CN101863848B - 用于制备三聚氰胺的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于生产三聚氰胺的系统，包括反应器—尾气洗涤器—汽化器—转化器—可选的冷却器—可选的过滤器—结晶器—捕集器。该系统通过将高压法与低压法合理的融合，既能回收高压反应生成气，又能降低尿素单耗并提高产品纯度。同时，本发明还涉及一种用于生产三聚氰胺的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于生产三聚氰胺的系统及方法。
背景技术
三聚氰胺，也称蜜胺，其结构式如下：
三聚氰胺通常是以尿素为原料制备，现有的生产三聚氰胺的方法可分为低压法和高压法两类，高压法与低压法制备三聚氰胺的反应原理与具体步骤如下。
高压法生产三聚氰胺的反应属于液相反应，无催化剂，反应压力一般为7至20MPa。反应温度为360至420℃，一般认为反应包括四个步骤，即，尿素先分解为异氰酸和氨，异氰酸聚合，生成三聚氰酸，三聚氰酸与氨反应生成三聚氰胺和水，水与尿素反应，生成氨和二氧化碳，反应方程式如下：
第一步：3(NH2)2CO→3HOCN+3NH3 (1)
第二步：3HOCN→C3N3(OH)3 (2)
第三步：C3N3(OH)3+NH3→C3N3(NH2)(OH)2+H2O (3)
C3N3(NH2)(OH)2+NH3→C3N3(NH2)2(OH)+H2O (4)
C3N3(NH2)2(OH)+NH3→C3N3(NH2)3+H2O (5)
第四步：3(NH2)2CO+3H2O→6NH3+3CO2 (6)
总反应方程式：6(NH2)2CO→C3N3(NH2)3+6NH3+3CO2 (7)
ΔH＝629kJ/mol
其中反应方程式(4)、(5)中所生成的三聚氰酸一酰胺和三聚氰酸二酰胺是反应的中间产物，统称OAT(即：Oxy Amino Triazine，羟基氨基三嗪)。
同时，在高压条件下，所生成的三聚氰胺还会发生缩聚反应，生成蜜勒胺和蜜白胺等缩聚物并放出氨。这些缩聚物的生成，不但降低三聚氰胺的纯度，也降低了三聚氰胺的收率。三聚氰胺生成缩聚物的反应方程式如下：
生成蜜白胺(Melam)的反应方程式为：
生成蜜勒胺(Melerm)的反应方程式为：
三聚氰胺生成缩聚物的简化反应方程式如下：
2C3H6N6→C6H9N11+NH3 (8)
2C3H6N6→C6H6N10+2NH3 (9)
反应(8)和(9)是可逆反应，提高氨分压，可使反应向左移动，减少反应产物中缩聚物的含量。
U.S.Pat.No.4,565,867和U.S.Pat.No.5514796公开了SLP高压法制备三聚氰胺的方法，工艺简述如下：将尿素加压后输送到尿素洗涤器，与含少量气相三聚氰胺的反应所生成的尾气接触后进入三聚氰胺高压反应器并发生(1)-(8)的化学反应。含液相三聚氰胺和气相氨和二氧化碳的反应生成气从反应器顶部出来至气液分离器，液相三聚氰胺与尾气分离。尾气经洗涤，除去其中混有的三聚氰胺后，直接送尿素装置转化成尿素。在气液分离器物流中的液相三聚氰胺在差压和液面控制下送去淬冷器。液氨作为淬冷剂使其降温，三聚氰胺凝固成微粒并被冷却，经收集到成品料斗后作为产品送出。从淬冷器出来的热氨气经过过滤、压缩、冷凝后在装置内循环。这种生产三聚氰胺的工艺是流程最短的工艺：高压反应器的液体产物直接用液氨淬冷，得到粉状三聚氰胺产品。但产品的纯度较低(≤99％)，不能满足一般用户的要求。
中国发明公开CN1538961A披露另一种使用高压法制备三聚氰胺的方法，在该方法中，在400℃和8MPa条件下在一个圆柱形反应器里进行尿素转化为三聚氰胺的反应，反应的生成物从反应器顶部排出后进入淬冷塔。在淬冷塔，工艺水作为淬冷剂将反应产物中三聚氰胺溶入水溶液，溶液还含有二氧化碳、氨和副产物等。含三聚氰胺的溶液从淬冷塔底部排出后被送到二氧化碳气提塔，再经过提纯、结晶、离心分离、干燥后作为产品输出。从淬冷塔顶部排出尾气中含有氨、二氧化碳和水蒸汽，将尾气降压到2.2MPa后以浓甲铵液形式送往尿素装置。
