CN101172961A - 制备缩二脲和氰尿酸的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了通过热分解尿素制备缩二脲和氰尿酸的方法和装置。具体地，将热分解的产物冷却沉淀出结晶，并使用碱性水溶液溶解所述沉淀晶体，并冷却以得到高纯度的缩二脲。并且，以高纯度有效地回收了作为尿素热分解副产物之一的氰尿酸。

Description

制备缩二脲和氰尿酸的方法和装置
相关专利申请的交叉引用
本申请要求在韩国知识产权局于2006年8月11日提交的韩国专利申请No.10-2006-0076212的优先权，其公开的内容此处全部引入作为参考。
技术领域
本发明涉及制备缩二脲和氰尿酸的方法和装置，更具体地，涉及制备高纯度缩二脲的方法，其中冷却尿素的热分解产物如缩二脲、二缩三脲(triuret)、氰尿酸得到结晶，以及将所得的结晶用碱性溶液溶解并冷却得到具有高纯度的缩二脲，涉及制备缩二脲的装置，以及制备具有高纯度、作为尿素热分解反应副产物的氰尿酸的方法和装置。
背景技术
通常地，当尿素在130℃-200℃热分解时，形成包括缩二脲的缩合产物。特别地，当在减压下进行所述分解时，或者通过使空气或氮气穿过反应器而排出尿素热分解产物氨时，该热分解反应能够高效地进行使得在短时间内能得到大量的缩二脲。此外，因为热分解反应在高温下进行，可快速形成缩二脲，但可形成更多的副产物例如氰尿酸、二缩三脲(triuret)和三聚氰胺(缩二脲及其相关化合物，化学评论(“Biuret and Related Compounds”，Chemical Reviews)，56，pp.95-197(1956).)。
现在将详细描述热分解尿素以形成缩二脲的方法。
如反应式1所示，将尿素在热分解反应器中加热到130℃或更高以形成氨和异氰酸：
<反应式1>
H2NCONH2→NH3+HNCO
反应式1是尿素吸热的反应。因为随着加热温度的升高，尿素分解更快并且也更快地生成了异氰酸。并且因为移出更多的氨，更进一步的反应发生。
根据反应式2，异氰酸与残留在反应器中的尿素反应形成缩二脲：
<反应式2>
HNCO+H2NCONH2→NH2CONHCONH2
反应式2的反应是放热反应。随着温度升高，在平衡状态中大量存在的异氰酸与尿素发生反应形成缩二脲。但与此同时，也形成了如氰尿酸和二缩三脲的副产物。
所述形成缩二脲的方法已在许多文献中公开，其主要集中在形成缩二脲后，从副产物中大量回收缩二脲的方法上。
美国专利公开号3,057,918公开了回收缩二脲的方法，其中在80℃-110℃将包括氰尿酸和二缩三脲的粗缩二脲用10％或更浓的氨水溶液进行消化(digest)，然后冷却得到相对于水具有低溶解度的结晶缩二脲。该美国专利公开还公开了通过在减压下从已回收过缩二脲的溶液中除去氨，回收高纯度氰尿酸的方法。然而，当在压力下进行所述消化过程时，上述方法需要单独的复杂装置来维持溶液中的氨浓度达预定水平。此外，所述溶解过程需要进行相对长的时间，例如30分钟-2小时。而且，氰尿酸应在减压下回收。即上述方法是昂贵的。
美国专利公开号1,324,277公开了形成高纯度缩二脲的方法，其中将尿素溶于乙二醇醚中并在110℃-210℃反应得到具有高纯度的缩二脲。然而，该方法包括尿素分解的过程和通过降低温度使残留尿素的量低于希望量水平的过程，其中降低残留尿素的量的过程应进行2-6小时。即该方法也是昂贵的。
因此，需要开发一种廉价的方法，其中使用相对简单的方法使尿素在短时间内热分解得到高纯度的缩二脲。
发明内容
