CN1143955A - 从制备三聚氰胺的热合成混合气中分离杂质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由尿素制备三聚氰胺所得到的热合成混合气中用过滤器分离杂质的改进方法，包括由烧结的、基本纯的铬、钼和钨，或这些元素混合物制成的过滤器。

Description

从制备三聚氰胺的热合成 混合气中分离杂质的方法
发明背景
1.发明领域
本发明涉及一种由尿素制备三聚氰胺所得到的热合成混合气中用过滤器分离杂质的改进方法。其改进是过滤器包含至少一种选自铬、钼和钨的元素。
2.相关技术的描述
在用尿素制备三聚氰胺时可得到含有氮基或碳基气体，通常为氨气或二氧化碳气，尤其是它们的混合气。其中，在加热和任选的高压下，按下述反应方程式，原料尿素转成为含有三聚氰胺、氨和二氧化碳的热混合气。
通常上述反应在存在催化剂下进行，所得的热合成混合气中将常含有如催化剂颗粒等杂质，也会含有如密勒胺和/或密白胺等其它固体副产物。众所周知这些杂质对成品三聚氰胺的质量有不利影响。
适用于上述反应的已知催化剂包括有氧化铝、氧化硅-氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆、磷酸硼等催化剂，或其中两种或多种催化剂的混合物。
本发明所用的催化剂名称定义为在反应条件下促使原料尿素转变成最终产物三聚氰胺的任何一种物质。
含有三聚氰胺以及氨气、二氧化碳气的热合成混合气一般是在高于约325℃，但并不高于约500℃温度下由原料尿素而生成的。尤其，温度优选在约370℃到450℃之间。在催化剂存在下热混合气合成期间压力约为1bar到约30bar，优选地约为1bar到约8bar之间。
按照通常的分离方法是将含三聚氰胺、氨气和二氧化碳气的热合成混合气冷却，最终产物三聚氰胺升华物形成，于是它能以固态与其它气体分离开。但这种分离方法的缺点是固体催化剂颗粒和密勒胺，密白胺等其它固体杂质也与三聚氰胺升华物一起从其余气体中分离出来，从而污染了最终产物三聚氰胺的纯度。因此，上述从冷却的合成混合气中分离出来的固体杂质必须从最终产物三聚氰胺中过滤掉。一种已知的分离方法是要在约80℃到约100℃温度下，将形成的三聚氰胺溶于水中。因固体杂质在该温度下并不会溶于水，然后经过滤将杂质除掉，水溶液经蒸发后得的基本纯净的最终产物三聚氰胺。然而，这种分离方法的缺点是要得到基本纯净的最终产物三聚氰胺要经过多个辅加的工艺步骤(即冷却热合成混合气、形成升华物，从气体中分离固体，升华物溶解成溶液、从未溶解的固体杂质中过滤溶解的三聚氰胺和溶液的蒸发等)。因此，第二种优选的分离方法是直接过滤反应器中的热合成混合气。合成混合气的热过滤节省时间并节省了进行上述辅加工艺步骤的开支，从过滤前冷却合成混合气中得到基本纯净的最终产物三聚氰胺必须要经这些辅加工艺步骤。
NL-A-6412578节第11页公开了这种分离合成混合气的方法，它用陶瓷过滤器放在反应器出口进行热过滤，每个陶瓷过滤器一般包含一组陶瓷管，通常称其为过滤烛管(filter candles)。在上述公开的分离方法中所用的这种过滤烛管两个重要性能是过滤烛管单烛强度和孔隙度。过滤烛管的孔隙度应约为20％到70％之间。然而，使用的陶瓷过滤烛管缺点是当这种陶瓷过滤烛管与热合成混合气接触时，其强度会迅速降低，并且过滤烛管逐渐易于开裂，例如在合成反应器运转中随周期性变化产生的温度骤变时。因此，这种陶瓷过滤烛管用于热过滤分离方法中只有很短的寿命，使用几天后必须更换。
例如AISI 304L，AISI 316L，Hastelloy X和Inconel 600等烧结材料也已知作合成混合气分离方法中的过滤器使用。然而，由上述烧结材料制成的过滤器当与由尿素制备三聚氰胺过程中产生的氨气和二氧化碳气接触时，由于形成了氮化物和/或碳氮化物会在短期内降低其强度。因此，这些烧结材料用于含氨气和二氧化碳气的合成混合气分离方法中仅有很短的寿命，因为这些过滤器必须经常更换。
                          发明概述
本发明的目的之一是提供一种从热合成混合气中分离杂质的方法，其中所用的过滤器不会因温度骤变或存在氨气(氮基)或二氧化碳(碳基)气体下形成氮化物和/或碳氮化物而快速降低其强度。
虽然本发明大部分的公开论述的是使用新型过滤器材料以提供一种从热合成混合气中分离杂质的改进方法，例如改进已知的用过滤器从尿素制备三聚氰胺中得到的杂质的分离方法，但本发明还有另一个目的是提供了一种过滤装置，它不会因温度骤变或由于氮化物和/或碳氮化物的形成而快速降低其强度。