文献Chemical Economy & Engineering Review，Vol.8，(1976)，No.1，2，p.35中公开了另一种用高压法生产三聚氰胺的方法，其工艺过程为，熔融尿素被加压至10MPa后进入高压洗涤塔，洗涤反应尾气后进入压力10MPa、温度400℃的三聚氰胺反应器。将从反应器中流出的生成物分离为气相和液相物料。气相物料经过尿素洗涤塔洗涤和尾气处理工序后进入尿素装置。将由熔融的三聚氰胺及其副产物组成的液相物料输送至淬冷器，在高压下用氨水淬冷，将液相物料溶解形成含有20-30wt％三聚氰胺的溶液，在温度为180℃的条件下，将该溶液停留在激冷器里，直到残余的杂质分解为止。从激冷器流出的溶液进入压力为1.5Mpa的氨气提塔，以脱除氨，再通入两台串联的结晶器，三聚氰胺从结晶器中结晶出来，再经过离心机分离出三聚氰胺结晶，经干燥、粉碎后成为产品输出。
高压法的优点是所产生的由氨和二氧化碳组成的尾气处于高压状态，可直接返回尿素装置，这种处理方式能有效降低原料损耗；其缺点是反应生成的液相产物中含有的中间产物(OAT)、副产物蜜勒胺等较多，由于引入液相淬冷剂(液氨、氨水或母液)进行淬冷后再精制，流程长且复杂；同时，反应过程中一部分三聚氰胺在精制分离过程中被水解，生成OAT。这不仅增加了除杂过程的难度，也降低了三聚氰胺的收率，且生产过程中往往伴有污水的产生。
低压法生产三聚氰胺的反应属于气相反应，需要使用催化剂，反应压力为0.1至1.0MPa，反应温度为360至420℃。在低压或常压下由尿素合成三聚氰胺的反应分为两步，第一步为吸热反应：尿素分解，生成氨和异氰酸；第二步为放热反应：异氰酸聚合生成三聚氰胺并放出氨和二氧化碳。反应方程式如下：
第一步：6(NH2)2CO→6HN＝C＝O+6NH3 ΔH＝984kJ/mol(11)
第二步：6HN＝C＝O→C3N3(NH2)3+3CO2 ΔH＝-355kJ/mol(12)
总反应方程式：6(NH2)2CO→C3N3(NH2)3+6NH3+3CO2(13)
ΔH＝629kJ/mol
在低压法的反应条件下，三聚氰胺也会发生缩聚反应，生成蜜勒胺和蜜白胺等缩聚物。
2C3H6N6→C6H6N10+2NH3 (14)
低压法生产三聚氰胺的工艺的最大区别在于反应产物的后处理方法。
文献Chem.Eng.，May 20，1968，p.124和HydrocarbonProcessing，November 1966，p.146公开了一种使用低压法制备三聚氰胺的后处理方法，其工艺简述如下：采用水和结晶母液作为淬冷剂来冷却和溶解反应器出来的气相产物，然后通过在液相中结晶最终分离出纯三聚氰胺产品。该工艺过程中虽然没有生成OAT，然而在后处理过程中却有一部分三聚氰胺被水解，生成OAT。这不仅使后处理工艺变得复杂，也降低了三聚氰胺的收率，产生的废水也需进行处理。
文献Hydrocarbon Processing，September 1969，p.184中公开了另一种使用低压法生产三聚氰胺的后处理方法)其工艺简述如下：，将以氨和二氧化碳的混合气(尾气)为淬冷剂的气相淬冷法对反应产物进行后处理，利用副产物与产品气相结晶温度不同将副产物先结晶，再通过过滤除去副产物，完成产品的提纯。因为没有水，所以不会生成OAT。此法不仅工艺流程短，三聚氰胺的收率也比较高。
低压法的优点是工艺流程短，设备投资少，无污水产生(气相淬冷工艺)，产品纯度高；缺点则是尾气压力低，不能直接送往尿素装置加以利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于生产三聚氰胺的系统，以同时避免现有高压法杂质含量高或者为高含量而导致的流程复杂，以及现有低压法的尾气不能直接回用的缺陷。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：用于生产三聚氰胺的系统，包括：