本发明提供一种利用热分解反应制备高纯度缩二脲的方法。
本发明还提供一种从所述热分解反应产物中制备高纯度氰尿酸的方法。
本发明还提供一种利用热分解反应制备高纯度缩二脲的装置。
本发明还提供一种从所述热分解反应产物中制备高纯度氰尿酸的装置。
根据本发明的一方面，提供一种制备缩二脲的方法，该方法包括(a)熔融尿素；(b)通过加热使熔融的尿素进行热分解反应；(c)向所得的热分解产物中加入水，以沉淀并过滤粗缩二脲晶体；(d)用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体；(e)冷却所述溶解产物以沉淀缩二脲晶体；以及(f)过滤所述冷却产物得到缩二脲晶体和母液，并洗涤所述缩二脲晶体。
根据本发明的另一方面，提供一种制备氰尿酸的方法，该方法包括(a)熔融尿素；(b)通过加热使熔融的尿素进行热分解反应；(c)向所得的热分解产物中加入水，以沉淀并过滤粗缩二脲晶体；(d)用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体；(e)冷却所述溶解产物以沉淀缩二脲晶体；(f)过滤所述冷却产物得到缩二脲晶体和母液，并洗涤所述缩二脲晶体；(g)用酸中和在(f)中得到的过滤母液，以沉淀氰尿酸结晶，从而得到含氰尿酸晶体的浆液；以及(h)过滤和洗涤所述含氰尿酸晶体的浆液以回收氰尿酸晶体。
根据本发明的另一方面，提供一种制备缩二脲的装置，该装置包括：(1)用于熔融尿素的尿素熔炉；(2)通过加热使所述熔融尿素发生热分解的热分解反应器；(3)通过向所述热分解反应器中生成的产物加入水并冷却所得溶液，用来沉淀粗结晶以得到含粗结晶浆液的第一结晶器；(4)通过过滤和洗涤所述含粗晶体的浆液以得到粗缩二脲晶体的第一过滤和洗涤装置；(5)使用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体的溶解容器；(6)通过冷却所述溶解产物，使纯化的缩二脲晶体沉淀得到含纯化的缩二脲晶体的浆液的第二结晶器；以及(7)用于过滤和洗涤所述含缩二脲晶体浆液的第二过滤和洗涤装置。
根据本发明的另一方面，提供一种制备氰尿酸的装置，该装置包括(1)用于熔融尿素的尿素熔炉；(2)通过加热使所述熔融尿素发生热分解的热分解反应器；(3)通过向所述热分解反应器中生成的产物加入水并冷却所得溶液，用来沉淀粗晶体以得到含粗结晶浆液的第一结晶器；(4)通过过滤和洗涤所述含粗晶体的浆液来得到粗缩二脲晶体的第一过滤和洗涤装置；(5)使用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体的溶解容器；(6)通过冷却所述溶解产物用来沉淀纯化的缩二脲晶体以得到含纯化的缩二脲晶体的浆液的第二结晶器；以及(7)用于过滤所述含缩二脲晶体的浆液以得到纯化缩二脲晶体和母液，以及洗涤所述纯化缩二脲晶体的第二过滤和洗涤装置；(8)使用酸中和从所述第二过滤和洗涤装置注入的所述母液来沉淀氰尿酸以得到含氰尿酸晶体的浆液的中和装置；以及(9)用于过滤和洗涤所述含氰尿酸晶体的浆液以回收氰尿酸晶体的第三过滤和洗涤装置。
在使用根据本发明的用于制备缩二脲的方法和装置来制备缩二脲的情况中，可使用碱性水溶液在短时间内溶解作为热分解产物的粗缩二脲结晶，以及冷却所得溶液以选择性回收相对于水在低温下具有低溶解度的缩二脲，并因此得到高纯度缩二脲。此外，回收缩二脲后，可使用酸来中和含有高纯度氰尿酸的母液来形成结晶，由此得到高纯度氰尿酸。
具体实施方式
