CN101830859B - 一种异氰尿酸的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异氰尿酸的生产方法，特别公开了一种采用全封闭连续性四级蒸汽压差反应生产异氰尿酸的方法。该异氰尿酸的生产方法，其特殊之处在于：将异氰尿酸细料与质量百分比为25％的硫酸混合均匀后依次通过封闭的四级加压反应釜在蒸汽加热的作用下发生水解反应，反应完毕后料液进入冷却反应釜进行降温冷却。因此，本发明异氰尿酸的生产方法的有益效果是，既有效的利用了能源，节约了成本，又大大减少了烟气排放量，节煤节电且生产效率大大提高。

Description

一种异氰尿酸的生产方法

(一)技术领域

本发明涉及一种异氰尿酸的生产方法，特别涉及一种采用全封闭连续性四级蒸汽压差反应生产异氰尿酸的方法。

(二)背景技术

异氰尿酸，又名氰尿酸、三聚氰酸，化学名称为2，4，6-三羟基-1，3，5-三嗪，分子式C₃H₃N₃O₃，分子量129.1，外观为白色结晶性粉末，无味，微溶于水，能溶于热醇、吡啶、浓盐酸及热的硫酸，不溶于冷甲醇、醚、丙酮、苯及氯仿，比重1.768(含两个结晶水)，熔点330℃(分解)，饱和溶液的pH值≥4.0，用于制造氰尿酸溴化物、氯化物、溴氯化物、碘氯化物及其氰尿酸盐类、酯类，主要用于合成新型杀菌消毒剂、水处理剂、漂白剂、氯化剂、溴化剂、抗氧化剂、油漆涂料、选择性除草剂和金属氰化缓和剂，还可以直接用作游泳池氯稳定剂，尼龙、塑料、聚酯阻燃剂及化妆品添加剂，专用树脂的合成等方面。

目前异氰尿酸的工业生产方法有固相法和液相法两类，均以尿素为主要原料，我国大多数厂家采用固相法生产。

1.固相法

尿素在无溶剂下直接加热解聚成异氰尿酸的方法称为固相法。固体尿素在工业窑、炉或带有搅拌器的反应装置中于200～290℃下熔融热解，形成含有多种异氰尿酸胺盐、氨基甲酸酯及缩二脲的粗异氰尿酸(含异氰尿酸约60％～70％)，而后经破碎、酸洗、分离和干燥后得到含量98％的产品。

2.液相法

液相法是把尿素悬浮于环丁砜、二甲基亚砜、邻异丙基酚等高沸点溶剂中，在反应釜内加热聚合后，脱去溶剂，再经水洗、干燥等工序，制得高纯度产品。

现在国内异氰尿酸的生产普遍采用的“燃煤加热法”生产粗品和“间歇敞开式直通蒸汽加热法”生产精品，能耗高，污染严重，对尿素缩合产生的氨气及异氰尿酸精制过程中产生的稀硫酸，仅采用一级简单吸收低空排放，吸收效率低，过剩稀硫酸用石灰乳中和后排放，一方面造成了资源的浪费，另一方面也污染了环境，不符合清洁生产及环保要求，产品浓缩采用简单釜式蒸馏，蒸汽消耗量大。

(三)发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种节能减排、低成本高效率的异氰尿酸生产方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种异氰尿酸的生产方法，其特殊之处在于：将异氰尿酸细料与质量百分比为25％的硫酸混合均匀后由动力泵打入一级加压反应釜，同时通入蒸汽为料液加热，一级加压反应釜内压力为0.4MPa，温度为135℃～140℃，料液在此条件下瞬间水解，待一级加压反应釜满后，在动力泵的作用下，料液进入二级加压反应釜继续发生水解反应，此时二级加压反应釜内压力为0.3MPa，温度为130℃～135℃，待二级加压反应釜满后，料液进入三级加压反应釜继续发生水解反应，此时三级加压反应釜内压力为0.2MPa，温度为125℃～130℃，待三级加压反应釜满后，料液进入四级加压反应釜继续发生水解反应，四级加压反应釜内压力为0.1MPa，温度为120℃～125℃，此时水解反应完毕，料液进入冷却反应釜进行降温冷却，压力降为常压，待料液温度≤30℃时，放入滤池。