反应器，包括设于反应器下部的第一进料口与第二进料口，第一进料口用于通入熔融尿素，第二进料口用于通入第一载气；还包括设于所述反应器上部的第一出料口与第二出料口，第一出料口的位置高于第二出料口的位置，第一出料口用于输出反应器中产生的反应气，第二出料口用于输出反应器中产生的液相物质；
尾气洗涤器，与第一出料口相连，用于洗涤处理反应气；
汽化器，通过减压阀与第二出料口相连，用于汽化三聚氰胺液流；
催化转化器，与汽化器相连，用于将汽化后的三聚氰胺中混合的少量OAT和缩聚物在催化剂作用下转化为三聚氰胺；
结晶器，位于转化器下游，对三聚氰胺进行结晶；
捕集器，与结晶器相连，用于捕集结晶的三聚氰胺。
本发明的进一步改进在于，催化转化器之后设置一个冷却器，用于对经转化器催化后的气体进行降温。
本发明的进一步改进在于，上述系统还包括过滤器，连接在转化器与结晶器之间，通过控制温度结晶并滤出气流中的固体杂质。进一步地，过滤器采用袋式除尘器结构。更进一步地，过滤器中滤袋的材料为玻璃纤维或金属纤维。
本发明的进一步改进在于，上述系统进一步包括：
第一熔盐循环系统，用于加热反应器，按流路顺序依次包括第一熔盐储罐、第一熔盐泵、熔盐炉、和设置在反应段中的第一换热盘管；
第二熔盐循环系统，依序包括第一熔盐储罐、第二熔盐泵、熔盐炉、和设置在汽化器中的第二换热盘管；以及
第三熔盐循环系统，用于降温流经冷却器的气流，按流路顺序依次包括第二熔盐储罐、第三熔盐泵、和设置在冷却器中的第三换热管。
本发明的进一步改进在于，第一熔盐储罐与第二熔盐储罐是由隔板隔开的同一熔盐储罐，用于隔开第一熔盐储罐中的熔盐与第二熔盐储罐中的熔盐，隔板上部设有溢流口，下部设有连同管或连同口，使得隔板两边液面一致。
本发明的进一步改进在于，第一熔盐循环系统还包括第四换热盘管，设于反应器之外，用于预热进入反应器的第一载气。
本发明的进一步改进在于，第三熔盐循环系统还包括第五换热盘管，设于汽化器之外，用于预热在进入汽化器之前的第二载气。
本发明的进一步改进在于，上述汽化器、转化器和冷却器的设置为下述之一：
a.所述汽化器、转化器和冷却器在一种双层或多层流化床，或循环流化床中耦合为一体；
b.所述汽化器、转化器可以在一种单层、双层或多层流化床，或循环流化床中耦合为一体，而热气冷却器采用管式换热器；
c.所述汽化器采用管式换热器，所述转化器和冷却器在一种双层或多层流化床，或循环流化床中耦合为一体；
d.所述汽化器和热气冷却器采用管式换热器，催化转化器为一种固定床催化反应器。
本发明的进一步改进在于，出自所述捕集器的载气被分为两个循环回路，第一回路作为第二载气经历载气压缩机、所述汽化器、所述催化转化器、可选的冷却器、可选的过滤器、所述结晶器，回到所述捕集器，第二回路经过一换热装置降温后，作为激冷气流入所述结晶器，与所述第一回路中的气体汇合后回到所述捕集器。
本发明的更进一步改进在于，第一载气为氨气，第二载气为氨气或氨气与二氧化碳混合气。
同时，本发明还提供了一种用于生产三聚氰胺的方法，包括如下步骤：
—在一反应器中进行尿素转化成三聚氰胺的反应，维持所述反应器的温度在360-420℃、压力在7-20Mpa之间；
—将反应生成气导入尾气洗涤器，以熔融尿素洗去反应气中的尿素、三聚氰胺和副产物；
—将液态三聚氰胺导入低压系统，并利用转化器将其中的OAT转化成三聚氰胺，所述低压系统的压力为0.1-1.5Mpa，温度为360-420℃，
—将来自转化器的气流导入结晶器，在结晶器中利用反向的淬冷气体进行降温，结晶出三聚氰胺；
—利用捕集器捕获结晶出的三聚氰胺。
本发明的进一步改进在于，出自转化器的气流在进入所述结晶器之前经过一个过滤过程，过滤器的温度和压力使得气流中所含的聚合物杂质从气流中结晶出来，并被过滤。
本发明的进一步改进在于，低压系统的压力为0.2-0.7MPa。