根据本发明实施方式的制备缩二脲的方法，该方法包括：(a)熔融尿素；(b)通过加热使熔融的尿素发生热分解反应；(c)向所得热分解产物中加入水以沉淀和过滤粗缩二脲结晶；(d)使用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲结晶；(e)冷却所述溶解产物以沉淀缩二脲结晶；以及(f)过滤所述冷却产物以得到缩二脲结晶和母液，并洗涤所述缩二脲结晶；
在(a)中，用来熔融尿素的尿素熔炉12中的温度可在130℃-160℃，特别是132℃-140℃的范围内。当所述尿素熔炉12的温度低于130℃时，尿素不能完全熔融。另一方面，当所述尿素熔炉12的温度高于160℃时，则发生了自缩合反应并形成更多的副产物。当尿素在所述尿素熔炉中熔融后，将尿素注入到热分解反应器13中并加热。
在(b)中，加热温度可在130℃-200℃，特别是140℃-150℃的范围内。在该温度范围内，尿素可以快速有效地与异氰酸发生反应。当所述加热温度低于130℃时，则存在未熔融的尿素，和异氰酸的生成效率会太低。另一方面，当所述加热温度高于200℃时，除了生成缩二脲外，可形成许多副产物，如氰尿酸、二缩三脲(triuret)、三聚氰胺或三聚氰酸酰胺(amellide)。
该方法可以进一步包括将(b)中形成的氨气和异氰酸气体再装入(a)中。在(b)中，所述热分解反应可通过在反应器的较低部分注入空气或惰性气体来进行。当空气或惰性气体从反应器的较低部分通过时，氨和未反应的异氰酸可存在于从所述反应器喷出的所述空气或惰性气体中，并因此氨和未反应的异氰酸可再注入到所述尿素熔炉12中。在所述尿素熔炉12中，所述再注入的异氰酸可与尿素反应形成缩二脲。因此，由于热分解反应，可增大尿素的转化率。所述氨可以通过洗涤器被水吸收，然后传送到制备液化氨或具有预定浓度的氨水的装置中。
所述热分解反应可在单一间歇式反应器中或在由多个反应器串联组成的连续型反应器中进行。为获得所述热分解反应的效率和稳定性，可使用比所述间歇式反应器更有效的所述连续型反应器。当所述反应器个数大于7时，不能进一步得到转化率增大效果，因此可降低经济效率。
作为所述热分解反应的结果的产物可包括缩二脲和副产物，如氰尿酸、二缩三脲(triuret)等。在本说明书中，术语“粗缩二脲”是指包括缩二脲和其他所述副产物的产物。将所述粗缩二脲从所述热分解反应器13注入第一结晶器14中，并与水混合以及冷却所得混合物以沉淀粗缩二脲，从而得到含粗缩二脲晶体的浆液。将所述含粗缩二脲晶体的浆液在第一过滤器和洗涤装置15中进行过滤，然后注入到溶解容器16中。所述第一过滤和洗涤装置15可使用离心或真空过滤装置。
在(c)中，所述母液可主要包括尿素，将所述尿素转移到水蒸发装置23中并在减压下进行加热蒸发水分。将所得尿素再注入到所述尿素熔炉12中以生产缩二脲。
可将在所述第一过滤和洗涤装置15中过滤的晶体，即，粗缩二脲晶体溶于碱性水溶液中。所述碱性水溶液可为碱金属氢氧化物的水溶液或碱土金属氢氧化物的水溶液，尤其为NaOH、KOH或Ca(OH)2的水溶液。所述碱性水溶液的浓度范围可为约10％-50％。所述碱性水溶液溶解缩二脲、氰尿酸和二缩三脲(triuret)以得到溶液，特别地与氰尿酸反应以形成盐从而显著增大所述氰尿酸的溶解度。因此，相对于氰尿酸，所加入的与氰尿酸反应以形成盐的碱性水溶液应以适当当量比来使用。根据本发明，相对于在所述粗缩二脲晶体中的1 mol氰尿酸，所述碱溶液的量可在0.5-5 mol的范围内。当所述碱性水溶液的使用量太小时，则形成了较少的氰尿酸盐，并因此在冷却步骤中不能得到高纯度的缩二脲。另一方面，当所述碱性水溶液的使用量太大时，则缩二脲的浓度过低并且在随后的冷却步骤中不能沉淀出缩二脲。