在异氰尿酸生产中采用全封闭连续性四级蒸汽压差反应法取代间歇敞开式直通蒸汽加热法以及缩合炉烟气取代热风炉干燥副产品硫酸铵的新工艺，不但实现了节能减排，而且使产品合格率达到98％以上，成本大幅降低，产量大幅提升。

采用全封闭连续性四级蒸汽压差反应法取代间歇敞开式直通蒸汽加热法，在冷却反应釜内，蒸汽压力减弱为常压，温度小于等于30℃，热能损失非常低，这样就大大降低了蒸汽使用量；以缩合炉烟气取代热风炉干燥副产品硫酸铵，实现了节能减排；对尿素缩合产生的氨气及异氰尿酸精制过程中产生的稀硫酸，采用饱和器循环吸收--塔式废水尾气吸收+两效模式蒸发工艺，大大提高了副产品硫酸铵溶液的饱和度，使生产中产生的废水全部循环利用，无废液排放，尾气中含氨量也大大降低。

本发明异氰尿酸的生产方法，包括如下步骤：

(1)缩聚：将尿素和催化剂氯化铵按1000∶1比例加入瓷盆中，将瓷盆按上下层排放在小车上，将聚合炉用块煤加热到一定温度，加热的同时将加热装置产生的烟道气，引入到副产品硫酸铵车间烘干工段进行余热利用，再用千斤顶将载入物料的小车顶入聚合炉内，小车上的物料在炉内270-280℃温度条件下，停留反应10小时后出炉，产生的氨气则通过收集输送到副产品硫酸铵车间去生产硫酸铵使用；

(2)粉碎：出炉后的物料经粗粉碎即为异氰尿酸粗品，粗品在投入一级加压反应釜之前，要进行超细粉碎，粉碎为异氰尿酸细料，一般为60～100目；

(3)配制：将原料按照异氰尿酸细料1.2吨、质量百分比为25％的硫酸1400升的比例放入第一配料槽和第二配料槽内，然后连接配料槽，将两者混合均匀；

(4)四级水解：由动力泵将上述混合均匀的料液打入一级加压反应釜，同时通入蒸汽为料液加热，一级加压反应釜内压力为0.4MPa，温度为135℃～140℃，料液在此条件下瞬间水解，待一级加压反应釜满后，在动力泵的作用下，料液进入二级加压反应釜继续发生水解反应，此时二级加压反应釜内压力为0.3MPa，温度为130℃～135℃，待二级加压反应釜满后，料液进入三级加压反应釜继续发生水解反应，此时三级加压反应釜内压力为0.2MPa，温度为125℃～130℃，待三级加压反应釜满后，料液进入四级加压反应釜继续发生水解反应，四级加压反应釜内压力为0.1MPa，温度为120℃～125℃，此时水解反应完毕，料液进入冷却反应釜进行降温冷却，压力降为常压，待料液温度≤30℃时，放入滤池；

(5)抽滤：料液进入滤池前，先将滤池放入一定量池底水，水位一般控制在高于滤布10厘米，放料毕，将料液抽滤，固体进入下一工序继续操作，液体为高浓度酸水，通过管道进入副产品硫酸铵车间去生产硫酸铵使用；

(6)水洗：洗料采用泡洗法：洗料次数为5-6遍。第1遍洗料水硫酸浓度为18％-20％，并且含有少量的异氰尿酸，所以直接回用于配料槽参与水解反应，第2-3遍洗料废水硫酸浓度为12％-16％回用于副产品硫酸铵的生产。第4-6遍洗料水浓度为2％-6％，作为配制25％硫酸的水回用于异氰尿酸水解反应；

