CN102603661B - 中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺 - Google Patents

中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺。本发明包括（1）熔融尿素经雾化后进入反应器，以氨气作为反应载气，在反应器内温度为380℃～410℃、压力为1.5MPa～2.0MPa的条件下反应生成三聚氰胺、二氧化碳、氨和三聚氰胺的脱氨产物；（2）反应完成后，结晶脱氨产物并过滤，过滤后的气体通过淬冷剂冷却出三聚氰胺晶体；（3）分离三聚氰胺晶体；将三聚氰胺晶体脱去夹带反应气体制成成品。本发明具有产品质量优、生产效率高、设备小、能耗低、无污染、工艺简单等优点。

Description

中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺
技术领域
本发明涉及的是一种三聚氰胺的生产工艺，具体涉及的是利用气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺。
背景技术
三聚氰胺的生产流程通常都包含有聚合反应、淬冷分离和尾气处理等三个主要工序。
聚合反应：以尿素为原料，在一定温度、压力下转化为三聚氰胺，同时放出NH3和CO2。
淬冷分离：分为液相淬冷法和气相淬冷法。液相淬冷法通常用水或含有三聚氰胺的水溶液淬冷反应产物，使三聚氰胺完全溶解于水溶液中，或部分溶解部分结晶析出；气相淬冷法通常用含有NH3和CO2的混合气体淬冷反应产物，使三聚氰胺从气相中结晶出来。
尾气处理：副产的氨和二氧化碳与产品分离后，液相淬冷工艺通常采用冷凝吸收的方式制成甲铵溶液送出装置，或回收部分氨循环使用；气相淬冷工艺一般是抽出一部分用水吸收成甲铵溶液或直接送出装置，其余部分在系统内循环。
常见的三聚氰胺的生产工艺包括高压法、低压法以及常压法。高压法操作压力一般在8 MPa～10MPa左右，反应在液氨中进行，不需要催化剂；低压法操作压力为0.4 MPa～0.7MPa，常压法操作压力为0.15 MPa～0.2MPa，反应在氨气或氨和二氧化碳的混合气体中进行，都需要催化剂。高压法反应生成的三聚氰胺溶解在液氨中，低压法和常压法反应生成的三聚氰胺以气态方式存在。
高压法的问题在于：工艺流程长，操作和控制较为复杂；设备多且多为高压、高温操作，对材质要求高，总投资大；在产品净化分离的过程中，由于有水的存在，且温度较高，容易生成三聚氰胺的水解产物，降低产品收率；产品净化和氨回收工序需耗用大量蒸汽，能耗较高；过滤三聚氰胺的水解产物产生的滤渣难于处理，存在环保隐患。
低压液相淬冷法的问题在于：工艺流程长，操作复杂；设备多，体积相对较大，部分设备对材质要求高，投资较大；产品净化需耗用蒸汽，能耗较高；尾气压力低且含有大量水分等，不易直接利用；过滤器滤渣难于处理，存在环保隐患。
低压气相淬冷法的问题在于：淬冷气体需用熔融尿素洗涤，夹带的尿素雾沫易在工艺管道内结垢从而堵塞系统，影响长周期运行；反应气体因夹带有副产物和催化剂，容易堵塞换热器；需配备能承受较高温度、大功率的压缩机组；尾气因压力低，处理较为困难。
常压气相淬冷法的问题在于：由于系统压力低，主要设备体积庞大，限制了装置的规模；系统循环气量大，电耗高；淬冷气体需用熔融尿素洗涤，夹带的尿素雾沫易在工艺管道内结垢从而堵塞系统，影响长周期运行；反应气体因夹带有副产物和催化剂，容易堵塞换热器；需配备能承受较高温度、大功率的压缩机组；尾气基本无压力，输送困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、产品质量优、生产效率高、设备小、能耗低、无污染的中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺。
实现本发明的技术方案如下：中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺，其特征在于，主要由以下步骤构成：
（1）熔融尿素经雾化后进入反应器，以氨气作为反应载气，在反应器内温度为380℃～410℃、压力为1.5MPa～2.0MPa的条件下反应生成三聚氰胺、二氧化碳、氨和三聚氰胺的脱氨产物；
（2）反应完成后，结晶脱氨产物并过滤，过滤后的气体通过淬冷剂冷却出三聚氰胺晶体；
（3）分离三聚氰胺晶体；脱去三聚氰胺晶体中夹带的反应气体后制成成品。
进一步，上述步骤（2）中脱氨产物的结晶温度为340℃～380℃。
更进一步，上述步骤（2）中冷却温度为100℃～200℃。
为了减少原料的消耗，上述步骤（2）中过滤的产物返回反应器。
优选地，所述淬冷剂为液氨。
为了节约成本、减少损耗，上述步骤（3）中分离出的气体以及夹带的反应气体均回收利用。
作为一种最优的实施方式，上述回收利用的步骤如下：
a将回收的气体用水吸收形成甲铵溶液；
b水吸收后剩余的气体经精馏、冷却后形成液氨。
为了降低能耗，上述步骤a中生成甲铵溶液时产生的热量回收利用。
为了能最大化的利用液氨，上述液氨加压后返回步骤（1）作反应载气，或∕和返回步骤（2）作淬冷剂，或∕和返回步骤b作精馏的洗涤用。
本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明采用的操作压力为1.5MPa～2.0MPa，且反应器内的氨分压较高，故可减少脱氨产物的生成，使产品质量极佳、生产效率也极高；
2、本发明采用的压力与低压相比相对较高，因此使用的设备较小，因而易于建大型装置；本发明采用的压力与高压相比相对较低，因此对材质的要求较低，成本更少；