本发明的进一步改进在于，转化器的温度为355-455℃，进入所述过滤器的气流的温度为315-350℃。
本发明的更进一步改进在于，通入所述反应器中的第一载气与通入所汽化器的第二载气为氨气或氨气与二氧化碳的混合物。
采用本发明的系统及方法的优势在于，通过将高压法与低压法合理的融合，同时具有了高压法尾气处理简单合理以及低压法流程短、三聚氰胺产品纯度高(≥99.8％)、尿素单耗低(≤3.0t/t)、设备投资少的优点。
附图说明
图1.示出了本发明一个具体实施例的用于生产三聚氰胺的系统的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，用于生产三聚氰胺的系统包括反应器4，反应器4包括设于反应器下部的第一进料口41与第二进料口42，第一进料口41用于通入熔融尿素，第二进料口42用于通入第一载气液氨；反应器4还包括设于上部的第一出料口43与第二出料口44，第一出料口43的位置高于第二出料口44的位置，第一出料口43用于输出反应生成气(尾气)，该生成气主要为二氧化碳和氨气，其中夹杂着少量三聚氰胺及反应副产物。第二出料口44用于输出反应器中产生的液相物质，主要为三聚氰胺，其中夹杂着少量OAT及三聚氰胺副产物。本发明使用的反应器可以是现有技术中已知的。
尾气洗涤器3与第一出料口43相连。在尾气洗涤器3中，来自尿素储罐1的熔融尿素洗涤掉尾气中的三聚氰胺、未反应的尿素。该尿素洗涤器3内设有换热管束，该换热管束将尾气洗涤器3内温度控制在140-220℃范围内，在该温度下，尿素呈熔融状态而且不会大量分解。
在生产过程中，控制反应器的温度和压力，使得反应产物、副产物以及OAT等以液态从第二出料口44流出反应器，经过减压阀减压后进入催化转化器15。在三聚氰胺进入转化器15之前需要升温至适于进行催化转化的温度，为此设置一个汽化器14，以汽化三聚氰胺、副产物以及OAT。在图1示出的实例中，汽化器14与转化器15被集成在一起。汽化器14位于转化器15的下部(这种情况下，汽化器14和转化器15实际上是整个催化转化装置的汽化段14和催化段15)。这种设置不是必须的，汽化器14也可以与转化器15分开，成为一个单独的装置。催化转化器15用于将汽化后的三聚氰胺中混合的少量OAT、缩聚物等在催化剂与载气作用下转化为三聚氰胺；优选地，在该催化转化器15之后还可以设有一个冷却器，用于对经催化段催化后的气体进行降温。
如图1所示，在催化转化器之后设有过滤器17，其与冷却器16(也可以看作催化转化装置的冷却段17)相连，将经冷却器16冷却后的气相物质中的颗粒物质过滤脱除。这种过滤器17可以采用袋式除尘器结构，可以用于制作该过滤器17中滤袋的滤料包括但不限于玻璃纤维或金属纤维。在本发明用于生产三聚氰胺的系统中可以设置两个过滤器17，一用一备。经过冷却器16冷却和过滤器17过滤，三聚氰胺气流中的少量固体聚合物杂质被全部除去。在本发明中，过滤器17的设置仅是优选方案，在对三聚氰胺的纯度要求不太严格的情况下，该过滤器17和冷却器16可以省略。
结晶器20，与催化转化器15相连，对三聚氰胺进行结晶。
捕集器21与结晶器20相连，用于将结晶器20中产生的混合物中的固相物质与气相物质分离，捕集器下部设有第三出料口211以输出三聚氰胺，捕集器21的上部设有第四出料口213，分别与结晶器20和催化转化装置的汽化段(或单独的汽化器)14相连，气体从捕集器21的上部输出，滤除三聚氰胺粉尘后，一部分经冷却升压后作为激冷气体输送到结晶器20，以结晶出三聚氰胺；另一部分经升压、预热后作为载气输送到催化转化装置的汽化段(或单独的汽化器)14。捕集器21可以采用袋式除尘器，也可以采用旋风分离器或其它气固分离器。
在上述低压部分循环的气体可以是氨气或氨气与二氧化碳的混合气体。本实施例中使用的是纯氨气。采用纯氨气作为激冷气体，是为了有利于OAT在转化器15中的转化。
如图1所示，在本发明的一种具体的实施例中，进一步还包括：