(7)离心：将物料洗好后离心处理得到湿料，此时湿料可以作为二氯、三氯原料；

(8)烘干：离心完后将物料干燥即为成品异氰尿酸。

本发明中除有特殊说明外，硫酸的浓度百分比均为质量百分比。

生产异氰尿酸的反应原理为：

①尿素高温脱氨生成异氰尿酸粗品

主反应(95.8％的尿素)：3尿素→异氰尿酸+3氨

②副反应(4.2％的尿素)：6尿素→三聚氰胺+3二氧化碳+6氨

③三聚氰胺加水在硫酸作用下生成异氰尿酸和氨

三聚氰氨+3水→异氰尿酸+3氨

④氨气尾气吸收

2氨气+硫酸→硫酸铵

2NH₃+H₂SO₄→(NH₄)₂SO₄

异氰尿酸产品质量标准执行行业标准：

异氰尿酸的质量标准

本发明异氰尿酸生产方法的有益效果，一是利用尿素缩合炉产生的高温烟道气对另一道工序的硫酸铵进行烘干，充分利用了烟道气余热，既有效的利用了能源，又大大减少了烟气排放量，再则将粗制过程中产生的废氨气与精制过程中产生的废酸水在硫铵车间重新合成硫酸铵，每年可副产硫酸铵95826吨，不但杜绝了废氨气排放污染，而且使废酸水得到了充分回收利用，并拓展了产业链；二是节煤且生产效率大大提高：原异氰尿酸精制生产工艺采用的“间歇敞开式直通蒸汽加热法”，使得部分蒸汽白白在冷凝器中冷却成水后排掉，浪费了大量热能，而本发明采用全封闭连续性四级蒸汽压差反应法，在冷却反应釜内，蒸汽压力减弱为常压，温度≤30℃，这样就能使热能损失降至最低，大大减少了蒸汽使用量，吨产品蒸汽消耗由原来的1.6吨降为0.8吨，同时可实现连续性生产，反应时间由原来的11小时缩短为6小时，提高了生产效率；三是节电：该发明使得异氰尿酸生产动力设备数量减少了35％，吨产品可节约耗电32度，该部分每年可节约用电160万度。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明异氰尿酸的生产工艺流程图；

图2为本发明异氰尿酸的物料平衡图。

(五)具体实施方式

实施例1：

将1.5吨尿素和1.5千克氯化铵在聚合炉内发生缩聚反应，出炉后的物料经粗粉碎和细粉碎后得到异氰尿酸细料，将1.2吨异氰尿酸细料、1400升质量百分比为25％的硫酸分别放入第一配料槽和第二配料槽内，然后连接配料槽，将两者混合均匀后由动力泵将料液打入3000升的一级加压反应釜内，同时通入蒸汽为料液加热，反应釜内压力为0.4MPa，温度为138℃，料液在此条件下瞬间水解，待一级加压反应釜满后，在动力泵的作用下，料液进入3000升二级加压反应釜继续发生水解反应，此时二级加压反应釜内压力为0.3MPa，温度为132℃，待二级加压反应釜满后，料液进入3000升三级加压反应釜继续发生水解反应，此时三级加压反应釜内压力为0.2MPa，温度为126℃，待三级加压反应釜满后，料液进入3000升四级加压反应釜继续发生水解反应，四级加压反应釜内压力为0.1MPa，温度为122℃，此时水解反应完毕，料液进入冷却反应釜进行降温冷却，待冷却反应釜内压力为常压、料液温度≤30℃时，放入滤池进行水洗。放料前，滤池先放入一定量池底水，水位一般控制在高于滤布10厘米，放料毕，将料液抽滤，固体进入下一工序继续操作，液体为高浓度酸水，通过管道进入副产品硫酸铵车间去生产硫酸铵使用。洗料采用泡洗法，洗毕，离心烘干即得到成品异氰尿酸。整个过程时间为5小时，得到异氰尿酸成品1.07吨，蒸汽用量1.1232吨。

比较例：

传统异氰尿酸的生产方法，包括如下步骤：

1、配料：将原料按照异氰尿酸细料1.2吨、质量百分比为25％的硫酸1400升的比例，加入3000升反应釜内，开启搅拌；2、加热：打开排气阀，开启蒸汽阀，50分钟后，釜内料液温度达到120℃；3、保温：减小蒸汽阀门开度，减少给汽量，120℃保温水解10-11小时，保温期间要求搅拌间隔停止3小时；4、放料：正常反应终止，停止通入蒸汽30分钟后，打开罐口检查料的成熟，合格后放料；5、洗料：放料前，滤池先放入一定量池底水，水位控制在高于滤布10厘米。6、洗毕，离心烘干即得到成品异氰尿酸。整个过程反应时间为11-12小时，得到异氰尿酸成品1.02吨，蒸汽用量1.4356吨。