这些发明目的是通过使用由烧结的、基本纯的铬、钼、钨或至少两种这些元素混合物制成的过滤器来实现的。
                发明的详细描述
在本发明的一些实施例中，根据要求可能使用铬和钼、铬和钨、钼和钨混合物，或三种元素的混合物作为过滤器材料。在本发明的优选实施例中，使用烧结的基本纯的铬。本发明过滤器铬含量，指铬的纯度，一般至少约为95％(重量)，优选地至少约为99％(重量)，特殊地为至少99.8％(重量)。最好，本发明的过滤器做成过滤烛管使用。通常，这些过滤烛管应有约0.5m-2m长和约4cm-10cm的直径。
在本发明的过滤器中使用基本纯的铬有优点，因为用铬制成的过滤器由于氮化物和碳氮化物形成使其强度的降低要远低于用如AISI 304L、AISI 316L、Hastelloy X和Inconel 600金属制成的其它过滤器，至少可用几个月，甚至几年，而未发生其强度降低到以至于过滤器破裂和必须更换的程度。
在分离含氨气和二氧化碳气合成混合气中使用的热过滤方法中，过滤器强度下降主要是由于氮化和/或氮化碳化机理造成的，氮化作用是由其中存在氨气造成的，尤其是在温度高于250℃以上时发生。氮化碳化作用是由于其中除氨气外存在二氧化碳造成的。
已发现本发明的过滤器材料，特别是铬，在250℃温度以上对如NH3和CO2化学侵蚀敏感性要远比利用上述已知材料制成的过滤器低。因此凡有可能在250℃温度以上与NH3和CO2气接触的装置的其它部件为保护起见可以有利地使用本发明的材料，特别是使用基本纯的铬来制造。例如，除制造三聚氰胺反应器之外包括制造腈，尿素或氨的反应器等等。又如工艺路线上的阀门、法兰减压阀和弯头等等也特别适于使用本发明的材料，特别是基本纯的铬替代钢来制造。
按照本发明的分离改进方法用下列非限定的实例说明。
实例1
将三聚氰胺反应器出来的侧线馏份直接引到一台中间试验反应器中，在其中于390℃温度和7bar压力下进行具有1m长和6cm直径的各种过滤烛管(如表1所示)的过滤器试验。每个过滤器含6根过滤烛管，进行了6个实验。
三聚氰胺混合气的组成为：NH3 86％(体积)、CO2 8％(体积)、N2 3％(体积)、三聚氰胺3％(体积)和低浓度的异氰酸和氰化物。用通过过滤室的压力降来确定其中一个或几个过滤烛管已破裂时间。当过滤室的压力降观测到后，立刻打开过滤室并检查出过滤器中已有多少根过滤烛管已破裂。这些试验结果全列于表1中
                        表1
试验序号 过滤烛管型号(SiC＝碳化硅) 过滤烛管破裂数目 过滤器打开前操作日数
    123456 SiC过滤烛管SiC过滤烛管SiC过滤烛管SiC过滤烛管铬过滤烛管铬过滤烛管     261300     28461414
实例2
下列尺寸的试验样品是从表2所列材料各种型号过滤烛管切割得到，长50mm、宽10mm和厚6mm。每一样品重量约10克。将样品悬挂于390℃和450℃温度曝热炉的聚集气氛中并保持一周以上。聚集气氛的组成为NH3 86％(体积)、CO2 8％(体积)、三聚氰胺3％(体积)、N2 3％(体积)和微量的异氰酸和氨氰。样品的氮化导致样品质量的增加并以每平方厘米每小时微克测定试验样品质量增加。以用烧结过的铬、固体铬和不锈钢(AISI 304L)制成的过滤烛管中切割得试验样品。上述结果列于表2中。
                表2
            曝热试验结果
    材料     曝热温度℃    重量增加μg/cm2/hour
    烧结铬烧结铬烧结铬烧结铬固体铬固体铬不锈钢不锈钢     450390390390450450390450     4.20.250.430.120.0460.0973.015

Claims (6)

1、一种由尿素制备三聚氰胺所得到的热合成混合气中用过滤器分离杂质的改进方法，其改进在于过滤器至少包括有一种选自烧结的、基本纯的铬、钼和钨元素。
2、按照权利要求1的改进方法，其中过滤器由烧结的，基本纯的铬组成。
3、按照权利要求2的改进方法，其中铬的纯度至少约为99％(重量)。
4、按照权利要求2的改进方法其中铬的纯度至少约为99.8％(重量)。
5、按照权利要求1的改进方法，其中过滤器包含过滤烛管。
6、在三聚氰胺制备中从热合成混合气中分离杂质的方法，此方法基本上如说明书及其实例中所论述。
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