諸如縮聚物的一些雜質通過與氨氣反應，被轉化為三聚氰胺，使所得三聚氰胺溶液中縮聚物的含量實際上消失。在這方面，根據本發明，母液中存在的氨以及氣態氨都優選地被引入容器21，以便在規定的溫度范圍內，在達到淬火容器的平衡壓力下，保持所述溶液的濃度范圍按重量計在20%至35%之間。此外，由于攪拌器葉輪22能實現高效的氣液接觸體系，有利于氣態氨高度分散和分布在液體物質中。在容器21中，溫度條件由流經線圈24的熱交換流體控制，該線圈從容器21中除去熱量以使總液體物質保持在所需要的溫度。從容器21排出的液相被轉移到設備I的連續的結晶部分4，液相在這里被立即冷卻到最后的結晶溫度，即自體壓力下30_60°C的溫度范圍。該轉移可以采用水平控制裝置或泵通過管13在不同的壓力下簡單操作。圖3顯示本發明三聚氰胺淬火的另一個實施方案的裝置，適用于圖I所示三聚氰胺設備的淬火部分3。用參考數字40表示該淬火裝置的整體。圖3中裝置40的各元素在結構上或功能上等同于圖2中裝置20相應的各元素，與后者各元素的參考數字定義相同。 裝置40包括容器41和容器41外部的閉合環路，用參考數字42表示閉合環路的整體。所述閉合環路42包括抽氣泵44、熱交換器45、將容器41的底部連接到泵44的管43，將泵44連接到熱交換器45的管46和將熱交換器45連接到容器41的管47。在該實施方案中，所有流體在一起密切混合，即來自流體線路(管)10的母液、來自流體線路(管)9的三聚氰胺熔體和來自流體線路(管)11的氣態氨在管43中混合，通過泵44可使所得液/氣相連續地在閉合環路42和容器41中循環。這可使氨精確地分布在液體物質中。液體溫度通過在兩側交錯進行液/氣相的熱交換器45控制，必要時通過熱交換流體移除液/氣相的熱量。三聚氰胺溶液的流體通過管13不斷地從容器41排出，并輸送到上述部分4的結晶步驟。圖4顯示本發明實施方案中的裝置，用于結晶三聚氰胺母液，目的是將三聚氰酸二酰胺轉化為三聚氰酸一酰胺和三聚氰胺。用參考數字60表示該裝置的整體，其適用于圖I所示三聚氰胺設備的處理部分6。
裝置60包括單一的壓力容器61，其總體積足以讓母液流體在選定溫度下停留所需的時間。壓力容器61內部提供了機械攪拌器66和垂直延伸的擋板63，有助于液體在攪拌下具有從線圈64轉移的熱量，內部有熱流體交錯穿過，例如冷凝蒸汽。優選地，傳熱流體通過輸入管69進入容器61和線圈64,通過輸出管65從中排出。攪拌器66包括沿容器61縱軸從其頂部到容器61下部延伸的垂直軸67，和在軸67下端的葉輪62。攪拌器葉輪62可以是渦輪，或螺旋槳式，優選地為平葉渦輪。攪拌器66由位于容器61外部的合適的發動機68控制。容器61內部還提供傳熱線圈24，其可以通過由傳熱流體在內部交錯的管來實現，例如通過導熱油流或蒸汽。優選地，傳熱流體通過輸入管29進入容器21和線圈24，并通過輸出管30從中排出。通過管16將母液引入容器61，通過管10排出經處理的液體。 圖5顯示本發明另一個實施方案的裝置，用于處理結晶三聚氰胺母液，以便將三聚氰酸二酰胺轉化為三聚氰酸一酰胺和三聚氰胺。該裝置以參考數字70表示其整體，適用于圖I所示三聚氰胺設備的處理部分6。裝置70包括兩個壓力容器7IA和71B，它們與上述容器61具有相同的構造，相對液體流體順序排列。這種構造對于使用較小容器時很有優勢，即其體積小于單一容器61的體積。