在(d)中，所述碱性水溶液可在合适的温度范围内加入以获得溶解效率和稳定性。根据本发明，溶解温度可在50℃-105℃的范围内，特别在60℃-80℃的范围内。当所述溶解温度低于50℃时，相对于所述碱性水溶液，粗缩二脲晶体的溶解时间会太长并因此降低了经济效率。另一方面，当所述溶解温度高于105℃时，缩二脲可发生分解并因此降低了产率。
冷却在(d)中使用碱性水溶液得到的溶液。所述冷却方法可使用冷却环型、盘型或壳及管型(shell&tube type)热交换器来进行。在本实施方式中，所述冷却方法可在5℃-40℃的温度下进行。当所述冷却温度低于5℃时，所述粗缩二脲溶液将变得粘稠使得在处理中存在麻烦。另一方面，当所述冷却温度高于40℃时，由于增大了缩二脲的溶解度只能得到少量的缩二脲。在所述冷却步骤中，相对于水具有低溶解度的缩二脲可以晶体形式沉淀出来，但以盐形式存在的氰尿酸可完全溶解。
在第二过滤和洗涤装置18中过滤和洗涤所得的包括所述缩二脲晶体的浆液以回收缩二脲晶体。干燥所述回收的缩二脲晶体以得到具有高纯度的缩二脲晶体，该晶体即本发明的目标。
根据本发明的具体实施方式，制备氰尿酸的方法包括：(a)熔融尿素；(b)通过加热使所述熔融的尿素发生热分解反应；(c)向所述热分解的所得产物中加入水，以沉淀并过滤粗缩二脲晶体；(d)用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体；(e)冷却所述溶解的产物以沉淀缩二脲晶体；(f)过滤所述冷却产物以得到缩二脲晶体和母液，并洗涤所述缩二脲晶体；(g)用酸中和从(f)中得到的母液以沉淀氰尿酸晶体，从而得到含氰尿酸晶体的浆液；以及(h)过滤并洗涤所述含氰尿酸晶体的浆液以回收氰尿酸晶体。
因此，根据该实施方式的制备氰尿酸的方法包括与前述实施方式中的相同方法，即具体地包括通过加热使熔融的尿素发生热分解反应；向所述热分解的所得产物中加入水以沉淀粗缩二脲晶体并过滤所述粗缩二脲晶体；用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体；冷却所述溶解产物以沉淀缩二脲晶体；以及过滤所述缩二脲晶体；
在(g)中，用酸中和所述氰尿酸盐。在本实施方式中，所述酸可为无机酸，如盐酸、硫酸、硝酸或磷酸；或有机酸，如乙酸、羧酸、甲酸、草酸或苯甲酸。此外，所述酸可为pH值小于7的任何酸。
在(g)中通过用酸中和母液沉淀出的晶体具有大量的氰尿酸。在第三过滤和洗涤装置20中过滤和洗涤所述含晶体浆液以得到高纯度的氰尿酸。
根据本发明实施方式的制备缩二脲的设备包括：
(1)尿素熔炉，用于熔融尿素；
(2)热分解反应器，用于通过加热使所述熔融的尿素发生热分解；
(3)第一结晶器，用于通过向所述热分解反应器中生成的产物加入水并冷却所得产物来沉淀粗晶体，从而得到含粗晶体的浆液；
(4)第一过滤和洗涤装置，用于通过过滤和洗涤所述含粗晶体的浆液得到粗缩二脲晶体；
(5)溶解容器，用于使用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体；
(6)第二结晶器，用于通过冷却所述溶解产物，沉淀出纯化的缩二脲晶体以得到含纯化缩二脲晶体的浆液；以及
(7)第二过滤和洗涤装置，用于过滤所述含纯化缩二脲晶体浆液以得到纯化缩二脲晶体和母液，并洗涤所述纯化缩二脲晶体。
上面已经描述了所述氨洗涤器11、所述尿素熔炉12、所述热分解反应器13、所述第一和第二结晶器14与17、所述第一和第二过滤和洗涤装置15与18，以及所述碱溶解容器16。
