CN105906577A - 一种热解法氰尿酸生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热解法氰尿酸生产工艺，它是将温度为132～140℃的液态尿素以5～6m/s流速、5～10m³/h流量连续泵入通有压力为3～4Mpa、温度为450～500℃、流量为500～1000m³/h的过热蒸汽的滚筒窑炉内，在250～280℃条件下尿素发生聚合反应后生成粗品氰尿酸，出滚筒窑炉的粗品氰尿酸经精制后制得纯度为98.5～99％的氰尿酸。本发明可节约熔化尿素所需的热能，可有效降低能耗，本发明用硫磺制酸副产的高温蒸汽来提供热能，克服了热空气热利用率低、燃煤量大、污染物后续处理费用高等不足，对环境不造成污染，热能损失小，原料消耗低，产品质量稳定，产品收率高。操作简便，安全性高，工作环境好，劳动强度低，减少了碳排放，降低了环境污染，提高了热利用率，提高了产品质量。

Description

一种热解法氰尿酸生产工艺

技术领域

本发明涉及氰尿酸，具体涉及氰尿酸生产工艺。

背景技术

氰尿酸(英文名称cyanuric acid)又名三聚氰酸(tricyanic acid)；2，4，6-三羟基-1，3，5-三嗪；2，4，6三羟基-均三嗪(2，4，6-triazinettriol)；均三嗪三醇(sym-triazinetriol)。化学式为C3H3N3O3。氰尿酸可用于合成氯代衍生物，盐类、脂类；三氯异氰尿酸；二氯异氰尿酸钠或钾；可用于合成氰尿酸-甲醛树脂、环氧树脂、抗氧剂、涂料、油漆、粘合剂、农药除草剂、金属氰化缓蚀剂、高分子材料改性剂等；可用于药物卤三羟嗪的生产；合成新型漂白剂；可用于游泳池氯稳定剂、杀菌、去污；还可直接用于尼龙、赛克，阻燃剂及化妆品添加剂、层压塑料及高温玻璃钢等生产原料等。

目前氰尿酸生产全部采用以尿素为原料经热聚脱氨的工艺路线来合成。

尿素热聚法合成氰尿酸的工艺，是将尿素于常压或微负压下于200～300℃加热脱氨热聚环化后生成氰尿酸，其副反应产物主要是氰尿酸酰胺(一酰胺、二酰胺、密胺)等。其热聚环化反应过程如下：

3(NH₂)₂CO——C₃N₃H₃O₃+3NH₃

副反应产物的过程如下：

4(NH₂)₂CO——C₃N₃H₂O₂(NH₂)+4NH₃+CO₂

5(NH₂)₂CO——C₃N₃H₂O₂(NH₂)+5NH₃+CO₂

热聚环化反应后得氰尿酸粗品，粗品再经精制得纯品氰尿酸。

尿素热聚脱氨环化合成氰尿酸的工艺，由于采用的热分解的方法之不同又分为溶剂法和固相法两条工艺。

1、熔剂法：将尿素在某些高沸点有机溶剂中常压下或氮气保护下负压加热至沸腾回流下进行热聚环合反应，此法可得到高收率及高纯度的氰尿酸。所用的有机溶剂有环丁砜、四甲基脲等。尿素溶剂法热聚合成氰尿酸的工艺比较先进，产品的收率和粗品质量均较高，尤其以环丁砜为溶剂热解尿素合成氰尿酸时，可以得到高收率(收率相当于理论量的92％～95％)、高质量(氰尿酸质量可达到92％～94％)的粗品氰尿酸，具有生产工艺较短、容易控制、生产设备少、副产氨气容易回收、粗品容易精制提纯等特点。但所用的高沸点溶剂价格昂贵、溶剂回收困难、溶剂回收损失的价值高于提高收率减少尿素消耗的价值，其生产成本高于固相法的生产成本，因此国内外早期采用溶剂法生产氰尿酸的企业相继改为尿素固相热聚法的生产工艺进行生产。