根據本發明的另一個實施方案(未顯示)，來自固/液分離部分5的母液可以在裝置60的容器61或者裝置70的容器71A的適當的交換器的上游，在所需溫度下預熱。這種情況下，不再需要容器61或者容器71A和71B的傳熱線圈64。在裝置60的容器61中和裝置70的容器71A和71B中，由于溫度增加，構成母液的氨水溶液的壓力上升至15-80bar，取決于使用的氨水濃度。處理后的母液中三聚氰酸二酰胺耗盡，且富含三聚氰胺(和一些三聚氰酸一酰胺)，將該母液轉移至淬火部分3，在與三聚氰酸二酰胺轉化部分6的大致相同的溫度和壓力下操作。以下實施例旨在更好地顯示本發明實施的較佳方案及其優勢，但不應理解為僅限于這些范圍。實施例I采用高壓技術得到的分離廢氣后的IOOg三聚氰胺熔體樣品，在390°C、80bar壓力下保持在液相中，其組成如下(重量百分比)
三聚氰胺89.7%
OAT1.0%
縮聚物2.2
未轉化的尿素 5.0%
溶解的NH31.3%
溶解的CO20.8%
將該樣品迅速轉移到帶攪拌的釜式反應器中，保持在170°C，該反應器中預先置有800g濃度為31%的氨溶液。該容器的內部壓力達到41bar。攪拌10分鐘后，將反應器內容物迅速轉移至進一步帶有冷卻裝置的攪拌容器中，將得到的三聚氰胺溶液快速冷卻至約40°C。達到所需溫度后，容器內部壓力約為lbar。對液相樣品進行分析，顯示三聚氰胺濃度為O. 67%，三聚氰酸二酰胺為O. 08%，在31%濃度的氨水溶液中小于其溶解度限度，三聚氰酸一酰胺為O. 02%，遠小于其溶解度限度(2%)。未檢出縮聚物。尿素部分被水解。分離的三聚氰胺晶體純度非常高。實施例2母液的組成如下(重量百分比)
三聚氰胺0.84 %
三聚氰酸二酰胺 0.12 %
三聚氰酸一酰胺 0.15 %
氨30.4 %
水加至100 %與實施例I中從三聚氰胺結晶步驟回收的母液相似，將該母液以800g/h的速率連續輸送到I升帶攪拌的釜式反應器中，加熱保持恒溫180°c。將氣態氨注入同一反應器中，壓力升至66bar。通過保持恒定的內部液體水平，排出產物，冷卻和分析。三聚氰酸二酰胺基本上消失，約80%轉化成三聚氰胺，其余的轉化為三聚氰酸一酰胺。在較溫和的條件下重復相同的實驗，氨的濃度減半，在170°C、24bar的壓力下操作。為了觀察三聚氰酸二酰胺實質的轉化，需要將流速降低到250g/h。與此同時，該反應的主要產物是三聚氰酸一酰胺。實施例3 本發明獲得高純度三聚氰胺的方法在圖I所示的中試設備中進行。由高壓尿素反應器2得到具有與實施例I所述組成相同的三聚氰胺熔體。將三聚氰胺熔體以100g/h的速率輸送到淬火部分3的帶攪拌的釜式反應器(容器21)中，其配置參考圖2所示，反應器21配有150升液體體積，反應器21中淬火和稀釋過程在170°C進行。同一反應器21連續接收回收的810kg/h氨水溶液，其含有250kg/h氨和約550kg/h水，其余主要為溶解的三聚氰胺和三聚氰酸二酰胺(循環的母液)。所述氨水溶液來自三聚氰酸二酰胺轉化部分6，也在170°C操作，淬火反應器21和三聚氰酸二酰胺轉化部分6在大致相同的溫度下操作，自體內部壓力為44bar。接收380_390°C三聚氰胺熔體和170°C氨溶液的淬火反應器21的溫度，適當冷卻控制在170°C。來自淬火反應器的連續過量液體為10. 7-10. 