第一熔盐循环系统，用于加热反应器4，按流路顺序依次包括第一熔盐储罐、第一熔盐泵9、熔盐炉8、和设置在反应段中的第一换热盘管；优选地，在第一熔盐循环系统中还可以包括一个第四换热盘管7，设于反应器4之外，用于气化和加热进入反应器4的第一载气液氨。
第二熔盐循环系统，用于加热催化转化装置中的汽化段(或单独的汽化器)14，按流路顺序依次包括第一熔盐储罐、第二熔盐泵10、熔盐炉8、和设置在催化转化装置中的汽化段(或单独的汽化器)14中的第二换热盘管；以及
第三熔盐循环系统，用于降温流经冷却器16的气体，按流路顺序依次包括第二熔盐储罐、第三熔盐泵11、和设置在催化转化装置中的冷却段(或单独的冷却器)16中的第三换热管。优选地，在第三熔盐循环系统中还可以包括一个第五换热盘管13，设于催化转化装置汽化段(或单独的汽化器)14之外，用于在载气进入催化转化装置汽化段(或单独的汽化器)14之前预热该载气。当催化转化装置中未设有冷却段(或单独的冷却器)16时，第三换热管可设置在过滤器17内用于对气相物质降温。当然，当体系中即不设有催化转化装置中的冷却段(或单独的冷却器)16，又不设有过滤器17时，可以不设有该第三熔盐循环系统，而第五换热盘管可以设置在第二熔盐循环系统流路中。
其中，第一熔盐储罐与第二熔盐储罐是由隔板121所隔开的同一熔盐储罐12，用于隔开第一熔盐储罐中的熔盐与第二熔盐储罐中的熔盐，隔板上部设有溢流口122，下部设有连通管或连通口123，使得隔板两边液面一致。
将上述各装置依次按顺序连接便构成用于生产三聚氰胺的系统。
利用上述反应系统的反应流程为，熔融尿素从尿素贮罐1经尿素泵2升压到7-20MPa后输送至尿素洗涤器3中，与由反应器4所生成的含有少量气相三聚氰胺的尾气接触换热，随后将含有三聚氰胺的尿素通过反应器3下部的第一进料口41输送到反应器4。尾气洗涤塔3的操作压力略低于反应器4的压力，可以通过位差或用泵将尿素送入到反应器4。同时，由液氨贮罐5出来的第一载气液氨经液氨泵6升压到7-20MPa后，经第一熔盐循环系统中第四换热盘管7将液氨汽化加热到250-450℃后，从反应器下部的第二进料管42进入反应器4，用于抑制副反应的发生和驱除液相三聚氰胺中的二氧化碳气体。
压力为7-20MPa熔融尿素和氨气进入反应器4后，由第一熔盐循环系统中的温度为400-450℃的第一换热盘管将反应器4内部温度升至360-420℃，开始发生化学反应式(1)-(6)的化学反应，同时产生大量气泡，推动流体向上流动到反应器顶部；到达气液界面分离后，液相三聚氰胺从第二出料口44输出，而尾气从位置高于第二物料口44的第一出料口43输出，进入尾气处理器3后与熔融尿素进行换热反应，其中尾气洗涤器3内设有换热管束，可将洗涤器3内的温度控制在140-220℃范围内，并能利用尾气降温产生的热量生产蒸汽；尾气温度降为140-220℃后被输入到尿素装置，重新生成尿素。
从反应器4第二出料口44流出的液态三聚氰胺经减压进入低压段，低压段的压力为0.1-1.5MPa，优选为0.2-0.7MPa，三聚氰胺被输送到催化转化器15。其中，载气从捕集器21上部的第四出料口213流出，经压缩机18加压，再经第三熔盐循环系统中的第五换热盘管升温至200-450℃后从汽化段14的下部输入。其中，载气为氨气或氨气与二氧化碳按任意比混合的混合气体。
在催化转化器的汽化段14，液相物质与载气被同时汽化，由于液相物质汽化是吸热过程，其所需热量由来第二熔盐循环系统中的温度为400-450℃的第二换热盘管所提供，将汽化器14内温度维持在355-455℃，压力为0.1-1.5MPa；优选为温度360-380℃，压力为0.2-0.7MPa。催化转化器15内的温度为355-455℃；其中，可以使用的催化剂包括但不限于氧化铝、硅铝胶、硅胶或其混合物；催化段15中发生以下反应方程式的化学反应：
OAT+NH3→C3H6N6 (15)
C6H6N10+2NH3→2C3H6N6 (16)