通过与异氰尿酸的传统生产方法进行比较，采用本发明的方法生产的异氰尿酸成品比传统的多0.05吨，蒸汽用量减少0.3124吨，整个反应时间节约7小时。

实施例2：

将3吨尿素和6千克氯化铵在聚合炉内发生缩聚反应，出炉后的物料经粗粉碎和细粉碎后得到异氰尿酸细料，将2.4吨异氰尿酸细料、2800升质量百分比为25％的硫酸分别放入第一配料槽和第二配料槽内，然后连接配料槽，将两者混合均匀后由动力泵将料液打入6000升的一级加压反应釜内，同时通入蒸汽为料液加热，反应釜内压力为0.4MPa，温度为135℃，料液在此条件下瞬间水解，待一级加压反应釜满后，在动力泵的作用下，料液进入6000升二级加压反应釜继续发生水解反应，此时二级加压反应釜内压力为0.3MPa，温度为133℃，待二级加压反应釜满后，料液进入6000升三级加压反应釜继续发生水解反应，此时三级加压反应釜内压力为0.2MPa，温度为128℃，待三级加压反应釜满后，料液进入6000升四级加压反应釜继续发生水解反应，四级加压反应釜内压力为0.1MPa，温度为123℃，此时水解反应完毕，料液进入冷却反应釜进行降温冷却，待冷却反应釜内压力降为常压、料液温度≤30℃时，放入滤池进行水洗。放料前，滤池先放入一定量池底水，水位一般控制在高于滤布10厘米，放料毕，将料液抽滤，固体进入下一工序继续操作，液体为高浓度酸水，通过管道进入副产品硫酸铵车间去生产硫酸铵使用。洗料采用泡洗法，洗毕，离心烘干即得到成品异氰尿酸。整个过程时间为6小时，得到异氰尿酸成品2.14吨，蒸汽用量2.2465吨。

Claims (4)

1.一种异氰尿酸的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)缩聚：将尿素和催化剂氯化铵放入炉内缩聚；

(2)粉碎：包括粗粉碎和细粉碎；

(3)配制：将异氰尿酸细料和质量百分比为25％的硫酸混合均匀；

(4)四级水解：将上述料液由动力泵打入一级加压反应釜，同时通入蒸汽为料液加热，一级加压反应釜内压力为0.4MPa，温度为135℃～140℃，待一级加压反应釜满后，动力泵将料液推入压力为0.3MPa，温度为130℃～135℃的二级加压反应釜反应，待二级加压反应釜满后，料液进入压力为0.2MPa，温度为125℃～130℃的三级加压反应釜反应，待三级加压反应釜满后，料液进入压力为0.1MPa，温度为120℃～125℃的四级加压反应釜，水解反应完毕，料液进入冷却反应釜进行降温冷却；

(5)抽滤：将料液固液分离；

(6)水洗：采用泡洗法；

(7)离心得到异氰尿酸湿料；

(8)烘干即为成品异氰尿酸；

步骤(1)中加热装置产生的高温烟道气引入到硫酸铵车间烘干工段进行余热利用；步骤(1)中产生的废氨气与步骤(5)中产生的高浓度酸水合成硫酸铵。

2.根据权利要求1所述的异氰尿酸的生产方法，其特征在于：异氰尿酸细料与质量百分比为25％硫酸的质量比为3∶4；冷却反应釜内最终料液温度≤30℃，压力为常压。

3.根据权利要求1所述的异氰尿酸的生产方法，其特征在于：步骤(1)中尿素和催化剂氯化铵的重量配比为900-1100∶1-2。

4.根据权利要求1所述的异氰尿酸的生产方法，其特征在于：步骤(1)中缩聚反应的温度为270-280℃，反应时间为10小时。

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