9%濃度的三聚氰胺溶液，幾乎不含三聚氰胺縮聚物。將其降壓并連續輸送到結晶部分4的Im3體積的冷卻-結晶器中，該過程物質的溫度保持在45°C。結晶器的壓力穩定在I. 2bar。隨著母液懸浮液形成的三聚氰胺晶體沉淀，逐步從結晶器中提取出來，輸送到離心機，使晶體分離，用去離子水洗滌，過濾的母液在大氣壓下收集到釜式容器中。由O. 84%三聚氰胺飽和、含有O. 12%三聚氰酸二酰胺和O. 17%三聚氰酸一酰胺的母液，以940升/h的速率被連續輸送到三聚氰酸二酰胺轉化部分6的帶攪拌的釜式反應器(容器60)中，由內部蒸汽線圈提供，加熱液體，使其保持在170°C，參考上述圖4。還引入了小股的氣態氨，以補償在反應器60中晶體分離的損失，內部壓力達到44bar。反應器容積為2m3，然后使液相停留時間約2小時。由于這種操作，難溶的三聚氰酸二酰胺轉化為三聚氰胺和三聚氰酸一酰胺，使再循環的氨水溶液(母液)在三聚氰胺結晶步驟中不存在三聚氰酸二酰胺沉淀的風險。此外，作為三聚氰胺熔體的殘渣留在溶液中的一些尿素(O. 45%)在該反應器60中被有效水解。80%經處理的母液蒸汽被重新送至淬火部分3，而剩余的20%經處理的母液蒸汽通過凈化除去三聚氰酸一酰胺，平均約O. 4kg/h，以避免其在工藝環路中過量積蓄。在三聚氰酸一酰胺除去部分18通過脫除溶解的氨進行除去操作，使三聚氰酸一酰胺在剩余的水中 不溶，通過過濾分離三聚氰酸一酰胺。然后，從處理部分18回收基本上除去了三聚氰酸一酰胺但還含有一些三聚氰胺的母液蒸汽，返回至母液蒸汽的工藝環路，循環到淬火部分3。這樣，工藝環路中OAT的濃度不會達到溶解度的限度，高于該限度OAT將沉淀并污染產生的三聚氰胺。此外，工藝產量很高，即具有大于98%的高純度(大于99. 8%)的三聚氰胺從含有所述三聚氰胺或者縮聚物和OAT的形式的原始熔體中被回收。實施例4進行一項研究，目的是在從三聚氰酸二酰胺中產生三聚氰酸一酰胺后，在除去三聚氰酸一酰胺時盡可能減少凈化脫除母液級分，如前述實施例所示，避免在結晶部分4中在三聚氰胺結晶步驟，三聚氰酸二酰胺或三聚氰酸一酰胺在氨水溶液中同時沉淀的風險。本研究發現以相同的條件操作前面實施例3的設備，但對循環氨水溶液(循環的母液)的凈化從20%減少至10%，在淬火部分3中，通過將氨水溶液和三聚氰胺熔體的比率增加5%，可避免OAT在三聚氰胺結晶時沉淀的風險。另外，循環母液的凈化減少至5%，在淬火部分3中氨水溶液/三聚氰胺熔體的比率可能增加20%。
權利要求
1.用于生產高純度三聚氰胺的高壓非催化設備，包括用于三聚氰胺合成的反應器(2)，用于從反應器(2)排出的三聚氰胺熔體中獲得三聚氰胺溶液的淬火部分(3)，三聚氰胺結晶部分(4)和用于從三聚氰胺母液中分離晶體的液/固分離部分(5)，所述反應器(2)和所述部分(3，4，5)彼此流體連通，其特征在于，進一步包括 處理部分(6); 裝置(16)，用于將從所述液/固分離部分(5)出來的三聚氰胺結晶母液流體輸送到所述處理部分(6)，和 裝置(10)，用于將從所述處理部分(6)出來的經處理的母液流體輸送到所述淬火部分(3)。
2.根據權利要求I所述的高壓非催化設備，其特征在于，進一步包括 三聚氰酸一酰胺除去部分(18)； 用于將從所述處理部分(6)出來的部分母液流體輸送到所述三聚氰酸一酰胺除去部分(18)的裝置，和 裝置(10，20)，用于將從所述三聚氰酸一酰胺除去部分(18)出來的母液循環到所述淬火部分(3)。