根据本实施方式的装置可进一步包括收集在所述热分解反应器13中生成的氨气和异氰酸气体并将所收集气体再运送至所述尿素熔炉12中的装置。通过包括所述再运送设备，可使未反应异氰酸气体的损失最小化，并因此可增大尿素转化为缩二脲的转化率。同时，由于热分解反应生成的氨气通过洗涤器11使得所生成的氨气吸收到所述洗涤器11中，然后将其注入到制备液化氨或具有预定浓度的氨水的装置中，并因此可用于分离方法中。
所述热分解反应器13可为单一间歇式反应器或由多个反应器串联组成的连续型反应器。为了得到所述热分解反应的效率和稳定性，可使用比所述间歇式反应器更有效的连续型反应器。当所述反应器的个数大于7时，不能进一步增大转化率，并因此可降低经济效率。
根据本实施方式的装置可进一步包括如下设备，在该设备中蒸发在所述第一过滤和洗涤装置(4)中得到的母液中的水，并将所得溶液转移到所述尿素熔炉(1)中。根据本实施方式的在所述第一过滤和洗涤装置(4)中得到的母液主要包括尿素。将所述母液注入到水蒸发装置23中，然后在减压下进行加热蒸发水。将所得尿素转移到所述尿素熔炉12中再参与所述热分解反应。因此，尿素可再次使用并可降低生产成本。
根据本实施方式，加入到(5)的所述溶解容器16中的碱性水溶液可为碱金属氢氧化物的水溶液或碱土金属氢氧化物的水溶液，特别地可为NaOH、KOH或Ca(OH)2的水溶液。所述碱性水溶液的浓度范围可为约10％-50％。所述碱性水溶液的载入装置没有限制。例如可通过外置加料管线将所述碱性水溶液注入或将所述碱性水溶液直接注入到碱性水溶液容器中。
在本实施方式中，(5)的所述溶解容器16的温度可在50℃-105℃，特别在60℃-80℃的范围内。当(5)的所述溶解容器16的温度低于50℃时，所述粗缩二脲晶体在碱性水溶液中的溶解时间太长，以至于降低了经济效率。另一方面，当(5)的所述溶解容器16的温度高于105℃时，缩二脲会发生分解。
使用根据本实施方式的用于制备缩二脲的装置得到的缩二脲不含氰尿酸，因此缩二脲具有高纯度。此外，可使用简单装置得到所述缩二脲，从而可降低生产成本。
根据本发明的另一实施方式的制备氰尿酸的装置包括：(1)尿素熔炉，用于熔融尿素；(2)热分解反应器，通过加热使所述熔融的尿素发生热分解；(3)第一结晶器，通过向所述热分解反应器中生成的产物中加入水并冷却所得产物，用来沉淀粗晶体从而得到含粗晶体的浆液；(4)第一过滤和洗涤装置，用于通过将所述含粗晶体的浆液进行过滤和洗涤得到粗缩二脲结晶；(5)溶解容器，用于使用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体；(6)第二结晶器，用于通过冷却所述溶解产物使纯化的缩二脲晶体沉淀以得到含纯化缩二脲晶体的浆液；(7)第二过滤和洗涤装置，用于过滤所述含纯化缩二脲晶体的浆液以得到纯化的缩二脲晶体和母液，并洗涤所述纯化缩二脲晶体；(8)中和装置，用于用酸中和从所述第二过滤和洗涤装置中注入的母液以析出氰尿酸晶体，从而得到含氰尿酸晶体的浆液；以及(9)第三过滤和洗涤装置，用于过滤和洗涤所述含氰尿酸晶体的浆液以回收氰尿酸晶体。
在(8)中，用来中和所述母液的所述酸可为无机酸，如盐酸、硫酸、硝酸或磷酸；或有机酸，如乙酸、羧酸、甲酸、草酸或苯甲酸。此外，该酸可以是pH值低于7的任何酸。
已经描述了所述中和装置19和过滤氰尿酸晶体的所述第三过滤和洗涤装置20。
至此，已经描述了制备缩二脲的方法和装置以及制备氰尿酸的方法和装置。