3、本发明反应气体所带出的触媒和反应产生的副产物经分离后循环使用，并使用液态氨淬冷反应气体，使氨在系统内循环利用，从而使本发明达到降低能耗，增大装置生产能力的目的；
4、本发明采用与尿素系统一段相同的操作压力，生成的甲铵无需再处理即可送尿素装置回收使用；
5、本发明不使用压缩机或风机，从而使本发明的整体能耗降低，达到节约能源的目的；
6、本发明的反应气体均回收利用，无其他废物排出，整个工艺安全无污染；
7、本发明的工艺简单，成本低廉，适于推广。
附图说明
图1为本发明的系统流程示意图。
图2为实施例1的系统流程示意图。
其中，图中附图标记对应的零部件名称为：
1－反应器，2－过滤器，3－淬冷器，4－旋风分离器，5－袋式过滤器，6－中间产品槽，7－氨吸收塔，8－氨精馏塔，9－冷凝器，10－氨储槽，11－升压泵，12－载气预热器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1、图2所示，中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺，主要由以下步骤构成。
首先，将经雾化后的熔融尿素加入反应器1中，使用氨气作为反应载气通入反应器中，熔盐通过位于反应器1内的加热盘管提供反应热量，并维持反应器1内温度于400℃，在反应压力为1.8MPa的条件下进行反应。
尿素在反应器1内反应生成三聚氰胺、副产二氧化碳和氨，同时有少量的三聚氰胺进一步反应生成三聚氰胺的脱氨产物。在该反应温度下，氨、二氧化碳、三聚氰胺、脱氨产物均为气态。
本发明的反应器1采用的是流化床反应器。为了利于反应，所述反应过程中还加入了触媒。
其次，当反应完成后，将温度降到380℃，此时脱氨产物将从气相中结晶析出。将含有脱氨产物晶体和触媒的气体经过过滤器2进行过滤，此时就把脱氨产物晶体和触媒从气相分离出来。
当过滤器2运行了一定时间或压差升高到一定程度后，使用温度为400℃的高温氨气对过滤器2进行反吹，将过滤器上附着的触媒和脱氨产物被反吹气送回到反应器1的底部，从而恢复过滤器2的功效并且可以有效的减少原料的损耗。
过滤后的气体通入淬冷器3中，同时于淬冷器3中喷入液氨，使过滤后的气体与液氨接触。利用液氨汽化吸热的原理，使过滤后的气体温度降至140℃，此时，在气相中的三聚氰胺因温度降低而结晶。
再次，将含有三聚氰胺晶体的反应气体经过旋风分离器4分离，分离出的三聚氰胺晶体引入中间产品槽6，而分离出的气体则通入袋式过滤器5进行过滤。将通过袋式过滤器5过滤出的三聚氰胺晶体引入中间产品槽6中，而过滤出的气体则回收利用。本实施例中的袋式过滤器5可以替换为旋风分离器，通过两级旋风分离也能达到从气相中分离出三聚氰胺晶体的目的。
分离出的三聚氰胺晶体，经过中间产品槽6脱去夹带反应气体后送去成品储槽。中间产品槽6中脱去的夹带反应气体回收利用。
以上所有步骤中，回收利用的气体包括袋式过滤器5过滤出的气体和中间产品槽6中脱去的气体。经检测，回收利用的气体中含有85%～95%的氨和5%～15%的二氧化碳，以及微量的惰性气体。
大部分回收气体是通过袋式过滤器5过滤排出，而中间产品槽6中脱去的夹带反应气体只是回收气体的小部分。因此，中间产品槽6中脱去的气体需要先进入氨吸收塔7底部，通过从氨吸收塔7顶部加入的水吸收二氧化碳和部分氨，然后将氨吸收塔7中的气体物质与通过循环泵和冷却器后的液体物质共同通入氨精馏塔8的中部。微量的惰性气体经通入的水洗涤后从氨吸收塔7的顶部排出。
袋式过滤器5过滤出的气体直接通入氨精馏塔8底部，与从氨吸收塔7通入氨精馏塔8的物质混合。混合后液体存储氨精馏塔8底部，气体则通过氨精馏塔8顶部精馏后通入氨冷凝器9冷凝形成液氨，该液氨存储于氨储槽10中，通过氨精馏塔8顶部精馏后的氨纯度可达99.5%以上。
存储于氨精馏塔8底部的液体通过循环泵和冷却器后再次通入氨精馏塔8中，该液体与氨精馏塔8底部通入的气体不断循环接触，形成浓度大于75%的甲铵液，该甲铵溶液可直接送去尿素厂回收，无需再作任何处理。甲铵溶液的生成热可通过调温水吸收，用于蒸发液氨，从而使热量得到回收。
氨储槽10中的液氨用升压泵11加压后分为三路。第一路经氨蒸发器蒸发，该蒸发的热量为甲铵溶液的生成热，蒸发出的气体与袋式过滤器5过滤出的气体通过载气预热器12换热，换热后气体再通过载气加热器加热，最后将加热后的气体通入反应器1中作为反应载气。第二路直接通入淬冷器3作淬冷剂使用。第三路用于氨精馏塔8的精馏洗涤，将该加压后的液氨返回氨精馏塔8的顶部，用于回流洗涤。
实施例2
本实施例与实施例1的不同点仅在于：在环境温度较低的地方，即循环冷却水的温度低于25℃时，采用1.6MPa的操作压力保证氨的液化。其余与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1的不同点仅在于：在环境温度较高的地方，即循环冷却水的温度高于35℃时，采用2.0MPa的操作压力保证氨的液化。其余与实施例1相同。
根据以上实施例与常见工艺比较，对其各项损耗进行了检测，检测结果如下表1：
表1
  常见工艺 实施例1 实施例2 实施例3
反应器压力（MPa） 0.2 1.8 1.6 2.0
尿素t/t 3.05 2.95 2.95 2.95
载气量t/t 9.5 3.0 3.0 3.0
燃料Gcal/t 3.3 2.4 2.4 2.4
淬冷气量（氨量）t/t 39.8 2.1 2.1 2.1
总电耗kwh/t 1550 150 150 150
由以上表1中的数据可以得出，本发明生产每吨三聚氰胺的载气量、淬冷气量以及总电耗远远小于常见工艺，其尿素和燃料的消耗量也小于常见工艺，具有显著的进步。
根据以上实施例，就可以很好的实现本发明。