2、固相法：将尿素直接加热或尿素和少量添加剂直接加热聚合环制取氰尿酸的方法。由于采用的热聚方式的不同又分为如下几种方法：

1)循环热聚法：将尿素和一部分循环粗品氰尿酸混合后进行加热脱氨聚合制取氰尿酸的方法。

2)两段式热聚法：先将尿素于165～240℃加热分解为缩二脲、多缩脲、酰胺、氰尿酸等的混合物后，然后再于240～270℃加热聚合生成氰尿酸的方法。

3)金属浴法：将尿素加入到熔融的金属浴中(如金属锡)于270～280℃进行热聚的方法。

4)流化床热聚法：将尿素或尿酸与氰尿酸混合后，于流化床中进行热聚反应的方法。

5)连续式热聚法：如回转炉热聚法、双滚筒热聚法等。

固相热聚脱氨法氰尿酸生产工艺采用的是搪瓷盆间歇式或半连续式热聚法进行氰尿酸的合成。其工艺过程为：

原料尿素分装于陶瓷砂锅或搪瓷盆内，然后置于料车上用液压装置间断推入热解炉内，在250～280℃条件下尿素发生聚合反应，生成的粗品氰尿酸从热解炉的另一端间断推出。目前国内生产企业全部采用热空气为热解炉提供热源，热空气由煤气发生炉出来的煤气燃烧制得，温度约650～850℃。煤气发生炉需要消耗大量燃煤，每生产一吨氰尿酸消耗燃煤330Kg，5万吨/年氰尿酸消耗燃煤16500吨，燃煤产生大量废气：燃煤16500吨产生264吨SO₂、42240吨CO₂，须配套脱硫、除尘废气处理设施，不但投资大，而且经废气处理后还有大量污染物排放到大气中，造成环境污染。为保证热解炉内250～280℃的反应条件，出热解炉的热空气温度须维持在230～280℃，这部分热空气的热量不能利用，不仅造成了热能的浪费，同时由于空气由鼓风机鼓入煤气燃烧器，送入热解炉内排管，再由引风机引出，需消耗大量动力。同时煤气发生炉还存在煤气泄漏、中毒、爆燃等安全隐患。

综上所述，目前氰尿酸的热解热源提供方法主要是煤气发生炉发生的煤气燃烧制得的650～850℃的热空气，其热利用率低，燃煤量大，污染物后续处理费用高，不符合国家环保政策，不利于企业的健康发展，且动力消耗大，安全风险大。

发明内容

本发明提供一种热解法氰尿酸生产工艺，以克服现有技术存在的弊端。

为实现本发明目的，这种热解法氰尿酸生产工艺包括以下步骤：

将132～140℃的液态尿素以5～6m/s流速、5～10m³/h流量连续泵入通有压力为3～4Mpa、温度为450～500℃、流量为500～1000m³/h的过热蒸汽的滚筒窑炉内，在250～280℃条件下尿素发生聚合反应后生成粗品氰尿酸，出滚筒窑炉的粗品氰尿酸经精制后制得纯度为98.5～99％的氰尿酸。

所述过热蒸汽采用硫酸生产中副产的过热蒸汽。

本发明取得的技术进步：

1、由于将固体尿素间歇进入工业隧道窑炉进行热解改为液体尿素连续进入滚筒窑炉热解的工艺，每吨固体尿素熔化为液体尿素需要100万kcal的热量(相当于200kg标煤的热量)，

可节约熔化固体尿素所需的热能，可为尿素企业减少排放到大气中100万kcal的热量(尿素厂把液体尿素经造粒塔变成固体颗粒尿素需用风机吹入空气将热量带出)，生产1吨氰尿酸消耗尿素1.75吨，生产1吨氰尿酸可节能175万kcal热量，即可节约折合相当于350kg标准煤，因而有效降低了能耗。

2、现有热解工艺是将煤气发生炉产生的650～850℃高温热气源引入工业隧道炉内的碳钢排管内，来保证炉内的工艺温度，反应后经引风机排出去的废气温度为230～280℃，这部分废热气的热量不易回收利用，所以只能排到大气中，热利用率仅为60％，且工业隧道窑炉占地面积大，散热面积大，年产3万吨氰尿酸工业隧道窑炉占地面积1440m²，散热面积1920m²，而本发明用硫磺制酸的高温蒸汽来提供热能，热解后的余热还可用于氰尿酸精制，冷凝水回收无废热排放，也减少了碳排放，本发明滚筒窑炉年产5万吨氰尿酸占地面积140m²，散热面积420m²，大大降低了热量散失，热能利用率可提高到95％以上，同时节约了土地占用。这种以过热蒸汽代替燃煤加热的热空气为热解炉提供热源的方法，克服了热空气热利用率低、燃煤量大、污染物后续处理费用高等不足。