在根据本发明的所述方法和装置中，使用碱性水溶液溶解粗缩二脲晶体，然后冷却得到缩二脲晶体。因此，与使用氨气吸收的方法相比，可在更短的时间内能够更容易地制备出具有高纯度的缩二脲和具有更高纯度的氰尿酸。
参考下面实施例，将进一步详细描述本发明。这些实施例仅作为示例性的目的而不能认为是限制本发明。
实施例
实施例1
将尿素(SigmaAldrich Co.制造)在140℃下熔于尿素熔炉中，然后以预定的载入速率注入到热分解反应器中。所述热分解反应器的温度保持在160℃。所述热分解反应器是由三个反应器串联组成的连续型反应器。空气通过热分解反应器中的较低部位以每1 mol尿素使用1 mol的量注入所述热分解反应器中。因此，当空气从热分解反应器中排出时，该空气含有氨气和未反应的异氰酸。将所得空气转移到所述尿素熔炉以使所述未反应的异氰酸与尿素发生反应。将从所述热分解反应器中得到的产物连续注入到冷却槽中以沉淀出粗缩二脲晶体。此时，将产物在所述冷却槽中的平均停留时间控制在约150分钟。回收从所述热分解反应器中得到的产物来计算尿素的转化率。结果，尿素的转化率为约35％。将所述热分解反应的产物用液相色谱进行鉴定。基于100重量份注入的尿素，缩二脲的量为29.8重量份，尿素的量为50.9重量份，氰尿酸的量为3.0重量份，二缩三脲的量为1.3重量份。即，缩二脲、尿素、氰尿酸和二缩三脲的总重量为85重量份。所注入的100重量份尿素减去生成产物的总重量为15重量份，该损失是由于未反应的异氰酸和氨气从热分解反应器中逸出所导致。以下，基于100重量份注入的尿素，各组分的量以重量份为单位进行计量。
将85重量份的水注入到85重量份的热分解产物中并在搅拌下冷却到15℃，和然后将该反应产物进行离心脱水。用15重量份的水洗涤含晶体的脱水滤饼以除去残留尿素。结果，得到28重量份的饼块。将该脱水饼块用液相色谱进行鉴定。同样的，缩二脲的量为85.7 wt％，尿素的量为1.8 wt％，氰尿酸的量为8.9 wt％，二缩三脲的量为3.6 wt％。此外，用液相色谱鉴定脱水得到的母液。结果，缩二脲的量为4.1 wt％，尿素的量为35.5 wt％，氰尿酸的量为0.3 wt％，二缩三脲的量为0.2 wt％和水的量为59.9 wt％。将脱水后的母液在110℃-130℃的温度下于压力为200 mmHg进行加热，然后再注入到所述尿素熔炉中。当其被再注入到尿素熔炉之前鉴定所得产品溶液的组成。结果，缩二脲的量为12.2 wt％，尿素的量为86.5 wt％，氰尿酸的量为0.9 wt％，二缩三脲的量为0.4 wt％。然后，将尿素另外注入所述尿素熔炉中。通过这种方法，在所述热分解反应器中的热分解产物的组分中，缩二脲的转化率增大以达到平衡。在所述平衡状态下，所述热分解产物的组成包括37.3 wt％的缩二脲、57 wt％的尿素、4.2 wt％的氰尿酸和1.5 wt％的二缩三脲。
将72重量份的水进一步加入到脱水的粗缩二脲块(cake)中，然后相对于氰尿酸的摩尔量加入为1mol当量的2.5mol NaOH水溶液并在70℃加热20分钟以分解所有的热分解产物。这时，所述氰尿酸与NaOH水溶液反应形成极易溶解于水的氰尿酸盐。将用NaOH水溶液溶解的所得溶液注入到冷却槽中并冷却至-10℃。此时，缩二脲结晶并沉淀。使用离心机将所得溶液进行脱水，和用水洗涤得到纯化的缩二脲。结果，得到了高达99.5重量％的缩二脲。
此外，将所述脱水母液注入到中和槽中和然后加入向其中加入HCl直到在所述中和槽中的溶液的pH值下降到4。这时，氰尿酸沉淀。将所得溶液在50℃脱水，和用水洗涤以得到纯化的氰尿酸。此时，得到高达99重量％的氰尿酸。