当催化转化器中的催化段15采用固定床结构时，催化剂可以使用的形状包括但不限于球形、条形、环形、星形、板波纹等。催化段内的催化剂可以是一层，也可以是多层；各层可以用同一种催化剂，也可用不同的催化剂。采用固定床结构的优点是反应物的流动状态接近活塞流，返混少，有利于提高转化率，使缩聚物的含量降至50ppm以下，而且流出催化转化器的反应物中没有催化剂粉尘。因而可省去滤除缩聚物和催化剂粉尘等操作。
催化转化后的气态物流几乎不含OAT，经过冷却段(或单独的冷却器)16冷却，冷却段16在第三换热盘管的作用下温度为310-350℃，压力在0.1-1.5Mpa，优选为325-340℃，压力在0.2-0.7Mpa。
经催化反应除去OAT后的气载三聚氰胺通过冷却段16冷却，然后输送到过滤器17，熔点较高的聚合物杂质变为颗粒物分离出来。过滤器17的温度应使得聚合物杂质密白胺和密勒胺可以结晶而三聚氰胺处于气态状态，以实现聚合物与三聚氰胺的分离。在本发明中，低压段的压力通常为0.1-1.5Mpa，优选为0.2-0.7Mpa。这样，相应地可以使聚合物杂质密白胺和密勒胺结晶的温度保持在310-350℃，优选为325-340℃。在过滤器17中可以采用0.3-1.5MPa，300-450℃的氨气进行周期性反吹，以维持其过滤阻力(压降)为0.001-0.07MPa。
经过滤器17过滤后的气相物质从三聚氰胺结晶器20的顶部进入，在结晶器20里与75-175℃的逆流而上冷载气(冷气)接触混合。在压力为0.2-0.7Mpa的情况下，维持温度为100-225℃，优选180-210℃。这样，超过99.9％的三聚氰胺会从气相中结晶析出。其中冷载气是从捕集器21上部的第四出料口213流出的第三气相物质经降温，再经冷气风机19吹送到结晶器20内。
将从结晶器20中导出的含三聚氰胺结晶的气固混合物进入捕集器21进行气固分离，粉状三聚氰胺从捕集器21底部排出，作为产品直接送去存储，不需进行处理，产品的最低纯度99.9％，粒径5至50微米。而几乎不含三聚氰胺，温度为180-230℃的载气从捕集器21的顶部流出，一部分经载气压缩机18增压到0.3-1.5MPa和第三熔盐循环系统中的第五换热盘管加热到200-350℃后被作为载气被输送到催化转化装置的汽化段(或单独的汽化器)14，另一部分气体，经过载气冷却器22降温到75-175℃，经冷气风机19吹送返回到三聚氰胺结晶器20作为冷载气使用。其中，载气冷却器22可以是一台换热器，也可以是多台换热器的串联，前面的换热器产生蒸汽，后面的换热器采用空冷或水冷来使得载气降温，或具有换热功能的气液洗涤设备。
生产实例1
参见附图1，2867.85kg/h、135℃的熔融尿素用高压泵2送入尾气洗涤塔3顶部的喷嘴，以细小液滴的形式由洗涤塔上部喷入，将来自三聚氰胺反应器4的温度为380℃的第一气相物质进行洗涤。洗涤塔3的操作压力为8.5MPa。1984kg/h净化并冷却至170℃的尾气由洗涤塔3的下部被输送到尿素装置。
含三聚氰胺的尿素从洗涤塔3底部的第一进料口41靠位差流入三聚氰胺高压反应器4的底部，在380℃、9MPa条件下进行反应。反应液在反应器4内停留的时间约60分钟。从反应器4底部第二进料口42送入的过热氨气的温度为400℃。由反应器4上部的第二出料口44流出的液相物质的按重量计包括：三聚氰胺94.85％、缩聚物1.50％、溶解的NH31.93％、OAT 1.72％。催化转化装置中汽化段14、转化段15与冷却段16构成一个双层流化床。由反应器4产出的液相物质通过氨气雾化喷嘴以雾状进入催化转化器下部的汽化段14，该处温度为380℃，压力为0.3MPa，三聚氰胺瞬间汽化，被导入到催化转化段15，在载气停留时间为10秒的条件下，在催化剂作用下，OAT全部被转化为三聚氰胺，大部分缩聚物也被转化为三聚氰胺。随后气流在冷却段16处降温到330℃，气流中缩聚物的含量≤100ppm，夹带着颗粒杂质的气流被输送到过滤器17，这些颗粒杂质在过滤器17中被分离除去。然后，气流进入三聚氰胺结晶器20，用1160kg/h、100℃氨气淬冷，温度降至200℃，使三聚氰胺结晶析出后。气固混合物进入结构为袋式气固分离器的三聚氰胺捕集器21进行气固分离，得到989kg/h纯度≥99.95％的三聚氰胺产品。按投入的尿素计算，三聚氰胺的收率为98.5％，尿素的单耗为2.90tU/tM。