3.根據權利要求I所述的高壓非催化設備，其特征在于，所述淬火部分(3)包括用于淬火所述三聚氰胺熔體的裝置(20，40)、用于在所述三聚氰胺溶液中緊密分布氨的裝置和用于控制所述三聚氰胺溶液溫度的裝置；所述裝置(20，40)包括提供至少一個用于輸入作為分離流體或混合流體的三聚氰胺母液、三聚氰胺熔體和氣態氨的開口，以及提供至少一個用于輸出所述三聚氰胺溶液的開口的容器(21，41)。
4.根據權利要求3所述的高壓非催化設備，其特征在于，所述用于在所述三聚氰胺溶液中緊密分布氨的裝置提供于所述容器(21)的內部，其包括具有垂直軸(27)的攪拌器(26)和在所述軸(27)下端的葉輪(22)。
5.根據權利要求4所述的高壓非催化設備，其特征在于，所述葉輪(22)為平葉渦輪。
6.根據權利要求3或4所述的高壓非催化設備，其特征在于，所述氨和所述三聚氰胺熔體被輸送到所述容器(21)中，接近所述葉輪(22)。
7.根據權利要求3-6任一項所述的高壓非催化設備，其特征在于，所述用于控制所述三聚氰胺溶液溫度的裝置提供于所述容器(21)的內部，其包括內部交錯有熱交換流體的傳熱線圈(24)。
8.根據權利要求3所述的高壓非催化設備，其特征在于，所述用于在所述三聚氰胺溶液中緊密分布氨的裝置包括提供于所述容器(41)外部與其流體連通的抽氣泵(44)，所述抽氣泵(44)輸送所述母液、所述三聚氰胺熔體和所述氣態氨的混合流體。
9.根據權利要求3或8所述的高壓非催化設備，其特征在于，所述用于控制所述三聚氰胺溶液溫度的裝置包括提供于所述容器(41)外部與其流體連通的熱交換器(45)，所述熱交換器(45)內交錯有熱交換流體，在工藝側具有所述三聚氰胺熔體和所述氣態氨的混合流體。
10.根據權利要求I所述的高壓非催化設備，其特征在于，所述處理部分(6)包括用于處理所述三聚氰胺結晶母液的裝置(60，70)，其包括至少一個容器(61 ;71A，71B)，用于攪拌所述三聚氰胺結晶母液的裝置(66，67)和用于加熱所述三聚氰胺結晶母液的裝置(64)；所述容器(61 ;71A，71B)提供用于輸入三聚氰胺結晶母液的開口和用于輸出經處理的母液的開口。
11.根據權利要求10所述的高壓非催化設備，其特征在于，其包括順序排列的彼此流體連通的兩個容器(71A，71B)。
全文摘要
本發明涉及獲得高純度三聚氰胺的方法，該方法的特征在于其包括如下步驟用含有氨的水溶液淬火三聚氰胺熔體，除去三聚氰胺合成中的廢氣和含有的諸如三聚氰酸二酰胺、三聚氰酸一酰胺和縮聚物的三聚氰胺雜質，在此條件下基本上將縮聚物轉化為三聚氰胺，獲得基本上不含縮聚物的三聚氰胺溶液；從所述三聚氰胺溶液中通過三聚氰胺結晶回收三聚氰胺，獲得三聚氰胺晶體和三聚氰胺結晶母液；在此條件下處理所述結晶三聚氰胺母液，將至少部分三聚氰酸二酰胺含量轉化為三聚氰酸一酰胺和三聚氰胺，獲得至少三聚氰酸二酰胺含量減少的經處理的母液。本發明還涉及用于實施上述方法生產高純度三聚氰胺的高壓非催化設備和適用于該設備的裝置。
文檔編號B01J19/18GK102850286SQ20121036261
公開日2013年1月2日 申請日期2009年2月24日 優先權日2008年3月4日
發明者葛朗卡羅·塞歐里 申請人:卡薩爾尿素公司