对比例1
将122重量份的水，和28.6重量份的氨(19％的氨水)加入到根据实施例1中通过热分解、冷却和过滤处理得到的85重量份的粗缩二脲块中，然后混合在一起。将所得溶液加热到温度为90℃-100℃，并保持30分钟，和、然后冷却到50℃，并逐步降低反应器使用的压力至大气压以沉淀出缩二脲晶体。这时，氰尿酸与氨结合并变得相对于水可溶。因此，氰尿酸没有沉淀出来。过滤所得浆液，母液块用水洗涤并干燥。使用液相色谱鉴定该干燥产物。结果，缩二脲的量为98％，尿素的量为0.5％，氰尿酸的量为0.3％，二缩三脲(triuret)的量为1.2％。
在根据本发明的方法和装置中，通过使用碱性水溶液溶解热分解尿素生成粗缩二脲晶体，因此，与常规方法相比，根据本发明的制备高纯度缩二脲和高纯度氰尿酸的方法简单廉价。同时，将热分解步骤中未反应的异氰酸转移到尿素熔炉中。此外，将通过热分解产物的母液脱水得到的尿素转移到尿素熔炉中。因此，可以降低尿素的损失并增大尿素的转化率，这是非常经济的。此外，可使用洗涤器吸收在所述方法中生成的氨并且可将所述吸收的氨在单独的方法中再利用。
虽然本发明参考示例性实施方案已进行了特别的显示和描述，但本领域熟练技术人员可以理解，可在不背离如下面权利要求所定义的本发明的精神和范围下，在形式和细节上可做出多种改变。

Claims (19)

1.一种制备缩二脲的方法，该方法包括：
(a)熔融尿素；
(b)通过加热使所述熔融的尿素发生热分解反应；
(c)向所得热分解产物中加入水以沉淀和过滤粗缩二脲结晶；
(d)用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲结晶；
(e)冷却所述溶解产物以沉淀缩二脲结晶；以及
(f)过滤所述冷却产物以得到缩二脲结晶和母液，并洗涤所述缩二脲结晶。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在(a)中，所述尿素在熔炉中于130℃-160℃下进行加热。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在(b)中，所述加热的温度在130℃-200℃的范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在(b)中生成氨气和异氰酸气体，并将所生成的氨气与异氰酸气体转移到(a)中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在反应器的较低部位通入空气或惰性气体来进行(b)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用间歇式反应器或由多个反应器串联组成的连续型反应器来进行(b)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，将(c)中得到的母液脱水然后转移到(a)中。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在(d)中，所述碱性水溶液是碱金属氢氧化物的水溶液或碱土金属氢氧化物的水溶液。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在(d)中，所述碱性水溶液的注入量相对于粗制缩二脲晶体中含有的1mol氰尿酸为0.5-5mol。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在(d)中，在50℃-105℃的温度下使用所述碱性水溶液。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，在(e)中，将所述溶解产物冷却到5℃-40℃的温度范围。