生产实例2：
本实例与生产实例1的区别在于：催化转化装置中汽化段14为管式换热器，雾化后的三聚氰胺与载气一同走管程经过汽化段14并完全汽化。转化段15为固定床反应器，反应物在转化段15中的停留时间为10秒钟。由于从转化段15出来的气流中没有催化剂粉尘，缩聚物的含量极低(≤50ppm)，气流经管式换热器的冷却段16管程冷却、回收热量。流程不设置热气过滤器17，冷却到330℃载气和反应产物直接去三聚氰胺结晶器20。最终得到的三聚氰胺的纯度为99.92％，三聚氰胺的收率为99.2％，尿素的单耗为2.88tU/tM。
本发明的生产系统由高压部分与低压部分构成，通过高压部分完成主要的合成反应，并快速回收反应生成气。利用低压部分完成OAT向三聚氰胺的充分转化，并且通过控制低压部分可控的温度梯度来分离出产品物流中的少量杂质(三聚氰胺聚合物)，使产品纯度提高变得容易，同时克服了现有的高压法和低压法的不足。
从上述发明思想出发，可以对图1示出的最佳实施例做出多种变化。这些变化也许会取得差于图1实施例和上述生产实施例的效果，但是可以实现本发明的基本目的。例如，输入反应器4的第一载气可以是氨气与二氧化碳的混合物，而不必是纯氨气，尽管后者是优选的，因为输入纯氨气可以抑制副反应的发生和驱除液相三聚氰胺中的二氧化碳气体。同样，在低压部分作为激冷气(第二载气)的也不必是纯氨气，这在前文已经提到。也可以对系统中的热交换系统(如熔盐流路)以及低压部分的载气(激冷气)循环系统做出变化。另外，上文对低压部分各装置中的温度说明并不是限制性的，对温度的限定只有在确定的压力下才有意义。因为，本发明中涉及的产物与副产物的结晶条件是同时受温度和压力影响的。这些变化皆涵盖在本发明权利要求书限定的范围之内。
Claims (18)
1.用于生产三聚氰胺的系统，包括：
反应器，包括设于所述反应器下部的第一进料口与第二进料口，所述第一进料口用于通入熔融尿素，所述第二进料口用于通入第一载气；还包括设于所述反应器上部的第一出料口与第二出料口，所述第一出料口的位置高于所述第二出料口的位置，所述第一出料口用于输出所述反应器中产生的反应气，所述第二出料口用于输出所述反应器中产生的液相物质；
尾气洗涤器，与所述第一出料口相连，用于洗涤处理所述反应气；
汽化器，通过减压阀与所述第二出料口相连，用于汽化三聚氰胺液流；
催化转化器，与所述汽化器相连，用于将汽化后的三聚氰胺中混合的少量羟基氨基三嗪和缩聚物在催化剂作用下转化为三聚氰胺，所述催化剂为硅胶、铝胶、和硅铝胶中的一种或其组合；
结晶器，位于所述催化转化器下游，对三聚氰胺进行结晶；
捕集器，与所述结晶器相连，用于捕集结晶的三聚氰胺。
2.根据权利要求1所述的用于生产三聚氰胺的系统，其特征在于，所述催化转化器之后设置一个冷却器，用于对经所述催化转化器催化后的气体进行降温。
3.根据权利要求2所述的用于生产三聚氰胺的系统，其特征在于，还包括过滤器，连接在所述催化转化器与所述结晶器之间，通过控制温度结晶并滤出气流中的固体杂质。
4.根据权利要求3所述的用于生产三聚氰胺的系统，其特征在于，所述过滤器采用袋式除尘器结构。
5.根据权利要求3所述的用于生产三聚氰胺的系统，其特征在于，所述过滤器中滤袋的材料为玻璃纤维或金属纤维。
6.根据权利要求3所述的系统，进一步包括：
第一熔盐循环系统，用于加热所述反应器，按流路顺序依次包括第一熔盐储罐、第一熔盐泵、熔盐炉、和设置在所述反应段中的第一换热盘管；
第二熔盐循环系统，依序包括第一熔盐储罐、第二熔盐泵、熔盐炉、和设置在所述汽化器中的第二换热盘管；以及
