CN1129586C - 制备三聚氰胺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从尿素高压制备三聚氰胺的方法，其中通过将包括液态三聚氰胺、CO2和NH3的反应器产物转移到汽液分离器，然后将从汽液分离器中出来的三聚氰胺熔融物转移到一容器中，三聚氰胺熔融物在其中用蒸发冷却介质冷却，得到三聚氰胺固体，其特征在于，汽液分离是通过每摩尔三聚氰胺添加5.10-4-2.10-2摩尔水来实现的。

Description

制备三聚氰胺的方法
技术领域
本发明涉及一种从尿素高压制备三聚氰胺的方法，其中通过将包括液态三聚氰胺，CO2和NH3的反应器产物转移到汽液分离器，然后将从汽液分离器中出来的三聚氰胺熔融物转移到一容器中，三聚氰胺熔融物在其中用冷却介质冷却，得到三聚氰胺固体。
背景技术
这种方法，特别是在欧洲专利EP-A-747366中描述。在该文献中描述了一种从尿素高压制备三聚氰胺的方法。具体地讲，EP-A-747366中描述了尿素在一个反应器中在10.34-24.13MPa的压力下、在温度354到454℃如何热分解而得到反应器产物的方法。获得的反应器产物包括液体三聚氰胺、CO2和NH3，将该产物在混合蒸气的压力下转移到一个汽液分离器中。在该汽液分离器中，其压力和温度基本上保持与所述反应器相同，将所述的反应器产物分离成气体流和液体流。气体流包括CO2和NH3废气和三聚氰胺气体。液体流主要包括三聚氰胺液体。将气体产物转移到一个洗涤装置中，而液体三聚氰胺则转移到一个产物冷却装置中。在洗涤装置中，含有三聚氰胺蒸汽的CO2和NH3废气，在基本上保持与所述反应器相同的压力和温度下用熔融的尿素洗涤，以便对尿素进行预加热并将所述废气冷却至177-232℃，并将废气中的三聚氰胺转移走。然后，将包含上述的三聚氰胺的预加热的熔融尿素加入到反应器中。在产品冷却装置中，用液体冷却介质对液态三聚氰胺进行冷却，以得到不需要洗涤或进一步纯化的固体三聚氰胺产物，而该冷却介质在产品冷却器中在此液体三聚氰胺的温度下成为气体。在EP-A-747366中，优选液氨做液体冷却介质，产品冷却装置的压力在4.14MPa以上。
根据EP-A-747366，三聚氰胺最终产品的纯度在98.5％以上，但此结果在大规模工业生产中很难连续保持在一恒定水平。这是这种方法的一种缺点，尤其当用三聚氰胺制备用于层压材料和/或涂料的三聚氰胺-甲醛树脂时。三聚氰胺最终产品中，特别是当用工业规模制备时的最终产品中的杂质主要包括蜜白胺、蜜勒胺和含氧杂质如氰尿酰胺、氰尿二酰胺和脲基三聚氰胺等。
发明内容
本发明的目的是提供一种由尿素制备三聚氰胺的改进方法，其中三聚氰胺是以具有高纯度的干燥粉末得到的。更具体地说，本发明的目的是提供一种在高压下由尿素制备三聚氰胺的改进方法，其中三聚氰胺直接从液态三聚氰胺熔融物通过冷却以具有恒定的高纯度的干燥粉未得到。
本发明的目的是通过汽液分离过程实现的，在该汽液分离中向每摩尔三聚氰胺中添加5×10-4-2×10-2摩尔水。向汽液分离器加入的水量，优选为每摩尔三聚氰胺小于10-2摩尔而大于10-3摩尔。此比例为向汽液分离器添加时的比例。
我们惊奇地发现根据本发明的方法，三聚氰胺最终产物中的含氧杂质的量可保持在恒定值。
根据本发明的方法的优点是，所得到的粉末状的三聚氰胺的纯度是恒定的，并高于98.5％，这使所得到的三聚氰胺可以满足其所有用途的纯度需要。同时，该方法可以获得具有很好的颜色特性的三聚氰胺粉末。
在现有技术中没有关于使用水而防止含氧杂质形成的区别特征。例如，在US-A-3116294中描述了为了得到具有高于99％的纯度的三聚氰胺，必须将纯度为95％的三聚氰胺粗品在明显不含水的单独存在的NH3中加热。
US-A-3386999中披露了在低压催化合成三聚氰胺过程中使用了水蒸汽。其中水蒸汽应在骤冷前加到离开反应相的气体流中。加入水蒸汽的目的在于水解氰酸和其它三聚氰胺前体。
NL-A-8105027中披露了US-A-3386999的方法是相当慢的，并且不能导致完全转化；而且，当需要将一些化合物如氰酸转化为氨和二氧化碳时，需要使用固体催化剂。
US-A-3308123披露了在高压三聚氰胺过程中在分离器/骤冷器中使用水喷雾的方法，分离器骤冷器的温度低于200℃。该过程设计为要尽可能避免水和三聚氰胺的接触。
因此，根据本发明的方法在水存在下实现的汽液分离获得好的结果是更令人惊奇的。其中水可以加入到汽液分离器中，最好通过一个泵加入。