12.一种制备氰尿酸的方法，该方法包括：
(a)熔融尿素；
(b)通过加热使所述熔融的尿素发生热分解反应；
(c)向所述热分解所得产物中加入水以沉淀和过滤粗缩二脲晶体；
(d)用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体；
(e)冷却所述溶解产物以沉淀出缩二脲晶体；
(f)过滤所述冷却产物得到缩二脲晶体和母液，并洗涤所述缩二脲晶体；
(g)用酸中和所述过滤母液以沉淀氰尿酸晶体，从而得到含氰尿酸晶体的浆液；以及
(h)过滤并洗涤所述含氰尿酸晶体的浆液以回收氰尿酸晶体。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述酸为有机酸或无机酸。
14.一种用于制备缩二脲的装置，该装置包括：
(1)尿素熔炉，用于熔融尿素；
(2)热分解反应器，用于通过加热使所述熔融的尿素发生热分解；
(3)第一结晶器，用于通过向所述热分解反应器中生成的产物中加入水和冷却所得产物以沉淀粗晶体，从而得到含粗晶体的浆液；
(4)第一过滤和洗涤装置，用于通过过滤和洗涤所述含粗晶体的浆液以得到粗缩二脲晶体；
(5)溶解容器，用于使用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体；
(6)第二结晶器，用于通过冷却所述溶解产物，沉淀出纯化的缩二脲晶体以得到含纯化缩二脲晶体的浆液；以及
(7)第二过滤和洗涤装置，用于过滤所述含纯化缩二脲晶体浆液以得到纯化缩二脲晶体和母液并洗涤所述纯化缩二脲晶体。
15.根据权利要求14的所述装置，该装置进一步包括收集所述热分解反应器中生成的氨气和异氰酸气体，并将所述氨气和异氰酸气体再运送至所述尿素熔炉的装置。
16.根据权利要求14的所述装置，其中，所述热分解反应器为间歇式反应器或由多个反应器串联组成的连续型反应器。
17.根据权利要求14的所述装置，该装置进一步包括使在所述第一过滤和洗涤器中得到的母液脱水，并将所得溶液转移到所述尿素熔炉中的装置。
18.根据权利要求14的所述装置，其中，所述碱性水溶液是碱金属氢氧化物的水溶液或碱土金属氢氧化物的水溶液。
19.一种制备氰尿酸的装置，该装置包括：
(1)尿素熔炉，用于熔融尿素；
(2)热分解反应器，用于通过加热使所述熔融尿素发生热分解；
(3)第一结晶器，用于通过向所述热分解反应器中加入水并冷却所得溶液，从而沉淀出粗晶体以得到含粗晶体的浆液；
(4)第一过滤和洗涤装置，用于通过过滤和洗涤所述含粗晶体浆液得到粗缩二脲结晶；
(5)溶解容器，用于使用碱性水溶液溶解所述粗缩二脲晶体；
(6)第二结晶器，用于通过冷却所述溶解产物来沉淀纯化的缩二脲晶体以得到含纯化缩二脲晶体的浆液；
(7)第二过滤和洗涤装置，用于过滤所述含纯化缩二脲晶体的浆液以得到纯化的缩二脲晶体和母液并洗涤所述纯化缩二脲晶体；
(8)中和装置，用于使用酸中和从所述第二过滤和洗涤装置中注入的母液以沉淀氰尿酸晶体得到含氰尿酸晶体的浆液；以及
(9)第三过滤和洗涤装置，用于过滤和洗涤所述含氰尿酸晶体的浆液以回收氰尿酸晶体。
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