Claims (7)

1.中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺，其特征在于，主要由以下步骤构成：
（1）熔融尿素经雾化后进入反应器，以氨气作为反应载气，在反应器内温度为380℃～410℃、压力为1.5MPa～2.0MPa的条件下反应生成三聚氰胺、二氧化碳、氨和三聚氰胺的脱氨产物；
（2）反应完成后，结晶脱氨产物并过滤，过滤后的气体通过淬冷剂冷却出三聚氰胺晶体；
（3）分离三聚氰胺晶体；脱去三聚氰胺晶体中夹带的反应气体后制成成品；
其中，步骤（2）中脱氨产物的结晶温度为340℃～380℃，步骤（2）中冷却温度为100℃～200℃。
2. 根据权利要求1所述的中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺，其特征在于，上述步骤（2）中过滤的产物返回反应器。
3. 根据权利要求2所述的中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺，其特征在于，所述淬冷剂为液氨。
4. 根据权利要求1～3任一项所述的中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺，其特征在于，上述步骤（3）中分离出的气体以及夹带的反应气体均回收利用。
5. 根据权利要求4所述的中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺，其特征在于，上述回收利用的步骤如下：
a将回收的气体用水吸收形成甲铵溶液；
b水吸收后剩余的气体经精馏、冷却后形成液氨。
6. 根据权利要求5所述的中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺，其特征在于，上述步骤a中生成甲铵溶液时产生的热量回收利用。
7. 根据权利要求5或6所述的中压气相淬冷法生产三聚氰胺的工艺，其特征在于，上述步骤b中的液氨加压后返回步骤（1）作反应载气，或∕和返回步骤（2）作淬冷剂，或∕和返回步骤b作精馏的洗涤用。
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Assignee: Chengdu Ying Chemical Technology Co., Ltd.

Assignor: Li Jingming|Liu Hongyu|Zhang Yu

Contract record no.: 2017990000286

Denomination of invention: Process of using medium-pressure gas-phase quenching method to produce melamine

Granted publication date: 20141022

License type: Exclusive License

Record date: 20170718

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