3、现有的热解工艺年产3万吨氰尿酸用工80人，采用本发明后年产3万吨氰尿酸用工12人，现有隧道窑炉间歇式进料，每次进料要开闭两次炉门，造成炉内一方面进去冷空气，另一方面炉内氨气泄漏造成环境污染，本发明采用连续封闭生产，对环境不造成污染，热能损失小，产品收率高。提高了自动化程度，降低工人劳动强度，减少了劳动力，改善了工作环境。

4、现有的热解工艺的工业隧道窑炉几十米长，温度不均匀，产品质量不稳定，原料消耗高，而滚筒窑炉体积小，蒸汽传热温度稳定，所以原料消耗低，产品质量稳定。

综上所述，本发明操作简便，安全性高，工作环境好，劳动强度低，自动化程度高，用工少，减少了碳排放，降低了环境污染，提高了热利用率，降低了能耗，降低了原料消耗，提高了产品质量。

具体实施方式

实施例1：将温度为135℃的液体尿素以5～6m/s流速、8m³/h流量泵入连续通有压力为3.5Mpa、温度为460℃、流量为700m³/h的过热蒸汽的滚筒窑炉，在265℃条件下尿素发生聚合反应后生成粗品氰尿酸，出滚筒窑炉的粗品氰尿酸加水配制成含水率65％的料浆后加入浓硫酸，控制硫酸质量浓度在28～30％、反应温度110～120℃下反应，反应8～12小时后经降温、离心、洗涤、烘干，制得纯度为98.5～99％的氰尿酸，所述过热蒸汽采用硫酸生产中副产的过热蒸汽。

实施例2：将温度为132℃的液体尿素以5～6m/s流速、5m³/h流量泵入连续通有3Mpa、450℃、流量为500m³/h的过热蒸汽的滚筒窑炉，在250℃条件下尿素发生聚合反应后生成粗品氰尿酸，出滚筒窑炉的粗品氰尿酸加水配制成含水率65％的料浆后加入浓硫酸，控制硫酸质量浓度在28～30％、反应温度110～120℃下反应，反应8～12小时后经降温、离心、洗涤、烘干，制得纯度为98.5～99％的氰尿酸，所述过热蒸汽采用硫酸生产中副产的过热蒸汽。

实施例3：将温度为138℃的液体尿素以5～6m/s流速、8m³/h流量泵入连续通有4Mpa、500℃、流量为800m³/h的过热蒸汽的滚筒窑炉，在280℃条件下尿素发生聚合反应后生成粗品氰尿酸，粗品氰尿酸经螺旋输送器连续输送到粗品储槽内，出滚筒窑炉的粗品氰尿酸加水配制成含水率65％的料浆后加入浓硫酸，控制硫酸质量浓度在28～30％、反应温度110～120℃下反应，反应8～12小时后经降温、离心、洗涤、烘干，制得纯度为98.5～99％的氰尿酸，所述过热蒸汽采用硫酸生产中副产的过热蒸汽。

实施例4：将温度为140℃的液体尿素以5～6m/s流速、10m³/h流量泵入连续通有4Mpa、500℃、流量为1000m³/h的过热蒸汽的滚筒窑炉，在280℃条件下尿素发生聚合反应后生成粗品氰尿酸，出滚筒窑炉的粗品氰尿酸加水配制成含水率65％的料浆后加入浓硫酸，控制硫酸质量浓度在28～30％、反应温度110～120℃下反应，反应8～12小时后经降温、离心、洗涤、烘干，制后制得纯度为98.5～99％的氰尿酸，所述过热蒸汽采用硫酸生产中副产的过热蒸汽。

Claims (2)

1.一种热解法氰尿酸生产工艺，其特征在于包括以下步骤：

将132～140℃的液态尿素以5～6m/s流速、5～10m³/h流量连续泵入通有压力为3～4Mpa、温度为450～500℃、流量为500～1000m³/h的过热蒸汽的滚筒窑炉内，在250～280℃条件下尿素发生聚合反应后生成粗品氰尿酸，出滚筒窑炉的粗品氰尿酸经精制后制得纯度为98.5～99％的氰尿酸。

2.根据权利要求1所述的热解法氰尿酸生产工艺，其特征在于所述过热蒸汽采用硫酸生产中副产的过热蒸汽。