根据本发明方法，向汽液分离器中加入的水量为每摩尔三聚氰胺中添加5×10-4-2×10-2摩尔水。向汽液分离器中加入的水量最好为每摩尔三聚氰胺中添加10-3-10-2摩尔。可以假设水与留在三聚氰胺熔融物中的异氰酸反应转变成氨和二氧化碳。因此，在三聚氰胺熔融物中的异氰酸的量通过与水反应而减少。其优点是三聚氰胺中的氰尿酰胺量减少和恒定，而一般认为氰尿酰胺从异氰酸产生。
三聚氰胺的制备最好从以熔融状态存在的原料尿素开始，在三聚氰胺制备过程中产生CO2和NH3副产物，按照以下化学反应式进行：
三聚氰胺的制备可以在没有催化剂存在的情况下在高压下进行，最好在5到25MPa下进行。反应温度在325到450℃，最好为350到425℃。副产物NH3和CO2通常为邻接的尿素车间循环利用。
具体实施方式
上述发明目的通过使用一种适合由尿素制备三聚氰胺的设备得以实现。适合本发明目的的设备可能包括一个洗涤装置、一个反应器、一个汽液分离器，任选的一个后反应器和一个冷却容器。
在本发明的一种实施方案中，三聚氰胺在一种包含一个洗涤装置、一个三聚氰胺反应器、一个汽液分离器和一个冷却容器的设备中由尿素制备。将从尿素车间出来的尿素熔融物在压力为5到25MPa，最好为8到20MPa，温度高于尿素熔点下送入到一个洗涤装置中。此洗涤装置可带有一个冷却夹套用于对洗涤装置进行额外的冷却。该洗涤装置也可带有一个内置的冷却体。在洗涤装置中液体尿素与来自三聚氰胺反应器，或来自反应器下游的一个单独的汽液分离器的反应气相接触。单独的汽液分离器中的压力和温度与三聚氰胺反应器中的温度和压力基本相同。反应气体主要包括CO2和NH3，也包括一定量的三聚氰胺蒸汽。熔融的尿素将废气中的三聚氰胺蒸汽洗涤出来，并将此三聚氰胺一起带回到反应器中。在洗涤过程中，将废气从反应器的温度即350到425℃冷却到170到240℃，而将尿素加热到170到240℃。废气从洗涤装置的上部排除，并在例如一个尿素车间循环利用，在那里废气用于作为生产尿素的原材料。
预加热的尿素连同洗出的三聚氰胺一起从洗涤装置转移出并用例如高压泵提供到反应器中，反应器的压力为5到25MPa，最好为8到20MPa。或将洗涤装置安装在反应器的上方，将熔融的尿素靠重力转移到三聚氰胺反应器中。
在反应器中，熔融的尿素加热到325到450℃，最好为约350到425℃，压力如上所述的压力，在此条件下尿素转化为三聚氰胺、CO2和NH3。一定量的氨可以液态或热蒸汽的形式计量加到反应器中。向反应器中加入氨，可起到例如防止三聚氰胺缩合产物如蜜白胺、蜜勒胺和氰尿酰胺形成或促进反应器中混合的作用。向反应器中加入的氨的量为每摩尔尿素0到10摩尔，优选为0到5摩尔，最好为0到2摩尔。
在反应中产生的CO2和NH3以及额外加入的氨在分离装置中收集并以气体状态的三聚氰胺中分离出去。
向反应器下游的汽液分离器中以每摩尔三聚氰胺5×10-4-2×10-2摩尔的量加入水。向汽液分离器中加入的水量优选为每摩尔三聚氰胺低于10-2而高于10-3摩尔。
向反应器下游的汽液分离器中加入计量的氨对反应有好处。在此情况下，加入的氨量为每摩尔三聚氰胺0.01到10摩尔氨，优选为0.1到5摩尔。其好处是二氧化碳可以被快速分离出去，因此可防止含氧杂质的形成。在汽液分离器中最好存在氨和水的目的是为了防止含氧杂质的形成，及为了防止蜜白胺、蜜勒胺和氰尿酰胺的形成。
在汽液分离器中形成的气体混合物通过洗涤装置以除去其中的三聚氰胺蒸汽，并对尿素熔融物进行预加热。
将液态三聚氰胺，其温度在三聚氰胺的熔点温度和450℃之间，(从反应器中或)从反应器下游的汽液分离器中转移出来，并用一种液体介质迅速冷却和降压，该液体介质在此冷却装置条件下为蒸汽，优选为氨。

Claims (4)

1、一种从尿素经过高压过程制备三聚氰胺的方法，其中将包括液体三聚氰胺、CO2和NH3的反应器产物转移到一个汽液分离器中，然后将从分离器中出来的三聚氰胺熔融物转移到一个容器中，在此容器中三聚氰胺熔融物用一种蒸发冷却介质冷却而得到三聚氰胺固体，其特征在于，汽液分离是通过向每摩尔三聚氰胺中添加5×10-4-2×10-2摩尔水而实现的。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于每摩尔三聚氰胺中添加10-3-10-2摩尔水。
3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于汽液分离是通过向每摩尔三聚氰胺中添加0.01-10摩尔氨而实现的。
4、根据权利要求3的方法，其特征在于汽液分离是通过向每摩尔三聚氰胺中添加0.1-5摩尔氨而实现的。
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