第三熔盐循环系统，用于对流经所述冷却器的气流进行降温，按流路顺序依次包括第二熔盐储罐、第三熔盐泵、和设置在所述冷却器中的第三换热盘管。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一熔盐储罐与所述第二熔盐储罐是由隔板隔开的同一熔盐储罐，用于隔开所述第一熔盐储罐中的熔盐与所述第二熔盐储罐中的熔盐，所述隔板上部设有溢流口，下部设有连通管或连通口，使得隔板两边液面一致。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一熔盐循环系统还包括第四换热盘管，设于所述反应器之外，用于预热进入所述反应器的第一载气。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第三熔盐循环系统还包括第五换热盘管，设于所述催化转化器之外，用于预热在进入所述汽化器之前的第二载气。
10.根据权利要求2所述的用于生产三聚氰胺的系统，其特征在于，所述汽化器、催化转化器和冷却器的设置为下述之一：
a.所述汽化器、催化转化器和冷却器在一种双层或多层流化床，或循环流化床中耦合为一体；
b.所述汽化器、催化转化器在一种单层、双层或多层流化床，或循环流化床中耦合为一体，而热气冷却器采用管式换热器；
c.所述汽化器采用管式换热器，所述催化转化器和冷却器在一种双层或多层流化床，或循环流化床中耦合为一体；
d.所述汽化器和热气冷却器采用管式换热器，催化转化器为一种固定床催化反应器。
11.根据权利要求3至9任一项所述的用于生产三聚氰胺的系统，其特征在于，出自所述捕集器的载气被分为两个循环回路，第一回路经过载气压缩机、所述汽化器、所述催化转化器、可选的过滤器、所述结晶器，回到所述捕集器，第二回路中的气体经过一换热装置降温后，流入所述结晶器，与所述第一回路中的气体汇合后回到所述捕集器。
12.根据权利要求9所述的用于生产三聚氰胺的系统，其特征在于，所述第一载气为氨气，第二载气为氨气或氨气与二氧化碳混合气。
13.一种用于生产三聚氰胺的方法，包括如下步骤：
-在一反应器中进行尿素转化成三聚氰胺的反应，维持所述反应器的温度在360-420℃、压力在7-20Mpa之间；
-将反应生成气导入尾气洗涤器，以熔融尿素洗去反应气中的尿素、三聚氰胺和副产物；
-将液态三聚氰胺导入低压系统，并利用催化转化器将其中的羟基氨基三嗪转化成三聚氰胺，所述低压系统的压力为0.1-1.5Mpa，温度为360-420℃，在所述催化转化器中所使用的催化剂为硅胶、铝胶、和硅铝胶中的一种或其组合；
-将来自所述催化转化器的气流导入结晶器，在所述结晶器中利用反向的淬冷气体进行降温，结晶出三聚氰胺；
-利用捕集器捕获结晶出的三聚氰胺。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，出自所述催化转化器的气流在进入所述结晶器之前经过一个过滤过程，过滤器的温度和压力使得气流中所含的聚合物杂质从气流中结晶出来，并被过滤。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述低压系统的压力为0.2-0.7MPa。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述催化转化器的温度为355-455℃，进入所述过滤器的气流的温度为315-350℃。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述催化剂的形状为球形、条形、环形、星形、和波浪纹中的一种或其组合。
18.根据权利要求13至17任一项所述的方法，其特征在于，通入所述反应器中的第一载气为氨气，通入所述汽化器的第二载气为氨气或氨气与二氧化碳的混合物。
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